1、毕业设计文献综述 纺织工程 PLA/天丝针织物结构及其吸湿速干性能分析 一、 前言部分 PLA 是一种可生物降解、对环境友好的材料。采用天然糖的发酵产物作为单体原料合成聚合物的方法发展非常迅速以这些聚合物为原料制成的纤维和织物所拥有的性能被认为在天然纤维和合成纤维问搭起了一座独特的“桥梁”它采用天然可再生的植物资源为原料，减少了对石油资源的依赖性，与常规的纤维材料相比， PLA 纤维还具有独特的优异性能，比如：强度高、尺寸稳定性好、高回弹性、卷曲稳定性好：特别是 PLA 织物的抗紫外线性比大多数合成纤维都好，它还具有低 燃性和低发烟性能，同时，其亲水性比普通聚酯要好。它的杨氏模量也比 PET
2、要低，这就赋予 PLA 织物更好的悬垂性和更柔软的手感 1。 PLA 纤维所具有的这些优良性能，使得它的运用领域遍及了整个纺织工业。它可制成复丝、单丝、短纤维、针织物、非织造布等，可作内衣、婴儿尿布、女性卫生用品、外套和袜子，以及医用纺织品如医生、护士、病人穿的手术衣、防护服、手术覆盖布和病床的床单等。随着人们对环境的日益重视和聚乳酸树脂的大规模工业化生产以及 PLA 纤维应用领域的不断开发，PLA 纤维必将成为 21 世纪最重要的纤维材料之一。 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
3、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 . 天丝 (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
4、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。 与此同时，随着社会的发展和人们对生活质量的追求，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，“吸湿快干面料”就因此诞生了，所谓的吸湿快干面料就是使不亲水的织物同时具有吸水性和快干性。但是，一般来说，无论是天然纤维或是合成纤维都很难兼具这两种性能，所以开发出一种具有良好的舒适性的功能性纤维就是当务之急。 PLA 纤维和天丝是自然环保型纤维，而且它们融合了天然纤维和合成纤维的特点于一体。另外， PLA 纤维和天丝均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，
5、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。所以，本篇文论以 PLA 和天丝作为基本素材，对其结构和吸湿快干性能作出测试和分析，希望对吸湿快干面料开发有所帮助。 二、主题部分 2.1 吸 湿快干纤维发展及现状 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干功能的 CoolM
6、ax 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。 2.2 聚乳酸纤维的背景与开发现状 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
7、德国多家公司对聚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
8、 1998 年的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
9、PLA 纤维生产销售网，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。 2.3 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。抹布主要供家庭用和
10、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、优雅的真丝观感、
11、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 )，在医疗、医学
12、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。 2.4 天丝的背景及发展 英国考陶 尔兹公司 1989 年研制出第一个生产工艺无污染的人造天然纤维素纤维商标名 Tencel，是该公司独家正式注册的产品。 1989 年国际人造及合成纤维标准局将其定名为 Lyocell。在我国其商品名称为天丝，于 1993 年开始批量生产并向全世界销售。天丝可自行分解，它所用溶剂无毒且回收率高。目前日本是天丝
13、纺织品的最大开发者。这类纤维寨纤维可称为第三代再生纤维素纤维。 2.5 天丝的性能分析 采用溶剂纺丝工艺，在物理作用下生产完成，整个制造过程无毒、无污染，原料来自木材，属纤维素纤维，可不断自然再生，产品使用后的 废品可生化降解，称 21 世纪绿色纤维。天丝纤维主要性能与特点是： (1)高的干湿强度。 (2)高溶胀性能。 (3)原纤化。 (4)良好的可纺性：可纯纺；可与棉、毛、丝、麻、化纤、羊绒等纤维混纺或交织。 (5) 天丝纤维具有良好的吸水性和吸湿性 .吸湿透气，手感柔滑，垂坠飘逸。 (6) 缩水率很低天丝纤维纱线缩水率仅为 0 44干态及湿态的断裂伸长较小其织物水洗后变形较小。 (7)普通
14、型和 AIO0 型兼顾梭织、针织服装的特性，应用范围广阔。 (8) 天丝具有良好的可纺性和应用领域，它能纯纺并与任何纤维混纺，天丝产品蕴藏着显著的 生命 .。 2.6 吸湿快干面料的应用 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
15、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：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
16、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。 2.7 吸湿快干面料测试研究 而在吸湿快干面料风靡于世的同时，也产生了不少的问题。目前，市场上出现了种类繁多的宣称具有吸湿快干和导湿排汗性能的织物，要如何对这些织物的吸湿快干性能作出科学的评价。于是，在此方面，许多学者利用不同的测试方法对吸湿快干织物的吸湿快干性能进行测试研究。 1996年，李燕立等人从服装的舒适性出发提出：由于人体出汗到织物将汗液完全排走要经历三个过程，织物吸汗使汗 液在皮肤和织物间有一定量的分配、汗液在织物中扩散、汗液从织物上蒸发，因此这三步中哪个指标
17、不好都会影响舒适性，因此至少要选用三个实验，每个实验表现排汗过程的一步，来综合评价各种织物。实验方法有竖直杯法、热盘法、滴下法、沉降法及滴水面积法等等。翟保京等人分析了评价吸湿排汗整理织物的吸水性 (毛细上升高度法、滴水法 )、吸湿性、透湿性 (透湿杯法 )、快干性等指标的传统测试方法的优缺点，并介绍了国内外在这一领域内的最新测试技术。 2002年，关燕等人介绍了台湾中兴公司生产的 Coolplus纤维的吸湿快干性能，并将同纱支、 同组织规格的 C001plus针织布，较纯棉针织布的芯吸高度及水分蒸发率高，表明前者具有较好的吸湿快干能力，其混纺或与 Tancel混纺的产品均达到了 TIF007
18、吸湿速干纺织服饰品的规定要求，另外还对 C00lplus针织布和精梳纯棉针织布对酸碱液的吸湿快干效果进行了比较，结果显示 Coolplus与棉纤维的吸湿快干能力有较大差异，前者对酸碱汗渍的吸放量较大，后者对酸液的排出较好，但远不如 C00lplus纤维的吸湿快干能力强。 2003年 12月，王耀武等人利用毛细管效应或垂直芯吸法、透湿率、带液率和干燥速率实验，对 用 JC4 9 2作经纱，分别用 75D 34f DTYcoolMax长丝、 75D 34f DTYCoolMax长丝与精梳棉纱并捻股线作纬纱，设计织造的 9种同组织结构的织物的吸湿快干性能指标作了测试研究，结果表明：所有含 C001M
19、ax纤维的织物的吸湿快干性能都有很大改善，特别是用 75D 34f DTYCoolMax长丝与精梳棉纱并捻，股线作纬纱的交织物性能更为优异。 2004年，刘瑜等人例利用垂直芯吸实验、湿阻实验、放湿干燥实验以及保水实验对棉异型涤纶 (CoolMax纤维 )、异型涤纶、棉等织物的液态水传递能力 、织物对湿气的传递能力、织物吸水后的放湿排水能力以及织物中有大量汗液聚集时，织物不使汗水流淌的能力。测试结果表明在大运动量条件下，运动功能服装面料的舒适性能主要决定于其所含原料的性能，尤其纤维的导湿性能；高导湿化学纤维利于液态水的传递和散湿，适合大运动量条件下人体着装舒适性需求。 2004 年，孙锋等人设计
20、了 10 种用沟槽涤纶长丝编织的针织物，通过对这 lO 种织物及2 种纯棉纱针织织物的热湿舒适性、顶破强力、耐磨性和透气性的测试，分析了纱线种类、织物组织及结构对热湿舒适性和物理机械性能的影响。实验结果表明 沟槽涤纶丝是一种能使织物产生导热排湿效应的功能性合成纤维材料；采用文中方法编织的针织服装织物，不仅导热排湿性能好，而且还具有较大的顶破强力及较好的耐磨性和透气性。 2005 年，孙冰等人 m3 介绍了吸湿排汗织物的染整加工等工艺，并利用吸水性的测试方法 (毛细效应法 )、吸水后干燥性的测试方法 (织物的失重率 )等测试方法对吸湿排汗织物的吸水及干燥性能进行了评定。 2005 年 3 月，李
21、静利用液态水传递性能测试仪 MMT 测试得到 10 个指标对 28 种目前市场上主要的具有吸湿快干功能的织物的液态水动态传递性能进行了综合评价。 2.6 PLA 纤维研究展望 以上介绍了许多学者对吸湿快干织物热湿舒适性问题的研究和他们的测试方法。从以上的例子中，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
22、家用装饰用品等。 PLA 纤维有优良的耐紫外线性能 ，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
23、 透气性好，加工的服饰柔软轻盈，穿着舒适，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。 三、 总结部分 PLA 纤维面料具有手感柔软、弹性好、挺括抗皱、耐磨、透湿等性能特点，具有良好的服用性能。它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。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。抗紫外线稳定性好，密度小，可燃性差、燃烧热低、发烟量小
24、而且优异的弹性使 PLA 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。它还有生物降解性和安全性 (低毒性 )，在医疗、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。 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。人们也将
25、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，将大发异彩
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