芳砜綸長(zhǎng)絲直接制條方法研究

何文元 包偉國(guó) (.上海工程技術(shù)大學(xué)服裝學(xué)院，上海，060;.上海新紡織產(chǎn)業(yè)用品有限公司，上海，0004)

芳砜綸長(zhǎng)絲直接制條方法研究

何文元1包偉國(guó)2(1.上海工程技術(shù)大學(xué)服裝學(xué)院，上海，201620;2.上海新紡織產(chǎn)業(yè)用品有限公司，上海，200042)

研究了芳砜綸長(zhǎng)絲直接制條的牽切制條方法。芳砜綸長(zhǎng)絲直接制條工序簡(jiǎn)化，工藝流程短，牽切制條后芳砜綸纖維直徑減小，離散度降低，牽切條中的芳砜綸纖維長(zhǎng)度分布接近于天然羊毛條，纖維的拉伸性能較好，因而改善了芳砜綸纖維的紡紗性能，同時(shí)經(jīng)過(guò)芳砜綸牽切紡紗得到的紗線具有較高的強(qiáng)力。

芳砜綸，牽切，拉斷，纖維性能，紡紗

芳砜綸是上海市紡織科學(xué)研究院和上海市合成纖維研究所經(jīng)多年研制開(kāi)發(fā)的擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的有機(jī)耐高溫纖維。芳砜綸學(xué)名為聚苯砜對(duì)苯二甲酰胺纖維，屬于芳香族聚酰胺類(lèi)耐高溫材料，它的成功研制填補(bǔ)了我國(guó)耐250℃等級(jí)合成纖維的空白［1]。芳砜綸具有優(yōu)良的耐熱性、熱穩(wěn)定性、高溫尺寸穩(wěn)定性、阻燃性、電絕緣性及抗輻射性，同時(shí)具有良好的物理機(jī)械性能、化學(xué)穩(wěn)定性，因而在國(guó)防、軍工和現(xiàn)代工業(yè)上有著重要的用途，是我國(guó)急需的高科技纖維［2-4]。

最初的芳砜綸纖維是采用天然纖維紡紗方式進(jìn)行加工的。首先將長(zhǎng)絲切斷為短纖維，然后再經(jīng)過(guò)一系列的加工過(guò)程，將散亂的短纖維梳理，使其排列平行順直緊密，最后制成具有一定質(zhì)量的均勻條子以適應(yīng)紡紗工藝的要求。芳砜綸長(zhǎng)絲束具有良好的平行狀態(tài)，非常潔凈，幾乎不含雜質(zhì)，僅含少量的絲疵。將本來(lái)就平行順直、潔凈的化纖長(zhǎng)絲切斷、攪亂、梳理、并合、牽伸，重新組合成條后紡紗，無(wú)論從工藝上還是經(jīng)濟(jì)上考慮，都不合理。因此，在滿足成紗要求的前提下，實(shí)現(xiàn)由芳砜綸長(zhǎng)絲束至短纖維條子的直接轉(zhuǎn)化，即芳砜綸長(zhǎng)絲的牽切直接制條，對(duì)快速高效地開(kāi)發(fā)芳砜綸產(chǎn)品具有非常重要的意義。

1 牽切法直接制條的原理和過(guò)程

芳砜綸牽切直接制條機(jī)上有若干對(duì)牽伸羅拉，喂入的芳砜綸絲束經(jīng)受這若干對(duì)牽伸羅拉的多次連續(xù)牽伸作用，當(dāng)牽伸羅拉對(duì)絲束拉伸的程度超過(guò)纖維斷裂伸長(zhǎng)的限度時(shí)，將在各根單絲任一弱點(diǎn)處產(chǎn)生斷裂。由于其拉伸斷裂點(diǎn)是隨機(jī)分布的，斷裂點(diǎn)不在拉伸絲束條的一個(gè)截面上，盡管芳砜綸長(zhǎng)絲束中的單絲已被拉斷成短纖維狀態(tài)，但整根條子不會(huì)斷裂。這樣經(jīng)過(guò)牽切直接制條機(jī)加工過(guò)的長(zhǎng)絲束被直接加工成了短纖維的條子。這種采用牽伸拉斷長(zhǎng)絲的直接制條方法稱為牽切直接制條法。

牽切制條機(jī)由喂入裝置、拉斷機(jī)構(gòu)和圈條機(jī)構(gòu)三部分組成(見(jiàn)圖1)。

圖1 牽切機(jī)的制條過(guò)程

芳砜綸長(zhǎng)絲束從絲束箱中引出，經(jīng)過(guò)絲束架和絲束振動(dòng)桿喂入第二后羅拉，第一后羅拉和第二后羅拉組成第一個(gè)拉伸區(qū)，絲束從第二后羅拉到第一后羅拉接受第一次拉伸。在該拉伸區(qū)，絲束受到的是張力牽伸，牽伸倍數(shù)較小，只有極少部分的長(zhǎng)絲可能被牽伸拉斷，其主要作用是使絲束中的絲盡可能平行伸直排列。中羅拉至第一后羅拉之間為第二拉伸區(qū)，在該拉伸區(qū)內(nèi)，幾乎全部纖維因受到強(qiáng)大的牽伸拉力而逐漸斷裂，它是芳砜綸長(zhǎng)絲的主要拉斷區(qū)，當(dāng)然在這個(gè)拉伸區(qū)內(nèi)還存在沒(méi)有拉斷的纖維。前拉區(qū)為第三拉伸區(qū)，也稱為再割區(qū)，在前羅拉和中羅拉之間。在該區(qū)內(nèi)，第二拉伸區(qū)內(nèi)還沒(méi)有拉斷的纖維被拉斷，這個(gè)拉伸區(qū)主要是控制牽切條中最長(zhǎng)纖維的長(zhǎng)度，同時(shí)前皮輥與前下羅拉的強(qiáng)制加壓使纖維產(chǎn)生機(jī)械卷曲作用。最后拉伸牽切后的芳砜綸條子經(jīng)圈條器進(jìn)入到條筒中。

2 芳砜綸牽切制條工藝的確定

芳砜綸牽切制條工藝需要確定的主要參數(shù)有出條速度、各拉伸區(qū)的隔距、牽伸倍數(shù)、羅拉加壓、絲束的含油率和回潮率、喂入線密度、出條線密度等，這些工藝參數(shù)不但影響到芳砜綸牽切條中的纖維平均長(zhǎng)度、最長(zhǎng)纖維長(zhǎng)度、最短纖維長(zhǎng)度、超長(zhǎng)纖維的含量、30 mm短纖維含量等主要質(zhì)量指標(biāo)，還影響到芳砜綸牽切條生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

(1)芳砜綸長(zhǎng)絲束在牽切前的回潮率一般控制在6% ～7%。如果回潮率太低，靜電大，短纖維含量高;反之，回潮率太高，纖維拉斷困難，超長(zhǎng)纖維增多，且容易繞皮輥和繞羅拉。

(2)牽伸倍數(shù)的確定。第一拉伸區(qū)為張力牽伸，牽伸倍數(shù)為1.04;第二拉伸區(qū)為主拉斷區(qū)，牽伸倍數(shù)為5～6.5;第三拉伸區(qū)為再割區(qū)，牽伸倍數(shù)為1.5～2。牽伸倍數(shù)過(guò)大，纖維在牽伸過(guò)程中變速點(diǎn)會(huì)前移，從而造成拉斷的纖維長(zhǎng)度變短，短纖維含量增加;牽伸倍數(shù)太小，可能拉不斷纖維。

(3)根據(jù)絲束的物理性能，調(diào)節(jié)各區(qū)的牽伸倍數(shù)和各對(duì)牽伸羅拉之間的隔距，可以獲得各種不同平均長(zhǎng)度的不等長(zhǎng)分布的短纖維條子。如圖1所示，第一拉伸區(qū)的隔距在一定范圍內(nèi)變動(dòng)不致嚴(yán)重影響纖維長(zhǎng)度的分布，一般在300 mm左右。第二拉伸區(qū)為主拉斷區(qū)，在這個(gè)拉斷區(qū)，幾乎所有的纖維受到強(qiáng)大的張力而被分別拉斷。如果該隔距過(guò)小，就不能做到每根單絲都在該區(qū)內(nèi)斷裂，同時(shí)會(huì)造成機(jī)械設(shè)備的嚴(yán)重磨損和損壞;反之，如果該隔距過(guò)大，斷裂點(diǎn)相應(yīng)后移，增加了拉斷單絲的平均長(zhǎng)度，加重了第三拉伸區(qū)的負(fù)擔(dān)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，該隔距為910 mm左右。第三拉伸區(qū)的隔距決定了芳砜綸牽切條中纖維的平均長(zhǎng)度，也控制了芳砜綸牽切條的最長(zhǎng)纖維長(zhǎng)度，其關(guān)系式為:牽切條最長(zhǎng)纖維長(zhǎng)度=前隔距×(1+單絲斷裂伸長(zhǎng)率)。

(4)喂入線密度太大，牽切機(jī)的負(fù)擔(dān)過(guò)重，會(huì)造成牽切不開(kāi)或超長(zhǎng)纖維增加等問(wèn)題;喂入線密度過(guò)小，會(huì)降低生產(chǎn)效率，降低產(chǎn)量，一般為80～100 g/m。

(5)出條線密度一般為6～8 g/m。如果出條線密度太小，會(huì)因條子太細(xì)而降低前羅拉的壓力，使前羅拉握持力減小而造成纖維牽拉不開(kāi)，出現(xiàn)超長(zhǎng)纖維，且成條不好。若出條線密度太大，則前羅拉對(duì)芳砜綸纖維的牽切力不夠，造成超長(zhǎng)纖維增加。

(6)出條速度。出條速度決定了牽切機(jī)整臺(tái)機(jī)器其他部件的運(yùn)行速度。由于芳砜綸具有良好的絕緣性能，牽切速度高很易在牽切過(guò)程中產(chǎn)生靜電，所以牽切速度不宜太高，一般為20 m/min。

3 牽切法制條后芳砜綸纖維性能的變化

3.1 牽切前后芳砜綸纖維直徑的變化

經(jīng)過(guò)牽切法制成的短纖維條子稱為牽切條。用X3-213型生物顯微鏡對(duì)芳砜綸長(zhǎng)絲和牽切條中的纖維進(jìn)行測(cè)試，每種纖維測(cè)試50根，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，得到芳砜綸長(zhǎng)絲纖維和牽切纖維的平均直徑和其他統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，見(jiàn)表1。

表1 牽切前后芳砜綸纖維直徑的變化

由表1可知，芳砜綸長(zhǎng)絲經(jīng)過(guò)拉伸至斷裂，其直徑變小了，平均直徑減小了13.5%，而從纖維直徑的變異系數(shù)變化看出，直徑不均率降低了。從拉伸斷裂過(guò)程分析，芳砜綸纖維在牽切時(shí)，原來(lái)較粗的纖維在拉伸時(shí)首先被拉細(xì)，強(qiáng)度降低，再進(jìn)一步拉伸到纖維斷裂;而原來(lái)較細(xì)的纖維，強(qiáng)力較低，在拉伸時(shí)就較快地直接斷裂了。因此，芳砜綸長(zhǎng)絲經(jīng)過(guò)牽切斷裂后，纖維的直徑有均勻化趨勢(shì)。這種趨勢(shì)對(duì)后道加工，特別對(duì)紡紗工序的順利進(jìn)行和提高紗線強(qiáng)力非常有利。

3.2 牽切條中芳砜綸纖維的長(zhǎng)度分布

芳砜綸長(zhǎng)絲經(jīng)過(guò)牽切制條后，其條子中的纖維長(zhǎng)度呈隨機(jī)分布。從圖2的手扯牽切條纖維長(zhǎng)度排列可見(jiàn)，芳砜綸長(zhǎng)絲牽切后的短纖維條子中，其纖維長(zhǎng)度接近于天然羊毛條，因而改善了芳砜綸纖維的紡紗性能，克服了采用切斷法所得的等長(zhǎng)纖維導(dǎo)致的牽伸過(guò)程周期性不勻的缺點(diǎn)。

圖2 芳砜綸牽切條的手扯纖維

3.3 牽切條中芳砜綸纖維的機(jī)械性能

用YG001型電子單纖維強(qiáng)力機(jī)對(duì)牽切前后的芳砜綸纖維進(jìn)行強(qiáng)力及其他機(jī)械性能測(cè)試。測(cè)試?yán)w維每種50根，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，芳砜綸纖維牽切前后的機(jī)械性能見(jiàn)表2。

由表2可知，芳砜綸纖維經(jīng)過(guò)牽切后，強(qiáng)力雖然從原來(lái)的8.6 cN降低到7.2 cN，降低了16.27%，但由于直徑變小，其強(qiáng)度的降低較小，從原來(lái)的3.91 cN/dtex降低到 3.73 cN/dtex，僅降低 4.6%，說(shuō)明芳砜綸纖維經(jīng)過(guò)拉伸斷裂后，強(qiáng)度沒(méi)有發(fā)生顯著變化。而纖維的斷裂伸長(zhǎng)減小了12.6%，初始模量提高了44%，說(shuō)明芳砜綸纖維經(jīng)過(guò)牽切后剛度有所增加，這有利于芳砜綸紗線強(qiáng)力的提高。

表2 芳砜綸纖維牽切前后的機(jī)械性能

4 牽切法制條和散纖維制條的紡紗工藝與紗線性能比較

如果采用芳砜綸散纖維紡紗方法，則首先要把芳砜綸長(zhǎng)絲束切斷打亂，再經(jīng)過(guò)梳理機(jī)對(duì)纖維進(jìn)行梳理，制成具有一定方向性、沿軸向較平行伸直的短纖維條子。由于在散纖維制成的條子中，纖維狀態(tài)不好，不能滿足紡紗要求，需經(jīng)過(guò)后道的多道并條工序，通過(guò)并條過(guò)程的牽伸，使纖維平行伸直，排列整齊，以達(dá)到紡紗的要求。芳砜綸散纖維的紡紗工藝流程一般為:抓棉機(jī)→混棉機(jī)→開(kāi)棉機(jī)→給棉機(jī)→梳棉機(jī)→頭道并條機(jī)→二道并條機(jī)→粗紗機(jī)→細(xì)紗機(jī)。與芳砜綸散纖維紡紗不同，如果采用牽切紡紗工藝，由于芳砜綸牽切條中纖維已經(jīng)平行伸直排列，只要經(jīng)過(guò)一道并條以消除條干不勻，就可以進(jìn)行紡紗了。芳砜綸長(zhǎng)絲牽切紡紗的工藝流程為:牽切制條機(jī)→并條機(jī)→粗紗機(jī)→細(xì)紗機(jī)。由此可見(jiàn)，采用芳砜綸牽切紡紗工藝，具有設(shè)備簡(jiǎn)單，工藝流程短，占地少，速度快，產(chǎn)量高，勞動(dòng)生產(chǎn)率高，成本低等優(yōu)點(diǎn)。

芳砜綸紗線的強(qiáng)力、伸長(zhǎng)率、初始模量等物理指標(biāo)與加工過(guò)程中的捻度大小和分布有著密切的關(guān)系。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)得到芳砜綸牽切紡和散纖維紡的單紗和股線最佳強(qiáng)力捻度系數(shù)后，對(duì)比二種不同紡紗工藝生產(chǎn)的紗線性能，紗線設(shè)計(jì)號(hào)數(shù)同為單紗29 tex，股線58 tex，芳砜綸散纖維和長(zhǎng)絲的粗細(xì)同為2 D，芳砜綸散纖維的長(zhǎng)度為51 mm，實(shí)際紡得的紗線號(hào)數(shù)和用YG(B)021D型紗線強(qiáng)力機(jī)測(cè)得的芳砜綸散纖維紡紗和牽切紡紗的紗線性能見(jiàn)表3。

由表3可知，經(jīng)過(guò)牽切紡紗工藝生產(chǎn)的芳砜綸紗線，無(wú)論是單紗還是雙股線，其強(qiáng)度均比散纖維紡紗工藝生產(chǎn)的紗線高，其中單紗強(qiáng)力高29.63%，雙股線強(qiáng)力高34.3%，而且牽切紡的紗線斷裂伸長(zhǎng)率較低，初始模量較高。

表3 芳砜綸散纖維紡紗和牽切紡紗的紗線性能對(duì)比

5 結(jié)論

(1)牽切制條后，芳砜綸纖維直徑變小，直徑離散度減小。牽切條中的芳砜綸纖維長(zhǎng)度分布接近于天然羊毛條的纖維長(zhǎng)度分布，克服了采用切斷法所得的等長(zhǎng)纖維導(dǎo)致的牽伸過(guò)程周期性不勻的缺點(diǎn)，因而改善了芳砜綸纖維的紡紗性能。

(2)在牽切制條過(guò)程中，經(jīng)過(guò)對(duì)芳砜綸長(zhǎng)絲的拉伸斷裂，雖然強(qiáng)度稍有降低，但其初始模量的提高和斷裂伸長(zhǎng)的下降更有利于芳砜綸紗線強(qiáng)力的提高。

(3)芳砜綸牽切紡與散纖維紡紗比較，其工序簡(jiǎn)化，工藝流程短，占地少，設(shè)備簡(jiǎn)單，產(chǎn)量高，勞動(dòng)生產(chǎn)率高。

(4)牽切紡與散纖維紡紗的單紗和雙股線的拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，牽切紡生產(chǎn)的紗線比散纖維生產(chǎn)的紗線強(qiáng)度高、斷裂伸長(zhǎng)率低、初始模量大。

［1]任加榮，汪曉峰，張玉華.芳砜綸的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用［J].產(chǎn)業(yè)用紡織品，2007(5):1-6.

［2]汪曉峰，張玉華.芳砜綸的性能及其應(yīng)用［J].紡織導(dǎo)報(bào)，2005(1):19-23.

［3]王付秋，汪曉峰，朱蘇康，等.芳砜綸纖維紡紗工藝與措施［J].上海紡織科技，2005，33(8):46-54.

［4]班燕，張玉華，任加榮.芳砜綸在耐高溫濾料中的應(yīng)用［J].產(chǎn)業(yè)用紡織品，2006(12):33-36.

Study on directly converting polysulfonamide filament into sliver

He Wenyuan1，Bao Weiguo2(1.Fashion College，Shanghai University of
Engineering Science; 2.Shanghai New Techtextiles Co.，Ltd.)

In this paper，the method for directly silvering of polysulfonamide(PSA)filament was studied.The method was very simple and convenient.After the stretch breaking and silvering，the diameter of PSA fiber and the dispersion decreased.Meanwhile the length of PSA fiber was close to the natural wool tops，and the tensile properties of fiber was so good that the properties of PSA fiber was improved.

PSA，stretch breaking，pull off，fiber properties，spinning

TS104.2

A

1004－7093(2011)04－0023－04

2010－09－20

何文元，男，1957年生，副教授。主要從事紡織工程專(zhuān)業(yè)和企業(yè)管理專(zhuān)業(yè)的教學(xué)和科研工作。