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1、第2 7 卷第1 0 期 2 0 0 6 年1 0 月 纺织学报 J o u m a lo fT 宅x t i l eR e a r c h V o 王2 7N o 1 0 0 c t 2 0 0 6 文章编号:0 2 5 3 9 7 2 l ( 2 0 0 6 ) 1 0 0 0 7 0 0 4 大豆蛋白复合改性纤维的力学性能 杨庆斌1 ,李克让2 ,刘逸新1 ,于伟东3 ( 1 青岛大学纺织服装学院,山东青岛2 6 6 0 7 1 ;2 浙江纺织服装学院,浙江宁波3 1 5 2 1 1 ; 3 东华大学纺织学院,上海2 0 1 6 2 0 ) 摘要为了解大豆蛋白复合改性纤维的内部结构与力学
2、性能之间的关系及漂白和染色对纤维力学性能的影响, 对大豆蛋白复合改性纤维的拉伸性能、松弛性能进行测试分析。选择V g I l e l u w e 模型、改进的V a n g h e l u w e 模型、 Z u r e k 模型、改进的Z u r e k 模型对不同夹持方式下漂白及染色的大豆蛋白复合改性纤维拉伸曲线进行拟合,通过比 较得出不同情况下的最佳模型。 关键词大豆蛋白复合改性纤维;拉伸性能;松弛性;模型 中图分类号:鸭1 0 2 5 1 2文献标识码:A M e c h a I l i c a lp r o p e r 坶o fc 伽I p o s i t e 行b e ro fs
3、o y b e a np r o t e i n ,p o l y v i n y la l c o h o l Y A N GQ i n g b i n l ,L IK e m n 9 2 ,u uY i x i n l ,Y uw e i - d o n 矿 ( 1 c o Z 妇E 旷r 级t 池,Q i n 础D 蚵,Q f ,l 鲥,S 施,胁昭2 6 6 0 7 1 ,蕊i M ;2 z 埘缸凡g7 缸t 泷8 砌伽r e fc o 阮萨, M ,神o ,z 蛔玩昭 3 1 5 2 l l ,蕊打m ;3 c o z 如护旷7 缸t 如,D D ,咖魄沁瑙妙,s 地,l 咖i 2
4、0 1 6 2 0 ,吼i ,l 口) A b s t r a c tI no r d e rt ou n d e 璐t a n dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ei n n e rs t m c t u r ea n dt h em e c h a n i c a lp m p e r t i e s a n dt h ee f f e c t so fb l e a c h i n ga n dd y e i n go nt h em e c h a n i c a lp I _ 0 p e n i e so ft h ec o
5、m p o s i t ef i b e ro fs o y b e a np r o t e i n p o l y v i n y la l c o h o l ,i t st e n s i l ea n dI e l 麟a t i o np m p e r t i e sw e r et e s t e d A n dt h m u g ha n a l y s i s ,f o u rm o d e l s V a n g h e l u w e , m o d i f i e dV 肌g h e l u w e ,Z u I - e ka n dH I o d i 6 e dZ u
6、 I _ e kw e I s e l e c t e d ,a n dt h e yw e I a p p l i e dt ot h e f i t t i n go ft h et e n s i l ep r o p er t _ yc u r v e s t h ee o m p o s i t ef i b e r s o y b e a np r o t e i n ,p o 驷i n y la l e o h o lb l e a c h e da n d d y e du n d e rd i f k r e n tc o n d i t i o n s I h r o u
7、g hc o m p a r i s o nt h eo p t i n l a l m o d e ls u i t a b l ef o ri n d i V i d u a lc a s ew a s d e t e n l l i n e d K e yw o r d s c o l p o s i t e6 b e ro fs o y b e a np r o t e i n p o l y v i n y la l c o h o l ;t e n s i l ep m p e n y ;陀l a x a t i o np m p e r t y ;m o d e l 大豆蛋白复合
8、改性纤维不同的结晶度、取向度、 皮芯结构及大豆蛋白质在纤维中的不同分布,尤其 是不同基体的大豆蛋白复合改性纤维,其力学性能 均存在着很大的差异2 一。为了更好地了解大豆蛋 白复合改性纤维内部结构与力学性能的关系,本文 对大豆蛋白复合改性纤维的松弛特性及漂白、染色 情况下该纤维在不同夹持方式下的拉伸曲线、黏弹 性、卷曲弹性等力学性能进行了研究。 1实验部分 1 1 材料 拉伸和卷曲实验材料:1 6 7d t e x 3 8m m 大豆 蛋白复合改性纤维,3 3 3d t e x 1 2 0m m 羊毛。低应 力下的拉伸和黏弹性实验材料:1 6 7d t e xx3 8m m 的 大豆蛋白复合改性
9、原纤维、漂白纤维及染色纤维。 1 2 方法 单纤维强力用Y G 0 0 1 N 型单纤维电子强力仪进 行测试,拉伸速度l Om m m i n ,夹头距离1 0m m ,测试 5 0 根。 纤维粘弹性用I n s t r 0 “2 0 6 型万能强力仪进行测 试,夹持距离1 0m m ,初始应变值为1 0 ,预加张 力为0 1c N ,松弛实验应变值e 为8 和1 0 。 钩接和结节强力用Y G 0 0 l N 型单纤维电子强力 仪进行测试,拉伸速度1 0 眦I l I I l i n ,松弛时间1 5I I l i n , 收稿日期:2 0 0 5 一l l 0 7修回日期:2 6 一0 5
10、 一1 8 作者简介:扬庆斌( 1 9 6 4 一) ,男,副教授,博士。主要研究领域为纺织新材料的结构与性能、服装材料的舒适性等。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第l O 期杨庆斌等:大豆蛋白复合改性纤维的力学性能【7 1 】 测试根数3 0 根。 试样在实验前要在温度( 2 0 士1 ) ,相对湿度 3大豆蛋白复合改性纤维黏弹性特征 ( 6 5 3 ) 的标准状态下预调湿2 4h 。 3 1松弛特性 2 单纤维一次拉伸性能 2 1 一次拉伸曲
11、线 图1 为大豆蛋白复合纤维和羊毛纤维在干态和 湿态时的一次拉伸应力应变曲线。从拉伸变形的类 型看,大豆蛋白复合改性纤维属于高强、拉伸性能居 中类型,同时,在润湿状态下,大豆蛋白复合改性纤 维的拉伸性能比干态时变化相对较小,拉伸性能稳 定。大豆蛋白复合改性纤维湿态下的模量与羊毛的 模量相近,见图l 曲线初始段。 + 干志大豆蛋白复合改性纤维 + 湿态大豆蛋白复合改性纤维 _ 广- 千态羊毛纤维 o 一湿态羊毛纤维 O1 02 03 04 0 伸长率惕 图l大豆蛋白复合改性纤维和羊毛的一次拉伸曲线 2 2 断裂性能指标 表1 为大豆蛋白复合改性纤维和相关纤维的断 裂性能指标。可以看出,干态大豆蛋
12、白复合改性纤 维的强度较高,断裂比强度是羊毛纤维的3 1 3 倍, 约是棉纤维的2 倍,与P E T 、维纶和L y o c e u 纤维接 近。大豆蛋白复合改性纤维的湿态断裂强度较干态 断裂强度略有下降,是干态强度的9 2 5 。大豆蛋 白复合改性纤维的初始模量略大于维纶纤维而小于 粘胶纤维。大豆蛋白复合改性纤维的湿态断裂伸长 率小于干态断裂伸长率。 表l 大豆蛋白复合改性纤维和相关纤维的断裂性能指标 大豆蛋白复合纤维 羊毛纤维 维纶纤维 棉纤维 b e 纤维 P 盯纤维 牯胶纤维 对于线性黏弹体纤维,松弛模量尺( ) 与应变 无关,与采用弹性模量表达弹性材料的力学性能相 同口4 。理想纤维
13、尺( f ) 的最简单形式为 尺( ) = C e x p ( 一t r ) + D ( 1 ) 式中:c 、D 为常数;r = 刁,( A + B ) ,定义为松弛时 间,A 、曰为模型弹性模量;为时间变量。 为了比较大豆蛋白复合改性纤维的黏弹性,在 拉伸曲线上取8 和1 0 应变作比较,大豆蛋白复 合改性纤维1 “n 内在2 种不同应变下的松弛模量 如表2 所示。 表2 大豆蛋白复合改性纤维拉伸至8 和 1 0 时的松弛模量c N ,d t e x 松弛时 ! :! 丝! 三! ! 竺 问,s 原纤维漂白纤维染色纤维原纤维漂白纤维染色纤维 理想纤维的松弛性能可采用标准线性固体模型 表示b
14、。,该模型由麦克斯韦尔和模量为曰的弹簧组 成,其中麦克斯韦尔是由一个模量为A 的弹簧和一 黏滞系数为 7 的牛顿黏壶组成。只要计算出A 、曰、 r ,即可得到弹性模量A 、黏滞系数田、弹性模量B 。 方程为非线性方程,因此采用非线性回归方法求解。 3 2 不同纤维和不同应变下松弛模型参数 不同加工方式和不同应变下大豆蛋白复合改性 纤维的松弛模型参数见表3 。 表3 不同纤维和不同应变下松弛模型参数 H B 稻钙n 弛钳巧勉加悖掩堪“怕加;e眇眇蚰 加 “ 惦 撕惦撕塔 埒鹪坫乩躯弘H”笱拼毖毖毖扒驼虬卯m 卯如筋坶幅砸插坫塔坫蝤钉铊“ “ H B B B 协B n 钉 为巧甜 钳 “乃 笱甜堪
15、堪” “ ” 坫 O : , m 鲫如印 O 5 O 5 O 5 O 5 O 5 O 5 4 4 3 3 2 2 l l O O 嚣IpN。菩暾 与;他舒弛啪筋孤斟弧w“弧 甜笱“他躬玎笛“加:“药 j O j 4 4 警翟M 烈“4_卫正 t 4 3 乱4 lj矗舵丝勰配 4 4 L 轧钆六 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 【7 2 】 纺织学报第2 7 卷 由表3 可以看出,大豆蛋白复合改性纤维在应 变为8 和应变为1 0 状态下的松弛模型参数
16、是不 同的,这是由拉伸应力引起内部结构的变化而产生 的。从相关系数可以看出,为8 或1 0 ,原纤 维、漂白纤维和染色纤维的松弛性能均符合标准线 性固体模型。 4 低应力下的纤维力学性能 4 1 低应力下的拉伸性能 表4 为不同夹持方式下纤维的拉伸断裂强度和 断裂伸长率。可以看出,漂白加工可加快大豆蛋白 复合改性纤维的强度下降,大豆蛋白复合改性纤维 在结节和钩接拉伸方式下,其强度和断裂伸长率降 低,相比较而言,该纤维钩接强度较低,结节强度 较高。 表4 不同夹持方式下不同纤维的断裂强度和断裂伸长 直接拉伸结节拉伸钩接拉伸 纤维种类 强度,伸长率, 强度, 伸长率, 强度, 伸长率, ( c N
17、 d t e x 一1 ) ( c N d t e x 一1 )( c N d t e x 一1 ) 4 2 力学模型 为了模拟大豆蛋白复合改性纤维的应力与应变 关系曲线,选用4 种不同的黏弹性力学模型: V a n g h e l u w e 模型 6 7 | ,改进的V a n g h e l u w e 模型 8 | , z u r e k 模型,改进的z u r e k 模型。 量 R 黼 螺 姑 O0 51 O1 52 O2 5 伸长量,m m ( a ) 直接拉伸 OO 。5l 。O1 52 O 伸长量,m m ( b ) 结节拉伸 0O 51 O 伸长量,m m ( c ) 钩接
18、拉伸 性原纤维 纤维 图2 不同夹持方式下纤维的拉伸曲线 4 3 不同夹持方式下纤维的控伸曲线 大豆蛋白改性复合原纤维、漂白纤维、染色纤维 4 4 拟合参数 在赢接拉伸、结节拉伸、钩接拉伸方式下的拉伸曲线 利用上述4 种模型拟合大豆蛋白复合改性纤维 见图2 。 的力学性能,其参数见表5 。 表5 依纤维类别和实验方法选定的最佳参数 5 O 5 O S O S 0 5 0 4 4 3 3 2 2 1 1 O O 熏R黼蠓 O 5 O 5 0 5 0 3 2 2 1 l O O z 。,R 暇璐妊 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from ww
19、w.PDFWatermarkR to remove the watermark 第1 0 期杨庆斌等:大豆蛋白复合改性纤维的力学性能【7 3 】 从表5M a t 拟合曲线相关系数R 2 可以看 出:对于直接拉伸方式,3 种情况下最佳的模型为改 进的V a n g h e l u w e 模型;对结节拉伸方式,原纤维、漂 白纤维和染色纤维的最佳模型分别为改进的 V 雠g h e l u w e 模型、z u 斌模型、V a J l g h e l u w e 模型;对于 钩接拉伸方式,原纤维的最佳模型为V a n g I l e l u w e 模 型,漂白纤维的最佳模型是改进的z u r e
20、 k 模型,染色 纤维的最佳模型为改进的V a n g I l e l u w e 模型。 5结论 1 ) 拉伸性能分析结果表明,大豆蛋白复合改性 纤维属于高强、拉伸性能居中的纤维,其湿强力较干 态强力略有下降。初始模量强伸性与维纶接近,这 是由于大豆蛋白复合改性纤维的主要成分是P V A 的原因。 2 ) 力学建模分析得出大豆蛋白复合改性纤维 的松弛性能符合标准线性固体模型。 3 ) 漂白对大豆蛋白复合改性纤维的力学性能 有显著影响。而大豆蛋白复合改性纤维由于其自身 的颜色大豆色,在后加工中为了获得鲜艳的颜 色需进行漂白加工,故后加工中应考虑漂白对强度 的损伤。嘲 参考文献: 【1 张毅大豆
21、蛋白质纤维性能探讨【】 纺织学报,2 0 0 3 , 2 4 ( 2 ) :1 5 一1 6 2 韩光亭,王彩霞,孙永军大豆蛋白复合纤维性能分 析研究 J 纺织学报,2 0 0 2 ,2 3 ( 5 ) :4 5 4 6 3 V a I l 曲e l u w eL c o 咖e n t s o ns t r e s 8r e l 娃a t i o n 蛐dt e n s i l e m o d u l u so fp o l y m e r i c6 b r e 8 J T e x t i l eR e sJ ,1 9 9 2 ,6 2 ( 5 ) :3 0 6 3 0 8 4 V a n 曲
22、e l u w eL R e l a 】【a t i o na n di n v e r s er e l a 】【a l i o no fy 帅s a f t e rd y n a m i el o a d i n g J T e x m eR e sJ ,1 9 9 3 ,6 3 ( 9 ) : 5 5 2 5 5 6 5 张建春,施楣梧,尹继亮,等L y o c e H 纤维的力学性能 J 纺织学报,2 0 0 0 ,2 1 ( 2 ) :7 9 6 李作攀,储才元非织造布力学性能模拟及其应用探 讨 J 东华大学学报,1 9 9 8 ,2 4 ( 2 ) :1 4 7 崔世忠,石风俊大豆
23、蛋白质纱拉伸性质建模的研究 J 纺织学报,2 0 0 3 ,2 4 ( 4 ) :4 4 4 6 8 T h oM ,P o s t l e R V i s c o e l a s t i c a n a l y s i s o fk e m t i n c o m p o s i t e ,p a nI :l o n g i t u d i n a la n dt m n s v e r m e c h a I l i c a l p r o p e r t i e s J 7 r e x m eR e sJ ,1 9 8 9 ,5 9 ( 3 ) :1 2 3 1 3 8 欢迎订阅2 0 0 7 年纺织学报 纺织学报( 月刊) 系中国纺织工程学会会刊,于1 9 7 9 年创刊,国际标准大1 6 开本印刷,每月中旬 出版。 纺织学报始终坚持“内外兼顾,侧重提高,体现水平,生动活泼”的十六字编辑方针,报道国内最新 纺织科研成果,学术理论探讨,新技术、新产品、新设备的开发,国内外纺织动向综述和评论等,受到了越 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark
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