崔 貞 馬 芹 郭曉玲 戴 杰 申國棟

(1.西安工程大學(xué)紡織與材料學(xué)院，西安，710048;2.河南工程學(xué)院紡織工程系，鄭州，450000)

玻璃纖維是將無機、無定型狀態(tài)的玻璃在高溫熔融狀態(tài)下經(jīng)過漏孔拉絲而纖維化并用浸潤劑急速冷卻到常溫而獲得的。玻璃纖維可根據(jù)堿金屬氧化物(一般指K2O或Na2O)的含量多少分為無堿、中堿和高堿玻璃纖維等［1］。玻璃纖維比有機纖維耐高溫，不燃，抗腐，隔熱、隔聲性好，抗拉強度高，電絕緣性好(如無堿玻璃纖維)。玻璃纖維紗的織造之所以不同于普通織物，是因為其具有剛度大、抱合力小、彈性差、伸長度小等特點［2］。這些特性導(dǎo)致玻璃纖維紗的耐磨性、耐扭轉(zhuǎn)性、彎曲性能及剪切性能特別差，在織造過程中會增加紗線的斷頭率，影響織造效率。國外在20世紀(jì)60年代初已經(jīng)開始對玻璃纖維紗上漿，近年來發(fā)展更為迅速。玻璃纖維紗的上漿工藝曾被稱為玻璃纖維織造工程的一次“革命”。本文采用不同濃度的漿液對玻璃纖維紗進(jìn)行上漿處理，并測試分析玻璃纖維紗的性能。

1 試驗準(zhǔn)備

1.1 儀器及方法

本試驗采用整漿聯(lián)合型的SSJ-83型漿紗試驗機。為減少紗線之間的黏連現(xiàn)象，采用較小的紗線排列密度，試驗中采用的經(jīng)紗根數(shù)為10根。上漿形式為雙浸雙壓，漿液液面高度與上漿輥軸心相平。漿槽設(shè)置有保溫層，可滿足漿槽溫度保持在95℃的要求。玻璃纖維紗上漿后采用四筒烘燥機烘干，前兩烘筒表面涂有防黏層，可以防止經(jīng)紗黏烘筒，以保護(hù)漿膜完整。

1.2 玻璃纖維紗上漿原理

玻璃纖維表面存在有吸附水膜，這為上漿工藝帶來極大方便，很多帶—OH基的親水性漿料如淀粉、PVA、CMC等可與其氫鍵結(jié)合，其他親水性漿料如聚丙烯系漿料也能黏附在其表面［3］。但實際生產(chǎn)過程中，玻璃纖維拉絲過程中必須采用一種浸潤劑噴涂于纖維表面，達(dá)到集束、潤滑、柔軟及抗靜電等目的，故上漿前必須將浸潤劑清除干凈。本試驗通過高溫煮練去除玻璃纖維上的浸潤劑［4］。

1.3 原料制備

本試驗采用定積法調(diào)漿配制漿液，調(diào)制5 000 mL漿液，調(diào)漿時根據(jù)各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)計算并稱取相應(yīng)的質(zhì)量。例如漿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%時，在3 000 mL的水中加入稱好的淀粉150 g，邊加熱邊攪拌至80℃;待緩緩溶解后稱取PVA205漿料50 g，繼續(xù)加水?dāng)嚢杈鶆颍敝粮鞣N成分混合定積至5 000 mL。將配制好的漿液分裝到6只燒瓶中，然后放入水浴鍋加熱至96℃以上，最后恒溫煮漿1 h。

2 性能測試及分析

根據(jù)玻璃纖維紗的特點及試驗要求，主要測試紗線的上漿率、漿紗斷裂伸長率、減伸率、漿紗強度及增強率、漿紗耐磨次數(shù)。

2.1 上漿率

紗線的上漿率是反映上漿量的指標(biāo)，其計算公式為：

在本試驗中，采用稱量計算法測定紗線的上漿率。量取1 m長的玻璃纖維原紗，再按漿紗伸長率計算相應(yīng)的漿紗長度并量取相應(yīng)長度的漿紗。

通過對玻璃纖維紗上漿前后的質(zhì)量測試，計算出其上漿率，測試結(jié)果如表1所示。每個試驗測試10個樣品，取平均值。由式(1)可得出上漿率。

表1 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)漿液時玻璃纖維紗的上漿率

由表1可知，漿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%時玻璃纖維紗的上漿率最大。當(dāng)其他變量一定時，漿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，上漿率越高。

2.2 增強率

增強率描述的是紗線上漿后斷裂強力增大的情況，其計算公式為：

本試驗采用YG061型電子單紗強力試驗儀測試紗線的斷裂強力。測試結(jié)果如表2所示。

由表2可知，玻璃纖維紗上漿后強力都有所提高。當(dāng)漿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%時，玻璃纖維紗的增強率達(dá)30.02%，斷裂強力顯著提高。

2.3 減伸率

減伸率主要表征紗線上漿后斷裂伸長率減小的情況，其計算公式為：

表2 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)漿液時玻璃纖維紗的增強率

測試結(jié)果如表3所示。

表3 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)漿液時玻璃纖維紗的減伸率

由表3可知，玻璃纖維紗上漿后的斷裂伸長率都有所減小，但是總體來看不同漿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的玻璃纖維紗的減伸率相差不大。

2.4 耐磨次數(shù)

耐磨性是紗線質(zhì)量的綜合指標(biāo)，可為提高漿紗的綜合質(zhì)量提供依據(jù)［5］。可用漿紗增磨率來表示漿紗后紗線耐磨性能的提高程度。紗線的增磨率按下式計算：

本試驗采用Y731D型抱合力機來進(jìn)行測試。將上漿后的紗線依次來回掛繞在抱合力機的左右絲鉤上進(jìn)行摩擦檢驗，每摩擦10次將電源關(guān)閉，翻開上部摩擦片架并將右面的絲鉤橫條向左方少許推移，使紗線稍松(不能讓紗線脫出絲鉤)，檢查紗線被摩擦部分的開裂狀態(tài)一次(第一次檢查可在運轉(zhuǎn)30次以上后進(jìn)行)。如發(fā)現(xiàn)半數(shù)(10根)以上的紗線每根上有6 mm長度的開裂，則檢驗即可終止。不同漿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的紗線分別做10次摩擦檢驗。將同種紗線每次的摩擦次數(shù)相加再除以10，平均所得數(shù)值再四舍五入為整數(shù)，即得到該漿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)時漿紗的耐磨次數(shù)。測試結(jié)果如表4所示。

表4 不同漿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)時玻璃纖維紗的增磨率

由表4可知，玻璃纖維紗通過不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的漿液上漿后，漿紗的耐磨次數(shù)明顯提高;隨著漿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，漿紗的增磨率也增加。

2.5 綜合評價

玻璃纖維漿紗的質(zhì)量指標(biāo)要求：漿液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%～7%，增磨率、增強率應(yīng)盡可能大，而減伸率要小。由上述分析可知，各個指標(biāo)的平均值均符合要求，由此說明本文各試驗參數(shù)的選取是合適的［6］。

在本試驗中，增強率和耐磨次數(shù)越大越好，所以按照從大到小排列;減伸率越小越好，按照從小到大排列。如表5所示，最上面的得分最高，計算各漿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)時玻璃纖維漿紗的總得分，見表6。

表5 不同漿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)時的漿紗對比分析

表6 各方案得分

由上述數(shù)據(jù)處理結(jié)果可知，漿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%時，玻璃纖維紗的得分最高，即它的增磨率、減伸率、增強率達(dá)到比較好的效果，玻璃纖維漿紗各項性能最好的漿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%。

3 結(jié)語

(1)綜合原料來源的廣泛性及使用的普遍性等，本試驗選擇淀粉和PVA205為主漿料。結(jié)果表明，用此兩種漿料上漿，玻璃纖維紗的各項性能比原紗提高。

(2)玻璃纖維紗上漿后，斷裂強力明顯提高，斷裂伸長率減小，漿紗耐磨次數(shù)增大。當(dāng)漿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%時，漿紗的增強率達(dá)30.02%，增磨率達(dá)75%。不同漿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)時，漿紗的斷裂伸長率都有所減小，為9%左右。

通過上漿后，玻璃纖維紗的耐磨性得到很大的提升，織造效率提高。表明玻璃纖維紗通過上漿可以有效地改善其性能。

［1］徐鳳，聶瓊，徐紅.玻璃纖維的性能及其產(chǎn)品的開發(fā)［J］.輕紡工業(yè)與技術(shù)，2011(5)：40-41.

［2］黃柏齡，蘭錦華，唐龍貴.玻璃纖維上漿的研究［J］.西北紡織學(xué)院學(xué)報，1987(1)：22-25.

［3］SAVCI S，CURISKIS J I，PAILTHORPE M T.Knittability of glass fiber weft-knitted performs for composites［J］.Textile Research Journal，2001，71(1)：15-21.

［4］張紹柱，蘇峰華，王坤，等.納米TiO2改性玻璃纖維織物復(fù)合材料的摩擦磨損性能研究［J］.摩擦學(xué)學(xué)報，2005(2)：179-182.

［5］盧毅，王克毅.細(xì)如毫發(fā)的玻璃纖維織造技術(shù)［J］.國外紡織技術(shù)，2003(4)：12-13.

［6］朱進(jìn)忠，蘇玉恒.玻璃纖維紗線力學(xué)性質(zhì)損傷的測試分析［J］.河南工程學(xué)院學(xué)報，2011(3)：11-14.