微波對(duì)纖維素纖維結(jié)構(gòu)與性能的影響及應(yīng)用研究.pdf

1、纖維素纖維是一類重要的紡織原料而且資源豐富，人們?cè)谥匾暲w維素纖維使用性能的同時(shí)，對(duì)纖維素纖維的利用、處理和研究進(jìn)行了重新認(rèn)識(shí)和發(fā)掘。而微波加熱處理技術(shù)是一種節(jié)能高效的熱能技術(shù)，微波處理紡織材料正是微波技術(shù)與紡織領(lǐng)域相結(jié)合而開辟出來(lái)的新領(lǐng)域。
　　 盡管微波處理技術(shù)發(fā)展較早，但是關(guān)于微波對(duì)纖維作用的研究，大多數(shù)國(guó)家主要從事其應(yīng)用方面的研究，而關(guān)于微波與纖維相互作用的微觀機(jī)理方面的研究未見報(bào)道，因而目前仍然沒有一套完備理論對(duì)微波與含

2、水纖維素纖維的相互作用進(jìn)行描述，對(duì)于微波處理后的纖維素纖維結(jié)構(gòu)與性能的研究也未見系統(tǒng)的文獻(xiàn)報(bào)道。
　　 本文選擇棉和苧麻為天然纖維素纖維的代表，粘膠、天絲和醋酸纖維素纖維為再生纖維素纖維的代表，采用不同微波處理參數(shù)，對(duì)不同狀態(tài)參數(shù)的五種纖維素纖維的外觀形貌、微觀結(jié)構(gòu)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行系統(tǒng)性的研究，得出微波處理對(duì)纖維素纖維結(jié)構(gòu)與性能的影響規(guī)律，并將微波干燥應(yīng)用于纖維素纖維產(chǎn)業(yè)的毛巾干燥行業(yè)。首次建立了纖維素纖維微波干燥的動(dòng)力學(xué)模

3、型，系統(tǒng)的描述了微波作用下的纖維素纖維的失水程度和過(guò)程。同時(shí)首次采用核磁共振技術(shù)，對(duì)于微波處理前后的棉纖維進(jìn)行晶粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)表征的研究和對(duì)比，得出微波處理后棉纖維結(jié)晶結(jié)構(gòu)的變化趨勢(shì)。并將微波處理技術(shù)應(yīng)用于企業(yè)生產(chǎn)中的毛巾烘干處理工序中。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：
　　 研究了纖維素纖維的介電特性，對(duì)纖維素纖維中水分的狀態(tài)：游離水和束縛水的介電特性進(jìn)行了分析和闡述，并對(duì)纖維素纖維的微波損耗進(jìn)行了分析，建立了纖維素纖維的細(xì)度(Ntex)

4、與纖維單位長(zhǎng)度的微波損耗(Pl)之間的關(guān)系式。
　　 研究了微波處理后五種纖維素纖維的失水規(guī)律。醋酸纖維素纖維的干燥曲線和其它四種纖維差別較大。開始醋酸纖維素纖維干燥速率最大，隨著水分的損失，粘膠和天絲的干燥速率逐漸成為最大，其次是棉纖維和苧麻；對(duì)于不同初始回潮率的同種纖維來(lái)說(shuō)，干燥曲線的形狀基本相同，即干燥規(guī)律相似，而且隨著纖維初始回潮率的增加，微波干燥時(shí)間逐漸增加；隨著潤(rùn)脹程度的增大，對(duì)于水分的去除也就越困難；隨著功率以及纖

5、維含雜率的增大，棉纖維的干燥速率大大增強(qiáng)。
　　 研究了微波干燥動(dòng)力學(xué)模型，纖維素纖維的干燥模型可以用Page方程MR=exp(-ktn)來(lái)表示。經(jīng)回歸擬合得出的方程可以用于描述棉纖維微波干燥過(guò)程中水分的變化情況。
　　 研究了不同回潮率的纖維進(jìn)行微波處理后強(qiáng)伸性能的變化。除了醋酸纖維素纖維，其余四種纖維在初始回潮率為0的時(shí)候，經(jīng)過(guò)微波處理，纖維強(qiáng)度都是顯著性下降的；隨著初始回潮率的增大，棉纖維、粘膠、天絲的斷裂伸長(zhǎng)率有

6、了顯著性的提高，其中升高的幅度為粘膠>天絲>棉纖維，苧麻沒有顯著性提高；在回潮率較小的范圍內(nèi)，微波處理之后纖維的初始模量是增大的，隨著回潮率的增大，初始模量變化不顯著。
　　 研究了微波功率與時(shí)間對(duì)纖維強(qiáng)伸性能的影響。對(duì)于棉，粘膠和天絲來(lái)說(shuō)，在微波處理時(shí)間一定的情況下，隨著微波功率的增大，纖維強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率先增大，后減小。在微波處理功率一定的條件下，隨著微波處理時(shí)間的延長(zhǎng)，棉纖維、粘膠和天絲的纖維強(qiáng)度先上升，后下降，而苧麻只出

7、現(xiàn)強(qiáng)度下降的數(shù)據(jù)點(diǎn)；隨著微波時(shí)間的延長(zhǎng)，棉和粘膠的斷裂伸長(zhǎng)率先上升，后下降，苧麻只有顯著下降的數(shù)據(jù)點(diǎn)，而天絲只有顯著上升的數(shù)據(jù)點(diǎn)；初始模量均先上升，后下降，但是下降后的數(shù)值也比原樣的數(shù)值高。
　　 通過(guò)SEM圖觀察可知，微波處理后的纖維橫截面和表面形貌變得粗糙但是變化微小，苧麻和天絲表面出現(xiàn)細(xì)小的裂縫和斷紋，棉和粘膠的表面變化比較小，醋酸纖維素纖維表面幾乎沒有變化。
　　 通過(guò)X衍射分析可知，實(shí)驗(yàn)所提供的微波處理不會(huì)引起

8、纖維素纖維內(nèi)部晶體基本結(jié)構(gòu)的變化，但是微波作用之后的棉，粘膠和天絲的結(jié)晶度以及晶粒尺寸均有下降，而且微波對(duì)于再生纖維素纖維的晶區(qū)作用比滅然纖維素纖維作用強(qiáng)烈。
　　 通過(guò)紅外光譜分析可知，經(jīng)過(guò)微波處理后棉纖維的化學(xué)組成沒有改變，在3100～3600cm-1區(qū)間內(nèi)兩條譜線的峰形不同，說(shuō)明微波處理后纖維的分子間氫鍵、分子內(nèi)氫鍵發(fā)生了變化。微波處理之后的吸濕指數(shù)增大。
　　 通過(guò)核磁共振碳譜表征分析可知，微波處理之后的結(jié)晶度要

9、小于原樣，但是由于微波處理之后的棉纖維有相當(dāng)高的側(cè)向有序指數(shù)，其在C2，3，5共振區(qū)域有更好的清晰度。X衍射和核磁共振均表明棉纖維是以纖維素Iβ為主，微波處理改變了纖維素的晶型，晶型含量Iα和Iβ均降低，但是比例基本保持不變，微波處理之后向次晶轉(zhuǎn)化。
　　 以干燥毛巾為例，研究了微波在纖維素纖維產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用，并與傳統(tǒng)的干燥方式進(jìn)行了對(duì)比。將初始回潮率為300％的純棉一等品毛巾分別采用微波和烘箱兩種方式進(jìn)行干燥，結(jié)果表明，采用微波