芳砜綸紡紗油劑的配方優(yōu)化

白 洋 郁崇文

(1.大連東原紡織有限公司，大連，116000;2.東華大學(xué)，上海，201620)

芳砜綸(Polysulfonamide纖維，PSA纖維)又稱(chēng)聚芳砜酰胺纖維，其國(guó)內(nèi)商品名為特安綸(TANLON)，是我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能纖維［1］。芳砜綸具有優(yōu)良的高溫尺寸穩(wěn)定性、阻燃性、電絕緣性和化學(xué)穩(wěn)定性，其產(chǎn)品主要用于防護(hù)制品、過(guò)濾材料、電絕緣材料、摩擦密封材料和其他工業(yè)織物(包括造紙毛毯、熨燙臺(tái)布和涂層織物等)［2］。然而，由于芳砜綸的體積比電阻和初始模量較高，摩擦因數(shù)和卷曲穩(wěn)定性較低，使得纖維在紡紗過(guò)程中易產(chǎn)生靜電，纖維之間抱合力較差，從而導(dǎo)致其紡紗加工困難、成紗質(zhì)量較低。目前，改善芳砜綸可紡性的方法主要包括對(duì)纖維進(jìn)行等離子體處理［3-4］、將芳砜綸與其他纖維混紡［5-7］和在纖維表面施加紡紗油劑等。由于在芳砜綸表面施加油劑不會(huì)對(duì)纖維本身的優(yōu)良性能造成影響且成本較低，因此較為常用。

化纖油劑由多種化學(xué)品復(fù)配而成，主要包括平滑劑、乳化劑和抗靜電劑［8］。在本研究的前期工作中，選用了工業(yè)白油(礦物油)作為平滑劑，月桂醇聚氧乙烯醚(JFC)作為滲透劑，脂肪醇與環(huán)氧乙烷縮合物(MOA-3和MOA-9)作為乳化劑，并篩選了六種抗靜電效果較好的抗靜電劑，分別配制了六種適合于芳砜綸紡紗的油劑。結(jié)果表明，添加抗靜電劑為異己醇聚氧乙烯醚磷酸單酯鉀鹽(TF-481)的油劑能較好地改善芳砜綸的可紡性。但前期研究?jī)H探討了一種油劑配方，其抗靜電劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%，其他表面活性劑(除抗靜電劑外)與平滑劑的質(zhì)量比為 20∶80。

本文選擇不同含量的抗靜電劑TF-481，以及不同配比的其他表面活性劑(除抗靜電劑外)與平滑劑，配制了不同配比的芳砜綸紡紗油劑，探討了抗靜電劑TF-481的含量以及其他表面活性劑與平滑劑的配比對(duì)芳砜綸可紡性與實(shí)際紡紗過(guò)程、成紗質(zhì)量的影響，以確定最優(yōu)的油劑配方。

1 紡紗油劑可紡性的評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.1 抗靜電性評(píng)價(jià)

芳砜綸紡紗油劑能夠與水分子形成氫鍵締合，這就保持了表面活性劑-水在纖維上的極性中心，因氫鍵締合的水膜是連續(xù)的，從而降低了芳砜綸的體積比電阻，使電荷不易積聚。因此，可采用添加油劑后芳砜綸的體積比電阻來(lái)評(píng)價(jià)紡紗油劑的抗靜電性。

1.2 平滑性評(píng)價(jià)

紡紗油劑吸附在芳砜綸表面時(shí)，可視為定向排列的單分子層，纖維與金屬之間的干燥摩擦轉(zhuǎn)為邊界摩擦，使纖維運(yùn)動(dòng)阻力更小。因此，可采用添加油劑后芳砜綸與金屬間的動(dòng)摩擦因數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)紡紗油劑的平滑性。

1.3 抱合性評(píng)價(jià)

采用添加油劑后芳砜綸纖維與纖維之間的靜摩擦因數(shù)和動(dòng)摩擦因數(shù)之差(Δμ)來(lái)評(píng)價(jià)紡紗油劑的抱合性。Δμ越大，紡紗油劑的抱合性越好，則纖維抱合越緊密、棉卷體積越小、成網(wǎng)成條質(zhì)量越高。

2 試驗(yàn)部分

2.1 纖維原料

芳砜綸：上海特安綸纖維有限公司提供，線密度2.2 dtex，平均長(zhǎng)度 51 mm。

2.2 油劑選擇

2.2.1 油劑組分

平滑劑：工業(yè)白油;

滲透劑：JFC;

乳化劑：MOA-3和MOA-9;

抗靜電劑：TF-481。

2.2.2 油劑中各組分的含量

不同油劑中各組分的配比列于表1。

表1 油劑配比

2.3 試驗(yàn)方法

將按照上述配方配制的紡紗油劑與去離子水通過(guò)攪拌配成均勻乳液，其中油劑用量按纖維質(zhì)量的0.5%稱(chēng)取，去離子水用量按使纖維回潮率達(dá)10%稱(chēng)取;再將乳液均勻噴灑至芳砜綸上。

2.3.1 油劑的可紡性試驗(yàn)

測(cè)試經(jīng)各油劑處理后，芳砜綸的體積比電阻［9］和摩擦因數(shù)性能［3］，比較各油劑的可紡性。

2.3.2 紡紗驗(yàn)證試驗(yàn)

將噴灑油劑后的芳砜綸置于密封袋中悶放24 h，再經(jīng)清梳聯(lián)、并條、粗紗和細(xì)紗工序紡成細(xì)紗，比較各纖維在紡紗各工序中的表現(xiàn)和細(xì)紗質(zhì)量，確定最佳的紡紗油劑配方。

3 結(jié)果與討論

3.1 油劑的可紡性測(cè)試結(jié)果

經(jīng)不同油劑處理后的芳砜綸的體積比電阻和摩擦因數(shù)分別見(jiàn)表2和表3。

表2 不同油劑處理后纖維的體積比電阻

由表2可知：隨著抗靜電劑TF-481含量的增加，纖維的體積比電阻值先減小后增大，經(jīng)油劑A4(抗靜電劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%，其他表面活性劑與平滑劑質(zhì)量比為20∶80)處理后，纖維的體積比電阻值最小，即當(dāng)抗靜電劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%時(shí)油劑的抗靜電性最好;纖維的體積比電阻值隨其他表面活性劑與平滑劑配比的變化，未出現(xiàn)規(guī)律性的變化。

由表3可以發(fā)現(xiàn)：當(dāng)抗靜電劑TF-481含量一定時(shí)，隨著油劑中其他表面活性劑比例的增加，纖維與纖維間的動(dòng)、靜摩擦因數(shù)先增加后減小;經(jīng)油劑B2和B3處理后，纖維的Δμ最大，而經(jīng)油劑B3處理的纖維其纖維與纖維之間靜摩擦因數(shù)較經(jīng)油劑B2處理的纖維大，故當(dāng)其他表面活性劑與平滑劑的質(zhì)量比為20∶80時(shí)，油劑的抱合性最好;隨著抗靜電劑TF-481含量的變化，纖維與金屬、纖維與纖維間的摩擦因數(shù)并未出現(xiàn)規(guī)律性的變化。

表3 不同油劑處理后纖維的摩擦因數(shù)

由上可知，當(dāng)抗靜電劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%、其他表面活性劑與平滑劑質(zhì)量比為20∶80時(shí)，油劑的可紡性最好。

3.2 紡紗各工序的表現(xiàn)及細(xì)紗性能

選取可紡性較好的 A2、A3、A4、B2、B4五種油劑(油劑A3與B3是同一配比的油劑)和目前工廠使用的兩種油劑(分別記為C1和C2)處理纖維，然后將幾種纖維在相同的試驗(yàn)條件下進(jìn)行紡紗。通過(guò)各種纖維在紡紗過(guò)程中的具體表現(xiàn)和細(xì)紗性能，得出最佳的油劑配方。

從表4可以看出，總體上用油劑A4和A3處理的纖維在紡紗過(guò)程中的表現(xiàn)較好，且油劑A4與工廠使用的油劑C1的表現(xiàn)相接近，優(yōu)于工廠使用的油劑C2;經(jīng)油劑A2處理的纖維由于靜電較大而導(dǎo)致紡紗困難;經(jīng)油劑B4處理的纖維粗紗、細(xì)紗多次斷頭，主要原因是出現(xiàn)較為嚴(yán)重的繞皮圈現(xiàn)象。

表4 不同油劑處理后纖維在紡紗各工序中的表現(xiàn)

由表5可以看出，使用油劑A4處理的纖維其成紗性能在條干、棉結(jié)、斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和斷裂伸長(zhǎng)不勻指標(biāo)上均優(yōu)于用工廠使用的油劑C1和C2處理的纖維，其他指標(biāo)介于用油劑C1和C2處理的纖維之間。

表5 不同油劑處理后纖維的成紗性能

由上可知，在本次紡紗試驗(yàn)中表現(xiàn)最好的是油劑A4，即抗靜電劑TF-481質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%、其他表面活性劑和平滑劑的質(zhì)量比為20∶80的油劑，這與通過(guò)體積比電阻和摩擦因數(shù)評(píng)價(jià)油劑可紡性的結(jié)果相一致。

4 結(jié)論

(1)當(dāng)抗靜電劑TF-481質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%，其他表面活性劑(除抗靜電劑外)與平滑劑質(zhì)量比為20∶80時(shí)，油劑的可紡性評(píng)價(jià)指標(biāo)，如芳砜綸的體積比電阻、纖維與金屬間的動(dòng)摩擦因數(shù)、纖維與纖維之間的靜摩擦因數(shù)和動(dòng)摩擦因數(shù)之差(Δμ)總體最優(yōu)。

(2)紡紗試驗(yàn)驗(yàn)證表明，經(jīng)上述配方油劑處理的纖維，在實(shí)際紡紗過(guò)程中的表現(xiàn)和成紗性能也最優(yōu)，與可紡性指標(biāo)的測(cè)試結(jié)果一致。

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