石 煜,沈兰萍,宋 红,阳 智
(西安工程大学纺织科学与工程学院,陕西西安 710048)
经纱在织造过程中,不可避免地受到拉伸、弯曲以及摩擦作用,为避免织造时经纱的起毛与断头,同时为保证纱线性能且提高织造效率,必须对纱线进行上浆。而对于纯棉纱线而言,通常采用纯淀粉浆料,但普遍存在浆膜硬而脆、成膜性差、弹性柔软性差等缺陷。
PVA即聚乙烯醇,分子式是(C2H4O)n,其分子主链为碳链,每个重复单元都含有一个小的羟基,极性强且易形成氢键。因此,PVA具有良好的水溶性、渗透性。故而对纤维具有较好的黏附性与成膜性,浆膜强度高、耐磨性好,与其他种类的浆料相容性也较好[1]。
为突破纯淀粉在上浆工序中的局限性,本文采取了两种不同浆料的配方,通过对比实验,分析并探讨含有PVA浆料的配方对纯棉纱浆纱性能的影响。
浆液配方的设计是正确选择浆料组分、合理制定浆料配比[2]。
为了避免浆膜发生脱落,应选择对纤维具有良好亲和力和粘附性的黏着剂。根据相似相容原理,助剂应该具有相同的基团或相似的极性,因此部分助剂也随之确定。对纯棉纤维上浆时,可以采用淀粉、PVA等黏着剂,因为它们有羟基,具有良好的相容性和亲和力[3-5]。
表1 试验浆料配方
表2和表3所示为本实验所用材料和仪器。
表2 试验材料及来源
表3 试验仪器
(1)浆膜厚度
测试浆膜的厚度既是为了检验厚度是否均匀,同时也可在对比分析时作为参考。
把浆膜置于厚度仪夹持面中间,测试10次,取平均值。
(2)浆膜吸湿率
浆料的分子结构决定浆膜的吸湿性,当结构中含有亲水基团时浆膜便能吸湿,吸湿性的大小与亲水基团的亲水性强弱和数量有关。
回潮率计算方法见公式(1)。
式中,W—回潮率,%;
W1—试样湿重,g;
W0—试样干重,g。
(3)浆膜水溶速率
浆膜的水溶速率可反映浆料的退浆性能,水溶性良好的浆膜有利于退浆。
采用秒表计时,显示的秒数用于表示浆膜的水溶速率。
(4)浆膜耐屈曲
在织造时纱线除受到拉伸、摩擦等作用外,还会受到反复的屈曲疲劳应力作用。浆膜的耐屈曲性直接影响浆纱的抗疲劳性,即屈曲强度越高,抗疲劳性就越好。浆膜的柔软程度也可通过浆膜耐屈曲性来反映。
将浆膜剪成长30 mm、宽10 mm的十字条,反复屈曲,直至浆膜条断裂,记录屈曲次数。
(5)浆膜断裂强力和断裂伸长率
经纱在受到拉伸会产生形变,因此要求浆膜具有良好的强力,以及一定的弹性和伸长。从织造要求来看,浆膜的弹性形变比例高一些,而塑性形变比例低一些为好。
浆膜的断裂强度用公式(2)计算。
如图1所示,为浆膜图片
图1 浆膜图片
比较两者浆膜可以发现,配方一透亮柔软,配方二的浆膜较配方一的浆膜干硬。
如表4和表5所示,为两种配方的浆膜性能测试结果。
表4 配方一浆膜性能测试结果
表5 配方二浆膜性能测试结果
从表4和表5中可以看出,配方一的浆膜平均断裂强力达1191cN、平均断裂伸长率达5.13、平均耐屈曲次数179次、浆膜断裂强度达3402.9cN·mm-1,均比配方二的性能好,但配方二的平均水溶速率达1.4s,小于配方一的水溶速率。可以看出配方一的浆膜性能整体优于配方二,但配方二的水溶性比配方一好。
黏附性指两个或两个以上物体接触时,在界面发生的相互结合的能力。黏附性是浆料的主要性能之一,可以使得上浆时浆料在纤维之间互相粘合,从而增大纱线可承受的机械作用力。另外,浆料的黏附性好坏对上浆效果即浆纱质量和性能有直接的影响[6]。
3.1.1 测试方法
用浆液从漏斗式黏度计中漏完所需的时间(秒数)来衡量浆液黏度,同时计算其黏度波动率与黏度热稳定性。黏度波动率和黏度热稳定性的计算公式(3)如下:
黏度热稳定性=100-黏度波动率
式中:η1—在95℃保温1小时测得的黏度值;
max|η-η1|—后五次黏度值的极差。
3.1.2 测试结果
表6 黏度和黏度热稳定性的测试结果
由表6可知,两种不同浆料配方的浆液热稳定性良好,且配方二的黏度热稳定性要高于配方一。
3.2.1 测试方法
(1)实验中的黏附力测试采用粗纱法
①在2000ml的三颈瓶内依次配置1%含固量的浆液 1800ml,置入 95℃的恒温水浴锅内煮60min,待浆料完全溶解并且黏度稳定后待用。
②试样准备:将纯棉粗纱轻轻地绕在铝合金框架上(每次试验粗纱共20根)。
③将准备好的试样浸入1500ml的浆液中,同时按下秒表计时,浸渍5min后将框架提出,挂起自然晾干。
④将晾干的试样在织物强力仪上进行上浆粗纱条的断裂强力测试。
⑤计算断裂强力的平均值即为浆液的黏附力
⑥计算粗纱的上浆率和比黏附力值
(2)粗纱上浆率
粗纱上浆率是表示纱线上浆量的大小,是指粗纱上浆后黏附于粗纱上的浆料干重对粗纱干重的百分率,用公式(4)计算。
式中,W1为上浆前经纱干重(g);W2为上浆后经纱干重(g);S为上浆率(%)。
(3)比黏附力
比黏附力是衡量浆料对粗纱黏附性能的指标[7],见公式(5)
式中,F为粗纱的断裂强力(N);S为经纱的上浆率(%);B为比黏附力。
3.2.2 测试结果
表7 纯棉粗纱黏附力
从表7中可以可看出,配方一的纯棉粗纱平均比黏附力为6.23N/%,配方二的纯棉粗纱平均比黏附力为7.23N/%。配方二的比黏附力值要高于配方一的比黏附力值,说明纯淀粉的浆料能使纯棉粗纱具有更好的黏附性。
表8 上浆性能测试结果
由上表8可知,与纯淀粉配方的浆料相比,含有PVA配方的浆料上浆后的纱线断裂强度与断裂伸长率、耐磨次数等均有所提高,有害毛羽也有所减少,而回潮率、减伸率、退浆率等变化较小,影响浆纱的效果不明显。因此,上浆时采用含PVA浆料的配方可以达到提高纱线强力与贴伏毛羽的效果,便利于织造以及后序工序顺利进行。
通过比较可以看出,纯变性淀粉浆液的比黏附力比以PVA和变性淀粉混合的浆料配方的浆液的比黏附力要大,且其浆膜具有较优的水溶速率。但PVA和变性淀粉混合的浆料配方的浆膜具有较高的断裂强力、断裂伸长率和断裂强度,同时配方一也具有较好的耐屈曲和伸长性能。
因此,对于纯棉浆纱而言,含有PVA浆料的配方能够得到较优的时上浆性能,可以增加纱线强力、耐磨性,显著贴伏毛羽等,改善经纱的综合性能,有助于提高织造效率。