1、毕业设计 开题报告 纺织工程 PLA/天丝针织物结构及其吸湿速干性能分析 一、选题的背景、意义 随着各项纺织技术的进展和服用领域的拓展，近年来，吸湿快干针织面料在技术上有不少新的进展，服用性能日趋完善，给人们带来了穿着舒适性。吸湿排汗产品的兴起可追溯到上世纪 70 年代，随着社会经济的发展，人们对服装面料的功能性和舒适性的要求越来越高，而吸湿排汗更是受到消费者的青睐。传统的合成纤维中，特别是聚酯纤维由于缺乏亲水性基团，吸湿性很差，在人们使用的过程中，人体散发的湿气很难通过聚酯织物传递出去，容易产生闷热不舒适感。纯 棉制品以其优良的吸湿透气性带给人们良好的舒适感，但抗皱保形性和导水性差，干燥慢，
2、吸湿 (水 )过量会发生膨胀，产生闷热问题。但是，该产品在市场上不断普及壮大的同时，也出现了良莠不齐的现象。若吸湿快干性能不好，会带来化纤贴身穿着的不舒适感；若导湿层和吸湿层配置不当，会因透气性差而带来闷热感。为此，有必要对吸湿快干针织面料的合理开发作一些探讨。 自从 1982 年初，日本帝人公司开始研究吸水性聚酯纤维后，美国杜邦公司于 1986 年首次推出 CoolMax 的吸湿快干聚酯纤维，由于其具有很好的吸湿快干性能，夏季穿着仍能保持皮肤 干爽，此后在 1999 年美国杜邦公司结合研发的低药剂用量快干特性的专利技术，提出升级换代 CoolMaXA1ta 系列布料；自从杜邦公司推出的吸湿快
3、干功能的 CoolMax 后，台湾许多纤维生产商依托自身的技术开发优势，相继研制、开发具有吸湿快干性能的纤维。现在吸湿快干纤维种类繁多。例如：美国杜邦公司的 CoolMax，远纺开发研制成功的 TOPCooL，中兴纺织出品的十字断面 C001plus，韩国晓星公司研制的 Aeroc001 等，最近日本东洋纺公司还开发了呼吸的聚酯织物 Ekslive，它具有“活跃释放”、“自干”的性能 ，在服装领域内创造出了一种舒适的微气象。 人类进入 21 世纪后，环境与可持续发展是各国面临的一项战略目标。聚乳酸产品的研究开发，对综合利用资源，减少环境污染有着重要的意义。目前，只有美国、日本及德国多家公司对聚
4、乳酸的制造和后加工进行了研究和开发。在德国，可生物降解的聚合物被认为是对传统聚合物的一种环境亲和型的替代物。该国除了用黑麦生产聚乳酸外，还约有 120 万公顷的农业土地没有用的生产粮食而被闲置。如果种植甜菜作原料，只需要 2 万公顷的农业土地就可生产 10 万吨聚乳酸。根据报导，目前德国聚乳酸潜在市场为 3 5 万吨每 年，聚乳酸的市场价格为 l 1 2 2 美元 kg。随着乳酸原料和聚台技术的改进以及需求量的增长，其价格有望继续下降。日本钟纺公司是领先生产 PLA 纤维的公司之，而且在 1994 年采用熔纺设备和自己开发的技术，开发出牌号为 Lactron 的聚乳酸纤维，并在 1998 年的
5、比野冬季奥运会上展示了用聚乳酸纤维或混纺纤维制做的服装。此外，日本的尤尼吉卡和仓敷公司也相继使用 Cargill Dow 的 PLA 聚合物纺制 PLA 长丝、短纤维或纺粘无纺布等产品。上海华源股份有限公司是中国大陆第一家同美国 Cargill Dow 公司合作开发 PLA 纤维的化纤企业。华源公司的 PLA 纤维加弹丝和拉伸丝及布样已在 2003 年 3 月的上海国际面料展亮相。上海第十化纤厂目前也正在通过有关途径同 Cargill Dow 公司探讨共同开发 PLA 短纤维产品的可能性。迄今为止，全球已有 85 个公司参与 Cargill Dow 公司的 PLA 的开发和 PLA 纤维生产销
6、售网，其中包括日本东丽、伊藤忠以及中国台湾省的远纺集团和上海世好公司等。 天丝（ Tencel）纤维是一种全新的、具有特殊优良性能的新一代再生纤维素纤维，是由木桨通过溶液纺丝方法所形成的介于人造与天然间的环保新纤维，是本世纪 纤维制造科技的一大突破，它的出现符合当今纺织业的需求，该纤维的物理性能首次达到和接近合成纤维，湿态强度高于棉纤维，且明显超过其他再生纤维素纤维。其生产流程短，纤维在成丝过程中不会对环境产生任何影响，是绿色纺织的一大进步，其产品具有天然纤维的柔软、舒适感觉，而且拥有 Tencel 产品所独有的悬垂性好，触感优良滑爽，吸湿透气等优点，是近几年国际上最流行的产品 3. 天丝 (
7、Tence1)的特点是柔软、舒适、纤维织物手感挺爽、吸湿透气性好、具有丝绸的悬垂性、触感可由棉变到毛、真丝以及各种感觉。用天丝 (Tence1)纤维制成的织物尺寸稳定性好，收缩率低、防皱不变形等。天丝 (Tence1)作为一个新兴的绿色环保纤维的问世，为我们开辟绿色环保纺织品奠定了基础。 随着人们生活水平的不断提高，服装的舒适性越来越受到广泛关注，而服装的吸湿快干性能是织物 服用性能的子课题， 是影响服装穿着舒适性的重要因素 。其包括两方面： 1）织物的吸湿。即 被定义为控制水汽和液态水（汗）从皮肤表面通过织物到达空气中的一种运动。2）织物的速干。是指织物可以将水分快速的蒸发到空气中，保持衣物
8、的干燥性。 吸湿速干纤维可纯纺，也可与棉、毛、丝、麻及其他化纤混纺或 交织；既可机织，也可针织，其纺织品主要用于运动服、休闲服、紧身衣裤、内衣、外套、袜类、手套、护膝、帽子、毛巾等。现分述如下： 紧身衣裤：调查发现，生活中有 80%以上的女性对紧身衣裤的闷热和出汗感到非常不满，因此，在紧身衣裤中，使用吸湿速干面料具有独特的优势。它可以改善紧身衣裤与皮肤表面间水分及湿度的内气候，缓解紧身衣裤与皮肤接触时的压力及触感等。 休闲服：虽然吸湿速干面料最先是从衬衫、西装、内衣等女式服装开始的，但是，目前已经推广到西服长裤、成套内衣、休闲短裤等男式服装领域。由此可见其穿着舒适性是受青睐的关 键。 运动服：
9、过去，人们都喜欢用棉纤维作为运动服的纺织原料，因为棉纤维本身具有亲水基团，吸水性好，但是，亲水基的棉制品既能吸湿也能保湿，会使皮肤有潮湿黏糊之感。而吸湿速干面料在人体出汗时不会令衣服贴于皮肤表面，因此在运动服上被大量使用。 我们可以感受到，吸湿快干面料的研究开发并不算成熟，我们都期待着有性能更优的新品种纤维来引导这一趋向。而 PLA纤维从本身而言， PLA 纤维织物保温性比棉高出 20% 左右，夏季穿上该类织物服装，透湿性和水扩散性能优异，吸汗快干性优良，可通过蒸发迅速带走体热，并且一年四季都有爽快 的感觉。 PLA 纤维良好的阻燃性能可用于儿童、老年服装及家用装饰用品等。 PLA纤维有优良的
10、耐紫外线性能 ，不易退色、变色，所以其织物也是高档时装的首选面料。聚乳酸纤维由于透气性好，良好的回弹性和芯吸效应，可加工成各种非织造布产品。 PLA 纤维在医疗卫生领域也有非常广阔的应用前景，由于 PLA纤维的无毒性及生物相容性，制成手术缝合线、骨内固定装置、人工肌腱韧带等，可以减轻患者的第二次痛苦。而且， PLA 纤维可以和多种纤维混纺，生产的织物弹性好，手感柔软，导湿透气，挺括抗皱，保形性好，耐用性佳，穿着轻盈舒适，面料 有丝绸般的质感，并且尺寸稳定性好，易洗快干，具有优良的免烫性。 PLA纤维织物经染整加工后，外观华丽典雅，色彩丰富，触感柔和，干爽透气性好，加工的服饰柔软轻盈，穿着舒适，
11、有较好的触感舒适性和皮肤适应性，同时还具有可降解性，对环境无污染。 二、相关研究的最新成果及动态 2.1 PLA纤维的纺织加工和应用 聚乳酸经挤压纺丝可以制成长丝，短丝、啦丝、扁平丝，行可进一步加工成机织物、针织物、无纺布等产品。在这些用途中，聚乳酸纤维的性能成为台成纤维和天然纤维之间的“天然桥梁”。聚乳酸的纺丝可以采用干纺和熔纺。从所得到的纤维 性能来看，干纺纤维的机械性能优于熔纺。但熔纺不需要溶剂和溶剂回收处理装置，对环境无污染，成本低，所以目前各国的研究开发主要放在熔纺上。 PLA 纤维产品的主要市场力向是：服装、装饰织物、粘台用纤维、填充用纤维、抹布、保健织物、农用织物等。抹布主要供家
12、庭用和工艺用，保健织物主要用于尿布的吸水层和表层，妇女用保健织物，农用织物主要用于控制水土流失、植物育种材料等，还可以用于事外防紫外线织物，如帐篷布、地垫布等。聚乳酸纤维价格以美国 Cargill Dow 原料制成纤维售价为 4. 4 6.6 美元 kg据介绍 2003 年可 望下降到 2.2 美元 kg。 PLA 纤维具有很多优异的性能 比 PET 芯吸性更好，亲水性好；悬垂性、手感和舒适性很好；回弹性好；较好的卷曲性和卷曲持久性；收缩率可以控制；强度高达 6 23 cN dtex；常温下可用分散染料染色；成形加工性好；织物具有较好的穿着舒适性、很好的定形性和抗皱性，具有较好的光泽、优雅的真
13、丝观感、丝绸般极佳的手感、良好的吸湿性和快干效应，适合于动感装、军装、内衣及运动衫等。 具有抗紫外稳定性好，密度小，可燃性差、燃烧热低、发烟量小等特性；这些特性加上优异的弹性使聚乳酸纤维在家用装饰领 域有广阔的市场空间，用于悬挂物、室内装饰品、面罩、地毯、填充件等。 结晶熔融温度在 120 170范围内变化；热粘结温度可以控制；可成为双组分纤维的最佳选择之一。双组分纤维主要有皮芯型、并列型、分割型、海岛型等结构，可用于自卷曲、超细纤维和热粘结纤维领域。 聚乳酸纤维的湿度吸收及扩散能力、稍呈酸性的 pH 值，与人体皮肤相同，具有优良的生物相容性，同时，它还有生物降解性和安全性 (低毒性 )，在医
14、疗、医学领域具有广泛的应用前景，非织造布用于手术衣、手术覆盖布、口罩等，纤维用作手术缝合线、纱布、绷带等。 聚乳酸 纤维具有较好透气性、芯吸性及弹性，使其在非织造布领域也有发展潜力，可用纺粘或熔喷法直接制成非织造布，也可纺制成短纤维，经干法或湿法成网制得非织造布。 作为吸湿快干材料，它可纯纺，也可与棉、毛、丝、麻及其他化纤混纺或交织；既可机织，也可针织，其纺织品主要用于运动服、休闲服、紧身衣裤、内衣、外套、袜类、手套、护膝、帽子、毛巾等。而织物吸湿快干功能的体现是指利用纤维表面微细沟槽所产生的毛细现象使汗水经芯吸、扩散、传输等作用，迅速迁移至织物的表面，并散发出去，从而达到导湿快干的目的。人们
15、也将该种纤维称为“可呼吸纤维 “。目前吸湿快干纤维主要是通过纤维截面异形化实现的，其吸湿快干机理是基于纤维表面微细沟槽所产生的毛细现象使汗水经芯吸、扩散、传输等作用，迅速迁移至织物的表面并发散，从而达到导湿快干的目的。可以说，毛细管效应是最常用也最直观的一种方法，可以表现织物吸湿快干能力以及扩散能力。 吸湿快干纤维的发展日新月异，未来吸湿快干织物除了用在运动服、休闲服、内衣等衣着用途之外，还将朝多用途发展，例如鞋材、家具、卫生医疗、防护以及农业等领域有多用途发展，其应用市场将不断扩大。 PLA 作为一种环保型纤维，在这讲求环保和可持续发展理 念的 21 世纪，更因其性能的优越性和可塑性，将大发
16、异彩。 三、课题的研究内容及拟采取的研究方法、技术路线及研究难点，预期达到的目标 （ 1）研究方法 理论研究与织物吸湿快干性能形成机理研究、测试验证相结合，研究和完善织物吸湿快干特征信息表述与系统模型。吸收消化国内外的新理论和自主创新相结合，建立织物吸湿快干特征性能的预测模型。技术研究与系统开发相结合，理论创新与技术发明相结合。总之，遵循理论联系实际的科学精神与工作方法。 （ 2）研究内容及技术路线 本研究项目总体研究思路：织物吸湿快干性能是纤维材料或纤维制品的代 表性服用性能是客观存在的，它是织物与人之间适合程度的度量，即根据人们的感觉就可以评价的特性。通过建立织物吸湿快干性能优劣的判定与评
17、价标准，构建吸湿快干性能评价方法，。同时，织物的不同组织结构性能导致不同的织物吸湿快干性能，通过仪器测试织物的吸湿性、透气性等，经对比分析，研究反映织物的组织结构与吸湿快干性能之间的对应关系，合理表述织物吸湿快干性能。在此基础上建立织物吸湿快干性能预测系统，根据获得的织物结构参数对织物吸湿快干性能进行评价与判定，从而准确地反映不同织物的吸湿快干性能。 1. 建立织物吸湿快干性能模 拟实验测试系统，模拟各种吸湿快干性能特征，对织物吸湿快干性能的各项性能进一步研究，构建最少限度的、合理表述织物吸湿快干性能的测量指标特征库。 2. 为了更加准确地对织物的吸湿快干性能进行分析、表征和预测，确定吸湿快干
18、性能的特征、类型和程度，项目研究织物的各种纤维原料、纱线和面料结构参数等信息融合技术，进行织物吸湿快干性能的综合评价与判定。基于模糊数学分析的织物吸湿快干性能预测的软硬件平台综合研发，对整个系统进行实验研究，不断优化方法和算法逐渐完善功能和性能，提高系统的精度和准确性。 （ 3）研究难点 1. 织 物吸湿快干性能研究中其纤维面料，纱线及结构等各项物理指标与吸湿快干性能之间的关系是吸湿快干性能预测的基础。 2. 合理表述织物吸湿快干性能特征的测量指标体系是应用前提。 3. 经过不同织物结构的对比分析，得出织物结构同其吸湿快干性能之间的关系，是织物吸湿快干性能准确预测的关键。 （ 4）预期达到的目
19、标 本项目研究目标在上述研究工作的基础上，进一步研究基于对比分析的织物吸湿快干性能预测新方法、新技术、新系统，是申请者及其课题组在本方向研究工作长期目标中的重要部分。纺织服装业正在向高品质和自动化方向发展，本项目的 实施及其成果将对我省服装和纺织品的快速反应以及经济建设起着重要的推动作用。 四、论文详细工作进度和安排 2010 年 10 月 31 日 前学生管理信息设置。 2010 年 11 月 01 日 2010 年 11 月 22 日 毕业论文选题、下发毕业论文任务书、参考文献的查阅 2010 年 11 月 22 日 2010 年 12 月 30 日 在广泛查阅文献资料的基础上，完成文献综
20、述、外文翻译和开题报告。 2011 年 02 月 21 日 2011 年 03 月 11 日 课题的实验、设计、调研及结果的处理与分析等，毕业论文初稿的撰写。 2011 年 03 月 14 日 2011 年 05 月 03 日 毕业实习、毕业设计的撰写。 2011 年 05 月 04 日 2011 年 05 月 12 日 毕业论文的修改完善，定稿并上交毕业论文。 2011 年 05 月 13 日 2011 年 05 月 22 日 毕业论文评阅，准备答辩。 2011 年 05 月 23 日 2011 年 06 月 03 日 毕业论文答辩及成绩判定。 五、主要参考文献 1 季平，陈翠红，徐银宝 P
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