基于針梳纏繞問題的染深色滌綸纖維性能研究

王 衛(wèi)，余 彩，李 龍

(1.西安工程大學 科技處，陜西 西安 710048； 2.西安工程大學 紡織科學與工程學院，陜西 西安 710048)

纏繞是紡紗過程中經(jīng)常遇到的現(xiàn)象，纖維纏繞羅拉、皮輥嚴重影響紡紗質(zhì)量、產(chǎn)量與成本。文獻報道了棉纖維紡紗過程中的纏繞問題，其根本原因包括車間溫濕度、羅拉毛刺與污染、棉纖維含糖高[1]，纖維靜電大、棉纖維表面的蠟質(zhì)層軟化變?nèi)踇2]，纖維與羅拉、膠輥之間的摩擦因數(shù)大[3]，原棉含糖與含雜高、棉纖維含水率低、棉纖維須條回潮率過高或過低[4]。滌綸纖維在紡織工業(yè)中用量大，在毛紡面料加工中需要大量的深色滌綸纖維。由于原液著色的滌綸短纖維顏色種類有限，毛紡企業(yè)主要對本白色滌綸纖維條進行染色加工形成有色滌綸纖維條。針梳是毛精紡紡紗過程中必不可少且使用道數(shù)最多的工序，對紡紗質(zhì)量和效率起著重要作用。在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，本色滌綸條在針梳過程中很少發(fā)生纏繞羅拉、皮輥現(xiàn)象，而染深色滌綸條易發(fā)黏，頻發(fā)纏繞羅拉、皮輥現(xiàn)象。通常企業(yè)采用在羅拉/皮輥上擦滑石粉、稀酸溶液清洗皮輥、或降低車速的辦法來緩解纏繞，但這些措施影響紡紗的質(zhì)量、產(chǎn)量，稀酸溶液清洗會硬化膠輥的橡膠，減弱鉗口的握持力，降低皮輥的使用壽命。針對染深色滌綸條針梳中頻發(fā)的纏繞現(xiàn)象，首先分析染色使滌綸纖維哪些性能發(fā)生了明顯變化(除外觀顏色之外)。由于染料分子很難進入滌綸纖維內(nèi)部，滌綸纖維染色需要采用高溫高壓方法。在高溫高壓染色時，滌綸纖維中低聚物從內(nèi)部擴散到纖維表面，并在表面析出[5]。長時間的高溫高壓染色，低聚物不斷遷移到纖維表面與染液中。并且，染色完成降溫時，大量低聚物發(fā)生凝聚，其中還會夾雜染料形成凝聚物，這些凝聚物黏到纖維上并難以去除，影響織物的光澤[6]。低聚物是處于滌綸纖維內(nèi)部的一種與滌綸纖維相同化學結構的低分子物，是滌綸纖維制造過程中的副產(chǎn)物。一般滌綸中低聚物含量為1%～3%[7], 當溫度超過120 ℃時，低聚物能溶解在染浴中，并從溶液中結晶析出[8]。為降低染色滌綸低聚物產(chǎn)生的不良影響，文獻報道了采用載體染色[9]、高溫排液[10]、堿性染色[11]以及使用新型染色助劑[12]與低聚物去除劑[13]等方法控制從滌綸纖維中析出的低聚物，但低聚物去除效果不理想[13]。為緩解或解決染深色滌綸纖維的纏繞問題，很多企業(yè)在工藝、車間溫濕度等方面做了大量探索工作，但是纏繞現(xiàn)象沒有根本性解決。為此，本文比較本白色滌綸與染深色滌綸纖維的質(zhì)量比電阻、摩擦因數(shù)、低聚物特性的差異性，為尋求染深色滌綸纖維纏繞羅拉、皮輥的原因提供參考。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

本白色滌綸纖維，纖維細度0.22 tex，長度76 mm。

藏青色滌綸纖維通過原樣滌綸纖維染色獲得，其染色工藝為：使用分散染料對球狀滌綸條染色，添加低聚物去除劑(助劑)，浴比1∶15，pH值4.5，升溫速率1 ℃/min，染色溫度133 ℃，保溫染色60 min，廢液采取高溫排液的方式進行處理。染色后的滌綸條經(jīng)過復洗工序，去除浮色。實驗所用原料由江蘇丹毛紡織股份有限公司提供。

1.2 性能測試

1.2.1 纖維質(zhì)量比電阻

利用YG321型纖維比電阻儀(南通宏大實驗儀器有限公司)測定纖維電阻[14]，15 g試樣壓入測試盒進行測試，每個樣品稱取3份。纖維質(zhì)量比電阻ρm計算見式(1)：

(1)

式中：ρm為纖維質(zhì)量比電阻，(Ω·g)/cm2；R為纖維電阻值，Ω；m為纖維質(zhì)量，取15 g；L為兩極板之間距離，20 mm。

1.2.2 纖維摩擦性能

利用Y151 型纖維摩擦系數(shù)儀(常州第二紡織機械有限公司)測試纖維與橡膠輥之間的摩擦力。每份試樣各測30 根纖維，計算其平均值。纖維摩擦因數(shù)μ計算見式(2)：

μ=0.737×[lgf0-lg(f0-w)]

(2)

式中：μ為摩擦因數(shù)；f0為預加張力，180 mg；w為扭力天平讀數(shù)，mg，表示摩擦力大小。

1.2.3 滌綸纖維中低聚物含量

分別測試與計算滌綸纖維的總低聚物含量[15]與纖維表面低聚物含量[16]。

1.2.4 低聚物熱穩(wěn)定性

采用熱重/差示掃描(TG-DSC)熱分析儀(德國NETZSCH公司)測試低聚物熱穩(wěn)定性。測試采用氮氣氣氛，流量60 mL/min，升溫速率10 ℃/min，溫度范圍40～500 ℃。

在烘箱中干燥低聚物，觀察烘箱在升溫過程中低聚物外觀狀態(tài)的變化情況，分析低聚物的耐熱性。

1.2.5 紅外化學結構

采用KBr壓片法制片，用FTIR-7600傅里葉紅外光譜儀(澳大利亞Lambda公司)測試低聚物的化學結構，測定波數(shù)4 000～400 cm-1，分辨率4 cm-1，掃描8次。

2 實驗結果與分析

2.1 染色對纖維質(zhì)量比電阻的影響

染色前后滌綸纖維的電阻、質(zhì)量比電阻測試結果見表1。由表1可知，染藏青色滌綸纖維的質(zhì)量比電阻大于原樣滌綸纖維的質(zhì)量比電阻，導致染藏青色滌綸纖維容易產(chǎn)生靜電。因為染藏青色滌綸纖維染色溫度133 ℃、染色時間60 min，滌綸纖維中的低聚物遷移到滌綸表面，雖然染色后對纖維條進行了復洗，但由于低聚物水溶性差，通過復洗工序也難以全部去除。文獻[13]報道染色滌綸纖維表面具有低聚物顆粒，而未染色滌綸纖維表面光滑。Cimecioglu等[17]報道從滌綸纖維中提取的低聚物回潮率小于滌綸纖維的回潮率。染藏青色滌綸纖維質(zhì)量比電阻大，可能與纖維表面析出的低聚物多、低聚物回潮率小有關。

表1 纖維質(zhì)量比電阻Tab.1 Fiber mass specific resistance

2.2 染色對纖維摩擦因數(shù)的影響

染色前后滌綸纖維的摩擦性能測試結果見表2。由表2可知，染色滌綸與橡膠輥之間的摩擦力與摩擦因數(shù)大于未染色滌綸的摩擦力與摩擦因數(shù)，這可能與染色滌綸纖維的表面析出的低聚物較多有關。染深色纖維表面低聚物多，纖維表面不光滑，增加纖維的摩擦作用。

表2 纖維摩擦力與摩擦因數(shù)結果Tab.2 Results of fiber friction and friction coefficient

2.3 纖維紅外結構分析

染色前后滌綸纖維紅外光譜分析結果見圖1。

圖1 染色前后滌綸纖維紅外光譜圖Fig.1 Infrared spectrum of polyester fiber before and after dyeing

2.4 纖維熱分析

染色前后滌綸纖維熱分析結果見圖2?？梢?，在40～360 ℃之間，試樣質(zhì)量損失率非常??；在360～470 ℃，由于產(chǎn)生熱分解，樣品質(zhì)量顯著減少。在470～500 ℃，由于分解炭化，未染色滌綸質(zhì)量保留率29%，染藏青色滌綸質(zhì)量保留率27.5%。因此，原樣滌綸纖維比染藏青色滌綸纖維分解炭化略難。

圖2 染色前后滌綸纖維熱重分析曲線Fig.2 Thermogravimetric analysis curve of polyester fiber before and after dyeing.(a) Original polyester fiber;(b) Dyed navy polyester fibers

2.5 纖維中低聚物分析

染色前后滌綸纖維的低聚物測試結果見表3?？梢?，原樣滌綸纖維表面低聚物含量與總低聚物含量分別小于染藏青色滌綸纖維表面低聚物含量與總低聚物含量。

表3 滌綸纖維低聚物含量測試結果Tab.3 Results of oligomer content of polyester fiber %

在三氯甲烷索式萃取纖維總低聚物(80 ℃，4 h)時[15]，萃取初期，染色滌綸纖維沒有發(fā)生褪色現(xiàn)象，但萃取1 h后出現(xiàn)了輕微褪色，萃取2 h后染藏青色滌綸纖維試樣顏色變淺，萃取3 h后染色滌綸纖維試樣顏色接近白色。在三氯甲烷溶解攪拌提取纖維表面低聚物過程中(20 ℃，20 min)[16]，染色滌綸纖維在三氯甲烷溶劑中沒有出現(xiàn)褪色現(xiàn)象。提取的總低聚物中含有低聚物和染料分子，纖維染色越深，總低聚物含量越高。

圖3 提取低聚物紅外光譜圖Fig.3 Infrared spectrum of extracted oligomer

從原樣滌綸纖維和染藏青色滌綸纖維中分別提取的總低聚物放入烘箱中進行干熱處理，在烘箱溫度達到不同溫度時，觀察總低聚物外觀狀態(tài)。表4為總低聚物外觀狀態(tài)變化的觀察結果。當烘箱溫度升至100 ℃，提取的總低聚物狀態(tài)都沒有發(fā)生變化；當烘箱溫度升至130 ℃，原滌綸纖維中提取的總低聚物狀態(tài)沒有變化；但是染藏青色滌綸纖維中提取的總低聚物在110 ℃發(fā)黏，在130 ℃時變成熔融狀態(tài)。文獻[11]報道，三聚體結構高度對稱，極易聚集結晶，形成的晶體具有高的熔點(310 ℃)以及良好的熱穩(wěn)定性與化學穩(wěn)定性。由于從染藏青色滌綸纖維提取的總低聚物中含有染料分子(提取物顯示深色)，這可能是造成染藏青色滌綸纖維提取的總低聚物熱穩(wěn)定性差的原因。

表4 不同烘干溫度低聚物狀態(tài)變化Tab.4 Oligomer state change under different dry temperatures

圖4為滌綸纖維總低聚物的熱重曲線。可以看出，原樣滌綸纖維提取的總低聚物在溫度239 ℃，質(zhì)量損失為1.8%；染藏青色滌綸纖維提取的總低聚物在溫度223 ℃，質(zhì)量損失為4.9%。原樣滌綸纖維提取的總低聚物在溫度239～434 ℃，質(zhì)量出現(xiàn)了顯著下降，在404 ℃質(zhì)量損失速率達到最大值，表明低聚物完成熱分解；染藏青色滌綸纖維提取的總低聚物在溫度223 ～390 ℃出現(xiàn)質(zhì)量急劇下降，在343 ℃質(zhì)量損失速率達到最大值，其失重溫度比原樣滌綸纖維提取的低聚物失重溫度低61 ℃。因此原樣滌綸纖維提取的總低聚物熱分解溫度高于染藏青色滌綸纖維提取的總低聚物熱分解溫度。

圖4 提取低聚物的熱重分析曲線Fig.4 Thermogravimetric analysis curve of extracted oligomer.(a) Oligomer from the original polyester fibers；(b) Oligomer from the dyed navy polyester fibers

3 結束語

生產(chǎn)中，一旦滌綸條子中有極微量的纖維纏繞在皮輥或羅拉表面，就會引起更多纖維在羅拉或皮輥表面不斷地快速纏繞。降低針梳機速度，纖維纏繞現(xiàn)象減少，但是紡紗產(chǎn)量降低。染藏青色滌綸纖維的質(zhì)量比電阻大于原樣滌綸纖維的質(zhì)量比電阻，纖維容易產(chǎn)生靜電；染藏青色滌綸纖維摩擦因數(shù)較大，也將產(chǎn)生靜電積聚，會造成纏繞現(xiàn)象。染藏青色滌綸纖維纏繞羅拉或皮輥的原因可能較多，其主要原因是纖維表面低聚物析出較多。皮輥、羅拉表面溫度影響染藏青色滌綸纖維纏繞程度與機制，需要進一步研究。

創(chuàng)新滌綸纖維制造技術，消除滌綸纖維加工中的低聚物；創(chuàng)新普通滌綸纖維染色技術，在保證染色纖維顏色、色牢度基礎上，消除染色過程中滌綸纖維表面低聚物析出，是解決染深色滌綸纖維纏繞問題的重要手段。