聚氨酯整理形状记忆棉织物特性的研究

论文摘要

采用形状记忆聚氨酯乳液对棉织物进行整理后,织物具有了形状记忆功能,即织物不仅具有优良的弹性而且在相应温度下具有良好的形状记忆效应。这一形状记忆效果提高了折皱回复和折痕保持。当整理的织物定形为平整时,穿着、洗涤或长期储存中产生的褶皱或其它变形将随环境温度升高到变形回复温度以上而消除。当织物定形的折痕在穿着、洗涤中变平整后,折痕将随环境温度升高到变形回复温度以上而回复折痕。经形状记忆乳液整理后,织物的折皱回复角与织物平整级别和折痕保持级别都明显提高。整理织物的折皱回复角提高,反映织物的变形弹性回复性能提高。织物平整级别和折痕级别的提高是织物具有形状记忆能力的表现。本文研究了形状记忆整理的工艺对织物的断裂强力和撕裂强力的影响以及对折皱回复性的影响。探讨了激发条件对形状记忆效应的影响。研究了形状记忆整理织物回复性与物理性能的关系。采用KES测试分析了整理前后以及整理的织物洗涤前后的弯曲性能、摩擦性能和压缩性能,并采用织物眼探讨了整理前后以及整理的织物洗涤前后的外观性能。探索了增加形状记忆整理织物纬向强力的方法及效果。研究表明,整理液浓度对整理织物的断裂强力和撕裂强力有较明显的影响,浓度在60g/L左右比较合理,可达到较满意的织物强度保持率。整理工艺过程如预湿和汽蒸增减以及轧烫和焙烘的顺序对织物强度的影响不明显,但增加预湿和汽蒸工艺后织物的尺寸稳定性和平整级别都明显提高,采用先焙烘后轧烫的工艺织物的折皱回复角明显更高。后整理的洗涤温度对平整级别和折痕级别的影响不明显。形状记忆效应受织物结构的影响。用相同的整理剂、相同的方法整理的两种不同组织的棉织物的回复性能明显不同。整理后,斜纹织物的折皱回复角比平纹织物的提高更大,斜纹织物的折皱回复角提高了69%-106%,平纹织物提高了48%-57%。形状记忆织物表现出优良的可洗涤性,多次反复洗涤然后在60℃干燥（激发温度）后织物仍然保持较高的平整和折痕级别,有的甚至经30次洗涤后级别更高,这就是所谓的形状记忆效应。形状记忆聚氨酯整理能显著提高折皱回复角,即整理棉织物的弹性提高,可能通过将形状记忆聚合物接枝到纤维表面而形成纤维之间和纱线之间的联结。形状记忆织物的折皱回复角与平整级别之间存在较强的正相关关系,相关系数在0.77附近。这说明,折皱回复角与平整级别有相同的变化趋势,折皱回复角越大,织物越平整,同时,二者的表达内容又有明显的不同。因为整理后的织物在测试平整级别和折痕级别前,被洗涤并在激发温度下干燥,织物在烘干过程中受水和温度的影响,故受测试的织物回复到原始的平整或折痕状态。而测试褶皱折皱回复角的织物已经洗涤干燥,测试过程不受水和温度的影响。尽管它们都表示织物的折皱回复性,但表达的含义却不同。此外,织物的经纬向折皱回复角不随着经纬向密度的增加而增加;织物组织结构对折皱回复角具有重要影响。织物的折皱回复性能和形状记忆聚合物的作用受环境如温度、湿度等变化的影响,因此探讨了热水和热空气环境对织物折皱回复性能。将形状记忆整理的形状定形为平整的棉织物折皱后分别放入热水和热空气介质中,在不同的温度条件下,经过一定的时间后测试其折皱回复角。结果表明,温度对形状记忆织物有显著的影响,在热水介质和热空气介质中,织物的折皱回复角会随着温度的上升而增大。尤其在激发温度60℃附近,当温度从50℃上升到60℃时,折皱回复角陡增,增加了60°。温度超过60℃以后,折皱回复更好。这说明形状记忆聚合物有助于在激发温度使织物回复到原始形状。在热水和热空气中,织物的折皱回复角的变化趋势基本一致。形状记忆整理织物在热介质中的折皱回复角显著大于未整理织物。高于50℃,整理与未整理织物的折皱回复角差异随温度的增加而增加。热水中在80℃时差值达到最大为70°;热空气中,在70℃时,差值达到最大为98°。由于导热系数不同,热空气中的折皱回复时间比热水中的回复时间长得多。采用非线性回归方法,求得形状记忆整理织物在热环境下的折皱回复角与温度存在对数关系。热水介质中温度与折皱回复角函数为:y=3.4467x0.5579;热空气介质中温度与折皱回复角函数为:y=3.2820x0.5910。对10种棉及棉型织物经形状记忆整理后的性能进行了分析。采用灰色关联分析方法对织物的折皱回复性指标如折皱回复角、平整级别和折痕级别与其物理性能如尺寸保持率、断裂伸长率、断裂强力保持率和撕裂强力保持率的关联度进行了分析。结果表明,棉及涤棉织物经形状记忆整理后,由于整理剂的作用,折皱回复性提高,物理性能有所变化。形状记忆整理织物的断裂强力的保持率较传统DMDHEU整理织物接近,但撕裂强力的保持率明显更高。尤其是斜纹织物的撕裂强力保持率大部分不仅没有降低而且还提高了,最高的提高了36%。其原因可能是由于形状记忆整理后,纤维和纱线之间的摩擦力减少而易于滑动,导致织物的撕裂时的受力三角区增大,因而撕裂强力提高。形状记忆整理织物尺寸保持率与折皱回复性能的指标经向折皱回复角、纬向折皱回复角、平整级别和折痕级别的关联最大,而撕裂强力与这几项特征性能的关联最小。对折皱回复角而言,除尺寸稳定性以外,经纬向断裂伸长率和断裂强力保持率与折皱回复角的关联较大。对平整级别和折皱级别,除尺寸稳定性以外,与经纬方向的拉伸断裂强力保持率的关联较大,其次是断裂伸长率。棉织物整理后的断裂伸长率绝大部分都有不同程度的降低。涤棉织物整理后伸长率随着涤纶比例的增加而提高。当涤棉比例为涤38%/棉62%时,整理后的伸长率较整理前下降;而涤棉比例为涤65%/棉35%时,则整理后伸长率提高。不同织物的断裂强力保持率相差很大,纬向保持率明显较经向低;纯棉织物明显较涤棉织物低。KES的测试分析表明,经形状记忆整理后的斜纹织物的弹性和变形回复性能明显提高,整理后织物的表面平整性增加、丰满感明显增加,光滑感和蓬松度下降。各种形状记忆织物洗涤后的弯曲刚度都降低,但弯曲滞后变化不一致,大部分织物洗涤后弯曲滞后增大,即弯曲后不易于回复。亚麻织物尽管本身弹性差,但整理的织物洗涤后的弯曲滞后明显增大,回复性反而增加。表面性能方面,几乎所有形状记忆织物洗涤后的表面粗糙度都增加,但表面摩擦系数变化不一。吸水性强的麻和纯棉织物的表面摩擦系数都增加,涤棉织物略有下降。压缩性能的数据表示,洗涤后的织物不容易变形,但一旦变形后织物不容易回复。采用由香港理工大学开发的织物眼（Febric eye）测试分析了织物的外观。该仪器是一种智能的综合性数码织物外观测试系统,能客观地评估织物的外观,如表面积、厚度、体积和粗糙度等。织物眼的测试分析表明,两种纯棉织物经形状记忆整理后的表面积、厚度、体积和粗糙度都增加。相对而言,平纹织物C2吸收的整理试剂更多,厚度和体积都增加了72%;而斜纹织物C1吸收的厚度和体积增加了50%。纯棉织物通常经纬向的强度有差异,纬向强度小于经向强度,而坯布大部分均需要经过后续的加工过程,例如烧毛、漂练、印染、热定形和树脂整理等,使其结构和性能有很大的改变。一般经过后整理的织物纬向强力损失较经向更大。研究发现,采用拉伸停顿和循环拉伸两种微拉伸的方式,选择适当的伸长率、停顿时间或循环次数织物可提高织物的断裂强力。拉伸停顿时间与强力的变化有密切的关系。在拉伸停顿中,不同的伸长率时,整理的织物与未整理的织物达到最大增强的停顿时间比较接近,伸长7%时达到最大增强的停顿时间都为1.5分钟。断裂强力最大时的拉伸停顿时间随着伸长率的提高而缩短。循环拉伸次数与强力的变化有密切的关系。在循环拉伸中,不同的伸长率时,整理的织物与未整理的织物的断裂强力最大时的循环次数是基本相同的,即在伸长3%、5%、7%时的最大增强的循环次数都分别为35次、20次、15次。断裂强力最大时的拉伸循环次数随着伸长率的提高而降低。

论文目录

摘要

ABSTRACT

图表索引

第一章概述

第一节形状记忆材料在纺织上的应用

1.1 形状记忆合金在纺织上的应用

1.2 形状记忆聚合物及其在纺织上应用

1.2.1 国外的研究

1.2.2 香港的研究

第二节形状记忆特性

第三节形状记忆聚合物织物

3.1 形状记忆非织造织物

3.2 形状记忆织造织物

3.3 形状记忆整理织物

第四节本课题研究的目的意义和内容

4.1 研究的目的和意义

4.2 研究内容

4.3 本课题的创新点

参考文献

第二章形状记忆聚氨酯整理工艺与形状记忆织物特性

第一节形状记忆聚氨酯整理工艺

1.1 形状记忆聚合物整理与免烫整理的区别

1.1.1 聚合物结构不同

1.1.2 织物整理的原理不同

1.1.3 织物的应用范围不同

1.2 形状记忆聚氨酯整理织物的工艺

1.2.1 整理工作液准备

1.2.2 浸轧

1.2.3 烘干

1.2.4 焙烘

1.2.5 后处理

第二节整理液和整理工艺对织物形状记忆特性的影响

2.1 实验

2.1.1 织物规格

2.1.2 实验方案

2.2 结果分析

2.2.1 浓度对拉伸和撕裂强度的影响

2.2.2 整理工艺过程对织物性能的影响

2.2.3 工艺对织物形状记忆效应的影响

第三节织物的形状记忆效应

3.1 织物的折皱回复的产生

3.2 织物折皱回复性的评价

3.3 织物的形状记忆效应评价方法

3.3.1 折皱回复角的评价

3.3.2 表面平整性的评价

3.3.3 折痕保持性的评价

3.4 实验

3.4.1 实验材料

3.4.2 实验步骤

3.5 实验结果与讨论

3.5.1 折皱回复角的讨论

3.5.2 折痕保持的讨论

3.5.3 表面平整性的讨论

3.5.4 折皱回复角与平整级别之间的关系

3.5.5 织物的经纬向折皱回复角

第四节小结

参考文献

第三章激发条件对形状记忆效果的影响

第一节热对织物折皱回复性的影响

1.1 热对形状记忆聚合物的影响

1.2 热对织物的影响

第二节实验

2.1 实验准备

2.2 实验设计

2.3 实验方法

2.4 实验步骤

2.5 实验流程图

第三节结果与分析

3.1 数据处理

3.2 结果讨论

3.2.1 热对折皱回复角的影响

3.2.2 热导系数对折皱回复角的影响

3.2.3 热环境中折皱回复角反映形状记忆特征

第四节小结

参考文献

第四章形状记忆整理对织物性能的影响

第一节形状记忆织物和传统整理织物的物理性能

1.1 实验

1.2 结果讨论

第二节形状记忆整理织物回复性与物理性能的关系

2.1 概述

2.2 实验

2.3 实验结果

2.4 数据处理及分析

2.4.1 灰色关联分析的方法

2.4.2 织物回复性与物理性能关联度分析

2.4.3 数据直观分析

2.5 讨论

第三节形状记忆整理织物的风格

3.1 KES实验及分析

3.1.1 实验

3.1.2 形状记忆整理前后C1织物的风格分析

3.1.3 形状记忆整理织物洗涤前后的风格分析

3.2 织物眼测试与分析

3.2.1 织物眼介绍

3.2.2 实验

3.2.3 结果分析

第四节小结

参考文献

第五章提高形状记忆整理织物强力的探索

第一节概述

第二节提高形状记忆整理织物纬向拉伸强度的方法

第三节实验方案

3.1 未整理织物增强方案

3.2 形状记忆织物增强方案

第四节形状记忆整理织物增强效果分析

4.1 未整理织物的增强分析

4.1.1 拉伸5%的增强分析

4.1.2 拉伸9%的增强分析

4.2 形状记忆织物的增强分析

4.2.1 方案1的结果分析

4.2.2 方案2的结果分析

4.2.3 方案3结果分析

第五节小结

5.1 未整理织物的增强效果

5.2 形状记忆织物的增强效果

参考文献

第六章结论

攻读博士期间发表的相关论文及专利情况

致谢

聚氨酯整理形状记忆棉织物特性的研究

论文摘要

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