楊童童，李世君，劉 峰，賈君君，李 娜，雷青松

(中國(guó)石化儀征化纖有限責(zé)任公司研究院，江蘇儀征 211900)

隨著織物燃燒引起火災(zāi)的問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，世界各地因紡織品燃燒造成的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失更是不計(jì)其數(shù)[1]。因此，阻燃紡織品的開(kāi)發(fā)顯得至關(guān)重要，紡織品阻燃性能的獲得，可歸納為三種方法[2]：一是直接生產(chǎn)阻燃纖維；二是對(duì)紡織品進(jìn)行阻燃后整理；三是根據(jù)生產(chǎn)中的實(shí)際需求，把前兩種方法結(jié)合起來(lái)生產(chǎn)阻燃紡織品。目前我國(guó)生產(chǎn)和使用最多的是對(duì)織物進(jìn)行后整理達(dá)到阻燃效果的紡織品, 但這種方法制得的阻燃紡織品的阻燃性能會(huì)隨時(shí)間和洗滌次數(shù)的增加而逐漸降低或消失，而且對(duì)織物的色光、手感和強(qiáng)度都有一定的影響。而由阻燃纖維制成的紡織品具有永久阻燃性且?guī)缀醪挥绊懣椢镲L(fēng)格。阻燃聚酯纖維可廣泛應(yīng)用于汽車、火車、輪船、飛機(jī)、賓館等室內(nèi)裝飾布、窗簾布、床罩、箱包面料、汽車地毯以及阻燃防護(hù)工作服等[3-10]。本文通過(guò)對(duì)阻燃聚酯纖維性能及其紡紗試驗(yàn)工藝的分析和探究，討論了蓋板速度、粗紗捻系數(shù)和細(xì)紗捻度對(duì)紡紗試驗(yàn)運(yùn)行和成紗質(zhì)量的影響。并對(duì)紡紗試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行了跟蹤探究，對(duì)本類產(chǎn)品的紡紗試驗(yàn)進(jìn)行工藝優(yōu)化，從而對(duì)后期該類產(chǎn)品的紡紗試驗(yàn)生產(chǎn)起到一定的指導(dǎo)作用。

1 試 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

采用儀化阻燃滌綸短纖維，1.56 dtex×38 mm，該試驗(yàn)樣品在恒溫恒濕(溫度為23 ℃，相對(duì)濕度為60%RH)的條件下平衡24 h后備用。

1.2 試驗(yàn)儀器和設(shè)備

清梳聯(lián)設(shè)備，TC5型，德國(guó)特呂茨施勒公司；并條機(jī)，TD8型，德國(guó)特呂茨施勒公司；粗紗機(jī)，DSro-01型，天津嘉誠(chéng)有限公司；細(xì)紗機(jī)，DSSP型，天津嘉誠(chéng)有限公司；縷紗測(cè)長(zhǎng)儀，YG086型，常州市第二紡織儀器廠；全自動(dòng)單紗強(qiáng)力儀，YG063T型，陜西長(zhǎng)嶺紡織機(jī)電科技有限公司；條干儀，ME100型，烏斯特技術(shù)有限公司；摩擦儀，USTER ZWEIGLE 5型，烏斯特技術(shù)有限公司。

1.3 阻燃聚酯短纖維紡紗試驗(yàn)及其工藝

1.3.1 梳棉工序試驗(yàn)

通過(guò)人工鋪棉、傳送帶喂入的方式，將阻燃滌綸短纖維均勻地鋪在梳棉機(jī)上，由于阻燃滌綸短纖維膨脹性較大，纖維間抱合力較小，設(shè)定梳棉工序工藝時(shí)需合理控制棉量，既要充分梳理，又不能過(guò)多損傷纖維，而且要便于轉(zhuǎn)移，不能使纖維反復(fù)揉搓產(chǎn)生棉結(jié)。所以在設(shè)計(jì)工藝時(shí)，錫林和刺輥速度都不宜太快，適當(dāng)調(diào)整隔距，設(shè)置蓋板速度為160、180、200、220和240 mm/min，探討蓋板速度對(duì)棉條產(chǎn)品質(zhì)量的影響。其他具體工藝參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 梳棉工藝試驗(yàn)參數(shù)

1.3.2 并條工序試驗(yàn)

由于阻燃滌綸短纖維膨脹性較大，與金屬機(jī)件摩擦阻力大，條子易堵管與纏輥，并條工序采用“低速度、重加壓、輕定量、大隔距”的工藝原則，采用并條機(jī)兩道并合，合理設(shè)置牽伸倍數(shù)，一并和二并均采用8根并合，使纖維得到良好的平行度和伸直度，消除彎鉤纖維，保證條干均勻。具體并條工藝參數(shù)如表2所示。

表2 并條工藝試驗(yàn)參數(shù)

1.3.3 粗紗工序試驗(yàn)

粗紗工序采用DSro-01型數(shù)字式小樣粗紗機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，粗紗工序采取“輕定量、大隔距、重加壓、低錠速”的工藝原則。錠翼設(shè)定轉(zhuǎn)速為500 r/min，此次試驗(yàn)樣品在紡制粗紗過(guò)程中的阻力較大，為減小在紡制過(guò)程中的阻力，設(shè)定總牽伸倍數(shù)為9.1倍，后區(qū)牽伸倍數(shù)較小為1.3倍。在滿足粗紗須條緊密度的前提下，又要保證細(xì)紗容易牽伸，避免細(xì)紗斷頭現(xiàn)象，設(shè)定粗紗捻系數(shù)分別為55、60、65、70、75和80，研究粗紗捻系數(shù)對(duì)粗紗質(zhì)量和成紗性能的影響。粗紗試驗(yàn)過(guò)程牽伸順利，成形良好。具體粗紗工序工藝參數(shù)如表3所示。

表3 粗紗工序工藝試驗(yàn)參數(shù)

1.3.4 細(xì)紗工序試驗(yàn)

細(xì)紗工序采用DSSP型數(shù)字型小樣細(xì)紗機(jī)進(jìn)行細(xì)紗試驗(yàn)，在細(xì)紗牽伸過(guò)程中，保持牽伸力和握持力兩者之間的平衡，使纖維有規(guī)律的向前運(yùn)動(dòng)，形成均勻的紗條。由于前區(qū)牽伸控制較強(qiáng)，即設(shè)定總牽伸倍數(shù)為27.2倍。為了有效控制后區(qū)纖維的運(yùn)動(dòng)，降低牽伸不勻率，減少成紗細(xì)節(jié)，提高紗線條干均勻度，設(shè)定較小的后區(qū)牽伸倍數(shù)為1.18倍。同時(shí)，改變細(xì)紗捻度設(shè)定為50、60、70、80和90 T/10 cm，探究細(xì)紗捻度對(duì)成紗質(zhì)量的影響。在細(xì)紗試驗(yàn)過(guò)程中適當(dāng)降低錠速和前羅拉轉(zhuǎn)速，有利于牽伸穩(wěn)定，降低細(xì)紗斷頭，設(shè)定理論錠速較低為11 000 r/min。具體細(xì)紗試驗(yàn)工序工藝參數(shù)如表4所示。

表4 細(xì)紗工序工藝試驗(yàn)參數(shù)

1.4 試驗(yàn)測(cè)試方法

1.4.1 阻燃聚酯纖維回潮率

參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3503—2008進(jìn)行短纖維的回潮率測(cè)試。

1.4.2 阻燃聚酯纖維比電阻

參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14342—1993進(jìn)行短纖維的比電阻測(cè)試，采用YG321型纖維比電阻儀進(jìn)行測(cè)試。

1.4.3 阻燃聚酯纖維拉伸性能

參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14337—2008中“斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)測(cè)定方法”。

1.4.4 紗線的線密度

采用YG068型縷紗測(cè)長(zhǎng)機(jī)，通過(guò)測(cè)量紗線的百米克重(克/百米)，且多次測(cè)量取平均值，計(jì)算出紗線的線密度，計(jì)算公式如下：

ρ=10×M

式中：ρ為線密度，tex；M為紗線的百米克重，g/100 m。

1.4.5 紗線的強(qiáng)度

采用YG063T型全自動(dòng)單紗強(qiáng)力儀測(cè)試紗線單紗強(qiáng)度和拉伸性能，設(shè)置張力系數(shù)為0.5 cN/tex，拉伸速度為500 mm/min，共測(cè)十二管紗，每管紗測(cè)10次，取平均值。

1.4.6 紗線的條干與毛羽值

采用ME100型USTER條干儀測(cè)試阻燃聚酯紗線、粗紗和棉條的條干均勻度，選取使用適合的烏斯特公報(bào)作為參照，紗線測(cè)試速度設(shè)定為400 m/min，測(cè)試時(shí)間為1 min，而粗紗和棉條測(cè)試速度為50 m/min，測(cè)試時(shí)間為5 min，其中棉條測(cè)兩次取平均值，粗紗測(cè)四筒，每筒測(cè)一次取平均值。

1.4.7 紗線的摩擦性能

采用USTER ZWEIGLE 5摩擦儀測(cè)試紗線與金屬的摩擦系數(shù)，測(cè)試速度為200 m/min，測(cè)試時(shí)間為30 s，取6管細(xì)紗，每管測(cè)一次，取平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 阻燃聚酯纖維的性能分析

阻燃聚酯纖維的性能分析主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行測(cè)試和評(píng)價(jià)。其中，纖維回潮率是表征纖維吸濕性和含濕量的重要指標(biāo)。纖維的吸濕性極大地影響著其物理機(jī)械性能、后續(xù)紡織加工性能、織物使用性能以及穿著舒適性等。纖維的比電阻不僅是纖維電學(xué)性能的一個(gè)重要指標(biāo)，而且它也是評(píng)價(jià)纖維可紡性能的一個(gè)重要依據(jù)。纖維在紡紗過(guò)程中因摩擦而產(chǎn)生靜電，靜電電荷如果不能及時(shí)地逸散，在纖維表面形成積聚，就會(huì)出現(xiàn)纖維粘連和纖維纏繞羅拉的現(xiàn)象，從而影響紡紗工序的運(yùn)轉(zhuǎn)。纖維的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)兩個(gè)指標(biāo)用來(lái)衡量纖維的拉伸性能。將阻燃聚酯纖維的性能與普通聚酯纖維性能進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表5所示。

表5 阻燃聚酯纖維與普通聚酯纖維的性能比較

從表5可以看出，阻燃聚酯纖維的回潮率、比電阻以及拉伸性能均比普通聚酯纖維高，這也導(dǎo)致阻燃聚酯纖維的抗靜電性能差，在紡紗試驗(yàn)工序中靜電嚴(yán)重，容易纏輥堵管，這就要求嚴(yán)格控制好紡紗環(huán)境的溫濕度，并且設(shè)計(jì)好與之匹配的各個(gè)工序的紡紗工藝。

2.2 阻燃聚酯纖維的成紗工藝探究

紡紗過(guò)程采用小量試紡進(jìn)行,對(duì)阻燃聚酯纖維進(jìn)行了梳棉工序、并條工序(兩次并條)、粗紗工序和細(xì)紗工序，具體紡紗試驗(yàn)工藝參數(shù)見(jiàn)試驗(yàn)方法的表1至表4。本次阻燃聚酯纖維的紡紗試驗(yàn)討論了紡紗關(guān)鍵工藝對(duì)成紗產(chǎn)品質(zhì)量的影響，尤其是梳棉工序的蓋板速度、粗紗的捻系數(shù)和細(xì)紗工序的捻度參數(shù)對(duì)紡紗產(chǎn)品質(zhì)量的影響。

2.2.1 蓋板速度對(duì)可紡性及產(chǎn)品質(zhì)量的影響

在清梳聯(lián)工序中，由于阻燃滌綸短纖維膨脹性較大，纖維間抱合力較小，短絨較多，在梳理時(shí)要適當(dāng)降低打手速度和刺輥速度，減少纖維的損傷。在試驗(yàn)中采用160、180、200、220、240 mm/min的蓋板速度進(jìn)行探究。蓋板速度對(duì)棉條條干不勻率及重量不勻率的影響如下圖所示。

由上圖可知，提高蓋板速度從160 mm/min到240 mm/min，不僅能改善棉條的重量不勻率，還能降低棉條的條干不勻率。在梳棉工序運(yùn)行過(guò)程中，提高蓋板速度還快速地排除了短絨的不良影響，使得每根蓋板的蓋板花數(shù)量減少，分梳負(fù)荷減輕，梳理作用增強(qiáng)，但落棉率會(huì)增加，這提高了棉條的質(zhì)量，對(duì)后續(xù)并條工序以及成紗質(zhì)量都有著積極的影響。從圖1可以看出，蓋板速度從220 mm/min再提高到240 mm/min對(duì)棉條質(zhì)量影響不大，且考慮到提高蓋板速度，其落棉率和原料消耗會(huì)增加，蓋板速度選擇220 mm/min較佳。

圖1 蓋板速度對(duì)棉條條干不勻率及重量不勻率的影響

2.2.2 粗紗工藝對(duì)可紡性和成紗質(zhì)量的影響

在粗紗工序中通過(guò)改變關(guān)鍵工藝參數(shù)(粗紗捻度系數(shù))來(lái)探究粗紗捻度對(duì)粗紗試驗(yàn)運(yùn)行以及成紗質(zhì)量的影響，粗紗捻系數(shù)要根據(jù)纖維長(zhǎng)度、線密度、粗紗定量、細(xì)紗后區(qū)工藝以及原料性質(zhì)等因素而定。粗紗捻系數(shù)對(duì)粗紗工序中的絨板花以及粗紗條干的影響如圖2所示。

圖2 粗紗捻系數(shù)對(duì)粗紗條干不勻率及粗紗絨板花的影響

由圖可知，在粗紗捻系數(shù)為55～75時(shí)，粗紗絨板花隨粗紗捻系數(shù)的增大而減小，捻系數(shù)達(dá)到75之后，絨板花的量不再變化，粗紗的條干不勻率隨捻度的變化有較大波動(dòng)，在捻系數(shù)為60和70時(shí)條干不勻率較小。粗紗捻系數(shù)過(guò)小，不利于粗紗成形和后續(xù)細(xì)紗工序中牽伸控制，粗紗捻系數(shù)過(guò)大，則會(huì)使得粗紗條干不勻增大，易出現(xiàn)“硬頭”現(xiàn)象。綜合粗紗試驗(yàn)運(yùn)行和粗紗質(zhì)量，阻燃滌綸纖維的粗紗捻系數(shù)選擇70，粗紗條干均勻度得到改善的同時(shí)控制絨板花的產(chǎn)生。

粗紗捻系數(shù)不僅對(duì)粗紗質(zhì)量有影響，還影響最終的成紗質(zhì)量，粗紗捻系數(shù)與細(xì)紗斷裂強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度CV值的關(guān)系如圖3所示，該細(xì)紗試驗(yàn)中細(xì)紗捻度為80 T/10 cm。

圖3 粗紗捻系數(shù)對(duì)成紗強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度CV值的影響

由圖可知，細(xì)紗的斷裂強(qiáng)度隨粗紗捻系數(shù)的增大而升高，當(dāng)粗紗捻系數(shù)為80時(shí)，斷裂強(qiáng)度最大，斷裂強(qiáng)度CV值隨粗紗捻系數(shù)的提高先增大后減小再增大。阻燃滌綸纖維在進(jìn)行紡紗試驗(yàn)時(shí)，可根據(jù)紡制產(chǎn)品的用途來(lái)選擇紡紗試驗(yàn)工藝。

2.2.3 細(xì)紗工藝對(duì)可紡性和成紗質(zhì)量的影響

選取粗紗捻系數(shù)為70的粗紗進(jìn)行紡制細(xì)紗試驗(yàn)，通過(guò)改變細(xì)紗捻度來(lái)探究細(xì)紗捻度對(duì)成紗質(zhì)量的影響，細(xì)紗的各項(xiàng)性能指標(biāo)如表6所示。

表6 紗線性能指標(biāo)及紡紗狀況表

從表中可以看出，細(xì)紗捻度為50～90 T/10 cm時(shí)，紗線實(shí)際纖度在18.64～19.3 dtex，紗線條干不勻率為11.38%～12.06%，斷裂強(qiáng)度為3.02～3.36 cN/dtex，斷裂強(qiáng)度CV值為6.7%～8.9%，斷裂伸長(zhǎng)率在12%～13.6%，斷裂伸長(zhǎng)率CV值在5.2%～6.7%，紗線與金屬動(dòng)摩擦系數(shù)為0.31%～0.35%，其CV為1.02%～3.26%。細(xì)紗捻度對(duì)紗線實(shí)際纖度影響不大，但對(duì)細(xì)紗條干不勻率、斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率以及紗線與金屬動(dòng)摩擦系數(shù)CV均有較大影響，其關(guān)系分別如圖4中的a、b、c、d所示。

由圖4中的a所示，紗線的條干不勻率隨細(xì)紗捻度的增加先降低后升高，當(dāng)細(xì)紗捻度為80 T/10 cm時(shí)，紗線的條干不勻率達(dá)到最低值為11.38%。紗線一開(kāi)始隨捻度的升高，纖維間的抱合力增強(qiáng)，卷繞和包纏作用變大，使得條干均勻度提高，而隨著捻度的進(jìn)一步升高，使得須條間的粗細(xì)差異增大，導(dǎo)致條干均勻度下降。b和c為細(xì)紗捻度對(duì)紗線機(jī)械性能的影響，由b可知，紗線的斷裂強(qiáng)度總體上隨捻度的升高而增大，在細(xì)紗捻度在60～90 T/10 cm時(shí)，紗線強(qiáng)力迅速提高，這主要是由于細(xì)紗捻度越大，紗線越緊實(shí)，纖維發(fā)生斷裂時(shí)滑脫纖維受到的摩擦力較大，纖維不易滑脫。在細(xì)紗捻度在50～80 T/10 cm時(shí)，紗線斷裂強(qiáng)度的CV值波動(dòng)變化不大，但當(dāng)捻度超過(guò)80 T/10 cm時(shí)，紗線斷裂強(qiáng)度的CV值迅速增大，這是由于捻度過(guò)大會(huì)增加紗條內(nèi)外層纖維應(yīng)力的分布不勻，使得斷裂強(qiáng)度的CV值增大。由c可知，紗線的斷裂伸長(zhǎng)率隨細(xì)紗捻度的增大而增大，且斷裂伸長(zhǎng)率大CV值波動(dòng)變化不大。從d可以看出，細(xì)紗捻度對(duì)紗線與金屬的摩擦系數(shù)影響很弱，紗線的摩擦系數(shù)主要由紗線本身的性質(zhì)決定，包括紗線材質(zhì)以及油劑種類和用量等等，本次試驗(yàn)是阻燃滌綸纖維的純紡試驗(yàn)，因此紗線的摩擦系數(shù)保持在相近的水平，而紗線表面形態(tài)的差異則導(dǎo)致紗線的摩擦系數(shù)CV值隨捻度的變化波動(dòng)較大。

(a) 細(xì)紗條干不勻率

(b) 細(xì)紗斷裂強(qiáng)度和CV值

(c) 細(xì)紗斷裂伸長(zhǎng)率和CV值

(d) 細(xì)紗與金屬的摩擦系數(shù)和CV值圖4 細(xì)紗捻度對(duì)成紗質(zhì)量的影響

阻燃滌綸纖維在紡紗試驗(yàn)過(guò)程中，由于其膨脹性大，抱合力較差，抗靜電性差，纖維拉伸性能較差，比普通滌綸纖維紡制難度大。在紡紗試驗(yàn)過(guò)程中，梳棉工序的錫林和刺棍速度都適當(dāng)調(diào)小，在并條工序中出現(xiàn)纏輥現(xiàn)象，主要是由于阻燃滌綸纖維的抗靜電性差，在牽伸時(shí)由于纖維和皮輥間摩擦產(chǎn)生靜電，使得纖維纏繞在皮輥上，通過(guò)增大并條隔距和提高紡紗試驗(yàn)的濕度來(lái)防止纖維纏輥。在粗紗工序中產(chǎn)生的絨板花較多需要通過(guò)調(diào)節(jié)隔距和改變粗紗工藝來(lái)控制絨板花的產(chǎn)生。同時(shí)，觀察到在細(xì)紗工序中，產(chǎn)生一定量的白粉，這有可能是紡絲油劑和紗線本身經(jīng)過(guò)摩擦脫落，這將對(duì)生產(chǎn)有一定的影響，在后期的該類產(chǎn)品的紡制生產(chǎn)試驗(yàn)中要加以關(guān)注和改進(jìn)。

3 結(jié) 論

a) 對(duì)阻燃聚酯纖維和普通聚酯纖維的性能進(jìn)行測(cè)試和比較，發(fā)現(xiàn)阻燃聚酯纖維的回潮率、比電阻以及拉伸性能均比普通聚酯纖維低，其膨脹性大，抱合力較差，抗靜電性能較差。

b) 對(duì)阻燃聚酯纖維進(jìn)行紡紗試驗(yàn)，紡制難度雖大于普通聚酯纖維，但仍具有較好的可紡性，通過(guò)工藝調(diào)整，可獲得質(zhì)量較好的紗線。

c) 對(duì)阻燃聚酯纖維紡紗工藝的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行探究，討論了蓋板速度、粗紗捻系數(shù)和細(xì)紗捻度對(duì)紡紗運(yùn)行和成紗質(zhì)量的影響。其中棉條質(zhì)量隨蓋板速度的提高而得到改善。粗紗條干均勻性和細(xì)紗斷裂強(qiáng)度均隨粗紗捻系數(shù)的增大而增大，粗紗絨板花隨粗紗捻系數(shù)有較大的波動(dòng)。細(xì)紗捻度對(duì)成紗質(zhì)量(條干均勻度、機(jī)械性能和紗線摩擦系數(shù))有較大的影響。

d) 在對(duì)此類產(chǎn)品進(jìn)行紡紗生產(chǎn)和試驗(yàn)中，要嚴(yán)格控制紡制過(guò)程中的靜電，同時(shí)要關(guān)注細(xì)紗工序中產(chǎn)生的白粉情況。