Lyocell纤维的研究进展.docx

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Lyocell纤维的研究进展

先进高分子材料课程

综述

名称：

lyocell纤维的研究进展

院系：

化学化工学院

专业:

高分子材料与工程

学号：

04120XXXX

学生：

KC

小组成员:

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

指导教师：

刘宏波

完成时间:

2011年5月8日

摘要：

介绍了lyocell纤维产品的概况、特性、生产工艺；综述了lyocell纤维的研究与应用；重点讨论了下不同纺织品中Lyocell纤维纵向图像特征差异。

关键词：

lyocell纤维，生产工艺，性能应用

　随着人们对经济、时尚和环保的关注,一种新型的再生纤维素纤维——Lyocell纤维已越来越引起人们的兴趣。

它是利用N-甲基吗啉-N-氧化物（简称NMMO）溶剂法生产的新型纤维素纤维,根据国际人造纤维及合纤标准化局（BISFA）的命名方法命名为Lyocell。

该纤维具有纤维素纤维的典型特性如柔软性和悬垂性、丝绸般手感、轻盈光泽、亮丽的色泽、良好的吸湿性等等。

此外,它的力学性能接近于合成纤维,尺寸稳定性颇佳,具有极佳的服用性和机可洗性。

它最大的特点是原料来源丰富,可生物降解,并且由于解决了传统粘胶纤维生产流程长而复杂和污染环境诸问题,对环境的影响最小。

Lyocell纤维是人类创造性地应用纤维素纤维生产的一种美观、性能卓越的纺织和无纺布领域的新型材料,是一种新型的环保纤维。

1.Lyocell纤维发展概况

早在100多年前,纤维素纤维就得到了发展,首先在英国生产出了粘胶纤维。

我国的粘胶工业起步较晚。

近年来其产量几乎处于停滞状态。

由于粘胶纤维主要原料是棉短绒和木材等可再生资源,且其产品具有适宜的强度和伸长,吸湿透气性好,不易起静电等优点,因而是纺织工业的重要原材料。

用粘胶纤维制成的各种服装面料,长期以来保持着较强的竞争优势,深受广大消费者欢迎。

然而,就生态学而言,粘胶工业存在工艺流程长,工作环境恶劣,环境污染严重等问题。

因此，一些工业发达国家已开始逐渐退出传统的粘胶纤维生产行业,开发了一种对生态环境无污染的溶剂法生产纤维素纤维。

目前已实现工业化生产,并有良好发展前景的是以N−甲基吗琳−N一氧化物为溶剂的纤维素纤维生产工艺。

Lyocell纤维主要性能优于其它纤维素纤维,被科技界、产业界称为“绿色纤维”。

2.lyocell纤维的性能特点

Lyocell纤维的以上性能带来了它在纺织、染整、服用和环保上的独特性。

在纺织方面,它适合各种纺纱方法,如环锭纺和气流纺；高湿强、湿模降低了它在机械和化学整理后受损的风险,使之可经受得住高速生产工艺,具有高的织造效率。

在染整方面,适用染料多（直接、活性、还原硫化和偶氮染料）,上染率高,染色具有经济性。

在服用方面,使用舒适,吸湿、保水性好；湿强、湿模高,热稳定性好,使用耐久；可通过原纤技术使其手感从棉→羊毛→丝绸变化,手感丰满；它属纯天然纤维,生产用溶剂无毒,生理学性能好。

另外,生产工艺无污染,产品可生化降解,有利于环境保护。

用显微镜观察,Lyocell纤维具有规则的纵面,表面光滑,光泽性佳,截面呈圆形或椭圆形,与一般人造纤维不同的是,其表面微纤维排列十分整齐,互相呈平行状态,这些微纤于后道染整加工过程中将会分离,而呈现出其特有的光泽及手感。

Lyocell纤维结晶度高,无论在干、湿状态下,仍具有很大的强度,其干强近似于聚酯纤维,湿强为干强的85%,这意味着其能承受机械作用力及化学药剂的处理,而不致使织物强度过低造成损伤。

另外,其湿模量较高,使其在湿润状态下,具有很低的潜在收缩,所以尺寸稳定性颇佳。

Lyocell纤维与其它纤维的性能比较见表1、表2。

Lyocell纤维、粘胶纤维、棉、聚醋纤维的纤维特性见下表。

2.1强力

由于lyocell纤维自身具有较高的结晶构造决定其强力高,其干强接近涤纶纤维,湿强仅比干强低10%写左右,比润湿的棉强力还高。

在人造纤维中是最好的,这使得lyocell纤维的纺织加工性能更接近于合成纤维,因此,相应产生较强的纱线,有利于后道工序加工和成衣的耐久性。

另外,用lyocell纤维可以织成轻薄型的织物,而且其织成的织物缩水率较低,仅为2%左右。

Lyocell纤维能与棉、羊毛、亚麻、丝等纤维混纺,能提高和改善织物的性能。

2.2伸长

由于lyocell纤维具有较高的扬氏模量,在水中长度伸长率低,其织物具有较好的洗涤稳定性。

2.2微纤化

微纤化是指单根纤维表面剥离产生微细纤维,其直径一般小于1-4微米。

微纤化只能由湿润时的摩擦而产生,即表面剥离主要产生在织物的湿摩擦或织物与金属的摩擦,纤维干燥时摩擦或仅在湿润状态下不能产生微纤化。

纤维非常细,几乎透明,使整理后的织物有泛白或霜白的效果。

微纤化过程,微细的纤维将纠结在一起,导致起球现象。

2.3膨润性

当织物在湿态状态下,纤维直径将增加一半,而长度不变,因此,造成织物中相邻纱线间产生挤压,纱线卷缩,织物内纱线间距必然缩小以适应所增加的卷缩,物尺寸随之缩小。

当织物干燥后,纤维及纱线直径恢复原状,但织物尺寸并未随之恢复,仍保持在收缩状态,织物的每根纱线周围将产生空隙,而赋予织物优良的悬垂性。

而且,由于纱线间较易相互移动,使织物获得特殊的流动感特性。

在湿态加工过程中,织物所受张力会阻碍织物收缩及纱线间隙的产生。

因此,应采用滚筒式处理方法的低张力加工过程,促进产品的悬垂性和流动性。

3.lyocell纤维的生产工艺

NMMO工艺是一种不经化学反应而生产纤维素纤维的新工艺。

它利用NMMO中叔胺氧化物对纤维素的溶解特性,将纤维素浆粕溶解得到粘度适宜的纺丝液（粘度在几万Pa.s左右）,然后经干喷湿纺得到纤维素纤维,经过凝固浴洗除纤维素中的溶剂,同时凝固液、清洗液中的NMMO被精制、回收利用。

工艺流程见图1。

传统的粘胶纤维生产很复杂,生产过程只要控制不当,即会产生不同特性的成品,同时造成大量的污染。

而Lyocell纤维的生产,实际上形成了内循环状态,NMMO溶剂在生产中约有99.5%可回收再循环使用,这种再循环具有环境保护的特点。

生产车间的空气环境很好,无任何异味,生产中挥发量都是极小的,并在生物化学净化装置中得到分解或还原。

3.1纺纱工艺

可使用现有短纤维纺纱机进行纺纱,包括转杯纺纱及长、短纤环锭纺纱方式。

一般只须略微调整速度及捻度等条件,即可制造出强力及均匀度等性能均佳的纱线。

3.2父机织工艺

可使用所有传统的制造技术制成织物,包括喷气织机、剑杆织机及片梭织机等,织造条件与一般纤维素织物基本相同。

产品规格包括厚重至轻薄等所有织物种类。

3.3飞针织工艺

可使用一般横编或圆编针织机进行织造,织造条件与其它纤维素针织物基本相同。

可织造出高针数至轻薄针织布等各种规格的产品。

3.4七斗染整工艺

Lyocell纤维的化学结构,使其可以用其它纤维素纤维相同的染料进行染色,如直接、活性、还原、硫化和纳夫妥染料等,其上染率类似于粘胶,但高于棉纤维。

传统的纤维素纤维织物的染色方法均可用于lyocell纤维织物的染色,如连续和间歇式平幅染色、浸轧染色、卷染机染色、经轴染色、浸轧一焙烘染色、浸轧一汽蒸染色等。

4.不同纺织品中Lyocell纤维纵向图像特征差异

4.1纤维直径变异系数分析

基于纤维图像自动采集和识别系统，采集Lyocell纤维纵向显微图像并识别，统计分析每个样本中1000根Lyocell纤维直径，得出各样本中Lyocell纤维的平均直径d、标准差RSD。

可以看出，从散纤维到针织物、机织物，RSD存在明显差异，但是因为纱线和织物的纤维原料来自不同的供应商，直径本身存在差异，RSD不具可比性，所以提取纤维直径变异系数CV值这一纵向图像特征参数，比较不同纺织和染整加工环节纤维纵向图像的特征差异，如图1所示。

由图1看出:

纤维直径变异系数曲线呈现上升趋势;散纤维、纱线、针织物、机织物中Lyocell纤维直径变异系数存在明显特征差异。

由散纤维到纱线，CV值增加但增幅小，纺纱过程中Lyocell纤维直

径差异不大；由纱线到针织物，变异系数曲线迅速上升，经过针织和染整加工，Lyocell直径会发生明显变化；从纱线到机织物，CV值变化最明显，经过织造和染整加工，Lyocell直径变化最大。

4.2纤维骨架方向变化率分析

对Lyocell纤维纵向图像进行二值化，利用图像处理中的形态学骨架提取得到纤维的中心线，即纤维的主骨架（以下简称纤维骨架），该骨架是Lyocell纤维纵向图像在不同加工环节中的又一特征差异表现，下面针对不同纤维来源中Lyocell纤维骨架特点进行分析，如图2所示。

从图2（a）可以看出，纤维原料中的Lyocell纤维骨架为直线或光滑弧线，但是经过纺织和染整加工后，纤维纵向形态发生明显变化，骨架为不规则曲线，斜率沿骨架方向发生变化，严重变形区域斜率变化更明显，如图2（b）所示。

为对纤维骨架进行变形分析，提取纤维骨架方向变化率如图3所示，以未经加工的纤维骨架作为基准，沿箭头方向获得1mm内骨架上不同点的切线（以割线代替切线）变化率，同一根纤维上不同变化率矢量累加，得到1mm内Lyocell纤维骨架方向变化率。

4.3纤维光泽取向分析

纤维光泽随纤维体的层状结构（即材料密度由外向里连续或者分层变化的结构）、纵向形态以及截面形状等的不同而表现出明显差异，在图像处理技术中很难准确描述纤维光泽特性。

纤维原料中Lyocell纤维纵向图像呈现管状，即沿一定方向纤维图像光泽变化存在一定规律（如图4所示），本文提取了2个沿骨架方向的光泽取向特征参数来描述Lyocell纤维光泽变化，即纤维光泽取向系数和纤维光泽取向系数分布曲线。

图5示出Lyocell纤维纵向图像。

比较图5（a）、（b）看出，织物中Lyocell纤维光泽发生明显变化，纤维不再具有光泽取向特征参数的特征。

结合纤维直径变异系数、纤维骨架方向变化率得出Lyocell纤维纵向形态特征差异由小到大为散纤维、纱线、针织物、机织物，那么纤维光泽取向系数E会呈递增趋势，纤维光泽取向系数沿骨架方向分布曲线L会呈波动程度递增的趋势。

5.Lyocell纤维应用

Lyocell纤维具有良好的性能,发展前景十分广阔,其具有舒适、吸湿、热稳定性好、手感丰满等特点,目前开发的产品主要有粗斜纹布工作服、薄、厚型重质裤和衬衫面料、针织服装面料、外衣绒线、毛绒织物、手工针织纱线等。

现主要用于制作高档衬衣、套装,也可用于休闲服、牛仔服等服装面料；同时,还可利用纤维的原纤化倾向开发另一种产品,例如目前市场上较为流行的桃皮绒、仿鹿皮等。

Lyocell纤维不仅拥有人造纤维的丝绸般质感、柔软舒适、透气性好,而且具有合成纤维的实用性,防皱不变形,强度高。

Lyocell纤维的特种用途产品也在开发之中,例如用做涤层面料的基布织物、造纸添加物、阻燃后处理织物、过滤布等。

Lyocell纤维在增强生物复合材料方向也有良好的前景。

6.结束语

Lyocell纤维原料来源广阔,资源可再生,纤维性能明显优于粘胶纤维,具有合成纤维难以取代的优良的使用性能,且生产过程先进合理,不排放任何污染生态环境的物质,被称为二十一世纪的绿色环保型纤维”。

我国化纤工作应加快这类绿色环保纤维工业化研究和开发。

参考资料

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[10]中国纺织，1998，7，秦贞俊

[11]基于图像处理技术的苎麻和棉纤维纵向全自动识别系统，2007，9，王荣武