濕法膨化和編織工藝用玻璃纖維直接紗的研究

費(fèi)其鋒，宋長久，章建忠，李 明，廖晚鳳，鐘洪強(qiáng)，李 輝，張志堅(jiān)*

（巨石集團(tuán)有限公司，桐鄉(xiāng) 314500）

0 前言

玻璃纖維膨體紗屬于空氣變形紗的一種［1］，其工藝是利用氣流流體學(xué)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換原理，將玻璃纖維通入特殊裝置，在高壓空氣的作用下，使絲束長度收縮、單絲分離、滑移、彎曲、纏繞，從而產(chǎn)生大量絲圈。玻璃纖維膨體紗兼具連續(xù)纖維的高強(qiáng)度和短纖維的蓬松性［2-4］，是一種耐高溫、低導(dǎo)熱系數(shù)、耐腐蝕、高容空量、高過濾效率、對人體無害的一種新型材料，在熱防護(hù)領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用［5］。

玻璃纖維膨體紗在熱防護(hù)領(lǐng)域的作用原理是通過膨體紗空隙中的空氣或充入惰性氣體來實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的隔熱效果。由此可見，玻璃纖維膨體紗的孔隙率越高，氣體分布越均勻，絕熱效果越好［6-8］。由于玻璃纖維膨體紗的孔隙率與膨化率成正相關(guān)，因此必須要求玻璃纖維單絲分散性好。行業(yè)內(nèi)傳統(tǒng)玻璃纖維產(chǎn)品為了使含水率≤0.1%，必須經(jīng)過烘制成膜環(huán)節(jié)，并使玻璃纖維紗形成一定的集束性，來滿足傳統(tǒng)纏繞、拉擠、編織、膨化等成型工藝的使用要求。由于浸潤劑成膜后對玻璃纖維單絲之間產(chǎn)生一定黏連效果，影響膨化過程中單絲分離，導(dǎo)致膨化率和孔隙率不高。如果此類產(chǎn)品不經(jīng)烘制成膜，含水率往往高達(dá)9%以上，一方面過高的水分會(huì)減弱噴嘴中的高壓氣流，降低膨化率；另一方面，此類不經(jīng)烘制成膜的玻璃纖維產(chǎn)品耐磨性較差，導(dǎo)致膨化過程中產(chǎn)生大量毛羽堵塞噴嘴，無法正常生產(chǎn)。

本文介紹了通過采用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專利技術(shù)，開發(fā)出一種新型高含水率玻璃纖維直接紗702產(chǎn)品，不經(jīng)烘制成膜，含水率≤7%，具有膨化率高、低毛羽、易織造等特性，滿足濕法膨化和編織工藝的使用要求，并成功投入市場。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原材料

浸潤劑：702，巨石集團(tuán)有限公司；

浸潤劑：386T，巨石集團(tuán)有限公司；

玻璃纖維：702，巨石集團(tuán)有限公司；

玻璃纖維：386T，巨石集團(tuán)有限公司；

玻璃纖維：A，市場同類產(chǎn)品。

1.2 儀器和設(shè)備

毛羽測試儀：自制；

紗團(tuán)硬度測試儀：自制；

電子天平：BS2202S，賽多利斯；

膨化機(jī)：DS90E，迪策舍爾。

1.3 玻璃纖維直接紗樣品的制備

按照702、386T的浸潤劑配方及配置工藝要求分別配置穩(wěn)定的浸潤劑，在拉絲成形過程中對玻璃纖維原絲表面進(jìn)行均勻涂覆，并按各產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝要求分別制備702和386T產(chǎn)品，玻璃纖維A選用市售產(chǎn)品，共3種玻璃纖維直接紗樣品作為試驗(yàn)材料。

1.4 膨化成型和膨體紗樣品的制備

膨化成型工藝可簡單概括為，將粗紗引入膨化機(jī)中，在壓縮空氣氣流作用下將粗紗打散膨化，然后再將膨化后的粗紗重新繞成紗團(tuán)的過程。具體生產(chǎn)工藝如下：

噴嘴型號(hào)：98P；

膨化線速：300 m/min；

空氣壓力：0.6 MPa；

膨化工藝過程見圖1。

圖1 膨化工藝過程示意圖

1.5 性能測試

玻璃纖維含水率的測試：按GB/T9914.1-2013標(biāo)準(zhǔn)《增強(qiáng)制品試驗(yàn)方法 第1部分：含水率的測定》測試；

玻璃纖維膨化率的測試：采用線密度差值比的方法，即：膨化率（%）=（膨化后的線密度T2-膨化前的線密度T1）/膨化前的線密度T1×100%［9］；

毛羽性能測試：通過毛羽測試儀對樣品紗線自身的毛羽以及經(jīng)過毛羽測試儀測試過程中所產(chǎn)生的毛羽進(jìn)行收集，并對所測試的紗團(tuán)進(jìn)行稱重。毛羽量的計(jì)算方法：

毛羽量（mg/kg）=毛羽的重量（mg）/所測試紗團(tuán)的重量（kg）［10］。

紗團(tuán)硬度測試：左手抵住玻璃纖維紗團(tuán)一側(cè)，右手持紗團(tuán)硬度儀并將測針垂直對準(zhǔn)紗團(tuán)另一側(cè)中心處的紗線交叉處，勻速用力按壓直至測針全部壓入到玻璃纖維紗團(tuán)內(nèi)得到力值N（牛頓），紗團(tuán)硬度值H=N/26.18×3.873。其中，H為紗團(tuán)硬度；N為硬度計(jì)測得的力值，單位牛頓；26.18和3.873是在硬度計(jì)的測針錐度為60°、有效長度為5 mm時(shí)的換算系數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 玻璃纖維含水率測試分析

對3種玻璃纖維直接紗樣品分別進(jìn)行含水率測試，結(jié)果如表1所示：

表1 含水率對比測試結(jié)果

從表1中的數(shù)據(jù)對比分析，可以看出經(jīng)過烘干后的386T以及A產(chǎn)品的含水率均＜0.1%，而702產(chǎn)品通過在生產(chǎn)過程中減少噴霧冷卻水以及浸潤劑中的水分的引入量，在不經(jīng)烘制的前提下，實(shí)現(xiàn)了含水率≤7%，滿足濕法膨化工藝對紗線含水率的要求。

2.2 玻璃纖維毛羽性能測試評價(jià)

表面經(jīng)過702浸潤劑處理的玻璃纖維紗線在濕紗狀態(tài)下手感滑爽、柔韌，耐彎折性好。對此，本文對3種玻璃纖維直接紗樣品的毛羽性能進(jìn)行了對比測試，具體如表2和圖2所示。

表2 毛羽性能對比測試結(jié)果

圖2 毛羽性能對比示意圖

從表2中的數(shù)據(jù)對比分析，可以看出烘干后的386T、A產(chǎn)品的毛羽均較少，說明浸潤劑烘干成膜后對玻璃纖維起到了一定的保護(hù)作用，提高了纖維的耐磨性能。而未經(jīng)烘干成膜的702產(chǎn)品同樣表現(xiàn)出了優(yōu)異的耐磨性能，毛羽測試結(jié)果甚至接近于烘干成膜的386T、A產(chǎn)品，這主要是由于702產(chǎn)品浸潤劑中選用了適量的具有濕潤滑效果的潤滑劑組分以及在未烘干成膜狀態(tài)下能夠在玻纖表面鋪展均勻并起到保護(hù)作用的成膜劑，賦予紗線在高含水率條件下具有柔軟、滑爽、耐磨等性能，確?？蛻羰褂玫捻槙承院蜕a(chǎn)效率。

2.3 玻璃纖維膨化率的測試

在相同工藝條件下分別對6組樣品進(jìn)行膨化，并對樣品膨化后的膨化率進(jìn)行對比測試分析，結(jié)果見表3和圖3。

表3 不同產(chǎn)品膨化率對比

圖3 膨化率對比示意圖

通過表3和圖3分析，702產(chǎn)品的紗線膨化率明顯高于其他產(chǎn)品。分析原因，主要是由于702產(chǎn)品的表面處理劑未經(jīng)烘制成膜，因此纖維之間幾乎不存在黏連，并且含水率控制在7%以內(nèi)，滿足濕法膨化工藝的最佳使用條件。相比之下，經(jīng)過烘干成膜的386T和A產(chǎn)品由于纖維之間通過浸潤劑產(chǎn)生粘結(jié)性較強(qiáng)，因此膨化率均不及702，可見浸潤劑成膜后的粘結(jié)性對玻璃纖維的膨化率有較大的影響。

2.4 玻璃纖維紗團(tuán)硬度測試評價(jià)

一款新產(chǎn)品在投入市場前，除了性能必須滿足客戶的使用要求之外，還需滿足包裝運(yùn)輸要求。如果紗團(tuán)偏軟，在運(yùn)輸過程中極易導(dǎo)致托盤傾斜、紗團(tuán)嚴(yán)重變形等問題發(fā)生，影響客戶正常使用。紗團(tuán)硬度是衡量玻璃纖維直接紗產(chǎn)品能否滿足包裝運(yùn)輸要求的重要評價(jià)指標(biāo)，本文采用巨石集團(tuán)有限公司自制的紗團(tuán)硬度儀對3種玻璃纖維直接紗樣品分別進(jìn)行紗團(tuán)硬度測試，結(jié)果如表4和圖4所示：

表4 紗團(tuán)硬度對比測試結(jié)果

圖4 紗團(tuán)硬度對比示意圖

根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，紗團(tuán)硬度需要達(dá)到7H以上才能滿足包裝運(yùn)輸要求，而未經(jīng)烘干的直接紗濕基紗團(tuán)往往非常軟。通過圖4可以看出，386T和A產(chǎn)品紗團(tuán)硬度均達(dá)到了9H以上，分析原因主要是由于經(jīng)過烘干成膜后，紗團(tuán)內(nèi)部層與層之間的紗線交疊處產(chǎn)生一定的黏連，起到了良好的紗團(tuán)內(nèi)部結(jié)構(gòu)支撐作用。相比之下，702產(chǎn)品雖然未經(jīng)烘制成膜，但在拉絲過程中通過增加拉絲張力并選用了新的卷繞比來提高紗團(tuán)密度而實(shí)現(xiàn)紗團(tuán)硬度的增加，成功將紗團(tuán)硬度做到接近9H，滿足了包裝運(yùn)輸?shù)脑O(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)論

（1）通過對比測試3種玻璃纖維樣品的含水率、膨化率和毛羽性能，說明702產(chǎn)品綜合性能最好，在不經(jīng)烘制、高含水率的狀態(tài)下兼具耐磨性好和膨化率高等特點(diǎn)，滿足濕法膨化和編織工藝的使用要求。

（2）通過3種玻璃纖維樣品紗團(tuán)硬度的測試對比，702產(chǎn)品紗團(tuán)硬度達(dá)到8H以上，能夠滿足包裝運(yùn)輸?shù)囊蟆?/p>

（3）目前702產(chǎn)品已批量投入市場，在使用工藝順暢性、膨化率等方面獲得熱防護(hù)領(lǐng)域和保溫材料領(lǐng)域客戶的一致好評。