玻璃纖維紗的上漿性能研究

崔 貞 馬 芹 郭曉玲 戴 杰 申國棟

(1.西安工程大學紡織與材料學院，西安，710048;2.河南工程學院紡織工程系，鄭州，450000)

玻璃纖維是將無機、無定型狀態(tài)的玻璃在高溫熔融狀態(tài)下經過漏孔拉絲而纖維化并用浸潤劑急速冷卻到常溫而獲得的。玻璃纖維可根據堿金屬氧化物(一般指K2O或Na2O)的含量多少分為無堿、中堿和高堿玻璃纖維等［1］。玻璃纖維比有機纖維耐高溫，不燃，抗腐，隔熱、隔聲性好，抗拉強度高，電絕緣性好(如無堿玻璃纖維)。玻璃纖維紗的織造之所以不同于普通織物，是因為其具有剛度大、抱合力小、彈性差、伸長度小等特點［2］。這些特性導致玻璃纖維紗的耐磨性、耐扭轉性、彎曲性能及剪切性能特別差，在織造過程中會增加紗線的斷頭率，影響織造效率。國外在20世紀60年代初已經開始對玻璃纖維紗上漿，近年來發(fā)展更為迅速。玻璃纖維紗的上漿工藝曾被稱為玻璃纖維織造工程的一次“革命”。本文采用不同濃度的漿液對玻璃纖維紗進行上漿處理，并測試分析玻璃纖維紗的性能。

1 試驗準備

1.1 儀器及方法

本試驗采用整漿聯合型的SSJ-83型漿紗試驗機。為減少紗線之間的黏連現象，采用較小的紗線排列密度，試驗中采用的經紗根數為10根。上漿形式為雙浸雙壓，漿液液面高度與上漿輥軸心相平。漿槽設置有保溫層，可滿足漿槽溫度保持在95℃的要求。玻璃纖維紗上漿后采用四筒烘燥機烘干，前兩烘筒表面涂有防黏層，可以防止經紗黏烘筒，以保護漿膜完整。

1.2 玻璃纖維紗上漿原理

玻璃纖維表面存在有吸附水膜，這為上漿工藝帶來極大方便，很多帶—OH基的親水性漿料如淀粉、PVA、CMC等可與其氫鍵結合，其他親水性漿料如聚丙烯系漿料也能黏附在其表面［3］。但實際生產過程中，玻璃纖維拉絲過程中必須采用一種浸潤劑噴涂于纖維表面，達到集束、潤滑、柔軟及抗靜電等目的，故上漿前必須將浸潤劑清除干凈。本試驗通過高溫煮練去除玻璃纖維上的浸潤劑［4］。

1.3 原料制備

本試驗采用定積法調漿配制漿液，調制5 000 mL漿液，調漿時根據各組分質量分數計算并稱取相應的質量。例如漿液質量分數為4%時，在3 000 mL的水中加入稱好的淀粉150 g，邊加熱邊攪拌至80℃;待緩緩溶解后稱取PVA205漿料50 g，繼續(xù)加水攪拌均勻，直至各種成分混合定積至5 000 mL。將配制好的漿液分裝到6只燒瓶中，然后放入水浴鍋加熱至96℃以上，最后恒溫煮漿1 h。

2 性能測試及分析

根據玻璃纖維紗的特點及試驗要求，主要測試紗線的上漿率、漿紗斷裂伸長率、減伸率、漿紗強度及增強率、漿紗耐磨次數。

2.1 上漿率

紗線的上漿率是反映上漿量的指標，其計算公式為：

在本試驗中，采用稱量計算法測定紗線的上漿率。量取1 m長的玻璃纖維原紗，再按漿紗伸長率計算相應的漿紗長度并量取相應長度的漿紗。

通過對玻璃纖維紗上漿前后的質量測試，計算出其上漿率，測試結果如表1所示。每個試驗測試10個樣品，取平均值。由式(1)可得出上漿率。

表1 不同質量分數漿液時玻璃纖維紗的上漿率

由表1可知，漿液質量分數為7%時玻璃纖維紗的上漿率最大。當其他變量一定時，漿液質量分數越大，上漿率越高。

2.2 增強率

增強率描述的是紗線上漿后斷裂強力增大的情況，其計算公式為：

本試驗采用YG061型電子單紗強力試驗儀測試紗線的斷裂強力。測試結果如表2所示。

由表2可知，玻璃纖維紗上漿后強力都有所提高。當漿液質量分數為7%時，玻璃纖維紗的增強率達30.02%，斷裂強力顯著提高。

2.3 減伸率

減伸率主要表征紗線上漿后斷裂伸長率減小的情況，其計算公式為：

表2 不同質量分數漿液時玻璃纖維紗的增強率

測試結果如表3所示。

表3 不同質量分數漿液時玻璃纖維紗的減伸率

由表3可知，玻璃纖維紗上漿后的斷裂伸長率都有所減小，但是總體來看不同漿液質量分數的玻璃纖維紗的減伸率相差不大。

2.4 耐磨次數

耐磨性是紗線質量的綜合指標，可為提高漿紗的綜合質量提供依據［5］?？捎脻{紗增磨率來表示漿紗后紗線耐磨性能的提高程度。紗線的增磨率按下式計算：

本試驗采用Y731D型抱合力機來進行測試。將上漿后的紗線依次來回掛繞在抱合力機的左右絲鉤上進行摩擦檢驗，每摩擦10次將電源關閉，翻開上部摩擦片架并將右面的絲鉤橫條向左方少許推移，使紗線稍松(不能讓紗線脫出絲鉤)，檢查紗線被摩擦部分的開裂狀態(tài)一次(第一次檢查可在運轉30次以上后進行)。如發(fā)現半數(10根)以上的紗線每根上有6 mm長度的開裂，則檢驗即可終止。不同漿液質量分數的紗線分別做10次摩擦檢驗。將同種紗線每次的摩擦次數相加再除以10，平均所得數值再四舍五入為整數，即得到該漿液質量分數時漿紗的耐磨次數。測試結果如表4所示。

表4 不同漿液質量分數時玻璃纖維紗的增磨率

由表4可知，玻璃纖維紗通過不同質量分數的漿液上漿后，漿紗的耐磨次數明顯提高;隨著漿液質量分數的增大，漿紗的增磨率也增加。

2.5 綜合評價

玻璃纖維漿紗的質量指標要求：漿液的質量分數為4%～7%，增磨率、增強率應盡可能大，而減伸率要小。由上述分析可知，各個指標的平均值均符合要求，由此說明本文各試驗參數的選取是合適的［6］。

在本試驗中，增強率和耐磨次數越大越好，所以按照從大到小排列;減伸率越小越好，按照從小到大排列。如表5所示，最上面的得分最高，計算各漿液質量分數時玻璃纖維漿紗的總得分，見表6。

表5 不同漿液質量分數時的漿紗對比分析

表6 各方案得分

由上述數據處理結果可知，漿液質量分數為7%時，玻璃纖維紗的得分最高，即它的增磨率、減伸率、增強率達到比較好的效果，玻璃纖維漿紗各項性能最好的漿液質量分數為7%。

3 結語

(1)綜合原料來源的廣泛性及使用的普遍性等，本試驗選擇淀粉和PVA205為主漿料。結果表明，用此兩種漿料上漿，玻璃纖維紗的各項性能比原紗提高。

(2)玻璃纖維紗上漿后，斷裂強力明顯提高，斷裂伸長率減小，漿紗耐磨次數增大。當漿液質量分數為7%時，漿紗的增強率達30.02%，增磨率達75%。不同漿液質量分數時，漿紗的斷裂伸長率都有所減小，為9%左右。

通過上漿后，玻璃纖維紗的耐磨性得到很大的提升，織造效率提高。表明玻璃纖維紗通過上漿可以有效地改善其性能。

［1］徐鳳，聶瓊，徐紅.玻璃纖維的性能及其產品的開發(fā)［J］.輕紡工業(yè)與技術，2011(5)：40-41.

［2］黃柏齡，蘭錦華，唐龍貴.玻璃纖維上漿的研究［J］.西北紡織學院學報，1987(1)：22-25.

［3］SAVCI S，CURISKIS J I，PAILTHORPE M T.Knittability of glass fiber weft-knitted performs for composites［J］.Textile Research Journal，2001，71(1)：15-21.

［4］張紹柱，蘇峰華，王坤，等.納米TiO2改性玻璃纖維織物復合材料的摩擦磨損性能研究［J］.摩擦學學報，2005(2)：179-182.

［5］盧毅，王克毅.細如毫發(fā)的玻璃纖維織造技術［J］.國外紡織技術，2003(4)：12-13.

［6］朱進忠，蘇玉恒.玻璃纖維紗線力學性質損傷的測試分析［J］.河南工程學院學報，2011(3)：11-14.