l 弹性纤维纺织品的结构和类别

　　弹性纤维按弹性伸长率大小，可分为高弹性丝（弹性伸长率400% 一800%）、中弹性丝（弹性伸长率150% 一390%）、微弹性丝（弹性伸长率20%一150%）和低弹性丝（弹性伸长率小于20%）。按品种和组成主要分为：氨纶弹性纤维（Spandex）、聚醚一酯类弹性纤维、PBT纤维、PTT纤维、双组分复合卷曲纤维、假捻变形弹力丝、弹性纤维复合纱，以及强捻丝等弹性纤维或弹性复合丝。

　　上述弹性纤维可加工成弹性纱线和弹性织物，不同弹性纤维适合制成不同弹性要求的纺织品。

　　1.1 弹性纤维

　　通过不同方法将具有特殊分子结构的，或经分子改性组合得到的高分子物，纺制成具有弹性回复功能的纤维，即弹性纤维。其主要有以下几种：

　　1.1.1 氧纶弹性纤雏⋯

　　氨纶是一种高弹性合成纤维，主要化学组成是聚氨基甲酸酯，它具有由软链段和硬链段组成的嵌段共聚物形成的网络结构，即具有“区段”网络结构。其主要链段组成如下：

　　1.1.2 聚醚一酯类弹性纤维

　　这是一类由聚酯、聚醚（或聚酰胺）等聚合物改性得到的弹性体，主要由硬链段（PBT等）和软链段（聚醚多元醇等）所组成，有较高的弹性，而且具有结晶性，熔点较高。因此，其耐热性较氨纶弹性纤维好，可与PET纤维制成织物，并可在高温下用分散染料染色。

　　1.1.3 聚酯类弹性纤维

　　聚酯类弹性纤维近年来发展很快，主要品种有PBT（聚对苯二甲酸丁二酯）纤维和PTT（聚对苯二甲酸丙二酯）纤维。这类弹性纤维的弹性比氨纶低。PBT于1970年由美国Celanese公司首次作为工程塑料投放市场，商品名为“X一917”；20世纪70年代后期，日本帝人公司首先推出了商品名为“Fe?neceU”的PBT纤维。PTT纤维则是美国SheH Chemical公司于1995年研制开发的新型纤维。

　　这两种纤维的结构和PET相似，所不同的是二元醇的烷烃链较长。二元醇的碳链增长后，聚酯分子链柔顺性增加，分子链中硬链段和软链段的“区段”结构特性也逐渐明显，因此聚合物或纤维的弹性也就增强。当然，它们的弹性比氨纶低得多。

　　PBT的玻璃化温度为22～24"C，m 为45?65~C，两者玻璃化温度均比PET低，因此纤维柔软而富有弹性。聚酯类弹性纤维的染色温度也较低，可以在常压IOO~C下染色。

　　上述这些具有硬软链段特征的高分子物，由于形成的超分子结构具有弹性网络结构特点，在受到应力作用时，硬链段或结晶区成为结点，不易滑动，软链段或无定形区分子链问作用力弱，分子链段容易卷曲收缩或伸长，使纤维具有伸缩弹性。由于纤维的分子结构和超分子结构不同，纤维弹性和特征各不相同。有关它们的弹性和机理模型可参看有关文献 ]。

　　1.1.4 共轭复合自卷曲弹性纤维

　　这是一类由结构和性能不同的两种聚合体，通过双组分复合纺丝制成的卷曲弹性纤维。两种不同特性的高聚物，按一定比例通过共轭纺丝形成双组分复合丝。由于纤维内平行排列的两组分具有不同的收缩性和初始模量，热处理后，纤维在内应力作用F形成螺旋或波浪状卷曲，这种卷曲状的纤维像弹簧一样，具有不同程度的伸缩性和弹性。

　　这种双组分卷曲弹性纤维和天然羊毛的卷曲弹性非常相似。例如，羊毛的皮质层就是由两种不同结构的皮质细胞组成的，这两种皮质细胞被称为正和偏皮质细胞，呈双侧分布，它们的紧密性、吸湿性、溶胀性和反应性均不同，这是羊毛呈卷曲状态和富有弹性的主要原因。

　　共轭复合卷曲弹性纤维的弹性，随两种聚合物的化学组成、分子结构、在纤维中的分布状态，以及两种组分比例不同而不同。若两组分是并列复合或偏芯芯鞘型复合，则其截面呈对称或不对称复合结构。

　　复合纤维纺丝牵伸时，两组分产生相同的伸长，但受热后则由于两组分收缩行为不同而产生异收缩效应，并且两组分是粘贴在一起的。因此，收缩时相互有协调牵制作用。收缩快的组分对收缩慢的组分产生收缩压力；反之，收缩快的组分受到收缩慢的组分产生的反向拉伸力。当这两种作用力随着收缩变形到一定程度后达到平衡，收缩力和拉伸力组成一对力偶，在此力偶作用下，整根纤维自发地产生扣转，形成螺旋卷曲的纤维。一些双组分复合纤维在张力去除后立即自行卷曲；而有些则是潜在卷曲，例如受热或溶胀后才卷曲。相反，另一些纤维在受热或溶胀后，卷曲会减少或消失，它们分别适用于不同应用场合这种双组分复合卷曲弹性纤维的弹性，不是基于分子链中硬和软组分的运动，而是纤维中两组分的收缩或伸长的差异。

　　1.2 弹性纱线

　　弹性纱线由弹性纤维与其它纺织材料组合形成。按弹性纤维与其它纤维材料组合的方式，可分为以下几类：

　　1.2.1 弹性复合纱

　　以弹性纤维长丝作为芯丝，利用包覆、缠绕、喷气包覆等方式，将普通短纤或长丝，以单层或双层包覆在弹性长丝的外周。形成具有适当强力和一定粗细的弹性纱线。

　　1.2.2 弹性纤维纱

　　弹性纤维纱又可分为弹性短纤纱和弹性长丝纱。如按短纤维纺纱工艺纺制成的PTT、PBT等纯纺短纤弹性纱，或与棉等其它纤维混纺制得的混纺短纤弹性纱。在针织物中，常直接使用氨纶裸丝或中等弹性的长丝进行编织、加捻，这种丝也可以用于机织物中。

　　1.2.3 假捻变形弹性丝

　　通过所谓刀刃边缘法和假捻变形法，将可塑性原丝假捻变形后，经过热定形，使纱线固定成卷曲形状，成为具有伸缩性和蓬松的假捻变形丝。

　　除少数情况外，高弹性的弹性纤维很少直接用来织制纺织品。这一方面是由于弹性纤维弹性太大而难于控制，另一方面它们的强力等性能也难以满足要求。即使是P丌和PBT纤维。

　　虽然它们可以直接进行织造，也能满足一般纺织品的要求，但它们存在受热易变形、易燃烧、机械强力较低、织物形态不稳定等缺点，所以很少单独应用，而大多与其它纤维组合成纱线后应用。

　　为了改进PTT和PBT的不足，目前开发出的PET与PTT或PBT共混纤维，制成微弹性纤维后，其机械性能、耐热性能和染色牢度均可改善，制成纯纺织物或混纺织物。目前应用的弹性纤维复合纱的类别很多，它们的弹性和伸长率各不相同，适合制成不同要求的弹性纺织品。一些高弹性纱的伸长率可达到200% 一350% ，它们都是用氨纶与其它纤维复合制得的。

　　1.3 弹性织物

　　织物的弹性伸长率与服装的紧贴度有密切关系，不同用途的织物要求有不同的弹性伸长率。按弹性伸长率可将织物的弹性分成以下几类（表1）：

　　表1 弹性伸长率与织物弹性的关系

　　不同弹性的织物适合制成不同的服装。10% ～20% 弹性伸长率的织物适合制作低紧度的服装，包括通常的内衣、制服、上；眩、外衣等；20% 一50%的适合制作中等紧度的内衣、袜类、衬衫、毛衣、牛仔装和紧身裙等；50% 以上的适合制作高紧度的服装，例如紧身内衣、泳衣和紧身外衣等。

　　由此可知。不论是机织物还是针织物，由于用途不同。对织物弹性要求也不同。根据它们对弹性的要求，应选用不同弹性的纤维或纱线，设计不同的组织结构来织造。

　　机织物根据纬纱、经纱是弹性纱线，或经纬都是弹性纱线，可制成纬弹、经弹和经纬向双弹性的织物。针织物一般以氨纶的裸丝与其它纱线编织，经编和纬编织物也可以应用各种包芯、包覆纱进行编织。通常它们的弹性伸长率均较高。服装的弹性伸缩性直接影响人体伸展的灵活性和舒适性。生产的服装应具有很好的保形性和形状记忆功能。服装的这些性能不仅决定于服装设计时选用的弹性纤维种类、纱线和织物的组织结构，还与染整加工关系密切。因为染整加工不仅会影响织物的这些性能，而且织物的有些性能只有通过染整加工才能稳定。

　　2 弹性纤维纺织品的弹性

　　弹性纤维的基本性能已有大量文献介绍，不同组成的纤维有不同的化学性能。常见的弹性纤维，它们的化学稳定性相差很大。例如，氨纶加工时要特别注意强碱和氯的作用，一些溶胀性的有机溶剂也会损伤它的弹性和机械性能；聚酯类的弹性纤维则要特别注意碱剂的作用。由于所有弹性纤维的弹性和机械性能都对热敏感，所以高温处理的温度和时间应严格控制。本文重点讨论弹性纺织品的弹性及影响因素，特别是与弹性有关的力学性能，例如蠕变、应力松弛和疲劳性能。

　　通常，纺织品的力学性能兼有弹性固体和粘性流体的变形特征，即它是一种粘弹体。它具有蠕变、应力松弛和疲劳的特征，与一般刚性物体的力学性能有很大不同。纤维和纱线在一定拉力作用下，发生伸长变形，在拉力连续作用下，变形量随时问不断变化，直至断裂。当拉力在某时间去除时，纤维或纱线部分变形会立即回缩，即存在急弹性变形；部分变形不能立即回缩，而是需要足够长的时间才能回缩。这部分变形属缓弹性变形，此外，还有部分变形不能回缩，属塑性变形。

　　在一定拉伸力作用下，变形随时间而变化的现象，称为蠕变。而在拉伸变形恒定的条件下，纤维内部应力随时间延长而不断降低的现象，称谓应力松弛。出现蠕变和应力松弛现象的根本原因是纤维的内部结构。

　　在恒定拉力作用下。纤维内的结构单元，包括原纤、微原纤、大分子链的弯曲状态发生变化，在不同作用力或不同时间会发生不同的伸展。对弹性纤维来说，特别是大分子的软链段会发生伸展，这种变形需要的时间短，基本属急弹性变形。但是随着作用时间延长，纤维内一些较难伸展的单元或部位也会逐渐变形。这包括分子链局部旋转、硬链段的局部变形、原纤或微原纤间的位置调整和取向、硬链段内分子链的滑动，甚至部分结晶区内分子链的伸展和滑移，使纤维在一定应力下仍然不断伸长，这就是发生蠕变的原因。当外力消除时，蠕变产生的变形部分可逐渐回复（回缩），即缓弹性变形。部分不能回复，即塑性变形。

　　同样道理，在保持变形量不变的条件下。纤维受到的应力会因蠕变而不断变小，即发生应力松弛。纱线的蠕变和应力松弛原理基本相同，但除了纤维变形外，纱线内纤维间滑移和错位也会影响蠕变和应力松弛。纤维的蠕变和应力松弛主要是纤维内分子问的滑移，对弹性纤维来说，软链段容易变形，即伸长和回缩，表现出良好的弹性，特别是急弹性。但是它们的弹性是基于部分的链段伸展和回缩，而不是整个大分子链。此时，硬链段在拉伸时只允许位置的凋整，分子链段不能发生滑移，起节点固定作用。

　　氨纶分子链中的软链段是聚醚或聚酯。特别是聚醚，其分子链段柔软，分子链间作用力很弱，而且分子链段长，所以弹性好，因此弹性伸长率高。虽然PTT 、PBT等聚酯中脂肪链段仍比PET长，也容易伸长和回缩，但脂肪链段比较短，所以弹性虽比PET强，却比氨纶低得多。氨纶品种不同，弹性差异很大。由此可知，影响弹性纤维弹性的因素，除了其本身结构外，还与其它许多因索有关，包括温度、作用力、含湿量或溶胀剂、纤维表面的状态和固着的物质。由于具有蠕变和应力松弛的特点。其弹性也与外力作用的时问和频率有关。染整加工时，各种作用会有累积效果，影响缓弹性变形和塑性变形。此外，纱线结构、织物组织结构对上述变形也均有影响。

　　如果弹性纤维纺织品在加工过程中，反复受到拉伸、摩擦等作用，其变形不断累积，当内部结构的破坏累积到承受不住时，纤维就被拉断，出现所谓疲劳现象。由于弹性纤维急弹性变形强、缓弹性变形弱，所以比普通纤维纺织品的耐疲劳性好。纺织品中加入弹性纤维后，可以提高其耐疲劳性。由此可知，弹性纤维纺织品的弹性、耐疲劳性好。但是这些性能对温度、化学作用和染整加工时的张力及作用方式很敏感，据此，应该仔细设计和控制染整加工工艺。

　　3 弹性纤维纺织品的染整加工要点

　　弹性纤维纺织品的染整加工对其服用性能，包括产品的尺寸稳定性和弹性影响很大。不同弹性纤维及其纱线和织物的染整加工工艺和注意点各不相同。如前所述，这是由于弹性纤维的化学、超分子和形态结构不同的关系。但是，所有弹性纤维纺织品的弹性和尺寸稳定性都与加工工艺密切有关，这些加工包括热定形、湿热加工（精练、染色和整理）、松弛处理等。弹性纤维纺织品的染整加工已有大量文献介绍。本文仅分析其染整加工的要点，并重点分析其尺寸稳定性和弹性与染整加工的关系。这两个性能主要与图1所示加工有关：

　　图1 影响弹性纺织品弹性尺寸稳定性的相关加工

　　由图1知，弹性纺织品的染整加工流程多种多样，经编、纬编和机织物加工流程也各不相同，但有几种主要加工是共同的，这包括热定形、松弛收缩和各种湿热加工。这些加工不仅控制产品的尺寸稳定性，也提高和稳定了弹性。

来源：印染在线

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