PLA纖維紗線漿紗工藝研究

2014-07-24 08:22:26嚴燕鈁沈艷琴武海良

西安工程大學學報 2014年3期

嚴燕鈁，沈艷琴，武海良

（西安工程大學紡織與材料學院，陜西西安710048）

0 引言

PLA（聚乳酸）纖維，也稱玉米纖維，屬線性脂肪族熱塑性聚酯.它是以玉米、小麥等為原料，經發酵轉化成乳酸，再經聚合紡絲而成的，是一種具有優良生物相容性和可生物降解性的高分子合成纖維［1］.PLA纖維性能優越，如良好的懸垂性、滑爽性、吸濕透氣性、天然抑菌和令皮膚放心的弱酸性，良好的耐熱性及抗紫外線功能，富有光澤和彈性［2］，因而在服裝、床品、衛生等領域有廣闊的應用前景.但是PLA纖維紗線紗體內纖維整齊度高、排列緊密［3］，導致上漿時紗線對漿液的吸附率小，出現表面上漿和漿膜不牢的現象，上漿難度大［4－5］.

本文在對PLA纖維的特性進行分析后，以滲透性較好、黏度低、黏附性好的馬鈴薯變性淀粉K5漿料為主，制定了3種漿料配方，對漿料、漿膜和漿紗相關指標進行測試分析，選出最佳上漿配方，實現良好的上漿效果.

1 實驗

1.1 材料及儀器

（1）材料 9.7texPLA纖維紗線、馬鈴薯變性淀粉K5漿料、聚乙烯醇（PVA）1799、聚丙烯酸、蠟片.

（2）儀器 NDJ－79型旋轉式黏度計（同濟大學機電廠），YT821型可調式漏斗黏度計（常州華紡紡織儀器有限公司），YG171B－1型紗線毛羽測試儀（太倉市大明光電儀器廠），HD021N電子單紗強力儀（江蘇南通宏大集團），HD026PC電子織物強力儀（江蘇南通宏大集團），Y731型紗線耐磨儀（常州紡織儀器廠）.ASS3000型全自動單紗漿紗機（天津市隆達機電科技發展有限公司），HWS－150BX型恒溫衡濕箱（天津泰斯特儀器有限公司）.

1.2 測試方法

（1）漿料配方根據相似相容原理，在目前常用的變性淀粉、PVA、聚丙烯酸類漿料中進行篩選，最終確定選用馬鈴薯變性淀粉K5、聚乙烯醇（PVA）1799、聚丙烯酸、蠟片4種不同漿料.通過改變用量的比例，調制出3種配方作為PLA纖維紗線特性研究的混合漿料.3種漿料配方見表1.

（2）漿液黏度和黏度熱穩定性將3種漿料配方配制成質量分數為6%的漿液500mL，在恒溫水浴鍋中加熱至95℃開始保溫計時，用YT821型可調式漏斗黏度計測定待測漿液的黏度（s），此后每隔30min用NDJ－79型旋轉式黏度計測定一次黏度值，共測定6次（3h），后5次測定的黏度值的極差與95℃保溫1h測定的黏度值的比值即黏度波動率［5］.即

表1 漿液配方 %

（3）漿膜性能首先將面積為420mm×297mm，厚度為8mm四周磨光的長方形玻璃平板用螺絲可調式水平儀調制水平，并用少量水蘸于玻璃板上檢驗以確保其水平.然后分別將這3種不同配方的漿料配制成濃度為3%的漿液400mL，待升溫至95℃后保溫30min，將其冷卻至50℃時量取60ml漿液慢慢倒在玻璃板上，并用玻璃棒將漿液均勻地鋪滿在玻璃板上.自然干燥成膜后剝下，即為實驗用漿膜［7］.將漿膜放入溫濕度分別為30℃和75%的恒溫恒濕箱內24h，再測試漿膜性能.

漿膜的斷裂強力測試方法：將漿膜裁成長100mm，寬5mm的長條，放在恒溫恒濕箱內（RH40%）平衡24h，取出在HD021N型紗線強力儀上測量漿膜的斷裂強力，式（2）計算漿膜的斷裂強度：

漿膜吸濕性測試方法：將漿膜裁成半徑約為80mm的圓形試樣，放在105～110℃烘箱中烘至恒重后稱重，然后在溫濕度分別為30℃和70%的恒溫恒濕箱內平衡約24h，取出并在天平上稱重，兩次質量的極差與干重的比值即為漿膜的吸濕率.即

式中 Ψ為漿膜吸濕率（%）；A為漿膜吸濕后的質量（g）；B為漿膜干燥質量（g）.

漿膜水溶性測試方法：待漿膜從恒溫恒濕箱取出后，將漿膜裁成長100mm，寬10mm的長條狀，將漿膜一端載2g左右重物（一般為小夾子），然后將漿膜載有重物的一端浸入80℃的水中，浸沒于水中的一段漿膜隨重物斷脫時的秒數表示漿膜的水溶速率.每種配方漿膜試驗10次，求出其平均值.

（4）漿紗工藝將3種不同漿料配方調制成質量分數為8%的漿液700mL.選用ASS3000型全自動雙浸雙壓型單紗漿紗機對9.7texPLA纖維紗線進行上漿.將調好的漿液倒入已預熱好的漿紗機（一般預熱30min），漿紗中選用卷繞速度為30m／min，烘槽溫度和烘房溫度為80℃.其上漿工藝參數見表2.

表2 上漿工藝參數

上漿后測試9.7tex PLA纖維紗線的各項性能指標.漿紗增強率、減伸率通過上漿后斷裂強力、斷裂伸長率計算而得.紗線斷裂強力及斷裂伸長率在宏大HD021N電子單紗強力儀上進行測試，夾口間隔距為500mm，拉伸速度為500mm／min，每組測試30次，計算平均值.漿紗增強率（Z）和漿紗減伸率（ε）計算公式見式（4），（5）.

式中 Pj為30根漿紗平均斷裂強度；Ps為30根原紗平均斷裂強度.

種子的簡化活力指數是比發芽率更可靠的檢測種子質量的指標，可以綜合反應種子的生理狀態。不同濃度的海水對厚萼凌霄種子簡化活力指數的影響見圖4。

式中 Lj為30根漿紗平均斷裂伸長率，%；Ls為30根原紗平均斷裂伸長率，%.

漿紗耐磨性在Y731型紗線耐磨儀上測試.在室溫條件下，紗線靜態張力為200cN，磨片自壓力為240g，磨片空載往返率為143次／min.測試30次，記錄耐磨次數，計算平均值.

再按式（6）計算出漿紗的增磨率.

式中 mj為漿紗磨斷次數；mo為原紗磨斷次數.

毛羽降低率測試方法：用YG171B－1型紗線毛羽測試儀檢測毛羽，毛羽長度一般設定3mm以上，10cm長紗線內單側長達3mm毛羽的根數稱毛羽指數.漿紗毛羽降低率（F）計算公式見式（7），每次測試紗線長度為1m，共測30次，取平均值，紗線通過速度為30m／min.

式中 nj為漿紗毛羽指數平均值；n0為原紗毛羽指數平均值.

采用烘干法測試漿紗回潮率.再按式（8）計算漿紗的回潮率（WG）.

式中 wj為漿紗濕重（g）；w為漿紗干重（g）.

經紗退漿率測試方法：將適量（一般為1～2g）漿過的紗線放入105～110℃數顯電熱恒溫鼓風干燥箱烘干至恒重后稱重，記為W0；然后置于已煮沸的200mL濃度為2%的NaOH溶液中，煮后用清水洗凈，再放入烘箱中充分烘干至恒重后稱重，記為W1，毛羽損失率為β，退漿率S計算公式見式（9）.

毛羽損失率通過了機時原紗試樣煮洗前后干重的質量差與了機時原紗試樣煮洗前干重的比值來計算.

2 結果與討論

2.1 漿液黏度及黏度熱穩定性

3種配方漿液的黏度測試結果見表3.由表3可以看出，3種配方漿液的黏度熱穩定性都高于85%，均有利于漿紗上漿.相對而言，配方3的黏度值最小，黏度熱穩定性最高，漿液性能最優.

表3 3種配方漿液的黏度測試

2.2 漿膜性能

（1）漿膜外觀 3種配方在同一操作條件下的漿膜外觀如圖1所示.由手感目測法得出，配方2和配方3漿膜外觀性能較配方1優良.

圖1 3種配方漿膜外觀圖

（2）漿膜性能測試分別對3種配方漿膜的厚度、斷裂強力、斷裂強度、斷裂伸長率、吸濕率、水溶速率等進行測試，結果見表4.從表4可以看出配方3無論是外觀，還是厚度的均勻程度都優于配方1、配方2.配方1水溶性差，不利于退漿；配方2和配方3漿膜水溶性好，利于退漿；配方1和配方2漿膜吸濕大，漿紗易出現再粘現象，織造時使開口不清，配方3的斷裂強度高.總體來看，配方3最優.