紡絲酸浴工藝對粘膠類扁平絲成形速度的影響

鄧傳東+陳曉芳

摘 要：扁平絲是異形纖維的一種，纖維橫截面呈扁平狀，在粘膠類扁平纖維的生產(chǎn)過程中，影響纖維成形的因素很多，其中酸浴工藝條件是影響粘膠類扁平絲纖維成形的重要環(huán)節(jié)。本文對酸浴中硫酸、硫酸鈉、硫酸鋅、酸浴溫度四個因素對扁平絲截面形狀的影響進(jìn)行了系統(tǒng)實驗，分析各因素對扁平絲截面形狀的影響情況，也即實驗分析了酸浴中各組份對粘膠類扁平絲成形速度的影響。

關(guān)鍵詞：粘膠類扁平絲 酸浴 纖維截面 異形度 成形速度

一、前言

異形纖維是指利用物理、化學(xué)和機械等方法使合成纖維變性以改善其性能，擴大其使用范圍。纖維截面的異形化即是物理改性的一項重要又方便的手段。如：中空、中空異形、三角形、三葉形等使用已極為廣泛。此外多角形、多葉形、T形、C形、H形、十字形、扁平形等都已有生產(chǎn)，異形纖維與一般園截面的纖維相比具有許多特性：具有優(yōu)良的光學(xué)性能；能增加纖維的復(fù)蓋能力，提高抗起球能力；能增加纖維間的抱合力，纖維的膨松性、透氣性及保暖性均有提高等等。異形纖維的各項性能的優(yōu)劣，主要決定于其不同的截面形狀及異形度的大小。異形度是表示異形纖維符合異形規(guī)格程度的指標(biāo)。故在異形纖維制造過程中必須嚴(yán)格控制異形度的大小和均一性，對于異形纖維來說異形度是其物理性能的主要指標(biāo)之一。

由于從異形噴絲孔壓出粘膠的表面力傾向于形成一種圓形的剖面，而不會顧及噴孔的形狀，因此，必須選擇適當(dāng)?shù)乃嵩l件，以迅速獲得一種穩(wěn)定的皮層，初步具有一定的扁平形態(tài)。扁平絲異形度的不同，其結(jié)晶區(qū)與非結(jié)晶區(qū)的比例、分布有所不同，從而對纖維染色性能的一致性有影響。扁平絲異形度的不同，成品纖維的手感不同，對織物的風(fēng)格有一定影響。

因此，對“紡絲酸浴工藝對粘膠類扁平絲成形速度（即截面形狀及異形度）的影響”進(jìn)行試驗研究，有利于扁平絲生產(chǎn)過程中的工藝控制，保證其成品品質(zhì)，對各規(guī)格品種的粘膠類纖維如仿麻絲（1200D/14F、600D＼10F等）、雅菲特（1100D/1F、2000D/1F、4000D/1F等）、常規(guī)絲產(chǎn)品（120D/30F、300D/50F、600D/100F等）的生產(chǎn)有一定指導(dǎo)意義。

二、試驗部份

對酸浴中硫酸、硫酸鈉、硫酸鋅、酸浴溫度四個因素，以及四個因素的三個水平采用正交實驗方法，排成了9組酸浴組成工藝進(jìn)行扁平絲的紡制。其它紡絲條件，如紡速、后處理工藝、紡絲溫濕度等條件在9組酸浴工藝試驗過程中不變，每組酸浴工藝紡制1個落絲周期。

1、紡絲設(shè)備：R535半連續(xù)紡絲機。

2、試驗規(guī)模：R535半連續(xù)紡絲機三個紡區(qū)， 5個立方的酸浴調(diào)配循環(huán)系統(tǒng)。

3、試驗品種：300D/10F粘膠扁平絲。

4、噴絲頭規(guī)格：300D/10F，一個噴絲頭的噴絲面上有10個長條形孔，成梅花狀排布；其中單孔為兩頭為紡錘狀的長方形，規(guī)格為：長*寬=0.6mm*0.045mm，其長寬比為13.33。

5、酸浴四因素三水平的選擇：

6、酸浴四因素三水平正交實驗表：

7、纖維切片制作

A、制作設(shè)備：顯微鏡、顯微攝影儀、照像機、172型纖維切片器、目微尺、火棉膠

B、進(jìn)行扁平絲截片制作：9組實驗方案，統(tǒng)一取其紡絲捻面的生絲條進(jìn)行截片制作，正交實驗6#、7#方案纖維截面情況見以下圖1和圖2：

C、在顯微鏡下用目微尺進(jìn)行扁平絲單絲橫截面的長度、寬度進(jìn)行測量、并做好記錄。

8、各組實驗方案扁平絲異形度計算：表示異形纖維斷面特征的指標(biāo)主要有充實度（又名園系數(shù)或園整度）和異形度，該指標(biāo)的大小對纖維的風(fēng)格和手感影響很大，并且該指標(biāo)的均勻程度（即扁平絲纖維橫截面的長寬比的CV值不能太大）對扁平絲的染色均勻性影響非常大。

充實度是衡量纖維面積是否接近園形的一個指標(biāo)，其計算公式如下：

充實度=異形纖維斷面積/異形纖維斷面外接園面積

異形度主要是用來衡量異形纖維變形的程度。與充實度相反，異形度愈大，充實度愈小。其計算工式如下：

異形度（%）=（1-充實度）*100

四因素三水平的9組正交實驗方案，扁平絲纖維橫截面的長度、寬度的測量情況，以及扁平絲纖維橫截面面積、外接圓面積、充實度、異形度計算如下下表：

三、結(jié)果討論

在粘膠紡入酸浴到纖維素絲條再生的這段時間中，有以下三個基本反應(yīng)發(fā)生：一是中和粘膠中的游離堿；二是纖維素黃酸酯的分解，使纖維素再生；三是由于分子中氫鏈的形成，使纖維素分子結(jié)晶。通常，為了增加纖維強度，對剛離開酸浴的絲纖維素黃酸酯構(gòu)成，外層由凝固程度極低的再生纖維素構(gòu)成。因此，纖維結(jié)構(gòu)的成形主要取決于外側(cè)的酸浴，合理地選擇紡絲成形條件，對纖維性能及其扁平絲異形度有重大作用，現(xiàn)根據(jù)以上實驗數(shù)據(jù)，對酸浴中硫酸、硫酸鈉、硫酸鋅、酸浴溫度四個因素對扁平絲異形度的影響情況進(jìn)行分析。

采用正交試驗的試驗結(jié)果的分析方法有二，方差分析法和直觀分析法。這里我們采用直觀分析法。通過直觀分析法確定酸浴中四個因素對扁平絲異形度影響的大小，即因素的重要性。如下表：

四、結(jié)論

由以上四因素三水平正交實驗分析表分析數(shù)據(jù)可知，酸浴中硫酸、硫酸鈉、硫酸鋅、酸浴溫度四個因素中，首先是溫度對粘膠類扁平絲異形度，也即成形速度影響最大，而且在設(shè)計正交實驗表的三個水平時，溫度三水平的差異僅為3℃，因此，在進(jìn)行扁平狀粘膠纖維進(jìn)行紡制時，一旦酸浴組成確定下來后（其實質(zhì)是確定了扁平絲的異形度指標(biāo)值），我們要嚴(yán)格控制紡絲過程中酸浴的溫差，對于粘膠扁平絲（如1200D/14F、4000D/1F、2000D/1F、1100D/1F等規(guī)格品種）這一異形纖維紡絲酸浴溫度的正負(fù)偏差值不能太大，否則會造成同批產(chǎn)品中扁平絲的異形度有差異，影響纖維的染色性能，對于雅菲特產(chǎn)品將影響其幅寬（雅菲特的幅寬控制，目前是我們的難點）。其次是硫酸濃度對粘膠類扁平絲的異形度影響比較大，生產(chǎn)過程中也需嚴(yán)格控制。再次是硫酸鈉、硫酸鋅對扁平絲異形度有一定影響，但影響程度沒有酸浴溫度和硫酸濃度哪么大。如果以酸浴中硫酸、硫酸鈉、硫酸鋅、酸浴溫度四個因素中每增、減1 g/l或1℃為單位對粘膠成形速度的影響來進(jìn)行比較的話，假定硫酸鈉對粘膠成形速度影響為1，則硫酸鋅影響為1.38、硫酸影響為5.17、酸浴溫度影響為31.98。因此，我們可知溫度在粘膠成形反應(yīng)中的影響成度（是硫酸鈉的31.98倍，是硫酸鋅的23.17倍，是硫酸的6.18倍）。

參考文獻(xiàn)：

[1]《簡明紡織材料學(xué)》 主編：李亞濱 楊弘 褚益清 王紹平 張毅 出版社：中國紡織出版社

[2]《正交實驗設(shè)計》

[3]《粘膠纖維工藝學(xué)》

作者簡介：

鄧傳東，生于1963年11月，男，宜賓絲麗雅集團(tuán)有限公司高級工程師，EMBA碩士研究生學(xué)位，化工化纖研究方向。