梳理工艺对阻燃纤维性能的影响

2015-12-31王馨乐沈兰萍

纺织科技进展 2015年5期

王馨乐，沈兰萍

（西安工程大学纺织与材料学院，陕西西安 710048）

梳理工序能对纤维起到除杂作用，但同时也会对纤维造成各种损伤，本试验选用芳纶、阻燃粘胶、阻燃维纶、阻燃腈氯纶4种纤维［1］，采用小型盖板梳理机对其进行梳理，通过调整梳理机的可变参数，改变梳理强度，测试分析不同梳理工艺条件下各阻燃纤维的长度、强力、伸长率、表观形态和阻燃性能的变化，从而寻找出适合的梳理工艺，最大程度地保护纤维的各项性能。

1 实验部分

1.1 试验材料

选用芳纶、阻燃粘胶、阻燃维纶、阻燃腈氯纶4种纤维为试验原料，其规格如表1所示。

表1 梳理前纤维规格

1.2 试验方案

试验设计的梳理方案为（1）变化道夫速度N（道夫电机采用变频器调速）。（2）改变给棉罗拉与刺辊间齿轮Z的大小，从而改变给棉罗拉与刺辊间的转速［2］。道夫速度变化、给棉罗拉与刺辊间齿轮Z的变化见表2和表3。

按照试验方案对4种阻燃纤维进行梳理，对梳理后的条子进行纤维性能测试。

表2 道夫转速

表3 给棉罗拉与刺辊间转速与道夫速度关系

1.3 性能测试

测试项目、仪器及测试标准如表4所示。

表4 测试项目、仪器及标准

2 结果和讨论

2.1 表观形态

图1至图4分别为阻燃粘胶、阻燃腈氯纶、芳纶、阻燃维纶纤维梳理前后的纵向形态图。

由图1（b）可以看出，阻燃粘胶经梳理后纤维纵向存在明显的断痕，说明粘胶在梳理过程中被拉断，这是由于粘胶纤维的结晶度和取向度低，分子链间作用力弱，所以纤维易受损断裂。其纵向形态如图1（a）所示平直有沟横，截面呈不规则的锯齿状，且截面结构不均一。阻燃腈氯纶梳理后如图2（b），纤维纵向截面上出现了明显的痕角，证明纤维在梳理时受到损伤。图3和图4可以看出芳纶和阻燃维纶梳理前后形态无明显变化。

2.2 纤维长度

图1 粘胶纤维纵向显微图

图2 腈氯纶纤维纵向显微图

芳纶、阻燃粘胶、阻燃维纶、阻燃腈氯纶4种纤维梳理后长度的测试结果如表5所示，阻燃纤维长度变化趋势见图5。

由表5和图5可以看出，经梳理后的阻燃粘胶纤维的长度变化率最大，阻燃腈氯纶的长度变化率最小，

图3 芳纶纤维纵向显微图

图4 维纶纤维纵向显微图

说明梳理作用对阻燃粘胶的长度影响最大，腈氯纶最小。这种现象是由于粘胶纤维分子链间作用力小，受外力拉伸时，分子链或其他结构单元之间的相对滑移容易引起纤维的断裂；而腈氯纶分子间作用力大，不易拉断［3］。在道夫慢速和给棉罗拉与刺辊间的转速最小（Z最小）时粘胶的长度最短，说明梳理强度越大，粘胶被拉断的可能性越大，粘胶的平均长度越短。

2.3 力学性能

芳纶、阻燃粘胶、阻燃维纶、阻燃腈氯纶4种纤维梳理后平均断裂强力、伸长率的测试结果如表6所示。

表5 梳理前后纤维长度

表6 梳理前后纤维力学性能

表6可以看出阻燃维纶的平均断裂强力最大，这是因为维纶具有刚性较大的大分子链，使得纤维的力学性能好。芳纶平均断裂强力次之，是由于其分子的整齐度和对称度高，刚性大，使得其强力大大提高［4］。阻燃粘胶纤维平均断裂强力最小，因为在其阻燃处理过程中产生大量均聚物，使纤维强力降低。

由表6的平均断裂强力变化率结果可知，梳理前后腈氯纶的强力变化率最大，粘胶次之，维纶最小。这是因为阻燃腈氯纶在梳理过程中纤维纵向存在断裂点，由图2可以清晰地看出阻燃腈氯纶纤维纵向存在明显的坑角，是梳理过程中纤维受损形成的，从而影响了纤维的强力。

2.4 阻燃性能

将梳理前后的纤维平铺熨烫，制成一定规格的无纺布制品进行阻燃性能测试，测试结果如表7所示。

表7 梳理前后纤维阻燃试验

图6至图9分别为阻燃粘胶、阻燃腈氯纶、芳纶、阻燃维纶纤维梳理前后的燃烧结束效果图。

梳理前的阻燃粘胶纤维网接近火焰不熔不缩，在火焰中轻微燃烧，离开火焰后并未完全燃烧，而经梳理后的粘胶纤维燃烧明显比梳理前剧烈，纤维网完全燃烧且燃烧更迅速。由试验现象可知梳理后的粘胶纤维阻燃效果明显变差，这是由于粘胶本身并不阻燃，在阻燃粘胶的生产过程中靠加入阻燃剂来获得阻燃能力，在梳理过程中，阻燃剂大量流失，使得其阻燃性能变差。

图6 阻燃粘胶纤维燃烧效果图

图7 阻燃腈氯纶纤维燃烧效果图

阻燃腈氯纶纤维网接近火焰出现熔缩现象，但离开火焰停止燃烧，梳理前后燃烧现象没有明显变化。由于腈氯纶在熔融前已经分解，燃烧时不会形成熔融黏流。腈氯纶在氧化裂解过程中会产生连锁反应，促使燃烧继续进行，但同时它又具有很高的成环能力，即使在快速热解时也不会失去纤维形态，随热解深度和炭化率的提高，燃烧性能显著下降。所以利用其热解和炭化性能就可以制成阻燃纤维。所以梳理作用对其阻燃性能的影响不会很大。

芳纶纤维网接近火焰不熔不缩，在火焰中燃烧缓慢，离开火焰后立即自熄，残留物呈黑色灰烬，梳理前后燃烧现象没有明显变化。说明芳纶纤维在梳理前后阻燃性能变化很小，这是因为芳纶是一种本质耐热阻燃纤维，它的阻燃性能主要是来自纤维本身的内部结构，而非阻燃整理。芳纶分子链具有共轭效应，使分子结构稳定，耐热性高，所以梳理作用对芳纶的影响最小。

图8 芳纶纤维燃烧效果图

图9 阻燃维纶纤维燃烧效果图

阻燃维纶纤维网接近火焰发生熔缩，在火焰中熔融并燃烧，离开火焰后继续燃烧，残留物为不规则焦茶色硬块，经梳理后的维纶纤维网燃烧损毁情况比梳理前严重，阻燃效果略差于梳理前。由于维纶大分子上的羟基，经过纺丝、拉伸、热处理后，纤维产生高取向、高结晶，一部分羟基被纳入晶格，成为被束缚的羟基，使纤维的耐热性能有所提高，经醛化反应又进一步封闭掉一部分位于结构比较疏松的非晶区的自由羟基，致使纤维结构更为紧密，耐热性变强［5］。所以维纶本身具有一定耐热性，加上其阻燃整理采用共聚法，使得阻燃性能在梳理后影响不像粘胶那么明显。