碱处理对涤纶通丝涂层效果的影响研究

张紫云，解开放，徐广标,2

(1. 东华大学纺织学院，上海　201620; 2. 东华大学纺织面料技术教育部重点实验室，上海　201620)

0　引言

通丝上接提花织机，下接综丝，是提花织机开口装置的主要提升部件。随着提花织机的高速化，通丝与目板处发生磨损断裂是通丝失效的主要原因。因此，通丝的耐磨性对其使用寿命至关重要。为提高通丝的耐磨性，市场上用于制造通丝的原材料以及涂层方法也发生了变化。

棉麻是比较早运用于通丝的生产中的材料，其耐磨性、耐油污性、抗霉性差，需经上油、上蜡或上浆处理以提高耐磨性[1-3]。随后，维纶通丝因具有耐磨、耐油、耐酸、抗霉、无静电等优良特性被应用于通丝的生产，但通常也要采用对其粘附性优异的聚乙烯醇浆料涂层，从而提高耐磨性[4-6]。芳纶通丝经聚四氟乙烯乳液涂层处理后具有优异的耐磨性和耐热性，但耐疲劳性差，无法承载长期循环应力的作用[7]。涤纶具有优异的强伸性、耐磨性、耐老化性、耐热性、抗光性、耐疲劳性、化学稳定性和极低的回潮率[8-12]，这使得涤纶成为目前制作通丝的主要材料。同样，涤纶通丝也需要涂层，以进一步提高其耐磨性能。由于涤纶是含有酯基的疏水性纤维，因此用于涂层的浆料大分子中也必须含有非极性的酯基，才能保证良好的界面结合性能[13]。

为了提高浆液对通丝的粘附，基于改善浆料及涤纶通丝表面的界面作用及浆料对疏水性涤纶纤维具有粘附性的考虑，本文使用不同浓度的NaOH溶液对通丝表面进行了处理，并在同一条件下用部分醇解PVA对通丝上浆，以探索碱处理对通丝涂层效果的影响，为以后通丝的开发与应用提供科学的指导。

1　实验

1.1　通丝的编织

使用16锭二维编织机KBL-16-2-90对250D/72F的高强低伸型涤纶工业丝进行编织，通丝编织结构为一上一下，具体规格见表1。

表1　通丝的编织参数

1.2　碱处理

将通丝浸泡于75%酒精溶液，在温度为80℃、频率为80KHZ、功率为500W的超声波清洗仪中清洗30min，烘干后，分别浸入浓度分别为0g/L、1.5g/L、4.5g/L、10g/L的NaOH溶液中，水浴温度为60℃，水浴时间为0.5h，水浴完成后，洗净烘干。

1.3　涂层

烘干后的通丝浸入浆料30s后，经双罗拉压浆辊进行涂层，在14N张力和192℃下进行热定型3min，浆料配方如表2。

表2　浆料配方

2　通丝性能测定

2.1　表观形貌

使用电子显微镜TM3000对通丝进行形貌观察。

2.2　上浆率

将碱处理后的通丝烘干后冷却，测得通丝的干重为m1，上浆后，再将通丝烘干后冷却，测得通丝的干重为m2，计算上浆率，见式(1)。

(1)

2.3　拉伸性能

使用万能电子强力仪模型WDW-20对通丝进行拉伸测试，根据FZ 65220-1995，拉伸速度为100mm/min，夹持距离为20 cm，温度为(20±3)℃，相对湿度为(65±5)%。实验结果取5次实验的平均值。

2.4　耐磨性

使用自制通丝耐磨仪(简图如图1所示)测试涂层后通丝的耐磨性，通丝固定在可以旋转摆动的摆杆上，在10N张力下与目板发生摩擦，通丝与目板的夹角为38°，通丝与目板接触的摩擦长度为16mm。实验结果取3次实验的平均值。

图1　自制的通丝耐磨仪简图

3　结果与分析

3.1　形貌观察

使用电子显微镜TM3000观察经不同浓度NaOH溶液处理后上浆的通丝的形貌，结果如图2所示。

(a)0g/L

(b)1.5g/L

(c)4.5g/L

(d)10g/L

从图(a)到图(d)中可看出，随碱液浓度的升高，通丝表面粘附的浆液增加，说明碱处理对通丝的表面发生了作用，使得浆料更易粘附于涤纶通丝表面。

3.2　上浆率

按公式(1)计算出经不同浓度NaOH溶液处理后通丝的上浆率，结果如图3所示。

图3　经不同浓度NaOH溶液处理后通丝的上浆率

从图3中可看出，随碱浓度的上升，通丝的上浆率也呈上升趋势。经0g/L、1.5g/L、4.5g/L、10g/L碱液处理的涤纶通丝的上浆率分别为3.06%、3.57%、3.76%、4.24%。与未经碱处理的通丝相比，经1.5g/L、4.5g/L、10g/L碱液处理的涤纶通丝的上浆率分别提高了16.72%、22.9%、38.56%。说明碱液对通丝表面有一定的作用，提高了浆料的粘附性，为涂层粘附性的改善起到一定作用。

为进一步探究弱碱处理对涤纶通丝表面的作用，使用DCAT11动态接触角测量仪，采用吊片法，测试碱处理后的通丝的动态接触角，温度为(20±3)℃，相对湿度为(65±5)%，去离子水作为润湿液体，浸入深度3mm，接触角测试速率为0.2mm/s，预加张力值为0.5mg，测试循环数为1，实验结果取10次实验的平均值。测得经不同浓度NaOH溶液处理后通丝与去离子水的动态接触角的数据，处理后的结果如图4所示。

图4经不同浓度NaOH溶液处理后通丝与去离子水的动态接触角

从图4中可看出，随碱液浓度升高，前进角、后退角变化不大，滞后角呈上升趋势。当碱液浓度从0g/L上升到10g/L时，滞后角增大最大约10°。滞后角变大，即表面变粗糙。通丝作为被粘物，表面的粗糙度增大一定程度，有利于提高涂层的粘附强度。因为在上浆过程中，浆料可以渗入通丝表面的微小凹隙，干燥后镶嵌在孔隙中形成微小的“销钉”，提升涂层与通丝的机械咬合，使涂层与通丝更牢固地粘结[14-15]。因此，通过动态接触角的测试可知，碱液对通丝表面确实有作用，碱液使通丝表面变粗糙，提升了涂层与通丝表面的机械咬合，使涤纶更易吸附浆料[16]，从而提高了上浆率。

3.3　拉伸性能

使用万能电子强力仪模型WDW-20测试了经不同浓度NaOH溶液处理后通丝的断裂强力，数据处理后的结果如图5所示。

图5　经不同浓度NaOH溶液处理后通丝的断裂强力

从图5中可看出，与未经弱碱处理直接上浆的通丝相比，经弱碱处理后上浆的通丝强力均有下降。当碱液浓度为0g/L，断裂强力为240N以上，而当碱液浓度为1.5g/L、4.5g/L、10g/L时，断裂强力均在235N以下，最低为231.72N，下降了4.46%。这是由于碱的作用，PET在碱液中发生水解，纤维表面遭剥蚀，纤维变细同时表面产生凹穴及薄弱点，易导致应力集中，当一根纤维断裂后，其所承担的强力将分散到其他纤维，加重它们的负荷，从而使通丝的力学性能下降[17]。

3.4　耐磨性

使用自制通丝耐磨仪测试了经不同浓度NaOH溶液处理后通丝的耐磨性，处理后的结果如图6所示。

图6　经不同浓度NaOH溶液处理后通丝的耐磨性

从图6中可看出，随碱浓度的上升，通丝的耐磨次数也呈上升趋势。当碱液浓度分别为0g/L、1.5g/L、4.5g/L、10g/L时，通丝的耐磨次数分别为3.46、3.68、3.94、4.25万次。与未经弱碱处理直接上浆的通丝相比，经1.5g/L、4.5g/L、10g/L碱液处理后，耐磨次数分别提高了6.42%、13.85%、22.81%。在其他实验条件相同的情况下，经弱碱处理后的通丝的耐磨性得到提高，可能是三个原因：第一，通丝表面的粗糙度增大，涂层与通丝的机械咬合增大；第二，弱碱除去了通丝表面部分的纺丝油剂，有利于涂层对通丝的粘附[16]；第三，弱碱使涤纶发生水解，产生羟基、羧基[18]，有利于与部分醇解PVA及浆液中的水分子形成氢键。这三个因素都有利于增大涂层与通丝的界面作用力，达到涂层对通丝粘附性增加的效果，从而对涂层效果起到了改善作用，提升了耐磨性能。

4　结论

(1)弱碱处理使通丝表面的粗糙度增大，有利于提高涂层的粘附强度。当碱液浓度从0g/L升高到10g/L时，上浆率从3.06%增加到4.24%，提升了38.56%。

(2)涤纶在弱碱中发生水解，纤维变细同时表面产生凹穴及薄弱点，易导致应力集中，从而使通丝的力学性能降低。当碱液浓度从0g/L上升到10g/L时，断裂强力略呈下降趋势，但均在230N以上。

(3)弱碱处理增大了涂层与通丝的界面作用力，提高了浆液对通丝的吸附与粘附，从而对涂层效果起到了改善作用，提升了通丝的耐磨性能，当碱液浓度从0g/L上升到10g/L时，耐磨次数从3.46万次增加到4.25万次，提高了22.81%。

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