上油方式與油劑用量對酚醛纖維梳理過程的影響

馬崇啟 闞永葭 蔡薇琦 楊金蓮 李君麗

天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)院， 天津 300387

上油方式與油劑用量對酚醛纖維梳理過程的影響

馬崇啟 闞永葭 蔡薇琦 楊金蓮 李君麗

天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)院， 天津 300387

為揭示上油方式及油劑用量對酚醛纖維的摩擦因數(shù)和質(zhì)量比電阻的影響，以32組去油的酚醛纖維為原料，采用浸油和噴油兩種上油方式及油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．1%～0．8%、油劑噴灑質(zhì)量為10～80 g進(jìn)行試驗(yàn)。測試?yán)w維與纖維及纖維與金屬的動(dòng)、靜摩擦因數(shù)，纖維的質(zhì)量比電阻，發(fā)現(xiàn)：采用浸油方式時(shí)，最佳油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．3%～0．4%；采用噴油方式時(shí)，最佳油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．4%、油劑噴灑質(zhì)量為30 g。實(shí)際梳理過程中，采用浸油方式時(shí)最佳油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．3%～0．5%，采用噴油方式時(shí)最佳油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．4%、油劑噴灑質(zhì)量為40～60 g。

酚醛纖維，油劑用量，摩擦因數(shù)，質(zhì)量比電阻，不勻率

酚醛纖維具有優(yōu)良的阻燃、抗燒蝕、高熱穩(wěn)定、密度小等特性[1-2]，與碳纖維(密度1．76～1．80 g/cm3)、芳綸纖維(密度1．37～1．44 g/cm3)等阻燃纖維相比[3]，酚醛纖維(密度1．27 g/cm3)具有輕質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)。酚醛纖維高溫炭化時(shí)會逸出極少量的煙霧和毒氣，其主要產(chǎn)物為CO2和H2O[4]。因此，酚醛纖維屬綠色環(huán)保的阻燃纖維，可用作飛行員、地勤工作人員、船員的消防服裝，航空工業(yè)中的絕緣材料，以及醫(yī)院、旅館中的家具裝飾物等[5]。

酚醛纖維在紡紗過程中，由于其摩擦因數(shù)較大、質(zhì)量比電阻較高，靜電荷在纖維表面不易散逸而形成電場，會產(chǎn)生靜電吸附與放電現(xiàn)象。這給酚醛纖維的紡紗帶來很多問題，如纖維纏繞皮輥或羅拉，使得絲束分離不清、飛花和灰塵積聚及紗線成紗不良等，甚至在低溫低濕環(huán)境中紡紗無法進(jìn)行[6]。為了解決酚醛纖維紡紗過程中出現(xiàn)的上述問題，工廠專門采用一種適合酚醛纖維紡紗使用的油劑，即三維卷曲滌綸短纖維油劑(以下簡稱油劑)。根據(jù)紡紗經(jīng)驗(yàn)，纖維質(zhì)量比電阻對數(shù)應(yīng)保持在9．00以下[7]。給纖維上油時(shí)，如果選擇浸油的方式，則每次浸油后需重新配油劑，這給試驗(yàn)帶來不便。因此在獲得浸油方式下的最佳油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)后改用噴油的方式，并探尋此方式下的最佳油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)和油劑噴灑質(zhì)量，這對酚醛纖維的紡紗前實(shí)際梳理過程具有指導(dǎo)意義。

1 試驗(yàn)

1．1 試驗(yàn)材料與試樣處理

試驗(yàn)材料及設(shè)備：

(1) 酚醛纖維，由山東萊蕪潤達(dá)新材料有限公司提供，其主要參數(shù)：直徑13 mm；密度1．27 g/cm3；線密度1．87 dtex；斷裂強(qiáng)度1．25 N/dtex；斷裂伸長率6．8%；相對分子質(zhì)量約1 116；質(zhì)量比電阻對數(shù)(測試溫度25 ℃、相對濕度60%)11．22；回潮率(測試溫度25 ℃、相對濕度60%)<6%。

(2) 油劑，由天津工業(yè)大學(xué)助劑廠提供，其主組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30．4%。

(3) 電熱鼓風(fēng)干燥箱，型號DL-101-2ES，由天津市中環(huán)實(shí)驗(yàn)電爐有限公司生產(chǎn)。

對酚醛纖維進(jìn)行萃取試驗(yàn)，以去除纖維表面的紡絲油劑。稱取已經(jīng)去除紡絲油劑、烘干質(zhì)量為20 g的酚醛纖維作為1組試樣，共稱取32組。

浸油方式下的試樣處理過程：

(1) 將試樣放入電熱鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)烘干；

(2) 稱取20 g干燥試樣，置于油劑中30 min；

(3) 從油劑中取出試樣，除去多余油劑至40 g，放入電熱鼓風(fēng)干燥箱烘干。

噴油方式下的試樣處理過程：

(1) 將試樣放入電熱鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)烘干；

(2) 稱取20 g干燥試樣，均勻平鋪在恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的無塵試驗(yàn)臺上；

(3) 將油劑均勻噴灑在試樣上；

(4) 用手將試樣扯散；

(5) 將試樣放入密封袋中24 h；

(6) 將試樣放入電熱鼓風(fēng)干燥箱烘干。

試樣處理方式如表1所示。

表1 試樣處理方式

1．2 纖維摩擦因數(shù)測試

采用常州第二紡織機(jī)械廠生產(chǎn)的Y151型纖維摩擦因數(shù)測定儀，測試通過浸油和噴油處理后的試樣的摩擦因數(shù)。測試方法采用絞盤法。測試動(dòng)摩擦因數(shù)時(shí)，選用轉(zhuǎn)速30 r/min；測試靜摩擦因數(shù)時(shí)，勻速轉(zhuǎn)動(dòng)扭力天平，當(dāng)天平指針開始偏轉(zhuǎn)時(shí)讀數(shù)。具體參照《纖維摩擦因素測試儀說明書》。試驗(yàn)溫度(20±2) ℃、相對濕度(65±2)%。

1．3 纖維質(zhì)量比電阻測試

采用常州紡織儀器廠生產(chǎn)的YG321型纖維比電阻儀，測試通過浸油和噴油處理后的試樣的質(zhì)量比電阻，具體參照GB/T 14342—1993《合成短纖維比電阻試驗(yàn)方法》。試驗(yàn)溫度(20±2) ℃、相對濕度(65±2)%。

1．4 纖維含油率測試

參照GB/T 6504—2008《化學(xué)纖維 含油率試驗(yàn)方法》進(jìn)行測試。電熱鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)需保持溫度為(105±3)℃。試驗(yàn)溫度(20±2)℃、相對濕度(65±2)%。

1．5 棉網(wǎng)梳理

先將32組試樣放在紡紗實(shí)驗(yàn)室中平衡12 h。每組試樣取15 g喂入DSRo-01數(shù)字式小樣棉紡粗紗機(jī)，梳理得到的棉網(wǎng)質(zhì)量由天平稱取并記錄。試驗(yàn)溫度(19±2)℃、相對濕度(35±2)%。

1．6 條干不勻率測試

將每組試樣梳理得到的棉網(wǎng)通過并條機(jī)[羅拉中心距離為50 mm×50 mm×60 mm，牽伸倍數(shù)為4．76(總牽伸)×1．05(前區(qū)牽伸)×1．20(后區(qū)牽伸)]得到生條，利用Y311型條粗條干均勻度儀測試其條干不勻率。試驗(yàn)溫度(19±2) ℃、相對濕度(34±2)%。

2 結(jié)果與討論

2．1 浸油方式下油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)與纖維摩擦因數(shù)的關(guān)系

從圖1可以看到：

(1) 隨著油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，纖維與纖維的動(dòng)、靜摩擦因數(shù)(μfd、μfs)及纖維與金屬的動(dòng)、靜摩擦因數(shù)(μmd、μms)均先降低、后增加。

(2) 當(dāng)油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．4%時(shí)，μfs最低；當(dāng)油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．3%時(shí)，μfd、μms、μmd最低。

(3) 當(dāng)油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0．5%時(shí)，μfs與μfd的差值不斷減小。由此可以預(yù)測當(dāng)油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0．5%時(shí)，纖維之間的抱合力將減小，這不利于梳理的進(jìn)行[8-9]。

圖1 浸油方式下油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)與纖維摩擦因數(shù)的關(guān)系

2．2 浸油方式下油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)與纖維質(zhì)量比電阻對數(shù)的關(guān)系

從圖2可以看到：

隨著油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，纖維質(zhì)量比電阻對數(shù)不斷減小；當(dāng)油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0．3%時(shí)，纖維質(zhì)量比電阻對數(shù)小于9．00。

圖2 浸油方式下油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)與纖維質(zhì)量比電阻對數(shù)的關(guān)系

2．3 噴油方式下油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)與纖維摩擦因數(shù)的關(guān)系

從圖3可以看到：

(1) 3種油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，油劑噴灑質(zhì)量不同，纖維摩擦因數(shù)也不同。

(2) 油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．1%時(shí)，μfs和μfd都隨著油劑噴灑質(zhì)量增加而降低，因?yàn)榇藭r(shí)纖維與纖維的接觸面之間存在少量的油劑，形成了一層極薄的油膜。這種摩擦形式屬于邊界摩擦。油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．4%時(shí)，μfs和μfd都較小，呈現(xiàn)先緩慢減小、再緩慢增加的趨勢，說明此時(shí)的摩擦形式屬于液體和半液體摩擦，纖維與纖維的接觸面之間形成了油劑的單分子膜；當(dāng)油劑噴灑質(zhì)量超過50 g時(shí)，μfs和μfd呈略微上升趨勢，這主要是由于油劑量變大，油劑黏度增加。油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．8%時(shí)，μfs和μfd基本都呈現(xiàn)持續(xù)上升趨勢，這是由油劑量變大、油劑黏度增加而導(dǎo)致的[10]。

(3) 油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．1%時(shí)，μms和μmd均先減小后增大，且在噴灑油劑質(zhì)量為50～60 g時(shí)達(dá)到最低。油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．4%時(shí)，μms和μmd也是先減小后增大，最低點(diǎn)出現(xiàn)在油劑噴灑質(zhì)量為30 g時(shí)。油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．8%時(shí)，μms和μmd呈曲線上升趨勢。纖維與金屬的摩擦因數(shù)之所以有這樣的變化特點(diǎn)，是由于金屬輥的表面光滑，表面覆蓋有少量油劑的纖維在金屬輥上存在3種摩擦形式：干燥摩擦、邊界摩擦、液體和半液體摩擦。

(4) 油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．1%和0．4%時(shí)，區(qū)別在于摩擦因數(shù)最低點(diǎn)的出現(xiàn)位置不同，這是由于油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，所需的油劑噴灑質(zhì)量不同；油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．8%時(shí)，因油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)過大，導(dǎo)致油劑黏度增加，因此摩擦因數(shù)增加。

從圖3還可以得到：油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．1%時(shí)，不及油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．4%時(shí)節(jié)約水，而且油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)過小不利于摩擦因數(shù)快速下降；油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．8%時(shí)，噴灑過程中會因油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)過大而出現(xiàn)噴灑不勻的情況。

圖3 噴油方式下油劑噴灑質(zhì)量與纖維摩擦因數(shù)的關(guān)系

2．4 噴油方式下油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)與纖維質(zhì)量比電阻對數(shù)的關(guān)系

從圖4可以看到：

(1) 隨著油劑噴灑質(zhì)量的增加，纖維質(zhì)量比電阻對數(shù)不斷減小。

(2) 在0．1%油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，油劑噴灑質(zhì)量大于70 g時(shí)，纖維質(zhì)量比電阻對數(shù)小于9．00；在0．4%油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，油劑噴灑質(zhì)量大于30 g時(shí)，纖維質(zhì)量比電阻對數(shù)小于9．00；在0．8%油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，油劑噴灑質(zhì)量大于20 g時(shí)，纖維質(zhì)量比電阻對數(shù)小于9．00。

圖4 噴油方式下油劑噴灑質(zhì)量與纖維質(zhì)量比電阻對數(shù)的關(guān)系

2．5 棉網(wǎng)質(zhì)量

從圖5可以看到：

(1) 浸油方式下的第3～5組和噴油方式下的第20～24組試樣在梳理過程中損失的質(zhì)量較少，說明浸油方式下油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．3%、0．4%、0．5%時(shí)可以很順利地進(jìn)行梳理，噴油方式下油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．4%、油劑噴灑質(zhì)量為40～80 g時(shí)具有浸油方式下的最佳梳理效果。因此，可以用噴油方式代替浸油方式。

(2) 第1個(gè)斷點(diǎn)即第7、8組試樣未能梳理成棉網(wǎng)且無纖維纏輥現(xiàn)象，這是由于此時(shí)的油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)過大，油劑分子過多地覆蓋在纖維表面，使得纖維間的抱合力過??；第2個(gè)斷點(diǎn)即第9、10、11組試樣的梳理過程中出現(xiàn)纖維纏錫林、刺輥、剝?nèi)×_拉等現(xiàn)象，這主要是由于油劑太少，導(dǎo)致摩擦力太大；第3個(gè)斷點(diǎn)即第28、31、32組試樣也未能梳理成棉網(wǎng)且出現(xiàn)了纖維纏錫林和刺輥現(xiàn)象，其主要原因是此時(shí)的油劑黏度過大。

(3) 第1～6組，棉網(wǎng)質(zhì)量呈增大趨勢，說明適當(dāng)增加油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以改善梳理效果；第12～16組、第17～24組，棉網(wǎng)質(zhì)量分別增加，說明提高油劑噴灑質(zhì)量也可以改善梳理效果，而且后者的改善程度優(yōu)于前者；第25～29組，棉網(wǎng)質(zhì)量呈下降趨勢,說明當(dāng)油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)過大時(shí)，改變油劑噴灑質(zhì)量對改善梳理效果并不明顯。

圖5 部分試樣的棉網(wǎng)質(zhì)量

2．6 生條不勻率

從圖6可以看到：

浸油方式的第3～6組和噴油方式的第20～22組試樣的生條不勻率在32組試樣中為較低，說明這7組試樣的處理方式能夠滿足酚醛纖維的梳理要求。

圖6 部分試樣的生條不勻率

3 結(jié)論

(1) 浸油方式下，油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．3%～0．4%時(shí)，μfs、μfd和μms、μmd都較低；當(dāng)油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0．3%時(shí)，纖維質(zhì)量比電阻對數(shù)小于9．00。因此，浸油的油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)選擇0．3%～0．4%。

(2) 噴油方式下，油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．1%時(shí)，最佳油劑噴灑質(zhì)量為50～60 g，纖維摩擦因數(shù)較低，油劑噴灑質(zhì)量大于70 g時(shí)纖維質(zhì)量比電阻對數(shù)小于9．00；油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．4%時(shí)，最佳油劑噴灑質(zhì)量為30 g，油劑噴灑質(zhì)量大于30 g時(shí)纖維質(zhì)量比電阻對數(shù)小于9．00；油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．8%時(shí)，油劑噴灑質(zhì)量為10～20 g時(shí)纖維摩擦因數(shù)較低、大于20 g時(shí)纖維質(zhì)量比電阻對數(shù)小于9．00。

(3) 選擇浸油方式，適合的油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．3%～0．5%；選擇噴油方式，最佳油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．4%、油劑噴灑質(zhì)量為40～60 g。

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Influence of the oiling method and the usage amount of oil solution on the carding process of phenolic fibers

MaChongqi，KanYongjia，CaiWeiqi，YangJinlian，LiJunli

School of Textile， Tianjin Polytechnic University， Tianjin 300387， China

In order to reveal the influence of the oiling method and the usage amount of oil solution on the friction coefficient and the mass specific resistance of phenolic fibers， 32 groups of degreased phenolic fibers were used as raw materials， and two oiling methods saying oil immersion and oil injection， as well as the mass fraction of oil solution at 0．1%～0．8% and the injection mass of oil solution at 10～80 g were choosed to carry out the experiments． The dynamic and static friction coefficient of fiber to fiber and fiber to metal， and the mass specific resistance of fibers were tested， then it was found out that the optimum mass fraction of oil solution was at 0．3%～0．4% under the method of oil immersion， while the optimum mass fraction of oil solution was at 0．4% and the injection mass of oil solution was at 30 g under the method of oil injection． During the actual combing process， the optimum mass fraction of oil solution was at 0．3%～0．5% under the method of oil immersion， while the optimum mass fraction of oil solution was at 0．4% and the injection mass of oil solution was at 40～60 g under the method of oil injection．

phenolic fiber， usage amount of oil solution, friction coefficient， mass specific resistance， irregularity

2016-07-25

馬崇啟，男，1964年生，教授，主要研究領(lǐng)域包括紡織工藝?yán)碚?、紡織機(jī)電一體化技術(shù)、數(shù)字化紡織技術(shù)、紡織復(fù)合材料

TS102．1

A

1004-7093(2017)06-0026-05