3D打印面料制备技术探究——棉纤维基溶解制备技术

摘要

近年来3D打印产业迅速发展，已经被广泛使用于交通运输、通讯工程、医疗器械、工艺用品、设备模型、军事装备、建筑模型、机械行业等领域，国外服装设计师也让3D打印服装走上了国际T台，预示着3D打印技术将走进纺织产业。但目前3D打印服装材料一般为塑料树脂，服装材质近似塑料布或者硬塑料，其不柔软透气，只具有观赏价值，不存在服用价值，不符合纺织品的基本标准，达不到服装需求的基本柔软性、透气性和穿着舒适性，不能称为真正意义上的服装。本文在借鉴3D打印技术优点的基础上，利用3D打印增量加工概念，探究以棉纤维基溶解为基础制备3D打印面料的可行性。
　　本文首先利用单因子试验，探究棉纤维在N-甲基吗啉-N-氧化物（NMMO）溶剂中的溶胀和溶解行为。研究发现：在质量分数低于80％的NMMO溶剂中，棉纤维只溶胀，不溶解。在质量分数分别为83%，85%，87%的NMMO溶剂中，棉纤维出现溶解现象；随着NMMO质量分数的增大，水浴温度的上升，处理时间的延长，棉纤维的溶胀程度不断增大。在质量分数是83%的NMMO溶剂中，棉纤维先溶胀后溶解；在质量分数是87%的NMMO溶剂中，棉纤维不溶胀直接溶解；在质量分数是85%的NMMO溶剂中，棉纤维的溶解存在先溶胀后溶解和直接溶解两种形式；棉纤维在质量分数低于80%的NMMO水溶液中处理后，结晶结构和化学结构均没有变化，在质量分数是85%的NMMO溶剂中处理后，部分棉纤维结晶结构由天然纤维素I结构转化再生纤维素II结构。
　　在了解棉纤维在NMMO溶剂中溶胀和溶解的基础上，利用单因子试验探究不同工艺参数对棉纤维基面料服用性能的影响。研究发现：棉纤维基面料由再生纤维素将完整的棉纤维和未完全溶解棉纤维粘聚在一起，形成具有一定服用性能的面料；随着处理时间的延长，面料厚度先减小后增大，断裂强度呈增大的趋势，断裂伸长率先增大后减小，面料透气性先减小后增大又减小，面料柔软度下降；随着凝固浴温度的升高，面料厚度略呈下降趋势，面料断裂强度先上升后下降断裂伸长率呈下降趋势，面料透气性呈上升趋势，面料柔软度上升；随着塑化浓度上升，面料厚度先下降后没明显变化，面料断裂强度呈下降趋势，断裂伸长率呈上升趋势，面料透气性能先增大后减小，柔软度呈上升趋势；随着浴比的增加，面料表面再生纤维素分布均匀性增加，面料厚度基本没变化，面料力学性能呈下降趋势，面料透气性能和柔软度也均呈下降趋势；随着单位面积克重的增加，面料厚度呈上升趋势，力学性能呈上升趋势，透气性能呈下降趋势，面料柔软度下降。
　　为了加强所制备面料的强力和透气性，在棉纤维基中加入化学纤维制备混合基面料，探究了化学纤维在高浓度NMMO溶剂中的形状变化，并通过改变纤维基中化学纤维比例，探究化纤比例对面料强力和透气性能的影响。研究发现：在高浓度NMMO溶剂中，聚酯纤维既不溶胀也不发生溶解现象，处理3h后的聚酯纤维结晶结构也没有明显变化；在高浓度NMMO溶剂中，聚氨酯纤维发生溶胀但不溶解，处理3h后的聚氨酯纤维结晶结构没有变化，结晶度略有下降；随着聚酯纤维比例的增加，面料的力学性能先增加后减小，面料的透气性能呈上升趋势；随着聚氨酯纤维比例的增加，面料的断裂强力先增加后减少，断裂伸长率不断增加，面料的透气性能先减小后增大。

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第一章 绪论

1.1 前言

1.2 3D打印技术及其在纺织上的应用

1.3 纤维素的溶解及成膜

1.4 本课题研究的内容及意义

第二章 实验部分

2.1 主要实验材料与仪器设备

2.2 N-甲基吗啉-N-氧化物（NMMO）水溶液的制备

2.3 棉纤维在NMMO水溶液中的溶胀和溶解处理及过程测定

2.4 棉纤维、化学纤维溶胀状态和棉纤维溶解过程测定

2.5 X-射线衍射（XRD）测试

2.6 红外光谱（FTIR）测试

2.7 面料表面形态SEM测试

2.8 面料厚度测试

2.9 面料透气性能测试

2.10 面料硬挺度测试

2.11 面料机械性能测试

第三章 棉纤维在NMMO溶液中的溶胀和溶解行为

3.1 棉纤维在NMMO中的溶胀行为

3.2 棉纤维在NMMO水溶液中的溶解行为

3.3 小结

第四章 棉纤维基3D打印面料的制备技术探究

4.1棉纤维基面料实验制备

4.2制备工艺参数对面料性能的影响

4.3 小结

第五章 棉纤维与化纤混合基3D打印面料的制备技术探究

5.1 棉纤维与化纤混合基面料实验制备

5.2 高浓度NMMO溶剂对化纤的影响

5.3 化纤比例对面料性能的影响

5.4 小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文情况

致谢