l 彈性纖維紡織品的結(jié)構(gòu)和類別
彈性纖維按彈性伸長率大小，可分為高彈性絲（彈性伸長率400% 一800%）、中彈性絲（彈性伸長率150% 一390%）、微彈性絲（彈性伸長率20%一150%）和低彈性絲（彈性伸長率小于20%）。按品種和組成主要分為：氨綸彈性纖維（Spandex）、聚醚一酯類彈性纖維、PBT纖維、PTT纖維、雙組分復(fù)合卷曲纖維、假捻變形彈力絲、彈性纖維復(fù)合紗，以及強(qiáng)捻絲等彈性纖維或彈性復(fù)合絲。
上述彈性纖維可加工成彈性紗線和彈性織物，不同彈性纖維適合制成不同彈性要求的紡織品。
1.1 彈性纖維
通過不同方法將具有特殊分子結(jié)構(gòu)的，或經(jīng)分子改性組合得到的高分子物，紡制成具有彈性回復(fù)功能的纖維，即彈性纖維。其主要有以下幾種：
1.1.1 氧綸彈性纖雛⋯
氨綸是一種高彈性合成纖維，主要化學(xué)組成是聚氨基甲酸酯，它具有由軟鏈段和硬鏈段組成的嵌段共聚物形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即具有“區(qū)段”網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其主要鏈段組成如下：
1.1.2 聚醚一酯類彈性纖維
這是一類由聚酯、聚醚（或聚酰胺）等聚合物改性得到的彈性體，主要由硬鏈段（PBT等）和軟鏈段（聚醚多元醇等）所組成，有較高的彈性，而且具有結(jié)晶性，熔點(diǎn)較高。因此，其耐熱性較氨綸彈性纖維好，可與PET纖維制成織物，并可在高溫下用分散染料染色。
1.1.3 聚酯類彈性纖維
聚酯類彈性纖維近年來發(fā)展很快，主要品種有PBT（聚對苯二甲酸丁二酯）纖維和PTT（聚對苯二甲酸丙二酯）纖維。這類彈性纖維的彈性比氨綸低。PBT于1970年由美國Celanese公司首次作為工程塑料投放市場，商品名為“X一917”；20世紀(jì)70年代后期，日本帝人公司首先推出了商品名為“Fe?neceU”的PBT纖維。PTT纖維則是美國SheH Chemical公司于1995年研制開發(fā)的新型纖維。
這兩種纖維的結(jié)構(gòu)和PET相似，所不同的是二元醇的烷烴鏈較長。二元醇的碳鏈增長后，聚酯分子鏈柔順性增加，分子鏈中硬鏈段和軟鏈段的“區(qū)段”結(jié)構(gòu)特性也逐漸明顯，因此聚合物或纖維的彈性也就增強(qiáng)。當(dāng)然，它們的彈性比氨綸低得多。
PBT的玻璃化溫度為22～24"C，m 為45?65~C，兩者玻璃化溫度均比PET低，因此纖維柔軟而富有彈性。聚酯類彈性纖維的染色溫度也較低，可以在常壓IOO~C下染色。
上述這些具有硬軟鏈段特征的高分子物，由于形成的超分子結(jié)構(gòu)具有彈性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在受到應(yīng)力作用時，硬鏈段或結(jié)晶區(qū)成為結(jié)點(diǎn)，不易滑動，軟鏈段或無定形區(qū)分子鏈問作用力弱，分子鏈段容易卷曲收縮或伸長，使纖維具有伸縮彈性。由于纖維的分子結(jié)構(gòu)和超分子結(jié)構(gòu)不同，纖維彈性和特征各不相同。有關(guān)它們的彈性和機(jī)理模型可參看有關(guān)文獻(xiàn) ]。
1.1.4 共軛復(fù)合自卷曲彈性纖維
這是一類由結(jié)構(gòu)和性能不同的兩種聚合體，通過雙組分復(fù)合紡絲制成的卷曲彈性纖維。兩種不同特性的高聚物，按一定比例通過共軛紡絲形成雙組分復(fù)合絲。由于纖維內(nèi)平行排列的兩組分具有不同的收縮性和初始模量，熱處理后，纖維在內(nèi)應(yīng)力作用F形成螺旋或波浪狀卷曲，這種卷曲狀的纖維像彈簧一樣，具有不同程度的伸縮性和彈性。
這種雙組分卷曲彈性纖維和天然羊毛的卷曲彈性非常相似。例如，羊毛的皮質(zhì)層就是由兩種不同結(jié)構(gòu)的皮質(zhì)細(xì)胞組成的，這兩種皮質(zhì)細(xì)胞被稱為正和偏皮質(zhì)細(xì)胞，呈雙側(cè)分布，它們的緊密性、吸濕性、溶脹性和反應(yīng)性均不同，這是羊毛呈卷曲狀態(tài)和富有彈性的主要原因。
共軛復(fù)合卷曲彈性纖維的彈性，隨兩種聚合物的化學(xué)組成、分子結(jié)構(gòu)、在纖維中的分布狀態(tài)，以及兩種組分比例不同而不同。若兩組分是并列復(fù)合或偏芯芯鞘型復(fù)合，則其截面呈對稱或不對稱復(fù)合結(jié)構(gòu)。
復(fù)合纖維紡絲牽伸時，兩組分產(chǎn)生相同的伸長，但受熱后則由于兩組分收縮行為不同而產(chǎn)生異收縮效應(yīng)，并且兩組分是粘貼在一起的。因此，收縮時相互有協(xié)調(diào)牽制作用。收縮快的組分對收縮慢的組分產(chǎn)生收縮壓力；反之，收縮快的組分受到收縮慢的組分產(chǎn)生的反向拉伸力。當(dāng)這兩種作用力隨著收縮變形到一定程度后達(dá)到平衡，收縮力和拉伸力組成一對力偶，在此力偶作用下，整根纖維自發(fā)地產(chǎn)生扣轉(zhuǎn)，形成螺旋卷曲的纖維。一些雙組分復(fù)合纖維在張力去除后立即自行卷曲；而有些則是潛在卷曲，例如受熱或溶脹后才卷曲。相反，另一些纖維在受熱或溶脹后，卷曲會減少或消失，它們分別適用于不同應(yīng)用場合這種雙組分復(fù)合卷曲彈性纖維的彈性，不是基于分子鏈中硬和軟組分的運(yùn)動，而是纖維中兩組分的收縮或伸長的差異。
1.2 彈性紗線
彈性紗線由彈性纖維與其它紡織材料組合形成。按彈性纖維與其它纖維材料組合的方式，可分為以下幾類：
1.2.1 彈性復(fù)合紗
以彈性纖維長絲作為芯絲，利用包覆、纏繞、噴氣包覆等方式，將普通短纖或長絲，以單層或雙層包覆在彈性長絲的外周。形成具有適當(dāng)強(qiáng)力和一定粗細(xì)的彈性紗線。
1.2.2 彈性纖維紗
彈性纖維紗又可分為彈性短纖紗和彈性長絲紗。如按短纖維紡紗工藝紡制成的PTT、PBT等純紡短纖彈性紗，或與棉等其它纖維混紡制得的混紡短纖彈性紗。在針織物中，常直接使用氨綸裸絲或中等彈性的長絲進(jìn)行編織、加捻，這種絲也可以用于機(jī)織物中。
1.2.3 假捻變形彈性絲
通過所謂刀刃邊緣法和假捻變形法，將可塑性原絲假捻變形后，經(jīng)過熱定形，使紗線固定成卷曲形狀，成為具有伸縮性和蓬松的假捻變形絲。
除少數(shù)情況外，高彈性的彈性纖維很少直接用來織制紡織品。這一方面是由于彈性纖維彈性太大而難于控制，另一方面它們的強(qiáng)力等性能也難以滿足要求。即使是P丌和PBT纖維。
雖然它們可以直接進(jìn)行織造，也能滿足一般紡織品的要求，但它們存在受熱易變形、易燃燒、機(jī)械強(qiáng)力較低、織物形態(tài)不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，所以很少單獨(dú)應(yīng)用，而大多與其它纖維組合成紗線后應(yīng)用。
為了改進(jìn)PTT和PBT的不足，目前開發(fā)出的PET與PTT或PBT共混纖維，制成微彈性纖維后，其機(jī)械性能、耐熱性能和染色牢度均可改善，制成純紡織物或混紡織物。目前應(yīng)用的彈性纖維復(fù)合紗的類別很多，它們的彈性和伸長率各不相同，適合制成不同要求的彈性紡織品。一些高彈性紗的伸長率可達(dá)到200% 一350% ，它們都是用氨綸與其它纖維復(fù)合制得的。
1.3 彈性織物
織物的彈性伸長率與服裝的緊貼度有密切關(guān)系，不同用途的織物要求有不同的彈性伸長率。按彈性伸長率可將織物的彈性分成以下幾類（表1）：
表1 彈性伸長率與織物彈性的關(guān)系
不同彈性的織物適合制成不同的服裝。10% ～20% 彈性伸長率的織物適合制作低緊度的服裝，包括通常的內(nèi)衣、制服、上；眩、外衣等；20% 一50%的適合制作中等緊度的內(nèi)衣、襪類、襯衫、毛衣、牛仔裝和緊身裙等；50% 以上的適合制作高緊度的服裝，例如緊身內(nèi)衣、泳衣和緊身外衣等。
由此可知。不論是機(jī)織物還是針織物，由于用途不同。對織物彈性要求也不同。根據(jù)它們對彈性的要求，應(yīng)選用不同彈性的纖維或紗線，設(shè)計不同的組織結(jié)構(gòu)來織造。
機(jī)織物根據(jù)緯紗、經(jīng)紗是彈性紗線，或經(jīng)緯都是彈性紗線，可制成緯彈、經(jīng)彈和經(jīng)緯向雙彈性的織物。針織物一般以氨綸的裸絲與其它紗線編織，經(jīng)編和緯編織物也可以應(yīng)用各種包芯、包覆紗進(jìn)行編織。通常它們的彈性伸長率均較高。服裝的彈性伸縮性直接影響人體伸展的靈活性和舒適性。生產(chǎn)的服裝應(yīng)具有很好的保形性和形狀記憶功能。服裝的這些性能不僅決定于服裝設(shè)計時選用的彈性纖維種類、紗線和織物的組織結(jié)構(gòu)，還與染整加工關(guān)系密切。因為染整加工不僅會影響織物的這些性能，而且織物的有些性能只有通過染整加工才能穩(wěn)定。
2 彈性纖維紡織品的彈性
彈性纖維的基本性能已有大量文獻(xiàn)介紹，不同組成的纖維有不同的化學(xué)性能。常見的彈性纖維，它們的化學(xué)穩(wěn)定性相差很大。例如，氨綸加工時要特別注意強(qiáng)堿和氯的作用，一些溶脹性的有機(jī)溶劑也會損傷它的彈性和機(jī)械性能；聚酯類的彈性纖維則要特別注意堿劑的作用。由于所有彈性纖維的彈性和機(jī)械性能都對熱敏感，所以高溫處理的溫度和時間應(yīng)嚴(yán)格控制。本文重點(diǎn)討論彈性紡織品的彈性及影響因素，特別是與彈性有關(guān)的力學(xué)性能，例如蠕變、應(yīng)力松弛和疲勞性能。
通常，紡織品的力學(xué)性能兼有彈性固體和粘性流體的變形特征，即它是一種粘彈體。它具有蠕變、應(yīng)力松弛和疲勞的特征，與一般剛性物體的力學(xué)性能有很大不同。纖維和紗線在一定拉力作用下，發(fā)生伸長變形，在拉力連續(xù)作用下，變形量隨時問不斷變化，直至斷裂。當(dāng)拉力在某時間去除時，纖維或紗線部分變形會立即回縮，即存在急彈性變形；部分變形不能立即回縮，而是需要足夠長的時間才能回縮。這部分變形屬緩彈性變形，此外，還有部分變形不能回縮，屬塑性變形。
在一定拉伸力作用下，變形隨時間而變化的現(xiàn)象，稱為蠕變。而在拉伸變形恒定的條件下，纖維內(nèi)部應(yīng)力隨時間延長而不斷降低的現(xiàn)象，稱謂應(yīng)力松弛。出現(xiàn)蠕變和應(yīng)力松弛現(xiàn)象的根本原因是纖維的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
在恒定拉力作用下。纖維內(nèi)的結(jié)構(gòu)單元，包括原纖、微原纖、大分子鏈的彎曲狀態(tài)發(fā)生變化，在不同作用力或不同時間會發(fā)生不同的伸展。對彈性纖維來說，特別是大分子的軟鏈段會發(fā)生伸展，這種變形需要的時間短，基本屬急彈性變形。但是隨著作用時間延長，纖維內(nèi)一些較難伸展的單元或部位也會逐漸變形。這包括分子鏈局部旋轉(zhuǎn)、硬鏈段的局部變形、原纖或微原纖間的位置調(diào)整和取向、硬鏈段內(nèi)分子鏈的滑動，甚至部分結(jié)晶區(qū)內(nèi)分子鏈的伸展和滑移，使纖維在一定應(yīng)力下仍然不斷伸長，這就是發(fā)生蠕變的原因。當(dāng)外力消除時，蠕變產(chǎn)生的變形部分可逐漸回復(fù)（回縮），即緩彈性變形。部分不能回復(fù)，即塑性變形。
同樣道理，在保持變形量不變的條件下。纖維受到的應(yīng)力會因蠕變而不斷變小，即發(fā)生應(yīng)力松弛。紗線的蠕變和應(yīng)力松弛原理基本相同，但除了纖維變形外，紗線內(nèi)纖維間滑移和錯位也會影響蠕變和應(yīng)力松弛。纖維的蠕變和應(yīng)力松弛主要是纖維內(nèi)分子問的滑移，對彈性纖維來說，軟鏈段容易變形，即伸長和回縮，表現(xiàn)出良好的彈性，特別是急彈性。但是它們的彈性是基于部分的鏈段伸展和回縮，而不是整個大分子鏈。此時，硬鏈段在拉伸時只允許位置的凋整，分子鏈段不能發(fā)生滑移，起節(jié)點(diǎn)固定作用。
氨綸分子鏈中的軟鏈段是聚醚或聚酯。特別是聚醚，其分子鏈段柔軟，分子鏈間作用力很弱，而且分子鏈段長，所以彈性好，因此彈性伸長率高。雖然PTT 、PBT等聚酯中脂肪鏈段仍比PET長，也容易伸長和回縮，但脂肪鏈段比較短，所以彈性雖比PET強(qiáng)，卻比氨綸低得多。氨綸品種不同，彈性差異很大。由此可知，影響彈性纖維彈性的因素，除了其本身結(jié)構(gòu)外，還與其它許多因索有關(guān)，包括溫度、作用力、含濕量或溶脹劑、纖維表面的狀態(tài)和固著的物質(zhì)。由于具有蠕變和應(yīng)力松弛的特點(diǎn)。其彈性也與外力作用的時問和頻率有關(guān)。染整加工時，各種作用會有累積效果，影響緩彈性變形和塑性變形。此外，紗線結(jié)構(gòu)、織物組織結(jié)構(gòu)對上述變形也均有影響。
如果彈性纖維紡織品在加工過程中，反復(fù)受到拉伸、摩擦等作用，其變形不斷累積，當(dāng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞累積到承受不住時，纖維就被拉斷，出現(xiàn)所謂疲勞現(xiàn)象。由于彈性纖維急彈性變形強(qiáng)、緩彈性變形弱，所以比普通纖維紡織品的耐疲勞性好。紡織品中加入彈性纖維后，可以提高其耐疲勞性。由此可知，彈性纖維紡織品的彈性、耐疲勞性好。但是這些性能對溫度、化學(xué)作用和染整加工時的張力及作用方式很敏感，據(jù)此，應(yīng)該仔細(xì)設(shè)計和控制染整加工工藝。
3 彈性纖維紡織品的染整加工要點(diǎn)
彈性纖維紡織品的染整加工對其服用性能，包括產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性和彈性影響很大。不同彈性纖維及其紗線和織物的染整加工工藝和注意點(diǎn)各不相同。如前所述，這是由于彈性纖維的化學(xué)、超分子和形態(tài)結(jié)構(gòu)不同的關(guān)系。但是，所有彈性纖維紡織品的彈性和尺寸穩(wěn)定性都與加工工藝密切有關(guān)，這些加工包括熱定形、濕熱加工（精練、染色和整理）、松弛處理等。彈性纖維紡織品的染整加工已有大量文獻(xiàn)介紹。本文僅分析其染整加工的要點(diǎn)，并重點(diǎn)分析其尺寸穩(wěn)定性和彈性與染整加工的關(guān)系。這兩個性能主要與圖1所示加工有關(guān)：
圖1 影響彈性紡織品彈性尺寸穩(wěn)定性的相關(guān)加工
由圖1知，彈性紡織品的染整加工流程多種多樣，經(jīng)編、緯編和機(jī)織物加工流程也各不相同，但有幾種主要加工是共同的，這包括熱定形、松弛收縮和各種濕熱加工。這些加工不僅控制產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性，也提高和穩(wěn)定了彈性。
來源：印染在線
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