羽绒/聚酯纤维混合物热阻性能的评价

2021-08-18 06:03彭文娟戴有刚
纺织报告 2021年7期
关键词:热阻聚酯纤维羽绒

彭文娟,娄 亿,戴有刚

(江苏省纺织产品质量监督检验研究院,江苏 南京 210007)

中国羽绒服在20世纪80年代初开始流行,只有30多年的发展历史。随着工艺和技术的进步,羽绒服成为服装领域的一个重要组成部分,是消费者冬季不可或缺的日常生活用品。羽绒是一种动物性蛋白质纤维,羽绒球状纤维上密布千万个三角形的细小气孔,能随着气温变化而收缩膨胀,发挥调温功能,吸收人体散发流动的热气,隔绝外界冷空气。从蓬松度的检测结果来分析,羽绒比蚕丝、棉花等保暖材料都要高一个等级,所以羽绒单纯作为一种保暖材料,经济价值远高于其他保暖材料。但由于羽绒来源较少、制作成本高,其制成品价格昂贵。

聚酯纤维俗称“涤纶”,是由有机二元酸和二元醇缩聚而成的聚酯经纺丝所得的合成纤维,简称PET纤维,发明于1941年,是合成纤维的第一大品种。聚酯纤维 (絮用)不仅具有一定的保暖性能,而且具有一定的三维空间结构,赋予产品较好的回弹性能,保证了产品的保温性,且成本相对低廉。

聚酯纤维和羽绒共混作为保暖材料使用已越来越广泛,能够降低产品成本、改善产品的回弹性。因此,本课题对聚酯纤维与羽绒混合物的保暖性能进行研究,为产品开发提供依据。

1 试验和结果

1.1 试验面料的选择

采用320T聚酯纤维面料制成试样袋物,选取单丝线密度分别为5、8、7 dtex的直线型、棉型、球形3种聚酯纤维(图1)与90%白鸭绒充分混合,制成不同比例、质量均为40 g、尺寸为50 cm×50 cm的样品,测试热阻性能。

1.2 试验标准

按GB/T 11048—2018《纺织品 生理舒适性 稳态条件下热阻和湿阻的测定》[1]进行热阻试验。

1.3 试验结果及数据分析

上述3种面料经全组合得到9种不同混合物的热阻性能,记为1~9,具体见表1、图2。

表1 羽绒、聚酯纤维及其混合物的热阻性能

2 讨论

2.1 聚酯、羽绒的形态特点和热阻的关系

从试验结果来看,3种相同质量、不同形态的聚酯纤维的热阻分别为270.0×10-3、581.0×10-3、522.0×10-3m2·K/W。聚酯纤维的形态决定了所含的静止空气数量,是影响材料热阻大小的主要因素[2]。球形(絮状)纤维的热阻最大,相对保暖性能最好。

单从纯羽绒填充物测试结果来看,由表1可知,羽绒的热阻达到890.0×10-3m2·K/W,相同质量下,热阻大大超过3种形态的聚酯纤维。这是因为羽绒在自然状态下呈现树枝状分叉结构,绒子呈发射状三维立体状态,纤维之间有相当比例的孔隙。因此,羽绒有质量小、蓬松度高、保暖性优等特点[3]。

根据3种不同聚酯材料的不同空间结构发现:直线型聚酯纤维不具有空间立体结构,集合体蓬松度较低,所含静止空气数量较少,热阻也小,保暖性也较差。

棉型聚酯纤维具有一定的卷曲度和空间结构,材料为絮状、片状形态,蓬松度远高于直线型聚酯纤维,热阻优于直线型聚酯纤维。

球形(絮状)聚酯纤维为三维立体结构,蓬松度最高,且球状结构的空间稳定性、回弹性能也较好,因此热阻最大,保暖性优于上述两种形态的纤维。

综上,热阻性能取决于材料自身的导热系数和材料的空间结构形态。相同导热系数的材料,蓬松度越高,材料本身所包含的静止空气就越多,保暖性能就越好;反之,则越差。

2.2 羽绒/聚酯纤维集合体的热阻性能

从不同混合比的聚酯、羽绒测试结果(图2)可以看出,随着聚酯纤维的增加,试样的热阻呈下降趋势;随着聚酯纤维的增加,样品热阻先缓慢下降,再迅速降低,最后缓慢下降。当聚酯纤维的质量分数小于20%时,样品的热阻下降速率较慢。对于直线型聚酯纤维,当质量分数为20%~70%时,热阻下降速度较快;当质量分数大于70%时,随着羽绒质量分数的降低,热阻下降速度较慢;对于球形和棉型聚酯纤维,热阻快速下降区间为20%~50%,其他区间下降速度趋于平缓。

羽绒/聚酯纤维混合体的热阻由材料与材料的空间结构决定,由于3种聚酯纤维的热阻性能小于羽绒的热阻性能,羽绒/聚酯纤维的混合体热阻随着聚酯纤维质量分数的增加而减小,但热阻的下降不具有严格的线性关系。

羽绒和聚酯纤维具有不同的空间结构,在不同比例的混合物中,两种组分空间结构所占优势不同。当聚酯纤维质量分数较小时,羽绒的空间结构发挥主导作用;当聚酯纤维质量分数较大时,聚酯纤维的空间结构发挥主导作用,混合材料的热阻性能趋向于与主体部分一致。这是因为羽绒的弹性较差,当部分羽绒受重力压缩作用时,蓬松度有所降低。聚酯纤维由于弹性较好,混合后对羽绒结构具有较好的支撑作用,羽绒结构更加稳定。该作用降低了聚酯纤维本身热阻较小带来的整体热阻损失。对于直线型聚酯纤维与羽绒混合物,当聚酯质量分数较低时,聚酯纤维分布在羽绒空间结构中,原本不具有空间结构的线性聚酯形成了较大的空间结构,聚酯纤维的热阻得到一定程度的提升。另外,少量线性聚酯纤维穿插在羽绒空间结构中,对羽绒起到一定的支撑作用,使得热阻下降幅度较小。随着聚酯纤维质量分数的增加,羽绒热阻与样品厚度减小起主导作用。当聚酯纤维质量分数大于70%时,样品蓬松度较低,空间结构趋于直线聚酯纤维的平面结构,此时随着聚酯纤维质量分数的增加,样品的结构变化不明显,静止空气减少量较小,热阻性能降低幅度较小。

3 结语

聚酯纤维不同的立体空间结构决定了聚酯纤维以及羽绒/聚酯纤维集合体的热阻性能,蓬松度越高,保暖性能越好。球形(絮状)纤维作为填充能起到很好的保暖效果。

随着聚酯纤维质量分数的增加,羽绒/聚酯纤维混合体的热阻呈下降趋势;下降速度先缓慢、再快速、最后趋于平稳。一定量的聚酯纤维(混合比低于30%)对混合体的结构具有支撑作用,可改善底部羽绒的立体形态,减缓了热阻下降趋势,羽绒/聚酯纤维集合体的热阻损失较小。

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