BOM毛毯底網(wǎng)熱定型對(duì)其性能的影響

(1. 江南大學(xué)非織造技術(shù)中心，無(wú)錫，214122；2. 江南大學(xué)生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，無(wú)錫，214122；3. 徐州工業(yè)用呢廠，徐州，221000)

底網(wǎng)針刺造紙毛毯(batt on mesh papermaking felt，簡(jiǎn)稱(chēng) BOM毛毯)具有抗壓縮性好、尺寸穩(wěn)定性好、濾水性強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)[1-2]，使其在如今的寬幅、高速造紙機(jī)上應(yīng)用廣泛。BOM毛毯由底網(wǎng)和毛網(wǎng)組成，其中底網(wǎng)是采用單絲和單、復(fù)絲合股化纖材料，運(yùn)用不同技術(shù)織造而成的單層、雙層、多層、疊層環(huán)形織物[3-4]。底網(wǎng)是BOM毛毯的骨架，是確保毛毯尺寸穩(wěn)定性的關(guān)鍵[5]。

BOM毛毯的底網(wǎng)在進(jìn)行針刺之前必須經(jīng)過(guò)熱定型，以消除底網(wǎng)在前道加工工序產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定底網(wǎng)經(jīng)緯紗的位置，使底網(wǎng)網(wǎng)面更加平整，縱向伸長(zhǎng)率和橫向收縮率等方面更接近和滿足成品毛毯對(duì)此參數(shù)的要求[6]。

底網(wǎng)熱定型是將底網(wǎng)加熱到玻璃化溫度以上、熔點(diǎn)以下，并對(duì)底網(wǎng)縱橫向施加一定的拉伸力。在玻璃化溫度以上，底網(wǎng)綜絲大分子鏈間聯(lián)結(jié)點(diǎn)得到舒解和重建, 不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)變?yōu)榉€(wěn)定結(jié)構(gòu)。同時(shí)，在張力作用下，大分子鏈沿受力方向伸展，排列更加整齊，取向度提高，使底網(wǎng)斷裂強(qiáng)力提高，斷裂伸長(zhǎng)降低，從而降低毛毯在使用過(guò)程中的伸長(zhǎng)[7]。本文采用徐州工業(yè)用呢廠織造的底網(wǎng)為試驗(yàn)材料，通過(guò)改變底網(wǎng)熱定型中的溫度與時(shí)間兩個(gè)參數(shù)，進(jìn)行試驗(yàn)，并對(duì)底網(wǎng)的尺寸穩(wěn)定性與拉伸性能進(jìn)行了測(cè)試與分析。

1 試驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

材料：3/1破斜紋底網(wǎng)，經(jīng)紗為0.2 mm×4錦綸66綜絲，緯紗為0.34 mm錦綸66綜絲，徐州工業(yè)用呢廠生產(chǎn)。

儀器：YG141D型織物厚度儀，寧波紡織儀器廠；TA-Q200示差掃描量熱儀，沃特世科技(上海)有限公司；R-3型定型烘干機(jī)，瑞比染色試機(jī)有限公司；3385H型電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，INSTRON實(shí)驗(yàn)設(shè)備貿(mào)易有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 底網(wǎng)試樣的準(zhǔn)備

將底網(wǎng)試樣裁剪為30 cm×40 cm適合定型機(jī)的尺寸，共32塊。

1.2.2 試驗(yàn)的設(shè)計(jì)

錦綸66玻璃化溫度一般為85 ℃，使用TA-Q200示差掃描量熱儀測(cè)得本試樣的錦綸66綜絲熔點(diǎn)為260 ℃，結(jié)晶溫度為228 ℃。再根據(jù)工廠中底網(wǎng)熱定型時(shí)間、溫度與預(yù)伸長(zhǎng)條件的經(jīng)驗(yàn)值，設(shè)定本試驗(yàn)定型溫度(指定型時(shí)底網(wǎng)的網(wǎng)面溫度)為180、185、190、195、200、205、210和215 ℃，定型時(shí)間為20、30、40和50 s。以不同時(shí)間與不同溫度的組合為試驗(yàn)條件進(jìn)行試驗(yàn)。

定型時(shí)采用縱向定長(zhǎng)、橫向不控幅的定型方式，將裁好試樣的縱向(即經(jīng)向)以1.3%的預(yù)伸長(zhǎng)固定在R-3型定型烘干機(jī)的定型框兩面的釘板上，采用熱風(fēng)對(duì)流熱定型，按照上述條件進(jìn)行試驗(yàn)，然后對(duì)其性能進(jìn)行測(cè)試。

1.3 定型前后底網(wǎng)性能的測(cè)試

1.3.1 橫向收縮率

測(cè)量每一塊試樣定型前后的經(jīng)密各5組，求平均值。設(shè)定型前經(jīng)密平均值為P0，定型后經(jīng)密平均值為P1，則計(jì)算公式為：

1.3.2 厚度壓縮率

使用YG141D型織物厚度儀，加輕壓(50cN)，加壓時(shí)間10s，測(cè)量每一塊試樣定型前后厚度各5組，求平均值。設(shè)定型前厚度平均值為Z0，定型后厚度平均值為Z1，則計(jì)算公式為：

1.3.3 壓縮回彈性

使用YG141D型織物厚度儀，加輕壓(50cN)，加壓時(shí)間10s，讀取數(shù)值為T(mén)0；再加重壓(400cN)，加壓時(shí)間為10s，讀取數(shù)值為T(mén)S，解除重壓10s后再加輕壓10s，讀取數(shù)值為T(mén)r。計(jì)算公式如下：

底網(wǎng)定型前后均須測(cè)5組后求平均值。

1.3.4 縱向拉伸性能

使用3385H型電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，該儀器所能夾取試樣的最大寬度為25mm，有效夾持距離采用200mm，拉伸速度采用300mm/min。裁剪的試樣尺寸為25mm×300mm，測(cè)試定型前后底網(wǎng)縱向的拉伸應(yīng)變、拉伸應(yīng)力與彈性模量。

2 結(jié)果與討論

2.1 底網(wǎng)定型效果

在底網(wǎng)熱定型的過(guò)程中，錦綸66大分子鏈重排，取向度提高，部分高彈形變轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄孕巫?，消除BOM毛毯底網(wǎng)綜絲的內(nèi)應(yīng)力[8]。另外，熱定型還可以消除底網(wǎng)在合股、卷緯、整經(jīng)和織造過(guò)程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。定型后，經(jīng)緯線交織結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，筘痕與緯紗稀密路得到了明顯的改善，網(wǎng)面更加平整，這有利于毛毯表面纖維的固結(jié)和提高濾水透氣性能的均勻性。觀察定型效果發(fā)現(xiàn)：在185 ℃以上條件下定型的底網(wǎng)網(wǎng)面平整度較好，消除內(nèi)應(yīng)力效果較明顯；但溫度過(guò)高、時(shí)間過(guò)長(zhǎng)容易導(dǎo)致錦綸66綜絲融化變黃。具體情況見(jiàn)表1。

表1 不同定型條件下網(wǎng)面變黃情況

由表1可以看出，當(dāng)定型時(shí)間達(dá)到50s時(shí)，即使定型溫度低也容易使網(wǎng)面融化變黃；而當(dāng)定型溫度達(dá)到215 ℃時(shí)，定型時(shí)間短的網(wǎng)面輕微變黃，定型時(shí)間長(zhǎng)的網(wǎng)面大面積融化變黃，顏色加深。在熱定型的過(guò)程中，底網(wǎng)在拉伸力的作用下進(jìn)行了松弛過(guò)程，高聚物的松弛過(guò)程需要一定的時(shí)間。松弛過(guò)程就是通過(guò)大分子鏈段的運(yùn)動(dòng)消除內(nèi)應(yīng)力和高彈形變，達(dá)到一種新的平衡的過(guò)程。對(duì)于同一種高聚物，松弛時(shí)間視溫度而定，溫度越高，松弛時(shí)間越短。因此，為了避免底網(wǎng)在熱定型過(guò)程中受到損傷，定型時(shí)間與定型溫度需要匹配，選擇一個(gè)合適的值。

2.2 底網(wǎng)性能測(cè)試結(jié)果與分析

2.2.1 橫向收縮率和厚度壓縮率

不同時(shí)間、不同溫度條件下定型的底網(wǎng)的橫向收縮率測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 不同定型條件下的底網(wǎng)橫向收縮率

由圖1可以看出：隨著定型時(shí)間的增加，底網(wǎng)的橫向收縮率有所增大，但增大的幅度很小，說(shuō)明定型時(shí)間對(duì)橫向收縮率的影響比較小；而隨著定型溫度的升高，底網(wǎng)的橫向收縮率明顯增大，說(shuō)明溫度對(duì)于橫向收縮率的影響較大。

不同時(shí)間、不同溫度條件下定型的底網(wǎng)的厚度壓縮率測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖2。

由圖2可以看出，厚度壓縮率的變化情況與橫向收縮率相似。隨著定型時(shí)間的增加，底網(wǎng)的厚度壓縮率有小幅的提高；而隨著定型溫度的升高，底網(wǎng)的厚度壓縮率大幅度提高。

圖2 不同定型條件下的底網(wǎng)厚度壓縮率

在熱定型過(guò)程中，底網(wǎng)在拉伸力的作用下，橫向會(huì)有一定程度的收縮，同時(shí)厚度變小，產(chǎn)生變形，這些變形主要包括普彈形變、高彈形變和塑性形變。當(dāng)定型溫度達(dá)到玻璃化溫度以上時(shí)，分子間作用力減弱，分子鏈段開(kāi)始自由移動(dòng)，在一定外力作用下發(fā)生變形，分子鏈間部分原有的次價(jià)鍵被拆開(kāi)，在新的位置上重建，迅速冷卻后分子鏈相互位置即被凍結(jié)而固定下來(lái)，解除外力后底網(wǎng)的形狀得以固定。這樣形成的新結(jié)構(gòu)更加致密與穩(wěn)定，提高了底網(wǎng)的尺寸穩(wěn)定性，能夠有效防止底網(wǎng)在使用的過(guò)程中發(fā)生變形，給造紙生產(chǎn)帶來(lái)危害[9]。

2.2.2 壓縮回彈性

定型前底網(wǎng)的壓縮彈性率平均值為78.32%。不同時(shí)間、不同溫度條件下定型的底網(wǎng)的壓縮彈性率測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 不同定型條件下的底網(wǎng)壓縮彈性率

由圖3可以看出，在不同條件下定型后的底網(wǎng)壓縮彈性率比定型前都有很大幅度的提高。隨著定型溫度與定型時(shí)間的增加，底網(wǎng)的壓縮彈性率都有所增大，但從增大的幅度來(lái)看，溫度的影響明顯大于時(shí)間的影響。

2.2.3 縱向拉伸性能

通過(guò)以上分析可以看出，定型時(shí)間對(duì)于定型效果的影響較小。定型50s易導(dǎo)致底網(wǎng)融化變黃，故選取效果較好的定型時(shí)間40s，在不同定型溫度下對(duì)試樣進(jìn)行了拉伸性能的測(cè)試，并與定型前的試樣進(jìn)行比較，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同溫度下定型的底網(wǎng)拉伸性能

注：定型時(shí)間均為40s。

如表2所示，隨著熱定型溫度的提高，拉伸應(yīng)變先減小后趨于穩(wěn)定，拉伸應(yīng)力和彈性模量先增大后減小，在205 ℃溫度下達(dá)到最大值。這說(shuō)明在205 ℃下定型，可實(shí)現(xiàn)應(yīng)力的提升，同時(shí)達(dá)到減小應(yīng)變的效果，使底網(wǎng)的尺寸穩(wěn)定性最佳。

BOM毛毯在造紙機(jī)上運(yùn)行時(shí), 會(huì)受到高線壓力與反復(fù)拉伸力的作用, 因此BOM毛毯需要具有良好的抵御外力的能力[10]。良好的壓縮回彈性可以保證BOM毛毯的骨架具有抵抗壓縮的能力，同時(shí)底網(wǎng)良好的抵抗拉伸的性能對(duì)于毛毯的運(yùn)行也十分重要。

綜上所述，底網(wǎng)熱定型時(shí)應(yīng)控制設(shè)備條件，使網(wǎng)面溫度控制在185～195 ℃之間，可使底網(wǎng)在應(yīng)力和模量提升時(shí)減小應(yīng)變，使其在后道加工工序和使用過(guò)程中保持較好的尺寸穩(wěn)定性，同時(shí)保證底網(wǎng)不會(huì)在熱定型過(guò)程中被損壞。在針刺后的毛毯熱定型時(shí)可采取大于205 ℃的溫度，當(dāng)熱量從毛網(wǎng)傳遞到底網(wǎng)并使底網(wǎng)溫度達(dá)到205 ℃時(shí)，可使底網(wǎng)進(jìn)一步收縮，起到固定毛網(wǎng)的作用，防止掉毛；同時(shí)進(jìn)一步減小其中底網(wǎng)的應(yīng)變，增大其應(yīng)力與模量，提升底網(wǎng)乃至整個(gè)毛毯的尺寸穩(wěn)定性以及使用性能。

3 結(jié)論

(1)隨著定型溫度的升高，底網(wǎng)的橫向收縮率、厚度壓縮率和壓縮彈性率都有明顯的增大。溫度越高，越有利于網(wǎng)面趨于平整與均勻。隨著定型時(shí)間的增大，底網(wǎng)的橫向收縮率、厚度壓縮率和壓縮彈性率都有所增大，但增大的幅度很小。

(2)定型溫度過(guò)高和定型時(shí)間過(guò)長(zhǎng)都會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)面融化變黃，底網(wǎng)的熱定型宜采用低溫慢速定型, 以免損傷底網(wǎng)。定型時(shí)間采用40s可兼顧定型效果與避免底網(wǎng)損傷。

(3)隨著定型溫度的升高，底網(wǎng)縱向拉伸應(yīng)變逐漸減小，拉伸應(yīng)力與彈性模量先增大后減小，在205 ℃時(shí)達(dá)到最大值。為達(dá)到熱定型消除內(nèi)應(yīng)力的效果同時(shí)不損傷底網(wǎng)，定型溫度應(yīng)控制在185～195 ℃之間，BOM毛毯熱定型溫度可高于205 ℃。

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