PLA纖維紗線漿紗工藝研究

嚴燕鈁，沈艷琴，武海良

（西安工程大學(xué) 紡織與材料學(xué)院，陜西 西安710048）

0 引 言

PLA（聚乳酸）纖維，也稱玉米纖維，屬線性脂肪族熱塑性聚酯.它是以玉米、小麥等為原料，經(jīng)發(fā)酵轉(zhuǎn)化成乳酸，再經(jīng)聚合紡絲而成的，是一種具有優(yōu)良生物相容性和可生物降解性的高分子合成纖維［1］.PLA纖維性能優(yōu)越，如良好的懸垂性、滑爽性、吸濕透氣性、天然抑菌和令皮膚放心的弱酸性，良好的耐熱性及抗紫外線功能，富有光澤和彈性［2］，因而在服裝、床品、衛(wèi)生等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景.但是PLA纖維紗線紗體內(nèi)纖維整齊度高、排列緊密［3］，導(dǎo)致上漿時紗線對漿液的吸附率小，出現(xiàn)表面上漿和漿膜不牢的現(xiàn)象，上漿難度大［4－5］.

本文在對PLA纖維的特性進行分析后，以滲透性較好、黏度低、黏附性好的馬鈴薯變性淀粉K5漿料為主，制定了3種漿料配方，對漿料、漿膜和漿紗相關(guān)指標進行測試分析，選出最佳上漿配方，實現(xiàn)良好的上漿效果.

1 實 驗

1.1 材料及儀器

（1）材料 9.7texPLA纖維紗線、馬鈴薯變性淀粉K5漿料、聚乙烯醇（PVA）1799、聚丙烯酸、蠟片.

（2）儀器 NDJ－79型旋轉(zhuǎn)式黏度計（同濟大學(xué)機電廠），YT821型可調(diào)式漏斗黏度計（常州華紡紡織儀器有限公司），YG171B－1型紗線毛羽測試儀（太倉市大明光電儀器廠），HD021N電子單紗強力儀（江蘇南通宏大集團），HD026PC電子織物強力儀（江蘇南通宏大集團），Y731型紗線耐磨儀（常州紡織儀器廠）.ASS3000型全自動單紗漿紗機（天津市隆達機電科技發(fā)展有限公司），HWS－150BX型恒溫衡濕箱（天津泰斯特儀器有限公司）.

1.2 測試方法

（1）漿料配方 根據(jù)相似相容原理，在目前常用的變性淀粉、PVA、聚丙烯酸類漿料中進行篩選，最終確定選用馬鈴薯變性淀粉K5、聚乙烯醇（PVA）1799、聚丙烯酸、蠟片4種不同漿料.通過改變用量的比例，調(diào)制出3種配方作為PLA纖維紗線特性研究的混合漿料.3種漿料配方見表1.

（2）漿液黏度和黏度熱穩(wěn)定性 將3種漿料配方配制成質(zhì)量分數(shù)為6%的漿液500mL，在恒溫水浴鍋中加熱至95℃開始保溫計時，用YT821型可調(diào)式漏斗黏度計測定待測漿液的黏度（s），此后每隔30min用NDJ－79型旋轉(zhuǎn)式黏度計測定一次黏度值，共測定6次（3h），后5次測定的黏度值的極差與95℃保溫1h測定的黏度值的比值即黏度波動率［5］.即

表1 漿液配方 %

（3）漿膜性能 首先將面積為420mm×297mm，厚度為8mm四周磨光的長方形玻璃平板用螺絲可調(diào)式水平儀調(diào)制水平，并用少量水蘸于玻璃板上檢驗以確保其水平.然后分別將這3種不同配方的漿料配制成濃度為3%的漿液400mL，待升溫至95℃后保溫30min，將其冷卻至50℃時量取60ml漿液慢慢倒在玻璃板上，并用玻璃棒將漿液均勻地鋪滿在玻璃板上.自然干燥成膜后剝下，即為實驗用漿膜［7］.將漿膜放入溫濕度分別為30℃和75%的恒溫恒濕箱內(nèi)24h，再測試漿膜性能.

漿膜的斷裂強力測試方法：將漿膜裁成長100mm，寬5mm的長條，放在恒溫恒濕箱內(nèi)（RH40%）平衡24h，取出在HD021N型紗線強力儀上測量漿膜的斷裂強力，式（2）計算漿膜的斷裂強度：

漿膜吸濕性測試方法：將漿膜裁成半徑約為80mm的圓形試樣，放在105～110℃烘箱中烘至恒重后稱重，然后在溫濕度分別為30℃和70%的恒溫恒濕箱內(nèi)平衡約24h，取出并在天平上稱重，兩次質(zhì)量的極差與干重的比值即為漿膜的吸濕率.即

式中 Ψ為漿膜吸濕率（%）；A為漿膜吸濕后的質(zhì)量（g）；B為漿膜干燥質(zhì)量（g）.

漿膜水溶性測試方法：待漿膜從恒溫恒濕箱取出后，將漿膜裁成長100mm，寬10mm的長條狀，將漿膜一端載2g左右重物（一般為小夾子），然后將漿膜載有重物的一端浸入80℃的水中，浸沒于水中的一段漿膜隨重物斷脫時的秒數(shù)表示漿膜的水溶速率.每種配方漿膜試驗10次，求出其平均值.

（4）漿紗工藝 將3種不同漿料配方調(diào)制成質(zhì)量分數(shù)為8%的漿液700mL.選用ASS3000型全自動雙浸雙壓型單紗漿紗機對9.7texPLA纖維紗線進行上漿.將調(diào)好的漿液倒入已預(yù)熱好的漿紗機（一般預(yù)熱30min），漿紗中選用卷繞速度為30m／min，烘槽溫度和烘房溫度為80℃.其上漿工藝參數(shù)見表2.

表2 上漿工藝參數(shù)

上漿后測試9.7tex PLA纖維紗線的各項性能指標.漿紗增強率、減伸率通過上漿后斷裂強力、斷裂伸長率計算而得.紗線斷裂強力及斷裂伸長率在宏大HD021N電子單紗強力儀上進行測試，夾口間隔距為500mm，拉伸速度為500mm／min，每組測試30次，計算平均值.漿紗增強率（Z）和漿紗減伸率（ε）計算公式見式（4），（5）.

式中 Pj為30根漿紗平均斷裂強度；Ps為30根原紗平均斷裂強度.

種子的簡化活力指數(shù)是比發(fā)芽率更可靠的檢測種子質(zhì)量的指標，可以綜合反應(yīng)種子的生理狀態(tài)。不同濃度的海水對厚萼凌霄種子簡化活力指數(shù)的影響見圖4。

式中 Lj為30根漿紗平均斷裂伸長率，%；Ls為30根原紗平均斷裂伸長率，%.

漿紗耐磨性在Y731型紗線耐磨儀上測試.在室溫條件下，紗線靜態(tài)張力為200cN，磨片自壓力為240g，磨片空載往返率為143次／min.測試30次，記錄耐磨次數(shù)，計算平均值.

再按式（6）計算出漿紗的增磨率.

式中 mj為漿紗磨斷次數(shù)；mo為原紗磨斷次數(shù).

毛羽降低率測試方法：用YG171B－1型紗線毛羽測試儀檢測毛羽，毛羽長度一般設(shè)定3mm以上，10cm長紗線內(nèi)單側(cè)長達3mm毛羽的根數(shù)稱毛羽指數(shù).漿紗毛羽降低率（F）計算公式見式（7），每次測試紗線長度為1m，共測30次，取平均值，紗線通過速度為30m／min.

式中 nj為漿紗毛羽指數(shù)平均值；n0為原紗毛羽指數(shù)平均值.

采用烘干法測試漿紗回潮率.再按式（8）計算漿紗的回潮率（WG）.

式中 wj為漿紗濕重（g）；w為漿紗干重（g）.

經(jīng)紗退漿率測試方法：將適量（一般為1～2g）漿過的紗線放入105～110℃數(shù)顯電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱烘干至恒重后稱重，記為W0；然后置于已煮沸的200mL濃度為2%的NaOH溶液中，煮后用清水洗凈，再放入烘箱中充分烘干至恒重后稱重，記為W1，毛羽損失率為β，退漿率S計算公式見式（9）.

毛羽損失率通過了機時原紗試樣煮洗前后干重的質(zhì)量差與了機時原紗試樣煮洗前干重的比值來計算.

2 結(jié)果與討論

2.1 漿液黏度及黏度熱穩(wěn)定性

3種配方漿液的黏度測試結(jié)果見表3.由表3可以看出，3種配方漿液的黏度熱穩(wěn)定性都高于85%，均有利于漿紗上漿.相對而言，配方3的黏度值最小，黏度熱穩(wěn)定性最高，漿液性能最優(yōu).

表3 3種配方漿液的黏度測試

2.2 漿膜性能

（1）漿膜外觀 3種配方在同一操作條件下的漿膜外觀如圖1所示.由手感目測法得出，配方2和配方3漿膜外觀性能較配方1優(yōu)良.

圖1 3種配方漿膜外觀圖

（2）漿膜性能測試 分別對3種配方漿膜的厚度、斷裂強力、斷裂強度、斷裂伸長率、吸濕率、水溶速率等進行測試，結(jié)果見表4.從表4可以看出配方3無論是外觀，還是厚度的均勻程度都優(yōu)于配方1、配方2.配方1水溶性差，不利于退漿；配方2和配方3漿膜水溶性好，利于退漿；配方1和配方2漿膜吸濕大，漿紗易出現(xiàn)再粘現(xiàn)象，織造時使開口不清，配方3的斷裂強度高.總體來看，配方3最優(yōu).

2.3 3種配方對PLA纖維紗線的上漿效果

分別用3種配方漿料對9.7tex PLA纖維紗線進行上漿，圖2是分別用3種配方漿液上漿后，在生物顯微鏡下觀察到的紗線毛羽表面形態(tài).從圖2可以看出原紗紗線松散，毛羽明顯，而漿紗結(jié)構(gòu)緊密，毛羽貼伏.

對上漿后的3種紗線的毛羽降低率、紗線耐磨性、漿紗增強率和減伸率及退漿率等性能進行測試，測試結(jié)果見表5.

圖2 PLA纖維紗線原紗、漿紗表面形態(tài)

表4 3種配方漿膜性能

表5 3種漿料配方漿紗性能

從表5可以看出，配方3漿紗強力最大，為408.3cN，增強率最大，為13.55%，減伸率最小，毛羽降低率較高，耐磨性良好，增磨率為351.22%，故配方3效果最優(yōu).

3 結(jié) 論

（1）制定的3種漿料配方，其漿液黏度均較低，流動性好，浸透性高，滿足上漿要求.

（2）用馬鈴薯變性淀粉K5為主漿料的漿膜成膜性好，斷裂強度高，強韌性好，水溶速率高，利于退漿.

（3）用馬鈴薯變性淀粉K5漿料可完全取代PVA，并加入適量的聚丙烯酸漿料及蠟片用于PLA纖維紗線上漿，其漿紗耐磨性好，漿紗增強率及毛羽降低率明顯提高，達到了良好的上漿效果.由此可見，用K5漿料可取代PVA漿料，可滿足PLA纖維紗線上漿要求.

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