纳米TiO2对氨纶丝强伸性的影响

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摘要：

为了探究纳米二氧化钛对氨纶丝强伸性能的影响。通过设计试验，对两组3种线密度的普通氨纶丝和混有适量纳米二氧化钛的氨纶丝强伸性能进行测试，并对试验数据进行对比分析。可以得到：纳米tio2的加入可以提高氨纶丝的断裂强力，但是会降低断裂强度不匀率，随着氨纶丝线密度的增加，不匀率的增加幅度会下降；纳米TiO2可以降低氨纶丝的断裂伸长率，提高断裂伸长率的不匀率，随着氨纶丝线密度的增加，不匀率的增加速度下降。

关键词：氨纶；二氧化钛；断裂强力；断裂伸长率

氨纶是使用最为广泛的弹性纤维，其超高的伸长率和优良的弹性回复性能显著提高了服装的舒适度和抗皱性，被广泛地应用于纺织行业[1]。但是，随着纺织工业的发展和人民生活水平的日益提高，人们对纺织品质量的要求越来越高，对环保和功能性的要求也日益重视，传统的纺织品已不能满足现代产业用、服用和装饰用的最新要求。现代纺织品的发展方向已朝向多元化和功能化。纳米TiO2因具有无毒、粒径小、比表面积大、催化活性高、吸收性能好，吸收紫外线能力强，表面活性大、热导性好等优点而备受关注。在氨纶纺丝的过程中，加入适量的TiO2可以使氨纶丝具有抗紫外线、抗菌、抗静电、消光等优点[2]。但是，对于加入TiO2是否会对氨纶丝强伸性能有影响的研究却很少。而强伸性能是氨纶丝作为纺织材料的基本性能之一，拉伸断裂强力和伸长率反映了氨纶丝可纺性和拉伸极限变形能力。

因此，本文通过设计试验方案，分别对几组线密度相同的普通氨纶丝和混有适量纳米TiO2的氨纶丝进行拉伸断裂测试，然后对试验数据进行对比分析，探讨纳米TiO2对氨纶丝强伸性的影响，为氨纶丝的功能化整理及应用提供一些理论参考。

1 试验

1.1 试验材料及试验的制备

普通氨纶丝和混有纳米TiO2的氨纶丝均来自我国某氨纶丝生产厂家，厂方提供两组（普通和混有适量纳米TiO2）3种线密度（22.2dtex、33.3dtex和44.4dtex）共6个氨纶单丝样品，且纳米TiO2的质量在氨纶丝中相同。均等地从每个卷装上以至少2m的不等间隔剪取，试样长约1.25m，制成试验样本。

1.2 试验方法

参考国标FZ/T 50006―1995《氨纶丝断裂强度和断裂伸长率试验方法》。

1.3 试验仪器及参数

本试验氨纶丝强伸性的测试仪器采用HD021N（CRE）型单纱强力仪（南通宏大纺织仪器有限公司生产）。测试均在标准条件（温度25℃，相对湿度65%）下进行。参数设置：夹钳隔距长度：50mm ；拉伸速度：500mm/min；预加张力：0.01cN/tex。

每种氨纶丝拉伸断裂30个试样，求平均值。当试样在拉伸过程中出现滑移或在钳口附近 2mm内断裂时，则应舍弃该次测量，并另取试样重新试验。

2 试验数据与分析

2.1 试验数据

分别对6种氨纶丝中每种取30根氨纶丝进行拉伸断裂测试，计算出氨纶丝的断裂强力、断裂强度以及断裂伸长的平均值以及各项指标值的变异系数，6种氨纶丝的强伸性测试数据见表1。

2.2 数据分析

2.2.1 纳米TiO2对氨纶丝断裂强力的影响

从表1中数据结合图1可以看出：在相同线密度的条件下，加入适量纳米TiO2的氨纶丝在拉伸断裂过程中，断裂强力要高于普通的氨纶丝，22.2dtex、33.3dtex和44.4dtex混有适量纳米TiO2的氨纶丝的断裂强度与普通氨纶丝相比，分别增加了69.1%、52.8%和32.5%。这是因为在纺丝的过程中，纳米TiO2进入氨纶大分子的非结晶区，提高了氨纶丝的结晶度，结晶度和晶粒尺寸的提高可改善氨纶丝的拉伸断裂强度[3]。与此同时，TiO2纳米微粒表面富含羟基等活性基团，将微粒填充入高聚物中，粒子不但通过范德华力与高聚物结合在一起，而且这些具有较高的化学反应活性的纳米微粒也会同高聚物分子链段的活性点发生化学反应而紧密结合，可承受更多的外力，使得断裂强力增加[4]。但是，由于纺丝过程中加入的纳米TiO2在氨纶丝中分布不匀，导致强度不匀略微增大，强度变异系数分别增加了2.89%、2.02%和1.46%；随着氨纶丝线密度的增加，混有适量纳米TiO2的氨纶丝，断裂强力也增大，但是增加的幅度逐渐减小，这是由于随着氨纶丝线密度的增加，氨纶丝变粗，在TiO2量一定的情况下，导致线密度大的氨纶丝所含有的纳米TiO2就少，对氨纶强度的增加程度就越弱，强度也就越均匀，强度变异系数也就越小。

2.2.2 纳米TiO2对氨纶丝断裂伸长的影响

从表1中数据结合图2可以看出：在相同线密度的条件下，加入适量纳米TiO2的氨纶丝在拉伸断裂过程中，断裂伸长率要低于于普通的氨纶丝。22.2dtex、33.3dtex和44.4dtex混有适量纳米TiO2的氨纶丝的断裂伸长率与普通氨纶丝相比，分别降低了10.9%、11.8%和8.9%。这是由于加入适量纳米TiO2的氨纶丝在拉伸过程中，强度不匀增加，而断裂往往发生在氨纶丝的最薄弱处，所以导致断裂伸长率下降。但是断裂伸长率的变异系数却增加了，但随着氨纶丝线密度的增加，增加的幅度在逐渐减小。因为，随着线密度的增加，加入的纳米TiO2对氨纶丝强力的影响减弱，氨纶丝强力不匀率下降，导致断裂伸长率变异系数逐渐减小[5]。

3 结论

3.1 纳米TiO2的加入对氨纶丝断裂强力和断裂伸长率都有影响。线密度22.2 dtex～44.4dtex 氨纶丝的断裂强力因纳米TiO2的加入而提高，但是氨纶丝的断裂伸长率减小。

3.2 添加纳米TiO2降低了氨纶丝的强力和伸长率的均匀性，提高了氨纶丝的断裂强力变异系数和断裂伸长率的变异系数，但是，随着氨纶丝线密度的增加，变异系数的增加幅度在逐渐减小。

参考文献：

[1] 裘愉发.氨纶在纺织品上的应用[J].上海丝绸，2009，（4）：2-5.

[2]花金龙，潘伟，张玉莲，等.纳米TiO2在功能纺织材料中的应用[J].染整技术，2011，33（3）：7-9.

[3] 徐彤，朱新生，程嘉祺，等.添加剂对熔纺氨纶结构与性能的影响[J].合成纤维，2005，（5）：17-20.

[4] 白智勇，邓新华，孙元，等.纳米二氧化硅、二氧化钛对高吸水纤维性能的影响[J].精细石油化工，2006，23（5）：51-54.

[5] 高翔，毛立新，李宁，等.纳米TiO2对PET 结晶行为、流变和力学性能的影响[J].中国塑料，2003，17（6）：36-42.

（作者单位： 程浩南、张一心，西安工程大学；张鹏飞，陕西出入境检验检疫局）