珍珠长丝上浆的研究

刘慧娟，吴保平，范惠敏

(河南工程学院 纺织工程系，河南 郑州 450007)

珍珠长丝就是将超细的珍珠微粒均匀混入粘胶的纺丝液中，共混纺丝制成的一种功能性的新型纤维.自古以来，珍珠一直被用作药材或美容装饰品，人们运用现代高科技检测手段，发现珍珠内含有十余种对人体有益的氨基酸和多种微量元素.尤其是将珍珠粉碎成纳米级的超细微粒后，它的物理和化学性质发生了一系列完全不同于常规材料的变化，很容易被人体吸收，达到健肤养颜作用.珍珠纤维材料不仅保留了珍珠的养颜护肤功能，而且还具有纤维素纤维材料的吸湿透气、柔软舒适的特性.该纤维的开发，丰富了现有纺织纤维的品种，增加了服装与纺织品的功能，大大提高了产品的附加价值.

由于珍珠长丝抱合力差，在织造过程中，经丝难以承受数千次程度不同的反复拉伸、弯曲和磨损，会造成相互粘连、开口不清、断头等问题，难以织造.浆纱关系到产品加工的成败，业内称之为“老虎口”，一向有“好的浆纱等于织造的一半”之说，它是改善纱线物理机械性能的重要工序.本文研究珍珠丝上浆的最优浆液配方，从而提高珍珠丝的可织性.

1 实验材料和方法

1.1 实验材料

浆液组分是影响浆纱质量的关键因素之一.根据“相似相容”原理，为了使所确定的浆液组分能够满足浆纱质量的要求，根据珍珠长丝的性能特点，选定了3种粘着剂进行混合实验，分别为PVA1799、CP—L、AS高性能淀粉.

PVA1799是一种典型的水溶性合成高分子化合物，是由聚醋酸乙烯酯通过醇解而得.PVA 是一个很好的浆料，它的成膜性非常好，浆膜“坚而韧”， 但PVA 浆料存在环境保护问题，美国早在20世纪80 年代初就提出这个问题，欧洲的一些国家(德国等) 最近已禁止使用.PVA 的环境污染问题主要是它不易被微生物分解，长期沉积会引起生态破坏.因此，国内也已提出少用或不用PVA的观点[1].

PVA在使用之前要先制浆.将一定量的PVA在搅拌下加入蒸馏水中，加热到90 ℃以上，待PVA完全溶解后冷却待用.

CP—L浆料是德国伊艾斯公司生产的一种马铃薯醋酸酯淀粉，粘着力强，具有极好的上浆效果，可取代PVA.浆液流动性好，不结浆皮，无浆斑.

CP—L浆料使用之前要先进行煮浆：准确称取一定量的淀粉，置于500 mL三口圆底烧瓶中，加入蒸馏水，使水的质量与所称取的淀粉的质量之和为400 g，配置成要求浓度的淀粉乳.将三口圆底烧瓶置于恒温水浴锅中，装上搅拌器、冷凝管和温度计后开始搅拌加热，搅拌速度为120 r/min.待浆液温度达到95 ℃时开始计时，保温1h成熟浆，冷却备用.

AS高性能淀粉是常州润力有限公司生产的一种高粘着力的变性淀粉，它在优质酯化变性淀粉的基础上，通过丙烯单体加成聚合进一步变性，增加浆膜的粘着力和耐磨性.浆料溶解性好，在冷浆时仍能保持好的流动性，不凝胶，与其他浆料有很好的配伍性.

制浆方法同CP—L浆料.

1.2 浆料粘度的测定

分别吸取6%的浆液置于粘度计的测量筒内，挂上转筒，打开开关开始测量，快速连续测定两次，计算平均值作为淀粉浆液的粘度值.并在保温90 min、120 min、150 min、180 min时重复测量，计算粘度波动率.

1.3 浆膜性能的测定

采用刮涂—恒温恒湿干燥法制备浆膜.将3%的浆液在60 ℃条件下均匀地倒在特制的膜框中，使用钢尺把浆液刮平，使其充满框内，放在恒温恒湿(相对湿度 65%、20 ℃)状态下平衡 24 h 后，将浆膜从玻璃板上剥下，即为试验用的浆膜.

在 YG141 厚度测量仪上测定浆膜的厚度(加重盘重 50 CN)，有效试样的样本容量30，计算出厚度平均值.

在Y522型圆盘式平磨仪上测定浆膜的磨耗，有效试样的样本容量20，计算出厚度平均值.

在YG061型电子单纱强力试验仪上测试其断裂强力和断裂伸长率.测试条件为：试样夹持距离100 mm、夹头运动速度50 mm/min，有效试样的样本容量20，计算出平均值.

1.4 粘附性能的测试

采用粗纱法测试浆液的粘附性能.将预先准备好的分别绕上纯棉、涤/棉和纯涤粗纱的框架依次放入浓度为1%的浆液中，浸渍5 min.将粗纱框架取出挂起，自然晾干.将晾干后的轻浆粗纱条在相对湿度65%、20 ℃条件下平衡24 h，然后用HD026N型电子织物强力仪测试.测试条件为：拉伸速度50 mm/min，试样夹头距离100 mm，有效试样的样本容量30.

1.5 浆纱性能的测定

浆纱质量与浆料的粘附性能密切相关，浆纱的主要作用是促进经纱内的单纤维相互粘结，增大经纱强度，贴伏毛羽，提高经纱的耐磨性.

浆纱后纱线的耐磨次数在LFY-109型电脑纱线耐磨试验仪上测定.测试条件为：张力重锤 35 g，磨料为400号砂纸，有效试样的样本容量40.

2 实验结果及分析

2.1 浆液及浆膜性能

成膜性是浆料(粘着剂)必备的一项重要性能，上浆用粘着剂要有良好的成膜能力，形成的浆膜要坚韧、光滑、耐磨，从而有效地提高经纱的可织性.测定和掌握浆膜性能，对上浆效果有重要意义.

浆液配方暂不考虑助剂，因为影响浆液性能的因素很多，起主要作用的是粘着剂，所以只考虑粘着剂的用量.PVA1799、CP—L、高性能淀粉浆液及浆膜性能测试结果见表1.其中，浆液粘度测定所用浓度为6%，粘附力测定所用浆液含固量为1%，浆膜性能测定所用浆液含固量为3%，浆膜厚度为0.03 mm.

表1 浆液及浆膜主要性能指标Tab.1 Main properties of sizing and size film

2.2 实验方案

目前，受纺织工艺研究水平的限制，还不可能以理论分析的方法来精确计算各种粘着剂的最优用量比例，一般都要依靠工艺设计人员丰富的生产经验和反复的工艺试验，才能较好地完成浆料配比的优化工作.本文采用正交实验法确定对珍珠丝的最佳上浆配方.正交试验是解决多因素试验问题的有效方法，在实际中被广泛应用，是安排多因素试验，寻求最优水平组合，并且不需要全面试验的高效率试验设计方法[2].

由于浆液是多组分的混合液，根据具体情况我们选用三因素三水平正交试验的方法，研究制定合理的浆料组分.根据浆料性能和生产经验，估计最优配比的位置范围.生产中，一般浆液的含固量为3%～6%.由于本文主要研究CP—L取代PVA，令浆液中PVA的含量为变量A，为了少用PVA，取值范围确定为0%～1%；CP—L的含量为变量B，取值范围确定为1%～3%；高性能淀粉的含量为变量C，取值范围确定为1%～3%，实验因素水平表见表2[3].

表2 浆料配方的正交实验因素水平表Tab.2 Level value of coding

工业用PVA1799的纯度为93.8%，CP—L的纯度为86%，高性能淀粉的纯度91.79%.调浆时根据各组分纯度计算并称取其相应重量.如对3因素都是水平1的实验，考虑浆料含水率的影响，分别称取PVA 2.132 g，CP—L 4.651 2 g，高性能淀粉4.357 6 g，放入烧杯中，边加蒸馏水边搅拌，定重至200 g，放入恒温水浴锅中加热至95 ℃以上，恒温焖浆1 h，供熟浆.其他配方同上.

根据表2所制定的实验方案，在GA391型浆纱机上进行上浆实验.

2.3 实验结果

根据表2实验方案，逐一测定浆丝耐磨性，其正交实验方案及测定结果如表3所示.

无捻长丝与短纤维纱最大的不同点是：长丝是由连续的多根单纤维平行排列而成的，没有毛羽，所以长丝的上浆目的也不同于短纤纱.长丝的单纤维在纺丝或拉伸加工时要用纺丝油剂，因而是具有一些集束性的，但仍不能适应织造要求，在织机上摩擦力的作用下，它会一根一根地分离，引起单纤维切断而形成毛羽，工厂将这种现象叫做“劈丝”.经过上浆后，可使单纤维互相粘结而抱合成为一根长丝，这种“集束”丝就能够承受织造过程中的冲击、摩擦、张力等作用而提高织机效率.由于长丝纱的上浆目的是“集束”，要求浆液粘度小，有良好的粘结性能，即能将纤维粘并在一起.

表3 长丝上浆正交实验方案及结果Tab.3 Experiment plain and result

浆纱耐磨次数直接反映了浆纱的可织性.浆纱耐磨性能差，在织造过程中承受停经片、综丝、钢筘的摩擦的能力弱，表面的浆膜容易脱落，经纱表面的纤维易被磨断，进而会带来毛羽增加，强度下降.因此，现代浆纱技术对浆纱的要求是把增加纱线的耐磨性能放在重要的地位.

本文中，试验指标是耐磨性能，指标越大越好，所以应挑选每个因素K1，K2，K3(或k1, k2, k1)中最大的值对应的那个水平，按表3结果，A因素列 K2>K3>K1；B因素列 K2>K1>K3；C因素列 K3>K1>K2. 所以，A选A2，B选B2，C选C3.但确定最优方案时，还应区分因素的主次，由极差R可知主次因素的顺序依次为：BAC.对于主要因素，一定要选取最好的水平，B选B2；对于不重要的因素，由于其水平的改变对指标影响较小，依据环保的要求， A选A3.所以，最优方案为B2A3C3，即最佳浆料配方为：CP—L 1.5%，AS高性能淀粉1%，不加PVA.

3 结 论

从实验结果可以看出，在采用CP—L 1.5%、AS高性能淀粉1%、含固量为2.5%的浆液配方时，珍珠长丝的耐磨性能较好.这是由于无捻长丝是由连续的多根单纤维平行排列而成的，没有毛羽，长丝纱的上浆目的是“集束”，要求浆液粘度小，有良好的粘结性能，将纤维粘并在一起即可.CP—L浆料的优点是粘度低、粘着力强、成膜光滑柔软、断裂强力低而利于分纱，可使浆液浸透好，浆膜有良好的耐磨性.

参考文献：

[1] 范雪荣，纪惠军，王强.试论聚乙烯醇浆料的环保性能(下)[J]. 棉纺织技术，2007(8)：19-21.

[2] 周永元，洪仲秋，万国江，等.纺织上浆疑难问题解答[M].北京：中国纺织出版社，2005.

[3] 郁崇文.工程参数的最优化设计[M].上海：东华大学出版社，2003.