芳纶纱上浆工艺实践

2021-12-20陈永红张希文侯晓鹏

棉纺织技术 2021年12期

陈永红张希文杨静侯晓鹏

（陕西元丰纺织技术研究有限公司，陕西西安，710038）

芳纶是一种高模量、高强度的纤维，普遍应用在消防、森警以及特种防护领域［1-2］。芳纶按结构的不同，可分为聚间苯二甲酰间苯二胺和聚对苯二甲酰对苯二胺，即芳纶1313和芳纶1414。芳纶属于酰胺类，由于大分子中不含羟基，属于疏水性纤维，在织造时通常采用上浆或上可溶性油剂的方法进行织造［3-4］，但上油对芳纶纱线的毛羽贴伏较差，其目的主要以光滑纱体、减少静电为主。采用上浆织造时，由于纤维性能的独特性，上浆主要以贴伏毛羽、耐磨以及减少静电为主。芳纶纱线普遍采用PVA、淀粉、丙烯酸类浆料进行上浆。芳纶纱高速织造时的机械性能［5］、芳纶纱线的拉伸性能［6］等基础研究在国外已有报道。国内学者对芳纶也进行了大量研究，包括纺丝方法、纤维表面改性、纤维结构与性能的关系等［7-10］。

基于芳纶纱在特种防护面料中的大批量应用，我们对其浆纱工艺进行了研究。通过分析纱线的特性以及浆料的性能，同时还考虑到退浆，在设计浆料配方时采用不同含量的PVA浆料，对比分析浆液性能、浆纱性能，优化浆纱配方，实现了较好的上浆效果。

1 试验材料及仪器

试验材料：芳纶1313/芳纶1414 95/5 26.8 tex纱，浆料（PVA1799、变性淀粉、丙烯酸、抗静电剂）。

试验仪器：YG063Q型全自动单纱强力仪（上海标卓科学仪器有限公司）；精密电子天平（上海谭氏实业有限公司）；烘箱（苏州巨兴烘箱设备有限公司）；GA308型双浆槽浆纱机（郑州纺织机械股份有限公司）；WL450型剑杆织机（浙江万利纺织机械有限公司）等。

1.1 性能测试

依据GB/T 3916—2013《纺织品卷装纱单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定（CRE法）》测试芳纶原纱及浆纱的断裂强力和伸长率。

按照GB/T 9995—1997《纺织材料含水率和回潮率的测定烘箱干燥法》测试浆纱以及原纱的回潮率。

采用碱退浆法测试上浆率，测试方法见文献［11］。浆液的黏度及黏度热稳定性的测试方法见文献［12］。

1.2 工艺参数

采用KY6041-1800型整经机整经。整经张力配置（从前往后）：第1至第10排的上两层和下两层5档、中层6档；第11至第20排的上两层和下两层4档、中层5档；第21至第30排的上两层和下两层5档、中层6档；第31排全部为7档。

浆纱机控制面板参数设置：浆纱速度42 m/min，卷绕张力4 016 N，干区张力2 280 N，喂入张力136 N，退绕张力325 N，预烘温度130℃，主烘温度110℃，织轴卷绕要紧密。浆纱时车间温度25℃～30℃，相对湿度控制在65%～70%。在浆纱开车前，给轴与轴之间加一根大绞线，在整经落轴时，给相邻两根纱之间加一根小绞线，经过干分绞，相邻的纱线就会减少黏连，有利于分绞。

1.3 织物规格

织物规格：芳纶26.8×26.8 220.5×204.5 155.0平纹，织物经纬向紧度分别为42.2%、39.2%。

2 结果与讨论

2.1 浆料配方选用及浆液性能

芳纶纱上浆所用浆料目前主要为变性淀粉、PVA1799、丙烯酸以及助剂（抗静电剂、平滑剂）。由于芳纶疏水性强、表面光滑、纤维之间抱合力差，且大分子结构中分子间作用力较强，在浆料的选用上要注意浆料对芳纶纱的黏附性以及浆料的混溶性，良好的混溶性和黏附性能达到更好的毛羽贴伏效果，提高浆纱质量。考虑到芳纶分子结构的特性以及大批量浆纱，选取淀粉浆料、丙烯酸、PVA1799以及助剂为上浆用浆料。PVA1799有较强的黏附性。丙烯酸浆料对芳纶有较好的黏附性。由于芳纶静电较大，因此在浆液中需要添加抗静电剂，改善纤维之间因静电而造成毛羽贴伏性差的问题。在浆料中添加不同含量的PVA1799来研究浆液及浆纱的性能，因退浆采用酶退法，配方中PVA1799含量不易过高，以免增加退浆废水及防止出现退浆退不干净。最终确定3种浆料配方。对3种浆料配方分别进行煮浆，浆液的黏度及黏度稳定性测试如下。

浆液黏度反映了浆液的流动性，流动性好浆液浸透性好，而黏度热稳定性与上浆均匀性有关，黏度热稳定性高则浆纱上浆率越稳定。由以上数据可知，3种配方浆液黏度热稳定性均大于90%，保证了经纱在上浆过程中获得较理想的上浆率，同时配方2浆液的黏度小，上浆时浆液易于渗透。

2.2 芳纶纱浆纱性能

对芳纶26.8 tex纱浆纱后测试其性能，结果见表1。从表1可知，芳纶26.8 tex纱配方1的浆纱增强率为2.40%，毛羽降低率为30.56%；配方2的浆纱增强率为3.06%，毛羽降低率为24.78%；配方3的浆纱增强率为0.89%，毛羽降低率为1.32%。可见以淀粉浆料为主的配方上浆时，由于芳纶大分子官能团中不含羟基，而淀粉浆料中含有较多数量的羟基，两分子之间没有相同的官能团，依据相似相容原理，淀粉浆料很难黏附在芳纶纱表面，同时由于淀粉分子间作用力大，经烘干后，纱体表面形成的浆膜刚性大，易于破裂，从而对芳纶纱的黏附性差。配方1浆纱断裂强力要比配方2的小，这说明配方中PVA1799的含量应适度。对比3种配方上浆后浆纱3 mm以上毛羽数，配方2毛羽降低率低于配方1，这是因为配方1中PVA含量较多，而PVA黏性较强，贴伏纱体表面毛羽的能力要强。通过观察浆纱后纱体表面毛羽的分布情况发现，配方2浆纱表面毛羽数量多，且纱线结构松散，但纱体表面形成了较完整的浆膜；配方3浆纱表面毛羽数量多，且纱线结构松散，纱体表面形成的浆膜不完整。

表1 芳纶纱性能测试结果

2.3 织机效率

为验证不同配方下浆纱的织造情况，对3种配方的浆纱织造进行织机效率统计，织造车间温度为29℃，相对湿度为70%，结果见表2。

表2 织机效率

从表2可知，采用配方1上浆后，织机效率达到89.42%，台时经停次数小于台时纬停次数，说明配方1浆纱在织造时不易断裂；采用配方2上浆后，织机效率达到90.25%，略高于配方1，并且此配方中PVA含量只占17%，有利于退浆和环保；采用配方3浆纱，织机效率只有70.00%，台时经停次数为最高，台时纬停次数为最低，说明配方3浆纱质量没有配方1浆纱质量好。通过分析停机问题，发现相邻两根经纱出现毛羽缠结现象，打纬时交缠在一起的纱线因局部张力过大发生断裂而造成停车。另一方面，由于纱体表面浆膜完整性差，经纱与钢筘摩擦时，一部分毛羽及浆料掉落形成细节，易造成应力集中而断裂。可见芳纶纱采用变性淀粉与丙烯酸浆料上浆时，难以保证浆纱的织机效率。下机后对3种配方坯布的织疵进行了分析，发现主要为脱纬、纬缩、云织等，3种配方中配方2浆纱织成织物后织疵评分最低。

2.4 织造落白对车间环境的影响

浆纱在织机上织造时，由于经纱与综丝和钢筘反复摩擦，致使纱体表面形成的浆膜破裂，影响浆纱质量。收集不同机台下综框和停经片正下方区域8 h内的落花并称重，配方1、配方2、配方3浆纱在织机上的落白质量分别为10 g、8 g、14 g。由此可知，不同配方浆纱落白量不同，配方2落白最少，其次是配方1，而配方3的落白最多。配方3浆纱在剑杆织机上织造时落白较多，这是因为浆纱与综丝和钢筘反复摩擦，使得黏连在浆纱表面的淀粉和一部分毛羽脱落，因此综丝、钢筘和织机横梁上有大量的落白。落白不仅影响到织机效率，还恶化生产车间的空气环境。淀粉浆料在纱体表面黏附性差，浆纱磨损后附着在纱体表面的淀粉浆料开始松动掉落，另外淀粉浆料所成浆膜脆硬，初始模量较大，浆料颗粒易脱落。