芳砜綸紡紗油劑的配方優化

白 洋 郁崇文

(1.大連東原紡織有限公司，大連，116000;2.東華大學，上海，201620)

芳砜綸(Polysulfonamide纖維，PSA纖維)又稱聚芳砜酰胺纖維，其國內商品名為特安綸(TANLON)，是我國具有自主知識產權的高性能纖維［1］。芳砜綸具有優良的高溫尺寸穩定性、阻燃性、電絕緣性和化學穩定性，其產品主要用于防護制品、過濾材料、電絕緣材料、摩擦密封材料和其他工業織物(包括造紙毛毯、熨燙臺布和涂層織物等)［2］。然而，由于芳砜綸的體積比電阻和初始模量較高，摩擦因數和卷曲穩定性較低，使得纖維在紡紗過程中易產生靜電，纖維之間抱合力較差，從而導致其紡紗加工困難、成紗質量較低。目前，改善芳砜綸可紡性的方法主要包括對纖維進行等離子體處理［3-4］、將芳砜綸與其他纖維混紡［5-7］和在纖維表面施加紡紗油劑等。由于在芳砜綸表面施加油劑不會對纖維本身的優良性能造成影響且成本較低，因此較為常用。

化纖油劑由多種化學品復配而成，主要包括平滑劑、乳化劑和抗靜電劑［8］。在本研究的前期工作中，選用了工業白油(礦物油)作為平滑劑，月桂醇聚氧乙烯醚(JFC)作為滲透劑，脂肪醇與環氧乙烷縮合物(MOA-3和MOA-9)作為乳化劑，并篩選了六種抗靜電效果較好的抗靜電劑，分別配制了六種適合于芳砜綸紡紗的油劑。結果表明，添加抗靜電劑為異己醇聚氧乙烯醚磷酸單酯鉀鹽(TF-481)的油劑能較好地改善芳砜綸的可紡性。但前期研究僅探討了一種油劑配方，其抗靜電劑質量分數為2%，其他表面活性劑(除抗靜電劑外)與平滑劑的質量比為 20∶80。

本文選擇不同含量的抗靜電劑TF-481，以及不同配比的其他表面活性劑(除抗靜電劑外)與平滑劑，配制了不同配比的芳砜綸紡紗油劑，探討了抗靜電劑TF-481的含量以及其他表面活性劑與平滑劑的配比對芳砜綸可紡性與實際紡紗過程、成紗質量的影響，以確定最優的油劑配方。

1 紡紗油劑可紡性的評價指標

1.1 抗靜電性評價

芳砜綸紡紗油劑能夠與水分子形成氫鍵締合，這就保持了表面活性劑-水在纖維上的極性中心，因氫鍵締合的水膜是連續的，從而降低了芳砜綸的體積比電阻，使電荷不易積聚。因此，可采用添加油劑后芳砜綸的體積比電阻來評價紡紗油劑的抗靜電性。

1.2 平滑性評價

紡紗油劑吸附在芳砜綸表面時，可視為定向排列的單分子層，纖維與金屬之間的干燥摩擦轉為邊界摩擦，使纖維運動阻力更小。因此，可采用添加油劑后芳砜綸與金屬間的動摩擦因數來評價紡紗油劑的平滑性。

1.3 抱合性評價

采用添加油劑后芳砜綸纖維與纖維之間的靜摩擦因數和動摩擦因數之差(Δμ)來評價紡紗油劑的抱合性。Δμ越大，紡紗油劑的抱合性越好，則纖維抱合越緊密、棉卷體積越小、成網成條質量越高。

2 試驗部分

2.1 纖維原料

芳砜綸：上海特安綸纖維有限公司提供，線密度2.2 dtex，平均長度 51 mm。

2.2 油劑選擇

2.2.1 油劑組分

平滑劑：工業白油;

滲透劑：JFC;

乳化劑：MOA-3和MOA-9;

抗靜電劑：TF-481。

2.2.2 油劑中各組分的含量

不同油劑中各組分的配比列于表1。

表1 油劑配比

2.3 試驗方法

將按照上述配方配制的紡紗油劑與去離子水通過攪拌配成均勻乳液，其中油劑用量按纖維質量的0.5%稱取，去離子水用量按使纖維回潮率達10%稱取;再將乳液均勻噴灑至芳砜綸上。

2.3.1 油劑的可紡性試驗

測試經各油劑處理后，芳砜綸的體積比電阻［9］和摩擦因數性能［3］，比較各油劑的可紡性。

2.3.2 紡紗驗證試驗

將噴灑油劑后的芳砜綸置于密封袋中悶放24 h，再經清梳聯、并條、粗紗和細紗工序紡成細紗，比較各纖維在紡紗各工序中的表現和細紗質量，確定最佳的紡紗油劑配方。

3 結果與討論

3.1 油劑的可紡性測試結果

經不同油劑處理后的芳砜綸的體積比電阻和摩擦因數分別見表2和表3。

表2 不同油劑處理后纖維的體積比電阻

由表2可知：隨著抗靜電劑TF-481含量的增加，纖維的體積比電阻值先減小后增大，經油劑A4(抗靜電劑質量分數為4%，其他表面活性劑與平滑劑質量比為20∶80)處理后，纖維的體積比電阻值最小，即當抗靜電劑質量分數為4%時油劑的抗靜電性最好;纖維的體積比電阻值隨其他表面活性劑與平滑劑配比的變化，未出現規律性的變化。

由表3可以發現：當抗靜電劑TF-481含量一定時，隨著油劑中其他表面活性劑比例的增加，纖維與纖維間的動、靜摩擦因數先增加后減小;經油劑B2和B3處理后，纖維的Δμ最大，而經油劑B3處理的纖維其纖維與纖維之間靜摩擦因數較經油劑B2處理的纖維大，故當其他表面活性劑與平滑劑的質量比為20∶80時，油劑的抱合性最好;隨著抗靜電劑TF-481含量的變化，纖維與金屬、纖維與纖維間的摩擦因數并未出現規律性的變化。

表3 不同油劑處理后纖維的摩擦因數

由上可知，當抗靜電劑質量分數為4%、其他表面活性劑與平滑劑質量比為20∶80時，油劑的可紡性最好。

3.2 紡紗各工序的表現及細紗性能

選取可紡性較好的 A2、A3、A4、B2、B4五種油劑(油劑A3與B3是同一配比的油劑)和目前工廠使用的兩種油劑(分別記為C1和C2)處理纖維，然后將幾種纖維在相同的試驗條件下進行紡紗。通過各種纖維在紡紗過程中的具體表現和細紗性能，得出最佳的油劑配方。

從表4可以看出，總體上用油劑A4和A3處理的纖維在紡紗過程中的表現較好，且油劑A4與工廠使用的油劑C1的表現相接近，優于工廠使用的油劑C2;經油劑A2處理的纖維由于靜電較大而導致紡紗困難;經油劑B4處理的纖維粗紗、細紗多次斷頭，主要原因是出現較為嚴重的繞皮圈現象。

表4 不同油劑處理后纖維在紡紗各工序中的表現

由表5可以看出，使用油劑A4處理的纖維其成紗性能在條干、棉結、斷裂強度、斷裂伸長率和斷裂伸長不勻指標上均優于用工廠使用的油劑C1和C2處理的纖維，其他指標介于用油劑C1和C2處理的纖維之間。

表5 不同油劑處理后纖維的成紗性能

由上可知，在本次紡紗試驗中表現最好的是油劑A4，即抗靜電劑TF-481質量分數為4%、其他表面活性劑和平滑劑的質量比為20∶80的油劑，這與通過體積比電阻和摩擦因數評價油劑可紡性的結果相一致。

4 結論

(1)當抗靜電劑TF-481質量分數為4%，其他表面活性劑(除抗靜電劑外)與平滑劑質量比為20∶80時，油劑的可紡性評價指標，如芳砜綸的體積比電阻、纖維與金屬間的動摩擦因數、纖維與纖維之間的靜摩擦因數和動摩擦因數之差(Δμ)總體最優。

(2)紡紗試驗驗證表明，經上述配方油劑處理的纖維，在實際紡紗過程中的表現和成紗性能也最優，與可紡性指標的測試結果一致。

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