新型纺织材料学

0纺织新材料1绪论1.引言全球纺织纤维每年加工量由3200万吨增加到7600万吨纺织产业转移持续不断许多高档产品和产业用纺织品的加工正在继续向中国大陆转移；在中国大陆，纺织加工正由东部沿海地区向中西部转移；中低档服装及家用纺织品的加工已经开始由中国向南亚和东南亚国家转移。展望21世纪前半叶，纺织产业还将阔步发展。纺织产业从“夕阳产业”、“传统支柱产业”到“新兴产业”重新定位。2.纺织产业当前面临的问题展望2050年，纺织产业有良好的发展机遇和宏伟的远景，但是也面临许多急待解决的问题。纺织纤维原料资源的开发和利用。纺织加工对环境的影响受到各种条件的制约。新时期社会对纺织产品品质的要求将不断提高。（1）纺织纤维原料资源的开发和利用纺织纤维原料每年要由现在7600万吨增加到6.8亿吨，将面临许多制约。全球人口暴增，粮食供应紧张，直接影响到传统天然纤维的生产供应量，在未来40年中非但无法增加，甚至还要减少。再生化学纤维依托棉短绒、木材浆粕等已趋极限，速生木材供应无法增长。合成纤维依托石油化工原料渐趋枯竭。因此，今后40年，纺织纤维原料供应缺口很大，必须另觅资源。（2）纺织加工对环境的影响受到各种条件的制约“节能”、“减排”、“节水”、“降耗”、“对环境友好”的压力。加工技术方法、设备、工艺和要求的制约加工系统对成本的影响。（3）新时期社会对纺织产品品质的要求将不断提高抗起球性、抗钩丝性仍然是难题；抗褶皱性、高湿摩擦色牢度、“洗可穿”性、防水导湿排汗性等的要求明显提高；功能性要求不断提高，如保暖性、凉爽性、抗菌性、防臭性、防蛀性、防螨虫性、阻燃性、防熔滴性、抗静电性、防紫外线性、红外辐射性、防电磁辐射性，以及智能服装的要求。产业用纺织品按各种用途不同，提出高强度、超高强度、高模量、低模量、耐高温、耐低温、低电阻、高绝缘性、防高能粒子等新要求。要满足这些要求必须开发新的纤维品种，开发新的纺织加工工艺、设备，开发一系列检测技术和仪器，建立一系列新标准。3.纺织产业面临的任务（1）拓展纺织纤维原料的新视野充分利用自然条件，开发生物质资源利用各种新技术，培育新品种，形成天然植物纤维生产的“新兴产业”充分利用现有条件开发利用现有的生物质资源。充分利用当前农作物废弃资源充分利用废弃纺织品，再生利用开发新型高性能纺织纤维（2）开发纺织染整服装新技术和新设备2纺纱技术：走锭纺纱、翼锭纺纱、环锭纺纱离心纺纱、转杯纺纱、赛络纺纱、赛络丝纺纱、缆形纺纱、空心锭纺纱、喷气纺纱、涡流纺纱、尘笼纺纱、花式纺纱、静电纺纱集聚纺纱、低扭矩（扭妥）纺纱、嵌入式复合纺纱、自捻纺纱。锭子转速由13000转/分增加到20000转/分甚至50000转/分。织造技术：由原来的一般梭织发展到多臂织造、提花织造、剑杆织造、喷水织造、喷气织造、三轴向织造、多层织造。宽幅织造、特宽幅（幅宽26米）织造。织机转速由120转/分增到2500转/分以上。针织技术：复盖了纬编、经编、平型、圆型、宽幅（大筒径）、单向衬经、单向衬纬、多向衬经、多向衬纬、多向衬经衬纬等等。非织造技术：复盖了分梳、针刺、水刺、压粘以及喷纺（化纤纺丝）压粘和针刺、水刺复合技术以及与梭织物。针织物多层复合技术。编结织造技术：覆盖了多种三维立体一次成形技术。染色技术：复盖了轧染、浸染、冷轧堆染、喷染、超声染、涂染、原液着色以及超临界二氧化碳染色技术等多种技术。印花技术：复盖平网印花、园网印花、喷墨印花、电子控制喷墨印花等等技术。服装设计：制作技术也由原来的手工加工复盖了各种自动化技术以及一次成形无缝服装。这些技术反应了近30年来科学技术和纺织染整服装机械设备制造技术的长足进步。但展望未来40年，纺织染整服装技术及设备，必将发生更大的进步，特别是电子计算机自动控制的纺织设备。第二节生态纺织品一生态纺织品生态纺织品是指对环境与生态无害的纺织品。主要指资源可再生和可重复利用；生产过程对环境无污染；在穿着和使用过程中对人体没有伤害；并且废弃后能在环境中自然降解，不会对环境造成污染。1.生产过程的环保性纺织品生产过程是指从纤维生产到成品加工的全过程。2.使用过程的环保性服装使用的材料无论是化学纤维还是天然纤维，经过化学染料和整理剂的处理，部分化学品有刺激性物质，其残留物存于服装面料内，对体质敏感的人会造成一些危害，如出现皮炎、红肿、发痒等过敏反应。3.废弃处理的环保性3纺织品废弃物的处理方法主要有：（1）回收再利用、（2）降解处理、（3）焚化销毁。二环保性纺织品的质量监控1.Oeko-Tex标准100一种语言的标志：多种语言的标志：国际纺织品生态研究和检验协会（InternationalAssociationforResearchandTestingintheFieldofTextileEcology）1992年发布了Oeko-Tex标准100，其内容讲述了有关纺织品中有毒物质的测试标准。之后又陆续在1995年，1997年，1999年发布了修正版。并于1999年12月21日发布了2000年版，2002年2月9日该协会发布了最新版本。我国于1993年5月正式成立了“中国环境产品认证委员会”，认证合格的产品为环境标志（绿色标志）产品。2.Oeko认证的产品分类婴儿用品（一类产品）除皮制衣物外，一切用来制作婴儿及两岁以下儿童服装的织物、原材料和附件。直接接触皮肤的产品（二类产品）穿着时，大部分材料直接接触皮肤的织物。（如：上衣、衬衣、内衣等）不接触皮肤的产品（三类产品）穿着时，只有小部分直接接触皮肤，大部分没有接触到皮肤的织物。（如：填充物、衬里等）装饰材料（四类产品）用来缝制室内装饰品的一切产品及原料，如桌布、墙面遮盖物、家具用织物、窗帘、室内装潢用织物、地面遮盖物、窗垫等。标准对婴儿和初学走路孩子的产品规定了非常严格的条件：如，甲醛的限定值是20ppm，而同皮肤直接接触的产品如床上用品、内衣、衬衫及宽松的上衣的甲醛限定值是75ppm，不与皮肤直接接触的产品如外衣（男女套装、外套）和家用装饰品（桌布、装饰织物、窗帘、家具上的织物、床垫）甲醛含量只须低于300ppm。可以对照一下，一个苹果的甲醛含量至少是20ppm。化妆品的甲醛是用作防腐剂的。像漱口水这样的产品，如果甲醛含量超过了100ppm就必须公告。按照法律，纺织品的甲醛含量如果1500ppm或更高就必须声明。3.有害物质检测根据Oeko-TexStandard100的需要，生产商只有进行了皮肤PH值、甲醛、杀虫剂、五氯苯酚、重金属、氯化有机物载体、致癌物和潜在致癌物、敏感症诱导染料、以及色牢度（婴儿和初学走路孩子的产品还包括唾液和汗渍牢度）等方面的检测后，才能允许产品印上该标志。1禁用偶氮染料或致癌芳香胺偶氮染料是指含有偶氮基（-N=N-）的染料，是品种最多，应用最广的一类染料。包括酸性、碱4性、直接、酸性媒染阳离子、活性和分散等染料。可用于各种纤维染色和印花。含有芳香胺的染料对人体健康不利。2禁用致癌、致敏染料致癌染料是指未经还原等化学变化即能诱发人体癌变的染料。其中最著名的品红（C.I.碱性红9）染料早在100多年前已被证实与男性膀光癌的发生有关联。3可萃取重金属纺织品上可能残留的重金属主要有：Sb、As、Pb、Cd、Cr、Co、Cu、Ni、和Hg。主要来源于染料，而天然植物纤维在生长过程中亦可能从土壤或空气中吸收重金属，此外，在染料加工和纺织品印染加工过程中溶剂也可能带入一部分重金属。4游离甲醛含量甲醛作为纤维素纤维树脂整理时常用的交联剂而广泛应用于纯纺或混纺产品的整理中。如，某些织物防皱和洗可穿整理。另外，为了提高织物染色牢度，也通常使用含有甲醛的阳离子树脂进行后处理。5pH值和染色牢度人体皮肤表面呈微酸性可以防止病菌的侵入，因此纺织品的pH值在微酸性和中性之间有利于人体的保护。而在偏碱性条件下细菌、病菌繁殖较快对人体健康不利。因此，丝织物pH值限制在4.0－7.5之间，毛织物pH值限制在4.8－7.5之间。6五氯苯酚（PCP）和含氯有机载体五氯苯酚（PCP）是纺织品、皮革制品和木材、浆料采用的传统防霉防腐剂。动物试验证明PCP是一种毒性物质，对人体具有致畸和致癌性。含氯有机载体是指一些类似PCP的印染助剂。载体染色工艺是聚酯纤维纯纺及混纺产品常用的染色工艺。7农药及其它物质残留于棉花之中的农药残留在纺织品内的气味和多余针等物质第二章纺织材料的热学、光学和电学性质第一节热学性质（与温度相关联的物理性质，称为热学性质）一、比热容与热焓（一）比热容1概念：质量为1g的纺织材料，温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量。单位J/g·℃，比热值的大小，直接反映了材料温度变化的难易程度。例如：锦纶比热大，其不易随温度变化，夏天穿着锦纶服装，有明显的“冷感”。2影响比热容的因素：（1）环境温度：温度提高，C增大。（2）环境相对湿度：随回潮率增加而增大。（3）纤维中孔洞和纤维间缝隙:随孔隙率增加而下降。（二）热焓表示物质系统能量状态的参数。H=U+PV（其中U-系统的内能，P-压强，V-体积）比热容：温度升高1℃时单位质量物质热焓的增量。5二、导热1.导热系数λ材料厚度为1m，两表面之间温差为1℃，1秒钟内通过1m2材料所传导的热量焦耳数。法定单位：W/m·℃。λ值越小，导热性越差，它的绝热性或保暖性越好。2．影响保暖性的因素⑴导热系数越小，保暖性越好。⑵纺材吸湿后，保暖性下降。吸湿微分热：纤维在给定回潮率下吸着1g水放出的热量。吸湿积分热：1g干燥纤维从某一回潮率吸湿达到完全润湿，所放出的总热量。⑶静止空气层的厚度越大，保暖性越好。3.增强服装保暖性的途径（1）尽可能多的储存静止空气；（中空纤维、多穿衣服、不透水）（2）降低W；（3）选用λ低的纤维；（4）加入陶瓷粉末等材料。4.绝热率T，表示纺织材料的绝热性指标。式中：Q0-热体不包覆试样时单位时间的散热量（J）；Q1-热体包覆试样后时单位时间的散热量（J）；T值越大保暖性越好三、热对纺织材料的影响纺织材料受热时，内部结构和性质会发生变化。根据受热时的变化现象，纺织纤维可分两类。热塑性纤维：在较高温度时会发生软化、熔融的纤维，如涤纶、锦纶、醋酸纤维等。非热塑性纤维：在较高温度时不出现熔融而直接发生分解、炭化的纤维，如棉、羊毛、蚕丝等（一）两种转变和三种力学状态热塑性纤维在不同的温度下，其伸长变形和弹性模量随温度变化的曲线－－热机械曲线。如图。1、三种力学状态（1）玻璃态宏观力学特征：模量高，变形能力较差，强度高，纤维坚硬，类似玻璃，显得脆。内部结构特点：大分子的热运动能较低，整个大分子处于“冻结”状态，运动单元只是一些小的链节、侧基、支链。绝大多数纤维在常温下都处于玻璃态。（2）高弹态宏观力学特征：变形能力较大，强度较小。内部结构特点：具有比较大的运动单元――链段，大分子可通过链段的运动使其伸展或卷缩，但没有分子链的滑移。tSTdQQdT1T2(T2T1)Sλ00.050.10.150.20.25体积重量(δ)导热系数λ两端压差大两端无压差静止空气纤维层体积重量和导热系数间的关系010TQQQ6（3）粘流态宏观力学特征：发生不可逆变形，纤维呈现粘性流动。内部结构特点：整个大分子链具有较高的运动能，有较强的滑动能力。2、两个转变区（1）玻璃化转变区对温度十分敏感，物理性质，如比热、模量等均发生突变。玻璃化温度Tg：玻璃态向高弹态转变的温度（二级转变温度），实际是个温度范围。（2）粘弹转变区对温度十分敏感，纤维呈现流动性，模量迅速下降，形变增加。粘流温度Tf：高弹态向粘流态转变的温度（一级转变温度），也是一个范围。3.熔点（晶体发生熔化时的温度）4.软化温度（低于熔点20-30℃的温度）5.分解点（高聚物发生分解时的温度）（二）耐热性与热稳定性耐热性：纺织材料高温作用后，保持其物理机械性能的性质。用不同温度作用一定时间后力学性能的保持率，或材料随温度升高而强度降低的程度来表示。热稳定性：指材料对热裂