梳理工藝對(duì)阻燃纖維性能的影響

王馨樂，沈蘭萍

（西安工程大學(xué) 紡織與材料學(xué)院，陜西 西安 710048）

梳理工序能對(duì)纖維起到除雜作用，但同時(shí)也會(huì)對(duì)纖維造成各種損傷，本試驗(yàn)選用芳綸、阻燃粘膠、阻燃維綸、阻燃腈氯綸4種纖維［1］，采用小型蓋板梳理機(jī)對(duì)其進(jìn)行梳理，通過調(diào)整梳理機(jī)的可變參數(shù)，改變梳理強(qiáng)度，測(cè)試分析不同梳理工藝條件下各阻燃纖維的長度、強(qiáng)力、伸長率、表觀形態(tài)和阻燃性能的變化，從而尋找出適合的梳理工藝，最大程度地保護(hù)纖維的各項(xiàng)性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料

選用芳綸、阻燃粘膠、阻燃維綸、阻燃腈氯綸4種纖維為試驗(yàn)原料，其規(guī)格如表1所示。

表1 梳理前纖維規(guī)格

1.2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)設(shè)計(jì)的梳理方案為（1）變化道夫速度N（道夫電機(jī)采用變頻器調(diào)速）。（2）改變給棉羅拉與刺輥間齒輪Z的大小，從而改變給棉羅拉與刺輥間的轉(zhuǎn)速［2］。道夫速度變化、給棉羅拉與刺輥間齒輪Z的變化見表2和表3。

按照試驗(yàn)方案對(duì)4種阻燃纖維進(jìn)行梳理，對(duì)梳理后的條子進(jìn)行纖維性能測(cè)試。

表2 道夫轉(zhuǎn)速

表3 給棉羅拉與刺輥間轉(zhuǎn)速與道夫速度關(guān)系

1.3 性能測(cè)試

測(cè)試項(xiàng)目、儀器及測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)如表4所示。

表4 測(cè)試項(xiàng)目、儀器及標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果和討論

2.1 表觀形態(tài)

圖1至圖4分別為阻燃粘膠、阻燃腈氯綸、芳綸、阻燃維綸纖維梳理前后的縱向形態(tài)圖。

由圖1（b）可以看出，阻燃粘膠經(jīng)梳理后纖維縱向存在明顯的斷痕，說明粘膠在梳理過程中被拉斷，這是由于粘膠纖維的結(jié)晶度和取向度低，分子鏈間作用力弱，所以纖維易受損斷裂。其縱向形態(tài)如圖1（a）所示平直有溝橫，截面呈不規(guī)則的鋸齒狀，且截面結(jié)構(gòu)不均一。阻燃腈氯綸梳理后如圖2（b），纖維縱向截面上出現(xiàn)了明顯的痕角，證明纖維在梳理時(shí)受到損傷。圖3和圖4可以看出芳綸和阻燃維綸梳理前后形態(tài)無明顯變化。

2.2 纖維長度

圖1 粘膠纖維縱向顯微圖

圖2 腈氯綸纖維縱向顯微圖

芳綸、阻燃粘膠、阻燃維綸、阻燃腈氯綸4種纖維梳理后長度的測(cè)試結(jié)果如表5所示，阻燃纖維長度變化趨勢(shì)見圖5。

由表5和圖5可以看出，經(jīng)梳理后的阻燃粘膠纖維的長度變化率最大，阻燃腈氯綸的長度變化率最小，

圖3 芳綸纖維縱向顯微圖

圖4 維綸纖維縱向顯微圖

說明梳理作用對(duì)阻燃粘膠的長度影響最大，腈氯綸最小。這種現(xiàn)象是由于粘膠纖維分子鏈間作用力小，受外力拉伸時(shí)，分子鏈或其他結(jié)構(gòu)單元之間的相對(duì)滑移容易引起纖維的斷裂；而腈氯綸分子間作用力大，不易拉斷［3］。在道夫慢速和給棉羅拉與刺輥間的轉(zhuǎn)速最小（Z最小）時(shí)粘膠的長度最短，說明梳理強(qiáng)度越大，粘膠被拉斷的可能性越大，粘膠的平均長度越短。

2.3 力學(xué)性能

芳綸、阻燃粘膠、阻燃維綸、阻燃腈氯綸4種纖維梳理后平均斷裂強(qiáng)力、伸長率的測(cè)試結(jié)果如表6所示。

表5 梳理前后纖維長度

表6 梳理前后纖維力學(xué)性能

表6可以看出阻燃維綸的平均斷裂強(qiáng)力最大，這是因?yàn)榫S綸具有剛性較大的大分子鏈，使得纖維的力學(xué)性能好。芳綸平均斷裂強(qiáng)力次之，是由于其分子的整齊度和對(duì)稱度高，剛性大，使得其強(qiáng)力大大提高［4］。阻燃粘膠纖維平均斷裂強(qiáng)力最小，因?yàn)樵谄渥枞继幚磉^程中產(chǎn)生大量均聚物，使纖維強(qiáng)力降低。

由表6的平均斷裂強(qiáng)力變化率結(jié)果可知，梳理前后腈氯綸的強(qiáng)力變化率最大，粘膠次之，維綸最小。這是因?yàn)樽枞茧媛染]在梳理過程中纖維縱向存在斷裂點(diǎn)，由圖2可以清晰地看出阻燃腈氯綸纖維縱向存在明顯的坑角，是梳理過程中纖維受損形成的，從而影響了纖維的強(qiáng)力。

2.4 阻燃性能

將梳理前后的纖維平鋪熨燙，制成一定規(guī)格的無紡布制品進(jìn)行阻燃性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表7所示。

表7 梳理前后纖維阻燃試驗(yàn)

圖6至圖9分別為阻燃粘膠、阻燃腈氯綸、芳綸、阻燃維綸纖維梳理前后的燃燒結(jié)束效果圖。

梳理前的阻燃粘膠纖維網(wǎng)接近火焰不熔不縮，在火焰中輕微燃燒，離開火焰后并未完全燃燒，而經(jīng)梳理后的粘膠纖維燃燒明顯比梳理前劇烈，纖維網(wǎng)完全燃燒且燃燒更迅速。由試驗(yàn)現(xiàn)象可知梳理后的粘膠纖維阻燃效果明顯變差，這是由于粘膠本身并不阻燃，在阻燃粘膠的生產(chǎn)過程中靠加入阻燃劑來獲得阻燃能力，在梳理過程中，阻燃劑大量流失，使得其阻燃性能變差。

圖6 阻燃粘膠纖維燃燒效果圖

圖7 阻燃腈氯綸纖維燃燒效果圖

阻燃腈氯綸纖維網(wǎng)接近火焰出現(xiàn)熔縮現(xiàn)象，但離開火焰停止燃燒，梳理前后燃燒現(xiàn)象沒有明顯變化。由于腈氯綸在熔融前已經(jīng)分解，燃燒時(shí)不會(huì)形成熔融黏流。腈氯綸在氧化裂解過程中會(huì)產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，促使燃燒繼續(xù)進(jìn)行，但同時(shí)它又具有很高的成環(huán)能力，即使在快速熱解時(shí)也不會(huì)失去纖維形態(tài)，隨熱解深度和炭化率的提高，燃燒性能顯著下降。所以利用其熱解和炭化性能就可以制成阻燃纖維。所以梳理作用對(duì)其阻燃性能的影響不會(huì)很大。

芳綸纖維網(wǎng)接近火焰不熔不縮，在火焰中燃燒緩慢，離開火焰后立即自熄，殘留物呈黑色灰燼，梳理前后燃燒現(xiàn)象沒有明顯變化。說明芳綸纖維在梳理前后阻燃性能變化很小，這是因?yàn)榉季]是一種本質(zhì)耐熱阻燃纖維，它的阻燃性能主要是來自纖維本身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而非阻燃整理。芳綸分子鏈具有共軛效應(yīng)，使分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，耐熱性高，所以梳理作用對(duì)芳綸的影響最小。

圖8 芳綸纖維燃燒效果圖

圖9 阻燃維綸纖維燃燒效果圖

阻燃維綸纖維網(wǎng)接近火焰發(fā)生熔縮，在火焰中熔融并燃燒，離開火焰后繼續(xù)燃燒，殘留物為不規(guī)則焦茶色硬塊，經(jīng)梳理后的維綸纖維網(wǎng)燃燒損毀情況比梳理前嚴(yán)重，阻燃效果略差于梳理前。由于維綸大分子上的羥基，經(jīng)過紡絲、拉伸、熱處理后，纖維產(chǎn)生高取向、高結(jié)晶，一部分羥基被納入晶格，成為被束縛的羥基，使纖維的耐熱性能有所提高，經(jīng)醛化反應(yīng)又進(jìn)一步封閉掉一部分位于結(jié)構(gòu)比較疏松的非晶區(qū)的自由羥基，致使纖維結(jié)構(gòu)更為緊密，耐熱性變強(qiáng)［5］。所以維綸本身具有一定耐熱性，加上其阻燃整理采用共聚法，使得阻燃性能在梳理后影響不像粘膠那么明顯。

3 結(jié)論

（1）阻燃粘膠經(jīng)梳理后纖維縱向存在明顯的斷痕，其在梳理過程中被拉斷；阻燃腈氯綸經(jīng)梳理后纖維縱向出現(xiàn)明顯的痕角，證明纖維經(jīng)梳理后受到損傷；阻燃維綸和芳綸經(jīng)梳理后表觀形態(tài)無明顯變化。

（2）梳理作用對(duì)4種阻燃纖維的長度影響作用為：粘膠＞芳綸＞維綸＞腈氯綸。在道夫慢速和給棉羅拉與刺輥間的轉(zhuǎn)速最小（Z最小）時(shí)，梳理作用最劇烈，此時(shí)纖維受到的梳理強(qiáng)度最大，纖維發(fā)生斷裂致纖維的平均長度最短。

（3）4種阻燃纖維的平均斷裂強(qiáng)力大小為：維綸＞芳綸＞腈氯綸＞粘膠。而經(jīng)梳理作用后，4種纖維的平均斷裂強(qiáng)力均變小，但阻燃腈氯綸的平均斷裂強(qiáng)力變化率最大，說明梳理作用使其斷裂強(qiáng)力下降最明顯。

（4）經(jīng)梳理后的阻燃粘膠比梳理前燃燒現(xiàn)象更加劇烈，損毀程度更加明顯，阻燃效果變差；而芳綸、阻燃腈氯綸和阻燃維綸梳理前后的燃燒現(xiàn)象基本相同，梳理作用對(duì)其阻燃性能影響不大。

［1］ 馮 倩.阻燃紡織品［J］.中國纖檢，2012，（5）：86-88.

［2］ 李紅燕，張渭源.織物阻燃技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展［J］.毛紡科技，2007，（8）：28-32.

［3］ 姚 穆.紡織材料學(xué)［M］.北京：中國紡織出版社，2009.299-303.

［4］ 楊 麗，楊俊玲.阻燃纖維及應(yīng)用［J］.印染助劑，2006，（185）：46.

［5］ 凌 海.阻燃纖維與紡織品的研究發(fā)展概述［J］.廣西紡織科技，2010，（3）：43.