嚴(yán)　瑛

(陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西咸陽(yáng) 712000)

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Coolplus纖維研究現(xiàn)狀及結(jié)構(gòu)分析

嚴(yán)瑛

(陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西咸陽(yáng) 712000)

摘要：Coolplus是臺(tái)灣中興紡織有限公司研發(fā)的新型纖維，該文介紹了Coolplus纖維研究現(xiàn)狀、結(jié)構(gòu)分析、物理機(jī)械性能測(cè)試及吸濕導(dǎo)汗機(jī)理研究。利用Coolplus纖維開(kāi)發(fā)熱濕舒適性面料，既順應(yīng)了紡織品功能性發(fā)展的趨勢(shì)，又可以提高產(chǎn)品的附加值。

關(guān)鍵詞：Coolplus纖維，吸濕排汗，結(jié)構(gòu)分析，研究現(xiàn)狀

具有吸濕快、放濕快、蒸發(fā)快的功能性面料有著廣闊的發(fā)展前景。具有優(yōu)異熱濕舒適性的紡織品是未來(lái)消費(fèi)市場(chǎng)的一大趨勢(shì)。

Coolplus纖維是臺(tái)灣中興紡織公司研制開(kāi)發(fā)的一種具有良好吸濕排汗功能的差別化聚酯纖維，中文名“酷帛絲”，其纖維呈“十”字形橫截面，縱向表面具有細(xì)微溝槽和孔洞，可將肌膚表層排出的濕氣與汗水經(jīng)由芯吸、擴(kuò)散、傳輸?shù)淖饔茫查g排出體外，使肌膚保持干爽與清涼。利用Coolplus纖維開(kāi)發(fā)熱濕舒適性面料既順應(yīng)了紡織品功能性發(fā)展的趨勢(shì)，又可以提高產(chǎn)品的附加值。

1吸濕排汗功能產(chǎn)品介紹

據(jù)資料報(bào)道，開(kāi)發(fā)具有吸濕排汗功能的產(chǎn)品，通常采用物理改性、化學(xué)改性或者是兩者的結(jié)合，一般有以下一些方法[1]：(1)在聚合物原料合成時(shí)，采用共聚手段向成纖聚合物大分子中引入羧基、酰胺基、羥基、氨基等親水性基團(tuán)；(2)在紡絲時(shí)，通過(guò)改變噴絲板孔型及紡絲工藝條件等方法制成異形纖維、中空微多孔纖維、超細(xì)纖維；(3)與親水性聚合物共混紡絲；(4)與吸濕性聚合物復(fù)合紡絲；(5)利用低溫等離子體表面處理技術(shù)對(duì)纖維表面進(jìn)行改性處理，如表面刻蝕使纖維表面粗糙化、等離子體聚合使聚合物表面活化產(chǎn)生自由基并發(fā)生移植，從而使纖維表面改性。不僅增加滌綸等合成纖維及織物的表面吸濕性，也可使吸濕性高的棉織物表面產(chǎn)生排水效果；(6)將吸濕性物質(zhì)固定于纖維表面，提高纖維的吸濕性；(7)運(yùn)用生物酶分解等多種技術(shù)方法的組合來(lái)提高纖維及織物的吸濕排汗性等。

日本、美國(guó)和我國(guó)臺(tái)灣省先后投入巨資開(kāi)發(fā)具有吸濕排汗功能的相關(guān)產(chǎn)品，其開(kāi)發(fā)研究水平處于領(lǐng)先地位。近年來(lái)我國(guó)內(nèi)地也有一些廠家在此方面進(jìn)行了開(kāi)發(fā)研究，并且取得了新的進(jìn)展。

(1)美國(guó)杜邦公司用于生產(chǎn)Coolmax織物的四溝道(Tefra-channel)聚酯纖維，具有優(yōu)良的芯吸能力，將疏水性合成纖維制成高導(dǎo)濕纖維，將高度出汗皮膚上的汗液用芯吸導(dǎo)到織物表面蒸發(fā)冷卻。實(shí)驗(yàn)證明，在30min后濕度去除百分率：棉為52%，四溝道聚酯纖維為95%。這種纖維應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)服裝、軍用輕薄保暖內(nèi)衣特別有效，不僅能保持皮膚干爽和舒適，而且具有優(yōu)良的防寒保暖作用。

(2)泉州海天集團(tuán)生產(chǎn)的Cooldry纖維，它將自然界的毛細(xì)管原理成功地引入到紡織品開(kāi)發(fā)，能將肌膚表面的汗水和濕氣迅速吸收、傳輸至織物的表面并散發(fā)掉。同時(shí)，高異形度的纖維斷面結(jié)構(gòu)及蓬松的紗線結(jié)構(gòu)，使織物的透氣性大大增加，可以保持織物與肌膚間干爽的狀態(tài)，達(dá)到快速吸濕排汗、提高舒適性的目的，是運(yùn)動(dòng)、休閑、家居服飾的理想選擇。

(3)江蘇鹽城化纖集團(tuán)有限公司開(kāi)發(fā)出的167DT、334DTINY三異型涼爽纖維系列。該纖維以異截面、異纖度、異收縮的良好空間結(jié)構(gòu)，使織成的面料透氣性好、導(dǎo)濕性強(qiáng)且能消除靜電和抗起毛起球。該纖維特別適合在制服面料中運(yùn)用。

(4) 廣東順德金紡集團(tuán)開(kāi)發(fā)的導(dǎo)濕干爽型滌綸長(zhǎng)絲Coolnice，通過(guò)改變纖維截面形狀使單纖之間的空隙增大，由于其比表面積的增大及毛細(xì)管效應(yīng)使導(dǎo)濕性能大大提高，采用該纖維生產(chǎn)的織物導(dǎo)濕性能、水分?jǐn)U散性能極佳，與棉等吸濕性好的纖維搭配，采用合理的組織結(jié)構(gòu)，制成的服裝穿著干爽、清涼、舒適，適用于針織運(yùn)動(dòng)服裝、機(jī)織襯衫、男女夏季服裝面料、滌綸絲襪等?，F(xiàn)已開(kāi)發(fā)出系列長(zhǎng)絲產(chǎn)品投放市場(chǎng)[1-2]。

(5)我國(guó)臺(tái)灣省中興紡織公司開(kāi)發(fā)的具有良好吸濕排汗功能的新型纖維Coolplus。它是利用纖維表面的四條細(xì)微溝槽產(chǎn)生“毛細(xì)現(xiàn)象”將肌膚表面排出的濕氣與汗水經(jīng)芯吸、擴(kuò)散、傳輸，使水滴通過(guò)織物瞬間排出體外蒸發(fā)，讓肌膚充分感受干爽和清涼。其濕氣擴(kuò)散能力較棉高12%～74%，干燥效率較棉高11%～47%。

類似的吸濕排汗纖維還有遠(yuǎn)紡的Topcool、豪杰的Technofine、中國(guó)石化儀征化纖股份有限公司成功開(kāi)發(fā)的Coolbst纖維等等。

2Coolplus纖維的研究現(xiàn)狀

Coolplus纖維是普通聚酯纖維經(jīng)過(guò)必要的改性而制成的，由臺(tái)灣中興紡織有限公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)。由于其優(yōu)良的吸濕排汗性能，自問(wèn)世以來(lái)，被國(guó)內(nèi)外的一些廠家紛紛采用，廣泛應(yīng)用于針織內(nèi)衣、T恤衫、襯衫、運(yùn)動(dòng)服等領(lǐng)域中?，F(xiàn)廣泛地被美、歐、日等名牌運(yùn)動(dòng)服飾所采用，并受到消費(fèi)者的喜愛(ài)。

目前，相繼出現(xiàn)了Coolplus系列產(chǎn)品，有CoolplusII(吸濕排汗抗起毛球纖維)、Coolplus Skintect(吸濕排汗抗紫外線纖維)、Coolplus Freshplus(吸濕排汗抗菌防臭纖維)、Coolplus Whiteplus(吸濕排汗超白纖維)、Coolplus Micro(吸濕排汗細(xì)旦纖維)、Coolplus CD(吸濕排汗變色調(diào)纖維)、Coolplus Black(吸濕排汗纖維)以及Coolplus XO(吸濕排汗異型異纖度纖維)等等，這些都是在Coolplus纖維吸濕導(dǎo)汗性能的基礎(chǔ)上又增加了其它一些優(yōu)良的性能。

山東紡織科學(xué)研究院、山東濱州華潤(rùn)紡織有限公司以及青島的幾家公司在Coolplus纖維的加工工藝方面、Coolplus針織紗線開(kāi)發(fā)方面、Coolplus纖維吸濕速干性能及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方面做了不同程度的研究；山東真情集團(tuán)對(duì)Coolplus棉織物染色工藝進(jìn)行了探討。

Coolplus纖維吸濕導(dǎo)汗機(jī)理研究：Coolplus纖維截面呈“十”字形，使纖維表面有四條溝槽，這樣纖維束之間的毛細(xì)管數(shù)量就相應(yīng)地增加了，毛細(xì)效應(yīng)也比較明顯；同時(shí)纖維的表面積增加，使液態(tài)水的傳導(dǎo)面積和蒸發(fā)面積增大，有利于水汽(氣)的傳輸，如圖1所示；再加上纖維表面有許多微孔，這就更加有利于汗液的傳導(dǎo)與蒸發(fā)。正是由于Coolplus纖維結(jié)構(gòu)上的這些特點(diǎn)，使得其具有優(yōu)良的吸濕排汗性能[3]。

圖1　Coolplus纖維導(dǎo)濕快干示意圖

3Coolplus纖維性能測(cè)試

Coolplus纖維是一種具有良好吸濕排汗功能的新型聚酯纖維，它可以純紡，也可與棉、毛、絲、麻及各類化纖混紡或交織；可梭織也可針織。Coolplus纖維，它采用了全新的纖維截面形狀設(shè)計(jì)，將毛細(xì)管原理成功地運(yùn)用到紡織品表面結(jié)構(gòu)中，使纖維能夠快速吸水、擴(kuò)散和揮發(fā)，從而保持人體皮膚的干爽。同時(shí)，由于聚酯纖維具有較高的濕屈服模量，在濕潤(rùn)狀態(tài)時(shí)也不會(huì)像海綿纖維那樣倒伏，所以始終能夠保持織物與皮膚間的微氣候狀態(tài)，達(dá)到提高舒適性的目的[4]。

紡織纖維的結(jié)構(gòu)、性能等是紡織工藝?yán)碚摲治?、設(shè)備設(shè)計(jì)和紡織工藝設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)，紡紗、織造、針織等工藝參數(shù)設(shè)計(jì)、紡織機(jī)器設(shè)備的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)、適用的紡織產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和原料選配等，都需要以纖維性能為基礎(chǔ)。纖維的結(jié)構(gòu)性能與紡紗工藝、織造工藝、染整工藝及紡織產(chǎn)品的質(zhì)量和實(shí)用性能關(guān)系密切，全面了解纖維的物理化學(xué)性能，對(duì)于優(yōu)化紡、織、染各道工序的工藝設(shè)計(jì)以及新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)都具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

3.1Coolplus纖維物理機(jī)械性能測(cè)試與分析

在進(jìn)行纖維性能研究時(shí)，首先應(yīng)該對(duì)其物理機(jī)械性能進(jìn)行測(cè)試與分析。所測(cè)試的Coolplus纖維的物理機(jī)械性能指標(biāo)如表1所示。

表1　Coolplus纖維物理機(jī)械性能

我們將所測(cè)試的Coolplus纖維的物理機(jī)械性能與其他一些纖維的性能進(jìn)行了對(duì)比分析，具體比較結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　Coolplus纖維與其它纖維性能對(duì)比

續(xù)表2

性能Coolplus滌綸棉大豆干態(tài)斷裂伸長(zhǎng)率/%32.1625～303～1015～21濕態(tài)斷裂強(qiáng)度/cN·tex-134.254～5826～4839～52濕態(tài)斷裂伸長(zhǎng)率/%36.3125～3012～1416～24摩擦系數(shù)0.19—0.220.235相對(duì)密度/g·cm-31.381.381.541.27回潮率/%0.490.4～0.57.67.45質(zhì)量比電阻/Ω·g·cm-23.40×1071013～1014105～1071.995×109

從表1、表2我們可以得到以下一些結(jié)論：

(1)Coolplus纖維長(zhǎng)度為38mm，屬于棉型化學(xué)短纖維。

(2)一般情況下，纖維的回潮率越大，大分子之間結(jié)合力越弱，結(jié)晶區(qū)越松散，則纖維的強(qiáng)度降低、伸長(zhǎng)率增大。在Coolplus纖維強(qiáng)力的實(shí)際測(cè)試中，我們發(fā)現(xiàn)，它的干、濕態(tài)斷裂強(qiáng)度基本相同，均低于普通滌綸，干、濕態(tài)斷裂伸長(zhǎng)率均高于滌綸，這說(shuō)明Coolplus纖維經(jīng)過(guò)滌綸改性之后，其吸濕能力得到了改善，但是在回潮率的測(cè)試中發(fā)現(xiàn)Coolplus纖維的回潮率并沒(méi)有增加很多，只是位于普通滌綸回潮率范圍的上限，這可能與實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的操作誤差等有關(guān)。

(3)Coolplus纖維之間的摩擦系數(shù)較小，這與它的截面形狀有關(guān)，“十”字截面使纖維表面呈四個(gè)凸肋，這樣纖維之間的接觸面積就減小了，摩擦系數(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)減小，纖維的卷曲數(shù)較大，這與普通滌綸相比較提高了纖維的可紡性，增加了纖維之間的抱和力。普通滌綸纖維表面平整，抱和性能很差，短纖維在生產(chǎn)時(shí)都經(jīng)過(guò)卷曲工序，以增加纖維的抱和性。

(4)Coolplus纖維的比電阻較小，這說(shuō)明其抗靜電性能較好。普通滌綸比電阻較大，容易產(chǎn)生和積聚靜電，而且易吸附灰塵，Coolplus纖維大大改善了滌綸的靜電性能[5]。

3.2Coolplus纖維結(jié)構(gòu)分析

Coolplus纖維是一種改性聚酯纖維，只有我們?nèi)轿坏亓私饬怂母鞣矫娴男阅?，才能更好的將它?yīng)用于實(shí)踐當(dāng)中去。

對(duì)纖維的結(jié)構(gòu)分析，就是要根據(jù)各種纖維的外觀形態(tài)特征和內(nèi)在性質(zhì)的差異，從物理方法和化學(xué)方法兩個(gè)方面進(jìn)行。物理方法有：熔點(diǎn)法、熱分析法、顯微鏡觀察法、折射率法、紅外分光光度法等?；瘜W(xué)方法有：燃燒法、熱失重分析法、溶解法、著色法等。本文對(duì)Coolplus纖維的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)，采用物理方法——顯微鏡分析法和紅外光譜法對(duì)纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)和纖維內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

3.2.1顯微鏡分析

利用光學(xué)顯微技術(shù)分析纖維結(jié)構(gòu)是最普遍采用的方法之一，可用來(lái)觀察纖維的縱向表面形態(tài)和橫截面特征，這也可以用來(lái)作為鑒別纖維的依據(jù)。這種方法還可用來(lái)確定織物是純紡還是混紡，以及混紡織物是由哪幾種纖維構(gòu)成。

顯微鏡分析試驗(yàn)參照《FZ/T01057.3-1999紡織纖維鑒別試驗(yàn)方法 顯微鏡觀察法》執(zhí)行。用DMB5型數(shù)碼顯微鏡對(duì)Coolplus纖維進(jìn)行橫、縱向的觀察，得到Coolplus纖維的橫截面與縱向形態(tài)如圖2、圖3所示。

圖2　Coolplus纖維橫截面結(jié)構(gòu)

圖3　Coolplus纖維縱向形態(tài)結(jié)構(gòu)

Coolplus纖維截面呈“十”字形，表面有細(xì)微溝槽，由于在纖維中增加了特殊的聚合體，經(jīng)NaOH精煉，聚合體溶解，在纖維表面形成許多細(xì)微孔洞，這些細(xì)微溝槽與孔洞可將肌膚表層排出的濕氣與汗水經(jīng)由芯吸、擴(kuò)散、傳輸?shù)淖饔?，瞬間排出體外，使肌膚保持干爽與清涼。

由于是“十”字形截面，故其抗彎性能優(yōu)于其他圓形截面纖維，因而增加了纖維間的抱合力，使織物蓬松、透氣性好，且光澤柔和，消除了圓形截面纖維織物的蠟狀感，手感舒適；“十”字形截面因有四個(gè)凸肋，與皮膚的接觸面比圓形減少1/2，從而減少了濕感，增加了涼爽感，穿著更加舒適；Coolplus纖維吸水性較其他纖維高，因其纖維表面的縱向溝槽和無(wú)數(shù)微孔通過(guò)毛細(xì)管作用吸收汗液，汗液吸收的速度和擴(kuò)散的速度比棉快，相對(duì)來(lái)說(shuō)使皮膚表面保持干爽，使人感覺(jué)涼爽、清新又不寒冷[6]。

這種纖維生產(chǎn)時(shí)，除了利用異形孔噴絲板直接紡絲或改變纖維紡絲工藝條件外，微孔結(jié)構(gòu)的形成是向普通聚酯中添加成孔改性劑，使它均勻分布在聚合物中，經(jīng)熔融紡絲后，在整理階段再用堿將其溶解出來(lái)，纖維上就留下了許多微孔。由于微孔結(jié)構(gòu)很小，我們所使用的顯微鏡不能清楚地看到纖維表面的微坑。

3.2.2紅外光譜分析

我們主要是通過(guò)紅外光譜圖來(lái)分析Coolplus纖維的化學(xué)組成成分。

在可見(jiàn)光一端波長(zhǎng)大于760μm的光稱為紅外光。當(dāng)用連續(xù)波長(zhǎng)的紅外光照射物質(zhì)時(shí)，此物質(zhì)的分子就會(huì)選擇性吸收一定波長(zhǎng)的紅外光，被吸收的光能量變成分子的振動(dòng)能和轉(zhuǎn)動(dòng)能。如果將透視過(guò)物質(zhì)的光用色散元件進(jìn)行色散，并連續(xù)記錄不同波長(zhǎng)的透光率，就可以得到一張紅外吸收光譜圖。

紅外光譜圖表示的是某物質(zhì)吸收紅外光的強(qiáng)弱同紅外光波長(zhǎng)或波數(shù)間的關(guān)系?？v坐標(biāo)表示對(duì)紅外光的吸收強(qiáng)度，以透光率表示，而橫坐標(biāo)則表示入射紅外光的波長(zhǎng)或波數(shù)。根據(jù)試樣的紅外吸收光譜進(jìn)行定性和定量的分析的方法，稱為紅外分光光度法(或稱紅外吸收光譜法)。

利用紅外光譜法分析物質(zhì)的化學(xué)組成，主要是根據(jù)吸收光譜中吸收峰的位置和形狀來(lái)推斷未知物的結(jié)構(gòu)，并按照特征吸收峰的強(qiáng)度來(lái)測(cè)定混合物中各組分的含量。它還可以用于研究聚合機(jī)理，進(jìn)行聚合物和單體混合物的分析，高聚物結(jié)晶度、支化度的測(cè)定等。因此，紅外光譜法在紡織上是一種極重要的測(cè)試技術(shù)。

使用此方法對(duì)纖維進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)一般有兩種制片方法，分別是溴化鉀法和薄膜法，溴化鉀制片方法主要用于纖維素纖維、蛋白質(zhì)纖維及難溶的合成纖維，薄膜法則主要用于錦綸、聚氯乙烯纖維、二醋脂纖維、三醋脂纖維。根據(jù)纖維的不用選用不同的制片方法，由于Coolplus纖維屬于合成纖維，所以選用溴化鉀制片法。

紅外光譜分析試驗(yàn)方法參照《FZ/T01057.8-1999紡織纖維鑒別試驗(yàn)方法 紅外吸收光譜鑒別方法》執(zhí)行，用美國(guó)NICOLET公司生產(chǎn)的型號(hào)為AVATAR 360 FT-IR的紅外線光譜儀(波數(shù)范圍4000cm-1～400cm-1)做了Coolplus纖維的紅外波譜圖，如圖4所示。

圖4　Coolplus纖維紅外光譜圖

從Coolplus纖維的紅外光譜圖可知Coolplus纖維分子內(nèi)化合物的特征吸收峰為：3432.91cm-1、2923.99cm-1、1711.05cm-1、1500cm-1、1600cm-1、1412.31cm-1、1087.53cm-1、800cm-1、725.38cm-1。

在3432.91cm-1處是O-H鍵伸縮振動(dòng)吸收峰，2923.99cm-1處是飽和C-H鍵伸縮振動(dòng)吸收峰，1711.05cm-1處是C=O鍵吸收峰，1500cm-1、1600cm-1兩處為苯環(huán)骨架振動(dòng)吸收峰，1412.31cm-1處是CH2基剪式振動(dòng)，1087.53cm-1處是C-O-C鍵伸縮振動(dòng)，800cm-1左右吸收帶處判斷苯環(huán)為對(duì)位取代苯環(huán)，725.83cm-1處CH2彎曲振動(dòng)，并判斷亞甲基數(shù)少于4個(gè)。綜上所述，Coolplus纖維分子結(jié)構(gòu)的化合物組成符合聚酯纖維(聚對(duì)苯二甲酸乙二酯)的化學(xué)組成，因此可以確定纖維進(jìn)行的只是物理改性而沒(méi)有引入新的官能團(tuán)[7]。

滌綸的主要吸收譜帶為：3040cm-1、2358cm-1、2208cm-1、2079cm-1、1957cm-1、1724cm-1、1242cm-1、1124cm-1、1090cm-1、870cm-1、725cm-1。其中滌綸的酯基的特征譜帶是1724cm-1，由此可推斷出Coolplus纖維酯基的特征譜帶為1711.05cm-1。

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The Research Status and Structure Analysis of Coolplus Fiber

YAN Ying

(Shaanxi Industrial Vocational College，Xianyang 712000，Shaanxi，China)

Abstract：Coolplus fiber is a new fiber developed by Taiwan Zhongxing textile company limited. The research status，structure analysis，physical and mechanical properties of Coolplus fiber and the mechanism of moisture absorption and sweat were introduced in this paper. Applying Coolplus fiber to develop heat-moisture comfortable fabrics not only conforms to the need of functional textile products but also increases textile products’ additional value.

Key words：Coolplus fiber，moisture absorption，structure analysis，research status

中圖分類號(hào)：TS 101.92