“PTT形状记忆织物”的特性机理与测试方法研究

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“PTT形状记忆织物”是2006年以来开发的以聚对苯二甲酸丙二醇酯(简称PTT)长丝织造的一大类新型轻薄高密面料,其宏观效果类似于金属纤维的混纤面料,具有突出的易塑形性和折痕回复性。“PTT形状记忆织物”一经上市就受到广泛关注和消费者的青睐,国内外企业纷纷投入巨资研发该产品,但是作为一种新型面料,缺乏相关理论和技术支撑,产品质量难以稳定,企业开发难度很大。   本文针对“PTT形状记忆织物”在研发、产业化和使用过程中遇到的难题,深入探索“PTT形状记忆织物”回复原始形状的诱因,以揭示该面料的最佳护理条件;根据“PTT形状记忆织物”的特性自行设计其塑形性和折痕回复性的测试评价方法,扫清行业间交流障碍;本文还深入研究了“PTT形状记忆织物”的特性机理并提出该类织物的制造技术关键,为面料研发者及服装设计师提供理论和实践参考。本文的主要研究方法、成果和结论如下:   为了研究“PTT形状记忆织物”回复原始形状的诱因,分析该织物回复原始形状的可能影响因素及参考消费者使用中的信息反馈,设计试验分别研究外力、温度、外力与温度联合的3种外界条件对该织物折皱回复性的影响。   对于温度的作用,首先使“PTT形状记忆织物”在一定条件下产生折痕,然后分别在不同温度下自然回复一定时间,最后测试其折皱回复角,分析织物在不同温度条件下的折皱回复情况;试验结果表明,温度对“PTT形状记忆织物”经纬向的回复性能均无明显影响,当温度升至PTT聚合物玻璃化转变温度以上时,织物的折皱回复角没有显著提高。   对于外力的作用,采用两种不同的施力方式,第一种施力方式,使具有一定折痕的织物一端固定在自制悬臂梁上,另一端被施以不同的张力,再使匀速转动的悬臂梁拖动织物在一光滑的固定圆柱表面上做匀速的左右往复运动,一定时间后轻轻卸下织物,使其在自然状态下回复一定时间,待变形充分稳定后,测试织物的折皱回复角,分析在该施力方式下的织物折皱回复情况;试验结果显示,很小的力就能使“PTT形状记忆织物”的经纬向折皱回复率达到80%~90%,说明这种施力方式能使“PTT形状记忆织物”很好的回复原始状态。第二种施力方式是熨烫式施力方式(压力为主、张力为辅),亦即采用一个低温模拟熨斗对织物进行作用,模拟熨斗的温度为20℃,首先使织物在一定条件下产生折痕,然后分别使重量不同的低温熨斗作用于该织物,待织物回复一定时间后,测试其折皱回复角,分析在该作用力下的织物回复情况;试验结果显示,该种施力方式也能使“PTT形状记忆织物”很好的回复原始平展状态,很小的力,5.0N/cm2,折皱回复率就超出80%。另外,通过对比以上两种施力方式,发现模拟熨斗的作用力在实际操作中方便易行、织物复平效果突出。   对于外力与温度联合作用的影响,首先使织物在一定条件下产生折痕,然后采用上述模拟熨斗对织物进行作用,作用力大小为5.0N/cm2,让模拟熨斗的温度变化,待织物回复一定时间后,测试其折皱回复角,分析力值大小一定的情况下,温度变化对织物回复性的影响;试验结果表明,当温度低于和高出聚合物的玻璃化转变温度时,施加同样的力,该织物的折皱回复率却没有显著变化,故认为力是影响“PTT形状记忆织物”回复原始形状的主要因素(诱因)。   为了探寻“PTT形状记忆织物”特性的评价方法,分别设计试验研究其弧度塑形性、非熨烫式褶裥塑形性和力刺激折痕回复性的测试评价方法。对于织物弧度塑形性的直接评价,采用自制的塑形模型使织物产生弧度造型,并用弧度塑形高度H表征织物弧度塑形性的强弱;试验结果显示,不同廓形服装所用面料的弧度塑形高度具有明显差异,评价指标H的大小能较好地反映面料的大致用途,突出弧度造型的“伞式”、“郁金香式”服装面料的弧度塑形高度大大高于制服类和悬垂类面料,而突出平面造型的衬衣、夹克类面料的弧度塑形高度居中。对于织物弧度塑形性的间接评价,在深入分析织物弧度造型变形特点的基础上,认为该造型主要由弯曲和剪切两种变形组成,且弧度造型应该是织物变形后的滞后或残余变形,因此在KES系统的原有力学指标基础上定义了两个新指标:残余弯曲曲率和残余剪切变形,同原有KES力学指标合并作为自变量与织物弧度塑形高度H作多元相关分析,最后得到用织物力学指标表示其弧度塑形性的回归方程;分析结果发现,织物弧度塑形性实际上是其剪切滞后性和残余弯曲变形的综合体现,可以用经向剪切滞后量评价织物经向及45°方向的弧度塑形性,而纬向弧度塑形性则可以用纬向残余弯曲曲率评价。对于织物非熨烫式褶裥塑形性的评价,采用褶裥保持率表征各织物的褶裥塑形性;试验结果显示,各类织物的褶裥保持率差异明显,该指标能够反映各类织物的非熨烫式褶裥塑形性。对于织物力刺激折痕回复性的评价,采用本文探索出来的模拟熨斗式的作用力刺激织物回复的试验方法,测试评价各类织物的折痕回复性;试验结果表明,力刺激后,各类织物的折痕回复率差异明显,该试验方法可用于测试评价织物的力刺激折痕回复性,而且试验结果还显示,PTT面料对该作用力最为敏感。   为了探究“PTT形状记忆织物”的特性机理,基于前文研究,设计试验深入研究了该织物折痕回复性和弧度塑形性的机理,进而在分析总结以上特性影响因素的基础上,提出了该类织物的制造技术要领。   对于“PTT形状记忆织物”折痕回复性机理的研究,自行设计了从折皱织物中拆出纱线并测试纱线折痕回复角的试验,通过对比织物与其中拆出纱线的折痕回复率发现,“PTT形状记忆织物”的折痕回复率为36%左右,而其纱线脱离织物后的折痕回复率却接近80%,基本回复平展状态,由此可见PTT纱线具有良好的弹性回复性,是“PTT形状记忆织物”特殊的制造技术所形成的纤维间及纱线间的强大摩擦力阻碍了其弹性回复。因此“PTT形状记忆织物”的折痕回复机理应该是,该织物在变形后,其内部强大的内摩擦力阻碍了织物回复,但是当外力作用消除该摩擦力后,PTT纱线优异的弹性回复性就得以发挥,使织物基本回复原始状态。   对于“PTT形状记忆织物”弧度塑形性机理的研究,自行设计了从织物中抽拔纱线的试验,并提取织物中经纬纱交错单元单位面积的摩擦力F作为特征指标表征各织物中纱线间摩擦力的大小。试验结果显示,“PTT形状记忆织物”和PET仿记忆织物的F值均较大,远高于普通PET织物、毛织物及丝织物。为了检验本文所提出的特征指标F的应用价值,以及研究F的大小与织物弧度塑形性间的关系,进而研究“PTT形状记忆织物”弧度塑形性的机理,对F和能代表织物弧度塑形性的织物力学指标进行相关性分析。结果表明,织物F值与其弧度塑形性间具有极高的正相关性,相关系数达0.92。该结果有力地证明了“PTT形状记忆织物”的弧度塑形性机理,即织物弧度塑形性的优劣是其内部纱线间摩擦力大小的反映,是织物中强大的纱线间摩擦力所提供的织物粘性使“PTT形状记忆织物”具有较好的弧度塑形性。另外,分析结果也证明本文所提出的用于表征各织物内纱线间摩擦力大小的特征指标F能够有效地反映各织物内摩擦力的大小。   最后,从纤维原料、纱线结构、织物结构和后整理技术4个方面入手,分析总结出“PTT形状记忆织物”及具有类似特性的易塑形、保形和易护理织物的制造技术关键:选择单丝和复丝线密度较低、弹性回复率较高、结构紧密的长丝作为原料,以PTT的FDY长丝为首选;经纬丝弱捻或无捻;采用紧密组织且要高密织造;后整理不用降低纤维表面摩擦力的技术措施。
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