特种人造纤维微观结构的扫描电镜观察和研究

　　随着我国纺织工业科学研究的飞速发展和生产生活上的需要,各种实用、美观、质优、价廉且具有特种功能的人造纤维纺织品相继问世。例如穿着舒适的吸湿睛纶;用于耐高温的阻燃纤维;耐腐蚀的酚醛纤维和用于过滤消毒的中空纤维等等。它们的性能和生产工艺人们已经了解,但它们各自的微观形态,微观结构,以及其对性能的影响,过去虽有人[1][2]研究过,可公开报导的文献资料却不多见。本文利用扫描电子显微镜和自动图像分析仪,对以上五种特种人造纤维,进行微观观察和统计分析。在此基础上提出了自己的某些看法,目的是为我国的纺织工业、印染工业的生产工艺提供一些可靠的分析手段和科学依据。

　　材料和方法

　　1.样品材料:国产吸湿睛纶、双组份纤维、聚矾超滤中空纤维、酚醛纤维和阻燃纤维。

　　2.样品制备:先用光学显微镜精选纤维丝。挑选表面光滑平整、无任何损伤的丝条,先用蒸馏水洗净晾干,彻底除去其表面的灰尘、杂质和其它有机物。对吸湿睛纶、中空纤维和酚醛纤维的纤维丝,用镊子在液氮中自然折断;对双组分纤维的纤维丝,用纤维拉力机慢慢拉断;对阻燃纤维丝则用纤维切片机切片。然后选取截面平整的、断口无伤痕的纤维丝,使其断口面朝上垂直粘于样品台上,连同样品台一起放入离子喷镀仪中喷金待用。为了更清楚地观察阻燃纤维切片表面上的阻燃粒子分布情况,先把切片放入氯仿溶液中,在15℃时经5min,先使其进行选择性化学蚀刻,再用乙醇滴淋冲洗,干燥后溅射喷金待用。

　　3.实验仪器:本实验所用扫描电子显微镜是JEOL公司的JSM-35C型,加速电压15kV,工作距离20mm;所用自动图像分析仪是CAMBRIGE公司生产的QTM-720型。

　　结果和讨论

　　扫描电镜对以上五种特种人造纤维的微观结构观察结果如图1至图5所示。图1是吸湿睛纶的二次电子像,从中可以看到其断面结构如海绵状,断口上布满了大小不等的孔洞和韧窝。大孔孔径约几个μm到十几个mm;小孔孔径约几百个nm,它们的数量不多,最多的是小到十几个nm的所谓韧窝。这些韧窝是断口的一种微观形态,它是材料发生延性断裂的典型微观特征。高倍观察结果显示,这些大小孔洞大部分是互相连通的开口孔,它们是吸水的入口。通过毛细管的作用把水吸入纤维内部。显然孔洞越多,比表面积越大,其物理的吸水能力越强,用这种吸湿睛纶做成的衣服,夏天才不会感到闷热出汗[3]。

　　图2为双组分的双层纤维二次电子像。从中看到其双层结构各自成型良好,皮、芯层次界限分明,但分层严重。纤维断裂后,其皮、芯二层断面不在同一平面内,这种现象主要是由于双层纤维本身各自的力学性能有很大的差异造成的。这双层间的性能如果差异过大,就会严重影响整个纤维的机械抗拉强度而影响纤维质量,如果设法在二层之间添加某些溶粘剂或改善某些工艺使其两界面间共熔或共混,将会使纤维的性能大为提高[4]。