PLA纤维纱线浆纱工艺研究

2014-07-24严燕钫沈艳琴武海良

西安工程大学学报 2014年3期

严燕钫，沈艳琴，武海良

（西安工程大学纺织与材料学院，陕西西安710048）

0 引言

PLA（聚乳酸）纤维，也称玉米纤维，属线性脂肪族热塑性聚酯.它是以玉米、小麦等为原料，经发酵转化成乳酸，再经聚合纺丝而成的，是一种具有优良生物相容性和可生物降解性的高分子合成纤维［1］.PLA纤维性能优越，如良好的悬垂性、滑爽性、吸湿透气性、天然抑菌和令皮肤放心的弱酸性，良好的耐热性及抗紫外线功能，富有光泽和弹性［2］，因而在服装、床品、卫生等领域有广阔的应用前景.但是PLA纤维纱线纱体内纤维整齐度高、排列紧密［3］，导致上浆时纱线对浆液的吸附率小，出现表面上浆和浆膜不牢的现象，上浆难度大［4－5］.

本文在对PLA纤维的特性进行分析后，以渗透性较好、黏度低、黏附性好的马铃薯变性淀粉K5浆料为主，制定了3种浆料配方，对浆料、浆膜和浆纱相关指标进行测试分析，选出最佳上浆配方，实现良好的上浆效果.

1 实验

1.1 材料及仪器

（1）材料 9.7texPLA纤维纱线、马铃薯变性淀粉K5浆料、聚乙烯醇（PVA）1799、聚丙烯酸、蜡片.

（2）仪器 NDJ－79型旋转式黏度计（同济大学机电厂），YT821型可调式漏斗黏度计（常州华纺纺织仪器有限公司），YG171B－1型纱线毛羽测试仪（太仓市大明光电仪器厂），HD021N电子单纱强力仪（江苏南通宏大集团），HD026PC电子织物强力仪（江苏南通宏大集团），Y731型纱线耐磨仪（常州纺织仪器厂）.ASS3000型全自动单纱浆纱机（天津市隆达机电科技发展有限公司），HWS－150BX型恒温衡湿箱（天津泰斯特仪器有限公司）.

1.2 测试方法

（1）浆料配方根据相似相容原理，在目前常用的变性淀粉、PVA、聚丙烯酸类浆料中进行筛选，最终确定选用马铃薯变性淀粉K5、聚乙烯醇（PVA）1799、聚丙烯酸、蜡片4种不同浆料.通过改变用量的比例，调制出3种配方作为PLA纤维纱线特性研究的混合浆料.3种浆料配方见表1.

（2）浆液黏度和黏度热稳定性将3种浆料配方配制成质量分数为6%的浆液500mL，在恒温水浴锅中加热至95℃开始保温计时，用YT821型可调式漏斗黏度计测定待测浆液的黏度（s），此后每隔30min用NDJ－79型旋转式黏度计测定一次黏度值，共测定6次（3h），后5次测定的黏度值的极差与95℃保温1h测定的黏度值的比值即黏度波动率［5］.即

表1 浆液配方 %

（3）浆膜性能首先将面积为420mm×297mm，厚度为8mm四周磨光的长方形玻璃平板用螺丝可调式水平仪调制水平，并用少量水蘸于玻璃板上检验以确保其水平.然后分别将这3种不同配方的浆料配制成浓度为3%的浆液400mL，待升温至95℃后保温30min，将其冷却至50℃时量取60ml浆液慢慢倒在玻璃板上，并用玻璃棒将浆液均匀地铺满在玻璃板上.自然干燥成膜后剥下，即为实验用浆膜［7］.将浆膜放入温湿度分别为30℃和75%的恒温恒湿箱内24h，再测试浆膜性能.

浆膜的断裂强力测试方法：将浆膜裁成长100mm，宽5mm的长条，放在恒温恒湿箱内（RH40%）平衡24h，取出在HD021N型纱线强力仪上测量浆膜的断裂强力，式（2）计算浆膜的断裂强度：

浆膜吸湿性测试方法：将浆膜裁成半径约为80mm的圆形试样，放在105～110℃烘箱中烘至恒重后称重，然后在温湿度分别为30℃和70%的恒温恒湿箱内平衡约24h，取出并在天平上称重，两次质量的极差与干重的比值即为浆膜的吸湿率.即

式中 Ψ为浆膜吸湿率（%）；A为浆膜吸湿后的质量（g）；B为浆膜干燥质量（g）.

浆膜水溶性测试方法：待浆膜从恒温恒湿箱取出后，将浆膜裁成长100mm，宽10mm的长条状，将浆膜一端载2g左右重物（一般为小夹子），然后将浆膜载有重物的一端浸入80℃的水中，浸没于水中的一段浆膜随重物断脱时的秒数表示浆膜的水溶速率.每种配方浆膜试验10次，求出其平均值.

（4）浆纱工艺将3种不同浆料配方调制成质量分数为8%的浆液700mL.选用ASS3000型全自动双浸双压型单纱浆纱机对9.7texPLA纤维纱线进行上浆.将调好的浆液倒入已预热好的浆纱机（一般预热30min），浆纱中选用卷绕速度为30m／min，烘槽温度和烘房温度为80℃.其上浆工艺参数见表2.

表2 上浆工艺参数

上浆后测试9.7tex PLA纤维纱线的各项性能指标.浆纱增强率、减伸率通过上浆后断裂强力、断裂伸长率计算而得.纱线断裂强力及断裂伸长率在宏大HD021N电子单纱强力仪上进行测试，夹口间隔距为500mm，拉伸速度为500mm／min，每组测试30次，计算平均值.浆纱增强率（Z）和浆纱减伸率（ε）计算公式见式（4），（5）.

式中 Pj为30根浆纱平均断裂强度；Ps为30根原纱平均断裂强度.

种子的简化活力指数是比发芽率更可靠的检测种子质量的指标，可以综合反应种子的生理状态。不同浓度的海水对厚萼凌霄种子简化活力指数的影响见图4。

式中 Lj为30根浆纱平均断裂伸长率，%；Ls为30根原纱平均断裂伸长率，%.

浆纱耐磨性在Y731型纱线耐磨仪上测试.在室温条件下，纱线静态张力为200cN，磨片自压力为240g，磨片空载往返率为143次／min.测试30次，记录耐磨次数，计算平均值.

再按式（6）计算出浆纱的增磨率.

式中 mj为浆纱磨断次数；mo为原纱磨断次数.

毛羽降低率测试方法：用YG171B－1型纱线毛羽测试仪检测毛羽，毛羽长度一般设定3mm以上，10cm长纱线内单侧长达3mm毛羽的根数称毛羽指数.浆纱毛羽降低率（F）计算公式见式（7），每次测试纱线长度为1m，共测30次，取平均值，纱线通过速度为30m／min.

式中 nj为浆纱毛羽指数平均值；n0为原纱毛羽指数平均值.

采用烘干法测试浆纱回潮率.再按式（8）计算浆纱的回潮率（WG）.

式中 wj为浆纱湿重（g）；w为浆纱干重（g）.

经纱退浆率测试方法：将适量（一般为1～2g）浆过的纱线放入105～110℃数显电热恒温鼓风干燥箱烘干至恒重后称重，记为W0；然后置于已煮沸的200mL浓度为2%的NaOH溶液中，煮后用清水洗净，再放入烘箱中充分烘干至恒重后称重，记为W1，毛羽损失率为β，退浆率S计算公式见式（9）.

毛羽损失率通过了机时原纱试样煮洗前后干重的质量差与了机时原纱试样煮洗前干重的比值来计算.

2 结果与讨论

2.1 浆液黏度及黏度热稳定性

3种配方浆液的黏度测试结果见表3.由表3可以看出，3种配方浆液的黏度热稳定性都高于85%，均有利于浆纱上浆.相对而言，配方3的黏度值最小，黏度热稳定性最高，浆液性能最优.

表3 3种配方浆液的黏度测试

2.2 浆膜性能

（1）浆膜外观 3种配方在同一操作条件下的浆膜外观如图1所示.由手感目测法得出，配方2和配方3浆膜外观性能较配方1优良.

图1 3种配方浆膜外观图

（2）浆膜性能测试分别对3种配方浆膜的厚度、断裂强力、断裂强度、断裂伸长率、吸湿率、水溶速率等进行测试，结果见表4.从表4可以看出配方3无论是外观，还是厚度的均匀程度都优于配方1、配方2.配方1水溶性差，不利于退浆；配方2和配方3浆膜水溶性好，利于退浆；配方1和配方2浆膜吸湿大，浆纱易出现再粘现象，织造时使开口不清，配方3的断裂强度高.总体来看，配方3最优.