低上漿率織造用漿料的配方設(shè)計機制

武海良, 沈艷琴, 姚一軍, 毛寧濤,2

(1. 西安工程大學(xué) 紡織與材料學(xué)院， 陜西 西安 710048； 2. 英國利茲大學(xué) 設(shè)計學(xué)院， 英國 利茲 LS29JT)

低上漿率織造用漿料的配方設(shè)計機制

武海良1, 沈艷琴1, 姚一軍1, 毛寧濤1,2

(1. 西安工程大學(xué) 紡織與材料學(xué)院， 陜西 西安 710048； 2. 英國利茲大學(xué) 設(shè)計學(xué)院， 英國 利茲 LS29JT)

針對目前紡織企業(yè)高上漿率織造的問題，采用不同組分的漿料配方對純棉經(jīng)紗進(jìn)行上漿，系統(tǒng)測試了漿紗的上漿率、回潮率和力學(xué)性能，并在實際生產(chǎn)中進(jìn)行了織造，統(tǒng)計了織造過程中經(jīng)紗、緯紗斷頭次數(shù)及織造效率。通過研究共混漿料漿膜性能、漿膜的織態(tài)結(jié)構(gòu)、漿料組分對漿膜織態(tài)結(jié)構(gòu)和漿液相分離的影響，從理論上分析了造成各漿料配方織造效率不同的機制，指出了目前高上漿率織造的原因，提出了低上漿率條件下純棉經(jīng)紗織造的漿料配方構(gòu)成機制，推薦了低上漿率工藝下實現(xiàn)紗線高效率織造的漿料配方，當(dāng)聚乙烯醇與A115變性淀粉質(zhì)量比為37.5∶62.5時，可滿足低上漿率條件下織造，為印染前處理減輕負(fù)荷。

低上漿率； 織態(tài)結(jié)構(gòu)； 織造； 相分離； 漿料配方

退漿廢水是印染廢水的重要組成部分。經(jīng)紗上漿率越高，漿料消耗越多，退漿廢水處理成本越高，所以，低上漿率條件下織造研究成為熱點[1]。有文獻(xiàn)報道低濕度條件下經(jīng)紗的可織性時也涉及到了低上漿率條件下經(jīng)紗的可織性[2]。上漿率是漿紗工藝的主要參數(shù)之一，影響上漿率的因素很多，包括漿料配方、漿紗工藝參數(shù)、品種規(guī)格等[3]。在其他條件一致的情況下，漿料配方起著關(guān)鍵作用。現(xiàn)在紡織廠漿料配方中漿料種類繁多，配方極為復(fù)雜。技術(shù)人員認(rèn)為種類多了，各種組分會取長補短，漿紗質(zhì)量就會提高，殊不知由于各種組分之間熱力學(xué)相不相容[4-5]，反而降低了混合漿液的性能，生產(chǎn)中只能通過提高上漿率提高漿紗性能。

本文通過研究漿料漿膜性能、漿膜的織態(tài)結(jié)構(gòu)、漿料組分對漿膜織態(tài)結(jié)構(gòu)和漿液相分離的影響，從理論上分析目前高上漿率織造的原因，提出了低上漿率條件下可滿足織造的機制。

1 實驗部分

1.1 實驗材料與儀器

材料：聚乙烯醇PVA1799、PVA205；100%支鏈馬鈴薯變性淀粉A115、SPR；蠟片；純棉粗紗。

A115是荷蘭Avebe Commerce 生產(chǎn)的馬鈴薯變性淀粉，黏度為3 mPa·s；SPR是荷蘭Avebe Commerce生產(chǎn)的100%純支鏈馬鈴薯變性淀粉，黏度為16 mPa·s。

儀器：HWS-250型恒溫恒濕箱、HD021N型電子單紗強力儀、HD026PC型電子織物強力儀、Y171D型抱合力儀、Quanta-200型掃描電子顯微鏡。

1.2 實驗方法

1.2.1 織造實驗

分別采用工廠使用的漿料配方和實驗配方進(jìn)行漿紗和織造，測試漿紗性能和織造效率。

品種規(guī)格：精梳棉緞紋織物，線密度為9.7 tex×9.7 tex，經(jīng)緯密為787根/10 cm×354根/10 cm，幅寬為305 cm。漿紗機型號：貝寧格雙漿槽漿紗機?？棛C型號：必佳樂360雙織軸織造。織機速度：450 r/min。

原配方：PVA1799 37.5 kg，變性淀粉62.5 kg，固丙6 kg，蠟片3 kg。

實驗配方1：PVA1799 40 kg，PVA205 40 kg，變性淀粉15 kg，蠟片3 kg。

實驗配方2：PVA1799 37.5 kg，變性淀粉A11 562.5 kg。

實驗配方3：SPR 75 kg，A115 25 kg。

1.2.2 漿膜的制備與性能測試

[6]的方法制備漿膜，試樣在相對濕度為65%、溫度為25 ℃條件下平衡24 h，在HD021N型電子單紗強力儀進(jìn)行漿膜性能測試。漿膜拉伸性能測試條件：夾持長度為100 mm，拉伸速度為100 mm/min，有效樣本容量為20。漿膜的耐屈曲性能按文獻(xiàn)[7]的方法測試。

1.2.3 漿液黏附力測試

按文獻(xiàn)[8]的方法進(jìn)行粗紗黏附力測試，將晾干后的純棉粗紗條放在恒溫恒濕箱(相對濕度為65%，溫度為25 ℃)進(jìn)行24 h平衡，在HD026PC電子織物強力儀上測試其斷裂強力和斷裂伸長率，所測斷裂強力即為粗紗黏附力。測試條件：試樣夾持長度為100 mm，拉伸速度為100 mm/min，有效樣本容量為20。

1.2.4 漿膜的織態(tài)結(jié)構(gòu)表征

用掃描電子顯微鏡對漿膜進(jìn)行觀察，研究漿膜的織態(tài)結(jié)構(gòu)。

1.2.5 漿液沉降率測試

將含固量為3%的漿液放入量筒中，靜置24 h，讀取分界相面的刻度值h0和漿液總高度值h，按下式[6]計算混合漿的沉降率：

式中：W為漿液沉降率；h為漿液總高度值；h0為分相界面的刻度值。

2 結(jié)果與討論

對織造緞紋織物用紗線按照不同配方進(jìn)行漿紗實驗，漿紗工藝參數(shù)如表1所示。

表1 漿紗工藝參數(shù)Tab.1 Sizing process parameters

分別采集各配方的上漿紗試樣，測試上漿紗的性能并進(jìn)行織造，上漿紗性能及織造效果見表2。

表2 上漿紗性能及織造效率Tab.2 Sizing property and weaving efficiency

2.1 低上漿率時以PVA為主的經(jīng)紗織造效率

由漿紗性能及織造效率結(jié)果(見表2)可看出，以PVA為主的漿料配方(實驗配方1)在上漿率只有原配方上漿率的61%時，織造效率(91.7%)依然高于原配方的織造效率(86.4%)；即使在上漿率低至6.63%情況下，雖然織造效率較低，但亦能織造，經(jīng)在織造現(xiàn)場觀察，織造過程中未有棉球產(chǎn)生。配方1良好的漿紗性能主要是由于PVA漿料具有優(yōu)異的漿膜性能，表3示出幾種常用紡織漿料漿膜性能對比。

表3 漿料漿膜性能對比Tab.3 Comparison of film property

從表3可看出，與其他漿料的漿膜性能相比，PVA漿料的漿膜性能無論是斷裂強力還是耐屈曲次數(shù)都是非常優(yōu)異的，這在漿紗過程中賦予了漿紗優(yōu)異的性能，保證了漿紗的可織性。

2.2 低上漿率織造機制

2.2.1 漿料組分

從表2織造結(jié)果看出，漿料配方中組分多時(原配方)，漿紗性能不好，織造效率低。原配方與實驗配方2相比，在PVA與A115相同的情況下，原配方增加了聚丙烯酸漿料和蠟片，漿紗強力反而下降，織造效率降低。造成這一問題的根源可從漿膜的織態(tài)結(jié)構(gòu)上看出。圖1示出純淀粉漿料、純PVA漿料、PVA與淀粉混合漿膜(實驗配方2)和淀粉、PVA、聚丙烯酸類漿料及蠟片混合漿膜(原配方)的掃描電鏡(SEM)照片。

從圖1可看出，隨著漿料組分的增加，漿膜的相疇增大，混合漿液所成的漿膜內(nèi)部形成了類似“蜂窩”狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致漿膜內(nèi)聚力下降，漿膜強力、耐屈曲次數(shù)下降，表4示出了不同組分漿料漿膜性能對比。

從表4看出，漿料組分少，漿膜斷裂強度及耐屈曲次數(shù)高，這在織造工藝中賦予經(jīng)紗足夠的拉伸性能和紗線柔韌性，利于織造。

由于多組分漿料漿膜相疇大帶來漿膜強力、耐屈曲性低的原因，導(dǎo)致原配方在低上漿率條件下不能完成織造任務(wù)，這就是現(xiàn)在生產(chǎn)中采用多組分漿料配方時必須依靠提高上漿率來增強漿紗的強力和耐磨性的原因。

表4 不同漿料配方漿膜性能對比Tab.4 Comparison of different size formula film properties

2.2.2 漿紗用蠟片

蠟片的加入對漿膜織態(tài)結(jié)構(gòu)亦有重大影響。圖2(a)示出PVA與A115質(zhì)量比為37.5∶62.5時共混膜斷面的SEM照片；圖2(b)示出在該配方中加入PVA和淀粉干基量5%的蠟片共混膜斷面的SEM照片。

圖2中深色部分為加入蠟片成分，對比圖2(a)和圖2(b)可看出，加入蠟片后，蠟片在共混膜中不能與PVA、變性淀粉相容，仍有蠟片以游離態(tài)形式存在。相當(dāng)于在共混膜中加入了雜質(zhì)，使共混膜的結(jié)構(gòu)松散，致密度下降，對紗線黏附力下降。

2.2.3 粗紗黏附力

表5示出不同相對濕度下，溫度為28 ℃時，加入蠟片前后漿液對純棉粗紗的黏附力。從表可看出，各種相對濕度下，PVA和變性淀粉混合漿液對純棉粗紗的黏著性能(比黏附力)均好于含有蠟片的混合漿液。其原因可從圖2中看出，蠟片以游離態(tài)形式存在，阻礙了漿料與纖維之間的黏附作用，削弱了漿膜的內(nèi)聚力，降低了漿液對純棉粗紗的黏附力。

表5 純棉粗紗的黏附力Tab.5 Adhesion of pure cotton roving

注：共混漿液組成為PVA1799與A115質(zhì)量比為37.5∶62.5；蠟片比例為PVA1799、淀粉干基質(zhì)量的5%。

2.2.4 漿液相分離程度

從熱力學(xué)性能上看，黏合劑之間以及黏合劑與助劑之間，相容性很差，各組分之間的相分離程度加大。本文采用沉降率研究多組分漿料對漿液相分離的影響程度，沉降率越高，混合漿液的相分離程度越大。

分別測試了多組分配方(原配方)PVA1799 37.5 kg，A115 62.5 kg，固體聚丙烯酸漿料6 kg，蠟片3 kg和少組分配方(實驗配方2)PVA1799 37.5 kg，變性淀粉A115 62.5 kg漿液的沉降率。多組分配方在24 h后沉降率為88%，少組分配方未見分層。這一結(jié)果表明，混合漿液組分對混合漿液的相分離程度有顯著影響。漿料組分多，混合漿液的沉降率明顯升高，說明多組分的混合漿料之間混溶性差，相分離程度大，這必然影響混合漿液的穩(wěn)定性，無法保證經(jīng)紗上漿率的均勻，這顯然不利于經(jīng)紗低上漿率條件下的可織性。反之，漿料組分少，混合漿液表現(xiàn)為沉降率低，相分離程度小，有利于經(jīng)紗上漿的均勻性。

漿料配方中組分少，可減少由于漿料組分熱力學(xué)相不相容導(dǎo)致的漿液、漿膜性能下降弊??；實驗配方2的織造效率明顯高于原配方，可見蠟片對于漿液的黏附力、漿膜的強力都有明顯的副作用，漿液中加入蠟片會削弱漿液的性能。

2.3 低上漿率條件下純淀粉經(jīng)紗的織造效率

根據(jù)表2中漿紗性能及織造效率結(jié)果可看出，采用純淀粉漿料漿紗，在低上漿率時，經(jīng)紗可織性差。淀粉漿料具有良好的生物降解性能，利于環(huán)保[9]，但由于淀粉分子中葡萄糖?；沫h(huán)狀結(jié)構(gòu)及羥基的存在，使其所形成的漿膜硬而脆[11-12]，漿紗變硬，造成紗線的抗彎曲性能下降，不耐磨，經(jīng)紗斷頭增多，織造效率降低，必須提高上漿率，但上漿率高，在織造過程中落物多，形成粉塵，惡化了車間的環(huán)境，對工人身體健康極為不利。

綜合來看，采用以PVA為主的漿料配方，可在很低的上漿率條件下完成織造；采用PVA與淀粉2種組分漿料配合，可在較低的經(jīng)紗上漿率條件下完成織造，考慮到PVA的降解難度大，采用PVA與淀粉類漿料組合，是合理的漿料配方和漿紗方法。推薦在純棉經(jīng)紗漿紗時，PVA1799與變性淀粉質(zhì)量比按照37.5∶62.5配合使用，可在低上漿率條件下完成織造。

3 結(jié) 論

1)目前使用的漿料，由于熱力學(xué)相相容性差，漿料配方中組分多時，漿液混溶性變差，漿膜性能下降，為能在低上漿率條件下完成織造，漿料配方組分宜少，盡可能減少各組分之間熱力學(xué)相不容造成的漿液性能下降。

2)漿液中不要添加蠟片，蠟片使?jié){液的相分離程度加劇，為降低經(jīng)紗摩擦因數(shù)，可通過后上蠟方式。

3)漿料配方以PVA漿料為主，可實現(xiàn)在較低的上漿率條件下滿足漿紗的織造性能。

4)從環(huán)境保護、印染前處理等方面綜合考慮，采用PVA與A115變性淀粉質(zhì)量比為37.5∶62.5，是實現(xiàn)低上漿率條件下織造的合理配方。

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Size recipe design mechanism for low add-on weaving

WU Hailiang1, SHEN Yanqin1, YAO Yijun1, MAO Ningtao1,2

(1.SchoolofTextilesandMaterials,Xi′anPolytechnicUniversity,Xi′an,Shaanxi710048,China; 2.SchoolofDesign,UniversityofLeeds,LeedsLS29JT,UK)

Aiming at the problem of weaving with greater sizing add-on in existing textile enterprise, the different size formulations were adopted to size cotton yarns and the sizing add-on rate, moisture regain and mechanical property were tested. The sized yarns were woven in the actual production. The warp and weft stops, weaving efficiency were counted. The performance and morphological sstructure of sizing membranes, the influences of sizing recipe components on morphological sstructure of sizing membranes and phase separation of sizing solution were investigated, and it is believed that this might be the reason why greater add-on rate of existing sizing materials are required to meet the requirements of high speeding weaving. Based on the above analysis, the principles of design sizing formulations for high performance cotton yarns of low sizing add-on rate are proposed, and weaving processability of cotton yarns using an optimized sizing formulation composed of polyvinyl alcohol and modified starch Kollotex A115 at a ratio of 37.5∶62.5 for low sizing add-on rate of 5.5%-6.8% are reported to reduce the burden of dyeing pretreatment.

low size add-on; morphological structure; weaving; phase separation; size recipe

10.13475/j.fzxb.20160305705

2016-03-28

2016-07-07

陜西省科學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展計劃項目(2015GY161)；2014年紡織之光應(yīng)用基礎(chǔ)研究項目(J201407)

武海良(1962—)，男，教授。研究方向為新型紡織漿料及漿紗工藝。E-mail：whl@xpu.edu.cn。

TS 103.846

A