芳砜綸混紡紗強伸性能與混紡比的關系

賀雅勤 曹巧麗 朱月群 郁崇文

（東華大學，上海，201620）

芳砜綸是一種高性能合成纖維，具有良好的耐高溫、阻燃等性能，在耐高溫、防火領域中扮演著越來越重要的角色。另外，芳砜綸的電絕緣性、耐腐蝕、防輻射和化學穩定性優良，可廣泛應用于防護制品、民用服裝、過濾材料、電絕緣材料、摩擦密封材料等領域[1]。芳砜綸表面光滑、摩擦因數小，纖維間抱合力差，極易與紡紗機件摩擦而產生嚴重的靜電現象，且在純紡時，紗線的強度低，經織造加工后的織物強力低，難以滿足產業及生活中的應用[2]。芳砜綸織物作為阻燃防護產品，其強伸性能是需要考慮的重要因素。為了提高芳砜綸單紗強度，解決紡紗時出現的靜電現象，降低生產成本，通過與其他纖維進行一定比例的混紡，不僅能發揮芳砜綸相關的優良性能，還能提高其織物的服用性能[3]。雙組分混紡紗的拉伸性能與各組分纖維的拉伸性能及其比例密切相關。本文將高強滌綸、阻燃粘膠和阻燃滌綸分別與芳砜綸進行混紡，從強伸性角度，對混紡紗性能與各混和組分的性能、比例關系進行分析，以確定較優的混紡比。

1 雙組分混紡紗強伸性能理論分析

1.1 雙組分混紡紗的斷裂強力

當兩種不同組分的纖維A（斷裂伸長較小的組分）和纖維B組成的混紡紗受到拉伸時，其斷裂強力的理論表達式見式（1）[4]。

式中：S1為混紡紗中A組分斷裂時的強力；S2為所剩的B組分能承受的最大強力；a為混紡紗中A組分的混紡比例；b為混紡紗中B組分的混紡比例；SA為A組分純紡紗的斷裂強力；SB為B組分純紡紗的斷裂強力；SB′為混紡紗中A組分斷裂時B組分的斷裂強力。混紡紗的斷裂強力S=max｛S1，S2｝。

當S1=S2，即aSA+bSB′=bSB時，此時 B 組分對應的混紡比例為臨界混紡比例bc，其理論表達式見式（2）。

1.2 雙組分混紡紗的斷裂伸長率

雙組分混紡紗的斷裂伸長率的理論表達式見式（3）[5]。

式中：?A、?B分別為 A組分、B組分斷裂時的斷裂伸長率，bc為臨界混紡比例。

2 芳砜綸混紡紗的混紡比設計

為了改善芳砜綸斷裂強度低導致成紗強度低的問題，小比例加入高強滌綸與其進行混紡，在滿足其阻燃性的前提下提高紗線的斷裂強力；芳砜綸卷曲差、模量高，導致紡紗過程靜電現象嚴重，紗線毛羽多，選用阻燃粘膠可以一定程度地改善紗線毛羽[6]。因此選用高強滌綸、阻燃滌綸、阻燃粘膠分別與芳砜綸進行混紡，纖維性能見表1。紡制同等細度的純紡紗，得到雙組分混紡紗的斷裂強力和斷裂伸長率的理論表達式，并通過紡制不同混紡比的混紡紗，測量其實際強伸性，以確定最優混紡比。

表1 纖維性能表

2.1 芳砜綸高強滌綸混紡紗混紡比設計

芳砜綸斷裂伸長率較高，但是斷裂強度較低，在保證其阻燃性的前提下改善成紗強度，加入小比例的高強滌綸與其進行混紡。為通過理論計算得到較優的混紡比范圍，分別紡制線密度為48 tex、捻系數為350的高強滌綸、芳砜綸純紡紗，兩種純紡紗的拉伸性能實測曲線如圖1所示。

圖1 芳砜綸、高強滌綸純紡紗的拉伸性能

由圖1芳砜綸、高強滌綸純紡紗的拉伸曲線可知，SA=2 002 cN，SB=803 cN，SB′=656 cN，εA=64.484%，εB=90.190%，芳砜綸純紡紗的斷裂強度較低，斷裂伸長較大，高強滌綸的斷裂強度較高，斷裂伸長較小，在臨界混紡比例處，芳砜綸高強滌綸混紡紗斷裂強力最低，即隨著高強滌綸混紡比的增大，混紡紗斷裂強力呈先減小后增大的趨勢，因此在選擇高強滌綸的混紡比例時，應避免臨界混紡比例。根據式（2）可以推算出高強滌綸的臨界混紡比例為6.8%。

為進一步確定較優混紡比，按照高強滌綸混紡比例為0、10%、15%、20%、30%、40%進行混紡，紡制線密度為48 tex、捻系數為350的混紡紗，測試其斷裂強力和斷裂伸長率，分別將實測值與理論值進行對比，其變化趨勢如圖2和圖3所示。

圖2 芳砜綸高強滌綸混紡紗斷裂強力曲線

圖3 芳砜綸高強滌綸混紡紗斷裂伸長率曲線

由圖2可以看出，斷裂強力的實測值和理論值均有相同的變化趨勢，即隨著高強滌綸混紡比例的增加，混紡紗的斷裂強力先減小后增大，當其混紡比例達到臨界混紡比例時，混紡紗斷裂強力出現低谷，之后便持續增加。且通過式（1）計算，高強滌綸混紡比例為10.92%時，混紡紗斷裂強力與芳砜綸純紡紗的斷裂強力大小相等（即S1=SB）。故在設計該混紡紗時應控制高強滌綸的混紡比例大于10%，但考慮到高強滌綸不具有阻燃性，且高溫下會出現熔滴現象，因此其混紡比例不應太高，應小于30%。

由圖3可以看出，斷裂伸長率的實測值和理論值均有相同的變化趨勢，即隨著高強滌綸混紡比例的增加，混紡紗的斷裂伸長率先減小后保持不變，當高強滌綸混紡比例小于臨界混紡比例6.8%時，混紡紗的斷裂伸長率隨高強滌綸混紡比例的增加不斷減小，當高強滌綸的混紡比例大于等于臨界混紡比例時，混紡紗的斷裂伸長率大小基本不變。

綜合上述分析，高強滌綸的混紡比例應保持在10%～30%之間。

2.2 芳砜綸阻燃滌綸混紡紗混紡比設計

芳砜綸紗斷裂伸長率較高，但是斷裂強度較低，為改善其成紗強度，并保證其阻燃性不受影響，故采用阻燃滌綸與其進行混紡。為找到較優的混紡比，分別紡制線密度為48 tex、捻系數為350的芳砜綸和阻燃滌綸的純紡紗，兩種純紡紗的拉伸性能實測曲線如圖4所示。

圖4 芳砜綸、阻燃滌綸純紡紗拉伸性能

由圖4芳砜綸、阻燃滌綸純紡紗的拉伸曲線可知，芳砜綸與阻燃滌綸混紡時，SA=1 253 cN，SB=803 cN，SB′=708 cN，εA=70.676%，εB=90.190%，芳砜綸純紡紗的斷裂強度較低，斷裂伸長較大，阻燃滌綸的斷裂強度較高，斷裂伸長較小，在臨界混紡比例處，混紡紗斷裂強力最低，即隨著阻燃滌綸混紡比例的增大，混紡紗斷裂強力呈先降低后增大的趨勢。根據式（2）可以推算出阻燃滌綸的臨界混紡比例為7%。

為進一步確定較優混紡比，按照阻燃滌綸混紡比例為0、15%、20%、25%、30%、40%進行混紡，紡制線密度為48 tex、捻系數為350的混紡紗，測試其斷裂強力和斷裂伸長率，分別將實測值與理論值進行對比，其變化趨勢如圖5和圖6所示。

由圖5可以看出，斷裂強力的實測值和理論值均有相同的變化趨勢。當阻燃滌綸混紡比例達到臨界混紡比例7%時，混紡紗斷裂強力出現低谷，大于臨界混紡比例時，混紡紗斷裂強力有改善。且通過式（1）計算，阻燃滌綸混紡比例為17.4%時，混紡紗斷裂強力與芳砜綸純紡紗的斷裂強力大小相等（即S1=SB）。

由圖6可以看出，斷裂伸長率的實測值和理論值均有相同的變化趨勢，隨著阻燃滌綸混紡比例的增加，混紡紗的斷裂伸長率先減小后保持不變，當阻燃滌綸混紡比例小于臨界混紡比例時，混紡紗的斷裂伸長率隨阻燃滌綸混紡比例的增加不斷減小，當阻燃滌綸混紡比例大于等于臨界混紡比例時，混紡紗斷裂伸長率基本不變。

圖5 芳砜綸阻燃滌綸混紡紗斷裂強力曲線

圖6 芳砜綸阻燃滌綸混紡紗斷裂伸長率曲線

綜合上述分析，在實際生產中應控制阻燃滌綸的混紡比例大于18%。

2.3 芳砜綸阻燃粘膠混紡紗混紡比設計

芳砜綸纖維卷曲差、模量高、靜電大，導致紡紗困難，成紗毛羽多。而粘膠具有良好的吸濕性、染色性和可紡性。為了改善芳砜綸紗線毛羽的同時保證其阻燃性，故選用阻燃粘膠與其進行混紡。為找到較優的混紡比，分別紡制線密度為48 tex、捻系數為350的阻燃粘膠、芳砜綸純紡紗，兩種純紡紗的實測拉伸曲線如圖7所示。

由圖7阻燃粘膠、芳砜綸純紡紗的拉伸曲線可知，SA=501 cN，SB=803 cN，SB′=607 cN，εA=58.388%，εB=90.190%。芳砜綸純紡紗的斷裂強度較低，斷裂伸長較大，阻燃粘膠的斷裂強度較高，斷裂伸長較大，隨著阻燃粘膠混紡比例的增加，混紡紗的斷裂強力與斷裂伸長率均呈現下降的趨勢。根據式（2）可以推算出臨界混紡比例為28.1%。

圖7 芳砜綸、阻燃粘膠純紡紗強伸性能

為進一步確定較優混紡比，按照阻燃粘膠混紡比例為0、20%、40%、60%、80%、100%進行混紡，分別紡制線密度為48 tex、捻系數為350的混紡紗，測試其斷裂強力和斷裂伸長率，并將實測值與理論值進行對比，其變化趨勢如圖8和圖9所示。

圖8 芳砜綸阻燃粘膠混紡紗斷裂強力曲線

由圖8可以看出，斷裂強力的實測值和理論值均有相同的變化趨勢，混紡紗的斷裂強力隨著阻燃粘膠混紡比例的增加而降低，阻燃粘膠混紡比例低于臨界混紡比例28.1%時，斷裂強力下降速度迅速，阻燃粘膠混紡比例大于臨界混紡比例后，下降速度變緩。作為阻燃防護場合用的產品，應考慮混紡紗的強伸性，因此阻燃粘膠混紡比例不宜過高。

圖9 芳砜綸阻燃粘膠混紡紗斷裂伸長率曲線

由圖9可以看出，斷裂伸長率的實測值和理論值均有相同的變化趨勢，隨著阻燃粘膠混紡比例的增加，混紡紗的斷裂伸長率先減小后保持不變，當阻燃粘膠混紡比例小于臨界混紡比例28.1%時，混紡紗的斷裂伸長率隨阻燃粘膠混紡比例的增加不斷減小，當阻燃粘膠混紡比例大于等于臨界混紡比例時，混紡紗的斷裂伸長率始終與阻燃粘膠純紡紗的斷裂伸長率大小一致。

綜合上述分析，阻燃粘膠的混紡比例應小于臨界混紡比例28.1%。

3 結論

本文分別紡制高強滌綸、阻燃滌綸、阻燃粘膠及芳砜綸的純紡紗及混紡紗，測試其強伸性能，并結合雙組分混紡紗的斷裂強力及斷裂伸長率理論表達式進行計算。理論與實測結果均表明，高強滌綸與芳砜綸混紡時，高強滌綸的混紡比例應保持在10%～30%之間；阻燃滌綸和芳砜綸混紡時，阻燃滌綸的混紡比例應大于18%；阻燃粘膠與芳砜綸混紡時，阻燃粘膠的混紡比例應小于其臨界混紡比28.1%。