桑蚕丝织物抗紫外老化性能研究

论文摘要

蚕丝纤维是一种天然蛋白质纤维,以其光泽柔和、轻柔保暖、舒适性好等优点,被称为“纤维皇后”。然而由于蚕丝本身耐光性差的特点,使其在使用过程中极易发生老化现象,严重影响其使用寿命。太阳光中紫外线辐射是引起蚕丝发生老化的主要因素之一。为探明桑蚕丝织物在紫外光老化过程中的老化特征及老化机理,本课题选取桑蚕丝织物(电力纺和双绉)为主要实验对象,采用室外自然紫外老化和室内人工加速紫外老化两种方式对桑蚕丝织物进行紫外光老化处理,研究桑蚕丝织物在紫外光老化过程中纤维结构与织物性能的变化规律。同时,分析室外自然紫外老化实验与室内人工加速紫外老化实验之间的相关性,对室外自然老化过程中桑蚕丝织物老化力学性能进行建模与预测分析。本文采用室外自然紫外老化和室内人工加速紫外老化两种实验方法对桑蚕丝织物进行紫外光老化处理,对桑蚕丝织物老化前后的外观形态、颜色、光泽、泛黄程度、紫外线防护系数UPF值、力学性能以及纤维化学结构、热转变特性、氨基酸组成变化等方面,系统研究了老化时间、人工汗液(酸性汗液和碱性汗液)、紫外线辐照度以及氧气等外部因素对桑蚕丝纤维结构、织物性能的影响。研究结果表明:桑蚕丝织物的白度值和光泽度随老化时间的延长呈缓慢地下降趋势,自然老化150d,白度值和对比光泽度分别下降了60%和70%左右;对于桑蚕丝织物表面的泛黄程度,采用黄变指数进行表征,织物的黄变指数随老化时间的延长呈缓慢地上升趋势;力学性能分析可知,自然老化150d,织物断裂强力损失达到90%以上;人工汗液、紫外光辐照度、气体氛围对桑蚕丝织物力学性能的影响为:碱性汗液>酸性汗液,夏季>春季,氧气>氮气;红外光谱分析发现,酰胺Ⅰ、酰胺Ⅱ等特征峰强度减弱,老化150d,桑蚕丝红外光谱特征峰消失;纤维结晶度随老化时间的延长呈先增后减的趋势;纤维内部构象未发生明显变化;热分析图谱表明,在270℃～350℃之间出现明显的吸热峰,且整个热分解过程的重量损失率达到60%～70%;氨基酸组成分析可知,紫外老化过程中,桑蚕丝内氨基酸含量出现不同程度的下降,自然老化150d,酪氨酸、组氨酸及赖氨酸含量下降幅度最大,分别达到75.21%、96.74%及53.52%;人工汗液对桑蚕丝氨基酸含量的影响:碱性汗液>酸性汗液。本文运用曲线回归分析的方法,从桑蚕丝织物表面白度、黄变指数及力学性能三方面分析可知,桑蚕丝织物室外自然紫外老化实验与室内人工加速紫外老化实验之间具有明显的相关性。但从桑蚕丝织物不同性能变化方面表征时,两种老化方式之间的相关性因子各不相同,且因织物品种不同,相关性因子也不同。本文运用灰色理论、BP神经网络分别对桑蚕丝织物的室外自然老化力学性能进行预测分析。研究结果表明,采用灰色理论模型中的GM(1,1)模型、残差GM(1,1)模型及动态等维GM(1,1)模型进行预测比较可知,动态等维GM(1,1)模型的预测效果最优;BP神经网络则直接建立了室外自然老化过程中影响因素(平均温度、相对湿度、风速、紫外线强度及日照时数)与织物力学性能之间的非线性关系。此外,以相对误差为评价指标,BP神经网络比灰色模型的预测精度高。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 蚕丝的基本组成和性质
• 1.2 研究蚕丝老化行为的必要性
• 1.2.1 蚕丝的老化及其特征
• 1.2.2 影响蚕丝纤维老化的因素
• 1.2.3 纤维材料老化机理
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国内研究现状
• 1.3.2 国外研究现状
• 1.4 本论文的研究内容及创新之处
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 本论文的特色与创新之处
• 第二章 实验材料与方法
• 2.1 紫外光辐射
• 2.1.1 太阳辐射概况
• 2.1.2 紫外光的能量
• 2.2 实验原料与设备
• 2.2.1 实验材料与试剂
• 2.2.2 实验仪器设备
• 2.3 人工汗液制备及样品准备
• 2.3.1 人工汗液制备
• 2.3.2 样品准备
• 2.4 紫外光老化试验
• 2.4.1 室外自然紫外老化试验
• 2.4.2 室内人工加速紫外光老化试验
• 2.5 测试方法与原理
• 2.5.1 织物白度测试
• 2.5.2 黄变指数测定
• 2.5.3 织物光泽测试
• 2.5.4 织物力学性能测试
• 2.5.5 紫外线防护系数UPF 值测定
• 2.5.6 红外光谱分析
• 2.5.7 热分析
• 2.5.8 氨基酸分析
• 第三章 室外自然紫外老化对桑蚕丝织物性能、纤维结构影响的研究
• 3.1 室外自然紫外老化对桑蚕丝织物外观形态的影响
• 3.1.1 老化时间对桑蚕丝织物外观形态的影响
• 3.1.2 人工汗液对桑蚕丝织物外观形态影响
• 3.2 室外自然紫外老化对桑蚕丝织物颜色、光泽影响
• 3.2.1 室外自然紫外老化对桑蚕丝织物白度的影响
• 3.2.2 室外自然紫外老化对桑蚕丝织物光泽的影响
• 3.3 室外自然紫外老化对桑蚕丝织物黄变指数的影响
• 3.3.1 老化时间对桑蚕丝织物黄变指数的影响
• 3.3.2 人工汗液对桑蚕丝织物黄变指数的影响
• 3.3.3 不同气体氛围对桑蚕丝织物黄变指数的影响
• 3.3.4 不同辐照度对桑蚕丝织物黄变指数的影响
• 3.4 室外自然紫外老化对桑蚕丝织物UPF 值的影响
• 3.4.1 人工汗液对桑蚕丝织物UPF 值的影响
• 3.4.2 辐照度对桑蚕丝织物UPF 值的影响
• 3.5 室外自然紫外老化对桑蚕丝织物力学性能的影响
• 3.5.1 老化时间对桑蚕丝织物力学性能的影响
• 3.5.2 人工汗液对桑蚕丝织物力学性能的影响
• 3.5.3 不同气体氛围对桑蚕丝织物力学性能的影响
• 3.5.4 不同辐照度对桑蚕丝织物力学性能的影响
• 3.6 室外自然紫外老化对桑蚕丝红外光谱（FTIR）的影响
• 3.6.1 老化时间对桑蚕丝红外光谱的影响
• 3.6.2 人工汗液对桑蚕丝红外光谱的影响
• 3.7 室外自然紫外老化对桑蚕丝热分析的影响
• 3.8 室外自然紫外老化对桑蚕丝内氨基酸含量的影响
• 3.8.1 老化时间对桑蚕丝内氨基酸含量的影响
• 3.8.2 不同辐照度对桑蚕丝内氨基酸含量的影响
• 3.8.3 人工汗液对桑蚕丝内氨基酸含量的影响
• 3.9 本章小结
• 第四章 室内人工加速紫外老化对桑蚕丝织物性能、纤维结构影响的研究
• 4.1 室内人工加速紫外老化对桑蚕丝织物外观形态的影响
• 4.2 室内人工加速紫外老化对桑蚕丝织物颜色、光泽的影响
• 4.2.1 室内人工加速紫外老化对桑蚕丝织物光泽的影响
• 4.2.2 室内人工加速紫外老化对桑蚕丝织物白度的影响
• 4.3 室内人工加速紫外老化对桑蚕丝织物黄变指数的影响
• 4.3.1 老化时间对桑蚕丝织物黄变指数的影响
• 4.3.2 人工汗液对桑蚕丝织物黄变指数的影响
• 4.4 室内人工加速紫外老化对桑蚕丝织物UPF 值的影响
• 4.5 室内人工加速紫外老化对桑蚕丝织物力学性能的影响
• 4.5.1 老化时间对桑蚕丝织物力学性能的影响
• 4.5.2 人工汗液对桑蚕丝织物力学性能的影响
• 4.6 室内人工加速紫外老化对桑蚕丝红外光谱的影响
• 4.6.1 老化时间对桑蚕丝红外光谱的影响
• 4.6.2 人工汗液对桑蚕丝红外光谱的影响
• 4.7 室内人工加速紫外老化对桑蚕丝热分析的影响
• 4.7.1 老化时间对桑蚕丝热性能的影响
• 4.7.2 人工汗液对桑蚕丝热性能的影响
• 4.8 室内人工加速紫外老化对桑蚕丝内氨基酸含量的影响
• 4.9 本章小结
• 第五章 桑蚕丝织物室内外紫外老化试验相关性研究
• 5.1 桑蚕丝织物室内外表面白度
• 5.1.1 电力纺织物室内外老化白度变化规律
• 5.1.2 双绉织物室内外老化白度变化规律
• 5.2 桑蚕丝织物室内外黄变规律相关性
• 5.2.1 电力纺织物室内外黄变规律
• 5.2.2 双绉织物室内外黄变规律
• 5.3 桑蚕丝织物室内外力学性能变化相关性
• 5.3.1 电力纺室内外力学性能变化相关性
• 5.3.2 双绉室内外力学性能变化相关性
• 5.4 本章小结
• 第六章 基于灰色理论与BP神经网络的桑蚕丝织物室外自然老化力学性能模型预测
• 6.1 灰色系统理论及其力学性能预测分析
• 6.1.1 灰色系统理论
• 6.1.2 灰色模型数据处理
• 6.1.3 桑蚕丝织物室外自然老化力学性能灰色模型预测分析
• 6.2 BP 神经网络模型及其力学性能预测分析
• 6.2.1 BP 神经网络原理
• 6.2.2 BP 神经网络设计
• 6.2.3 桑蚕丝织物室外自然老化力学性能BP 神经网络预测分析
• 6.3 灰色理论模型与BP 神经网络模型比较分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 主要研究结论
• 7.2 进一步研究建议
• 参考文献
• 攻读学位期间出版或公开发表的论文
• 致谢