濕熱處理對蠶絲/PLA復合紗線結構與性能影響

張洸睿，徐廣標，沈 華，溫 潤，王文元

(1.東華大學紡織學院，上海 201620；2.江蘇明源紡織有限公司，江蘇 東臺 224200)

蠶絲作為一種高檔的紡織原料，其纖維特性賦予絲綢面料手感滑糯、吸濕透氣、柔軟舒適、光澤柔和和輕薄飄逸的特征[1]，但蠶絲產量受到自然條件等因素的限制，在實際的產品開發過程中需要與其他纖維進行復合，以滿足更多的市場需求[2]。聚乳酸纖維(Polylactic Acid，PLA)手感柔軟質地輕盈，因其優良的纖維特性和可降解性而受到廣泛關注[3]。已有文獻中對于蠶絲的研究主要集中在纖維的形態結構和性能方面[4]，而關于PLA的研究集中在PLA的制備[5]、染色工藝[6－8]等方面。關于蠶絲與PLA產品開發方面，研究了關于蠶絲與PLA復合[9－10]，蠶絲與PLA織物性能評價等[11]。由于PLA與蠶絲存在較大的性能差異，在后整理工藝中濕熱條件對織物制備有重要的影響，這方面目前還沒有系統的研究。因此，本論文探討不同溫度時間條件下，濕熱處理對蠶絲/PLA復合紗線的結構與性能的影響，為其生產應用提供參考依據。

1 試驗

1.1 試樣

試樣由某企業提供蠶絲(22D)/PLA(21D/22F)S捻和Z捻復合紗線，以及規格為22D蠶絲和21D/22F PLA長絲。

1.2 試驗設計

已有文獻以及實際染色后整理發現，PLA對溫度較為敏感，在實際的染色過程中設置的溫度較低，因此根據實際情況，設計三個處理溫度和時間，如表1所示。

1.3 表征指標與方法

1.3.1 形態結構

采用TM3000臺式掃描電子顯微鏡，按照操作規范進行掃描電子顯微鏡，觀察其橫縱結構形態。

1.3.2 熱收縮率

參照GB/T 6505－2017?化學纖維 長絲熱收縮率試驗方法(處理后)?，隨機抽10束樣品，放入網袋中進行水浴試驗，水浴至規定時間，用鑷子取出，測量其長度，計算每一束樣品的收縮率，并求出平均值，計算公式如下:

式中:S為熱收縮率(%)；L1為熱收縮處理前的長度，mm；L2為熱收縮處理后的長度，mm。

1.3.3 彈性回復率

采用定伸長試驗，儀器為YG061F電子單紗強力儀，定伸長為50mm，反復拉伸次數為5，停頓10s，預加張力2N。根據試驗標準取樣，進行5次試驗，計算得到其平均彈性回復率。

1.3.4 力學性能

參考GB/T 3916－2013?紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強力和斷裂伸長率的測定?，采用YG061F電子單紗強力儀，根據標準對紗線進行5次試驗，計算得到其平均斷裂強力和斷裂伸長率。

2 結果與討論

2.1 形態結構

由TM3000臺式掃描電子顯微鏡觀察到不同熱處理條件下的紗線外觀形貌，以蠶絲/PLA復合紗線(S捻)為例，熱處理前后紗線外觀形態如圖1和圖2所示。

圖1 蠶絲/PLA復合紗線(S捻)外觀形貌

圖2 不同熱處理條件下蠶絲/PLA復合紗線(S捻)的外觀形貌

如上頁圖1、圖2所示，未處理狀態下的濕熱處理后S捻蠶絲/PLA復合紗線的形貌較為規整。濕熱處理后S捻和Z捻蠶絲/PLA復合紗線出現解捻的現象，由原來規整的形貌變成松散、蓬松的狀態，而且從隨著溫度和處理時間紗線內部的松散現象越來越嚴重。

2.2 熱收縮率

S捻和Z捻蠶絲/PLA復合紗線，以及22D蠶絲和21D/22F PLA長絲熱收縮率如圖3所示。

圖3 不同濕熱處理條件下試樣熱收縮

如圖3所示，蠶絲/PLA復合紗線濕熱收縮主要來自于蠶絲和PLA熱收縮共同作用，比較而言相同條件下蠶絲熱縮率很小，而PLA在濕熱條件下熱收縮率較為明顯，蠶絲/PLA復合紗線熱收縮率介于蠶絲和PLA長絲之間。隨著時間及溫度的增加，蠶絲/PLA復合紗線的熱收縮率整體呈上升趨勢，但S捻Z捻蠶絲/PLA復合紗在相同條件下濕熱收縮存在較大的差異，說明加工方式對復合紗熱收縮會產生一定的影響。

2.3 彈性回復率

不同條件下濕熱處理的S捻和Z捻蠶絲/PLA復合紗線、22D蠶絲和21D/22F PLA長絲的彈性回復率如圖4所示。

如圖4所示，蠶絲/PLA復合紗線彈性回復率受蠶絲和PLA長絲彈性回復率的綜合作用，濕熱處理使其彈性回復率整體增加，幅度隨著時間增加呈現先增大后減小的趨勢，在溫度為80℃時，紗線彈性回復率的增幅最大。這是因為復合紗線彈性回復性能來源兩個方面的共同作用，在濕熱條件下有利于紗線內部的應力消除，同時對于纖維來講，蠶絲經過濕熱處理后試樣的取向度會有所提高，根據已有的文獻，當水溫達到85℃和100℃時纖維會潤濕膨化，使復合紗線的彈性增大[12]，而PLA的玻璃化溫度約為57℃，與PET相近，因此在60℃左右的溫度下，纖維內部的大分子鏈段開始移動，導致長絲的彈性有所增加。而隨著溫度的繼續升高，纖維表面形態發生不同程度的損傷，其彈性回復性能受損。

圖4 不同條件下濕熱處理的試樣彈性回復率

2.4 力學性能

不同條件下濕熱處理的S捻和Z捻蠶絲/PLA復合紗線、22D蠶絲和21D/22F PLA長絲的斷裂強力、斷裂伸長率如圖5和下頁圖6所示。

圖5 不同條件下濕熱處理的試樣斷裂強力

圖6 不同條件下濕熱處理的試樣斷裂伸長率

如圖5和圖6所示，S捻和Z捻蠶絲/PLA復合紗線的斷裂強力表現不同的規律，在未處理條件下，S捻復合紗線的強力大于Z捻復合紗線。對于S捻復合紗線來說，其斷裂強力在不同的溫度下呈現不同的變化趨勢，在溫度為60℃時呈先增大后減小的趨勢，在溫度為80℃時表現出逐漸減小的趨勢，而在100℃時表現出先減小再增大的趨勢。對比Z捻復合紗線而言，隨著時間的增加斷裂強力整體呈逐漸增大的趨勢。蠶絲/PLA復合紗線斷裂強力的變化趨勢主要來源于長絲和紗線結構的共同作用，但S捻復合紗線受到的影響規律與Z捻復合紗線有所不同，從上頁圖5的(c)和(d)可看出，S捻復合紗線整體的變化趨勢與單絲基本一致，Z捻復合紗線受共同作用的影響而表現出斷裂強力增大的趨勢。

S捻和Z捻蠶絲/PLA復合紗線的斷裂伸長率整體表現出下降的趨勢。但在溫度為60℃時，兩種捻度復合紗線的斷裂伸長率表現出不同的規律，60℃相對于80℃、100℃時其斷裂伸長率隨時間變化有較大的差異。從圖6(c)和(d)可看出，在處理條件為60℃、30min時，S捻復合紗線的斷裂伸長率和單絲的變化趨勢整體上一致；當溫度增加到80℃、100℃時，其斷裂伸長率在長絲和紗線結構的共同作用下整體呈下降的趨勢。Z捻復合紗線受到的影響規律與S捻不同，濕熱處理使其力學性能得到改善[13]，而隨著溫度的增加PLA長絲的力學性能受損[14－15]，Z捻復合紗線的斷裂伸長率整體上也呈減小的趨勢。

3 結論

蠶絲/PLA復合紗線濕熱處理后其形貌得蓬松；在溫度為60℃~100℃、時間為30min~90min的條件下，蠶絲/PLA復合紗線的熱收縮率在1%~4.5%之間，隨著處理溫度的增加S捻和Z捻蠶絲/PLA復合紗線表現出不同的規律；S捻蠶絲/PLA復合紗線的彈性回復率為40%~70%，Z捻蠶絲/PLA復合紗線的彈性回復率為45%~62%，蠶絲/PLA復合紗線的彈性回復率隨著溫度和時間的增大整體呈上升趨勢；對于S捻蠶絲/PLA復合紗線來說，其初始斷裂強力為108.9cN，隨著溫度和時間的變化表現出不同的規律；Z捻蠶絲/PLA復合紗線的初始斷裂強力只有60.3cN，隨著溫度和時間的增加而逐漸上升；S捻和Z捻復合紗線的初始斷裂伸長率分別為26.4%和23.3%，隨著溫度和時間的增加整體上都表現出下降的趨勢。