費(fèi)其鋒，宋長(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)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(rùn)劑成膜后對(duì)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(chǎng)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原材料

浸潤(rùn)劑：702，巨石集團(tuán)有限公司；

浸潤(rùn)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(chǎng)同類產(chǎn)品。

1.2 儀器和設(shè)備

毛羽測(cè)試儀：自制；

紗團(tuán)硬度測(cè)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(rùn)劑配方及配置工藝要求分別配置穩(wěn)定的浸潤(rùn)劑，在拉絲成形過程中對(duì)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(jiǎn)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(cè)試

玻璃纖維含水率的測(cè)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(cè)定》測(cè)試；

玻璃纖維膨化率的測(cè)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(cè)試：通過毛羽測(cè)試儀對(duì)樣品紗線自身的毛羽以及經(jīng)過毛羽測(cè)試儀測(cè)試過程中所產(chǎn)生的毛羽進(jìn)行收集，并對(duì)所測(cè)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(cè)試紗團(tuán)的重量（kg）［10］。

紗團(tuán)硬度測(cè)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(cè)針垂直對(duì)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(cè)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(cè)得的力值，單位牛頓；26.18和3.873是在硬度計(jì)的測(cè)針錐度為60°、有效長(zhǎng)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(cè)試分析

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

表1 含水率對(duì)比測(cè)試結(jié)果

從表1中的數(shù)據(jù)對(duì)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(rùn)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(duì)紗線含水率的要求。

2.2 玻璃纖維毛羽性能測(cè)試評(píng)價(jià)

表面經(jīng)過702浸潤(rùn)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(duì)此，本文對(duì)3種玻璃纖維直接紗樣品的毛羽性能進(jìn)行了對(duì)比測(cè)試，具體如表2和圖2所示。

表2 毛羽性能對(duì)比測(cè)試結(jié)果

圖2 毛羽性能對(duì)比示意圖

從表2中的數(shù)據(jù)對(duì)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(rùn)劑烘干成膜后對(duì)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(cè)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(rùn)劑中選用了適量的具有濕潤(rùn)滑效果的潤(rùn)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(cè)試

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

表3 不同產(chǎn)品膨化率對(duì)比

圖3 膨化率對(duì)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(rùn)劑產(chǎn)生粘結(jié)性較強(qiáng)，因此膨化率均不及702，可見浸潤(rùn)劑成膜后的粘結(jié)性對(duì)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(cè)試評(píng)價(jià)

一款新產(chǎn)品在投入市場(chǎng)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(píng)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(duì)3種玻璃纖維直接紗樣品分別進(jìn)行紗團(tuán)硬度測(cè)試，結(jié)果如表4和圖4所示：

表4 紗團(tuán)硬度對(duì)比測(cè)試結(jié)果

圖4 紗團(tuán)硬度對(duì)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(duì)比測(cè)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(cè)試對(duì)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(chǎng)，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(píng)。