芳砜綸紡紗油劑初探

(東華大學紡織學院，上海，201620)

芳砜綸即聚砜酰胺(Polysulfonamide，PSA)纖維，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。該纖維具備優良的耐熱性、阻燃性、電絕緣性和染色性，在產業用紡織品方面有良好的應用前景。芳砜綸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)[1-2]。

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極易產生靜電，纖維間的抱合力較小，導致成紗困難，產生成紗強力低和成紗毛羽多等問題，對成紗質量造成較大影響[3]。有以下幾種方法可以解決上述問題：對芳砜綸進行等離子體處理，通過表面改性來改善纖維體積比電阻、摩擦因數及潤濕性等，進而提高其可加工性[4-5]；或者將芳砜綸與其他可加工性較好且具有阻燃性的纖維(如羊毛、芳綸1313、阻燃黏膠纖維等)進行混紡，通過改變混紡比來改善成紗質量[6-8]；或者紡紗前對芳砜綸施加一定量的抗靜電劑或紡紗油劑，減少紡紗過程中產生的靜電，以使紡紗順利進行[9-10]。考慮到等離子體處理會對纖維本身造成一定損傷且加工成本較高，混紡紗可能會影響芳砜綸在阻燃及染色等方面的優良性能，故上述前兩種方法在實際生產加工中尚未得到廣泛應用，而對芳砜綸施加油劑等助劑并不會對纖維造成上述損傷或影響，成為最常用的方法。

本文針對芳砜綸靜電大、抱合性差等特點，選擇適當的平滑劑和表面活性劑配制紡紗油劑。通過比較不同抗靜電劑的抗靜電效果，并根據實際紡紗過程及成紗質量優劣來確定效果較好的芳砜綸紡紗油劑配方。

1 油劑的作用機理和組分選擇

1.1 油劑的作用機理

使用油劑的目的就是在纖維表面涂上一層油膜，以增加纖維的抱合力、抗靜電性和平滑性[11]?；w油劑主要由平滑劑和表面活性劑組成。平滑劑的主要作用是減少纖維與加工機件之間的摩擦，保護纖維表面，降低加工過程中對設備的磨損和銹蝕等。表面活性劑包括抗靜電劑、乳化劑和滲透劑等。表面活性劑的抗靜電性與其在纖維表面形成的定向吸附層有關?？轨o電劑能在空氣與纖維界面上形成定向吸附層，其親水基朝著空氣，疏水基朝著纖維。此時，抗靜電劑的單體與水分子形成氫締合分子，在纖維表面形成一層水膜，增加了纖維的吸濕性，并賦予纖維良好的導電性，減少靜電荷積聚，降低纖維表面電阻，從而達到抗靜電效果[12]。

1.2 油劑組分的選擇

目前較為常用的平滑劑有礦物油、脂肪酸酯和聚醚三類。纖維之間的靜摩擦因數隨平滑劑黏度的增大而降低，纖維與金屬間的動摩擦因數隨平滑劑黏度的增大而提高[13]。本試驗采用工業白油(礦物油)作為平滑劑，以改善芳砜綸的纖維抱合性。

本試驗初選六種抗靜電效果較好的抗靜電劑，分別為烷基醚磷酸酯鉀鹽(MOA3PK)、十二烷基磺酸鈉、異己醇聚氧乙烯醚磷酸單酯鉀鹽(TF-481)、烷基磷酸酯二乙醇胺鹽(抗P)、十八烷基二甲基羥乙基季銨硝酸鹽(SN)和HDC-350。前四種為陰離子抗靜電劑，后兩種為陽離子抗靜電劑。通過試驗對六種抗靜電劑進行了比較，優選出適合芳砜綸的抗靜電劑。

為了降低油劑的表面張力，增加潤濕滲透作用，選用月桂醇聚氧乙烯醚(JFC)作為滲透劑，選用兩種脂肪醇與環氧乙烷縮合物(MOA3和MOA9)作為乳化劑，使油劑中各單體通過物理化學過程達到平衡，有助于得到均勻、透明和穩定的乳液。

上述油劑各組分的配比為：工業白油50%～80%，MOA3 10%～15%，JFC 1%～10%，MOA9 1%～10%，抗靜電劑1%～5%。

2 試驗部分

2.1 原料

在靜電場試驗中，選取芳砜綸(2.2 dtex×51 mm)、腈綸(1.67 dtex×4 0mm)、滌綸(1.67 dtex×38 mm)、黏膠纖維(1.67 dtex×38 mm)、羊毛、錦綸(11 dtex，長絲)等纖維作為樣品。在油劑試驗中，選取不同配方的自配油劑作為樣品，并選用目前工廠試用油劑作為對比。

2.2 內容與方法

2.2.1 靜電場測試方法

參照GB/T 6504—2008《化學纖維含油率試驗方法》中的萃取法對上述六種纖維進行試驗前處理，以避免纖維表面油劑對靜電場測試的影響。將處理好的纖維用手扯成兩端平齊的纖維束，再將纖維束剪至相同長度(38 mm)，然后分別稱取0.5 g不同種類的纖維作為試驗樣品。樣品在試驗條件下放置24 h，然后進行試驗。

將纖維樣品均勻鋪于Y131型梳片式羊毛長度分析儀上，利用上、下梳片將樣品固定；然后用夾子將纖維快速抽出(模擬紡紗加工中纖維摩擦起電過程)，置于絕緣紙上，立即用FMX-003型靜電測試儀對纖維因摩擦產生的靜電場進行測量。對同一樣品測試5次，試驗結果取平均值。

2.2.2 摩擦因數測試方法

采用絞盤法，通過YG151型纖維摩擦因數測定儀對施加不同油劑的芳砜綸進行摩擦因數測試，初始張力為0.1 cN。測定動摩擦因數時，金屬輥(或纖維輥)的轉速為30 r/min；測定靜摩擦因數時，使纖維輥不動，緩慢轉動扭力天平手柄，直至纖維與纖維輥之間發生突然滑移，讀取指針開始偏轉時扭力天平上的讀數。每個樣品測試5根纖維，每根纖維測試兩次，取平均值作為試驗結果。

2.2.3 紡紗試驗及指標測試

將采用不同油劑處理的芳砜綸經清梳聯、并條、粗紗和細紗等工序紡成細紗，觀察不同樣品在紡紗過程中的表現，并對細紗進行品質測試，包括斷裂強度、斷裂伸長率、條干不勻率和毛羽指數等。

紡紗前油劑處理方法為：將油劑與去離子水通過攪拌配制成均勻乳液，再均勻噴灑至纖維上，置于密封袋中悶放24 h后進行紡紗。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。

細紗斷裂強度及斷裂伸長率是依據標準GB/T 3916—1997《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強力和斷裂伸長率的測定》，使用YG061型電子單紗強力儀對細紗進行測試。每根單紗測試30次，結果取平均值。

細紗條干不勻率是依據標準GB/T 3292—1997《紡織品 紗條條干不勻試驗方法 電容法》，使用YG135G條干均勻度測試分析儀對細紗進行測試。

細紗毛羽指數是依據標準FZ/T 01086—2000《紡織品 紗線毛羽測定方法 投影計數法》，使用YG172型紗線毛羽測試儀對細紗進行測試。

3 結果與討論

3.1 靜電場試驗

為避免纖維表面油劑對纖維本身靜電性能的影響，測試前對纖維進行萃取處理，以去除油劑。測試環境溫度為16 ℃，相對濕度為37%。試驗結果見表1。

表1 不同纖維樣品靜電場測試結果

注：“-”和“+”分別代表纖維與金屬摩擦后產生靜

電荷的極性為負和正。

由表1發現，芳砜綸經摩擦后產生的靜電荷極性為負。根據異種電荷相互吸引的原理推測，陽離子抗靜電劑在纖維表面可能較容易產生定向吸附，從而起到較好的抗靜電效果。但考慮到陽離子抗靜電劑對金屬機件具有一定的腐蝕性且成本較高，而陰離子抗靜電劑能較好地改善纖維的抱合性。因此，在后續試驗中選擇了陽離子和陰離子兩種抗靜電劑進行比較。

由表1可以看出，與其他纖維相比，在相同的試驗條件下芳砜綸產生的靜電壓更大。這說明在紡紗加工中芳砜綸的靜電問題可能更為突出。

3.2 抗靜電劑對比試驗

分別將等量的MOA3PK、十二烷基磺酸鈉、TF-481、抗P、SN和HDC-350與相同比例的平滑劑、滲透劑、乳化劑等組分配制成油劑，并依次編號為1號、2號、3號、4號、5號和6號油劑。將上述六種油劑按與紡紗前處理相同的方法對芳砜綸進行預處理。試驗環境溫度為24 ℃，相對濕度為49%。

3.2.1 靜電場測試

為了比較不同油劑對纖維抗靜電性能的影響，試驗前未對纖維進行萃取處理，并取未加油劑的纖維樣品作為對比。試驗結果見圖1。

從圖1可以看出：施加油劑的纖維樣品比未施加油劑的纖維樣品產生的靜電場小；施加5號油劑的芳砜綸產生的靜電壓最小，其使用的抗靜電劑為SN；兩種陽離子抗靜電劑配制的油劑(5號、6號)比四種陰離子抗靜電劑配制的油劑(1號～4號)產生的靜電壓要小。

圖1 不同油劑對芳砜綸靜電場的影響

3.2.2 摩擦因數測試

為比較加入不同抗靜電劑的油劑對纖維平滑性和抱合性的影響，對經不同油劑處理的芳砜綸分別進行纖維與金屬之間動摩擦因數(記為μ1)，纖維與纖維之間動、靜摩擦因數(分別記為μ2、μ3)的測試。測試結果見表2。

表2經不同類型油劑處理的纖維樣品的摩擦因數測試結果

摩擦因數油 劑 類 型1號2號3號4號5號6號μ10.360.340.350.350.380.35μ20.260.260.270.270.270.27μ30.330.330.360.340.340.35

從表2可以發現：經5號油劑處理的樣品，纖維與金屬間動摩擦因數較大，可能會對其平滑性不利；經3號油劑處理的樣品，纖維間靜摩擦因數大，且動、靜摩擦因數之差最大，有利于提高纖維之間的抱合性。

3.3 紡紗試驗及細紗品質測試

3.3.1 紡紗試驗

通過抗靜電劑對比試驗發現， 5號油劑抗靜電效果較好，3號油劑抱合性較好。選用3號和5號油劑以及目前工廠使用的兩種油劑(分別記為7號和8號)處理過的芳砜綸進行紡紗試驗，并將未經油劑處理的芳砜綸作為對比樣品進行試驗。通過施加不同油劑的芳砜綸在紡紗過程中的表現，對油劑性能進行比較。紡紗環境溫度為29 ℃，相對濕度為75%。試驗結果見表3。

表3經不同類型油劑處理的纖維樣品在紡紗過程中的表現

紡 紗 評 價油 劑 類 型未經處理3號5號7號8號成網打分①29488并條繞皮輥次數—②0—②00粗紗斷頭次數—②2—②21細紗斷頭次數—②0—②00

注：①成網打分是依據纖維在清梳聯工序成網過程中產生的靜電大小及是否有破洞、破邊等現象進行綜合打分。滿分為10分，分數越高說明成網越順利、靜電越小。

②因加工困難，無法繼續紡紗，故相應指標未能測試。

表3顯示：施加3號油劑的纖維樣品成網效果最好；未經油劑處理的纖維樣品在梳理過程中靜電嚴重，無法成網；施加5號油劑的纖維樣品出現繞錫林現象，成網有破洞，可能是由于油劑黏度較大，導致纖維與金屬之間動摩擦因數大，故纖維不易從針布上脫離造成的。

表3還顯示：在粗紗工序，施加3號、7號、8號油劑的纖維樣品均出現繞皮圈斷頭現象，可能是由于在紡紗過程中隨著纖維不斷地受到摩擦，纖維表面水分、油劑逐步減少，引起靜電增大導致的。由于細紗工序時間較短(約1 h)，故斷頭次數僅供參考。

3.3.2 細紗品質測試

對細紗進行毛羽、條干及斷裂強度等品質指標測試，結果見表4。

表4 細紗成紗指標測試結果

由表4可以發現，使用3號油劑的細紗在條干不勻率、細節、斷裂強度和斷裂伸長率等指標上均優于使用7號和8號油劑的細紗，而其他指標介于使用7號和8號油劑的細紗之間。這表明3號油劑在實際紡紗過程中有助于芳砜綸減少靜電，提高抱合性，改善了其可加工性。

4 結論

(1)芳砜綸在摩擦過程中產生的靜電壓比滌綸、錦綸等纖維大，且靜電荷極性為負。在本試驗選用的六種抗靜電劑中，陽離子抗靜電劑的抗靜電效果優于陰離子抗靜電劑。

(2)以TF-481為抗靜電劑的3號油劑，在實際紡紗過程中較好地解決了芳砜綸靜電大、抱合性差等問題，且在與工廠目前使用的兩種油劑的對比中具有一定的優勢。

(3)油劑對纖維平滑性、抗靜電性及抱合性等方面的綜合作用可以改善纖維的可加工性?？轨o電性的效果也可能在一定程度上依賴于油劑平滑性及抱合性的優劣。

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