提高NaSCN濕法腈綸光澤度的研究

楊雪紅 奚偉峰

(中國石化上海石油化工股份有限公司腈綸部，200540)

纖維的光澤度與反射光有很大的聯(lián)系[1]。反射光包括表面反射光和內(nèi)部反射光，織物表面光滑度差異越大，這兩種光線在表面反射光中所占比例的差別就越大。光線折射進入物體之后，由物體內(nèi)部反射重新進入原介質(zhì)的這部分光線叫內(nèi)部反射光，而內(nèi)部反射光也可分為反射光和漫射光兩部分。因此決定纖維光澤度的不僅有纖維表面的光滑度，還有纖維的截面形狀、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等因素。

腈綸是生產(chǎn)工藝路線最多的合成纖維[2]，不同工藝路線生產(chǎn)的纖維光澤度不同。進入2l世紀(jì)，高光澤度腈綸因其絢麗的光澤、華貴的風(fēng)格在國內(nèi)家居裝飾材料市場成為新寵，品種以大有光腈綸為主，而且均采用有機溶劑紡絲，這是因為聚丙烯腈在有機溶劑中的溶解性好，在凝固浴中成形快，纖維的結(jié)構(gòu)致密化程度較高，截面呈腰子形，對應(yīng)的纖維的表面比較光滑，富有光澤。中國石化上海石油化工股份有限公司腈綸生產(chǎn)采用的工藝為無機溶劑(NaSCN)濕法紡絲，纖維截面呈圓形，雖然纖維的空氣感好，但表面有一定的溝槽，開發(fā)大有光腈綸有一定的難度，為此進行了實驗研究，以期改善纖維的光澤度。

1 實驗部分

1.1 主要原料

含13.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))固體丙烯腈共聚物的NaSCN溶液。

1.2 工藝流程

實驗在NaSCN濕法紡絲生產(chǎn)線上進行，主要工藝流程如下：紡絲液從噴絲板擠出后，在凝固浴中擴散成形；經(jīng)過冷牽伸后對纖維進行預(yù)拉伸，賦予其一定的強度，再經(jīng)過水洗、熱牽伸進入烘干工序,使之結(jié)構(gòu)致密化；為提高纖維的取向度，纖維烘干后還需加以再牽伸，之后進行定型。

1.3 分析與測試

1.3.1 纖維光澤度測試

出口通過分流控

采用山東紡織科學(xué)研究院儀器研究所生產(chǎn)的LFY-224型織物光澤儀測試?yán)w維的光澤度。測試按照《FZ/T 01097—2006織物光澤測試方法》進行，織物光澤度的計算公式見式(1)，取3個試樣的平均值。

Gc=Gs/(Gs-GR)1/2

(1)

式中：Gc——織物光澤度；

GS——織物正反射光光澤度，%；

GR—— 織物正反射光光澤度與漫反射

光光澤度之差，%。

1.3.2 纖維截面形狀測試

采用荷蘭Philips公司生產(chǎn)的XL30E SEM型電子顯微鏡進行測試。

1.3.3 纖維結(jié)構(gòu)性能參數(shù)測試

采用D/MAX-3A型X射線衍射儀測定纖維的結(jié)晶度和取向度等結(jié)構(gòu)性能參數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 紡絲成形工藝對纖維光澤度的影響

紡絲漿液自噴絲板擠出后，在NaSCN稀溶液中擴散成形。由于溶劑擴散速度慢，纖維成形速度也較慢，且由于纖維在成形過程中受一定的牽引力，容易在纖維表面形成一定的溝槽，降低了纖維的表面光滑度。

通過適當(dāng)降低凝固浴密度和提高凝固浴溫度以加快纖維表面成形, 以便在纖維表面形成一層比較光滑的纖維膜；同時改變冷牽伸方式，由原先的浸入式冷牽伸改為噴淋式冷牽伸，以降低纖維在受力狀態(tài)下的溶劑擴散速度，減少纖維表面溝槽的產(chǎn)生，從而提高纖維的光澤度。

實驗結(jié)果表明：通過凝固浴條件及冷牽伸方式的改變，纖維的表面溝槽深度有所下降，纖維的光亮度有所提高，但不能完全消除溝槽。

2.2 牽伸倍數(shù)對纖維取向度的影響

當(dāng)具有層狀構(gòu)造的纖維受到光線照射時，在纖維表面發(fā)生第一次光的反射與折射，一部分光線從纖維表面反射出來，而另一部分經(jīng)折射進入纖維內(nèi)部的折射光，在到達纖維的第一、二層界面時，發(fā)生第二次光的反射與折射。這個過程逐層進行，最后，所有從纖維內(nèi)部各層界面上反射出來強度不同的內(nèi)部反射光，一部分被纖維吸收，另一部分仍回到纖維表面射向界外，并且在纖維表面形成一散射層，使纖維表面的反射光量增加。因此增加纖維的取向度，在一定程度上可以增加纖維的層狀結(jié)構(gòu)。

水洗出口的絲束為經(jīng)過冷牽伸的初生纖維，冷牽伸倍數(shù)為1.5倍。熱牽伸出口的纖維為經(jīng)過冷牽伸和熱牽伸的樣品，牽伸倍數(shù)為12倍。再牽伸出口樣品為烘干后再次加以牽伸取向的纖維。

對牽伸倍數(shù)進行調(diào)整，增加纖維的取向度，以提高纖維光澤度。對不同工序點的纖維產(chǎn)品進行取向度分析，結(jié)果見表1。

表1 不同工序點纖維取向度比較

光澤度Gc值越大，纖維越光亮。從表1可以看出：熱牽伸出口纖維的取向度較高，對應(yīng)的Gc值較高。從水洗出口、熱牽伸出口纖維數(shù)據(jù)看，纖維的取向度上升幅度較大，主要原因為熱牽伸前纖維還處于一定的凝膠態(tài)，纖維中的聚丙烯腈大分子活動性比較好，因此在牽伸的過程中容易取向。再牽伸工序?qū)μ岣呃w維取向度的效果雖不是很大，但也有利于分子取向，提高纖維的光亮度。從光澤度看，再牽伸出口的纖維光亮度最高，主要也與纖維結(jié)構(gòu)致密程度有一定的關(guān)系。

2.3 纖維截面形狀對光澤度的影響

不同截面形狀的纖維其光澤度差異較大，最具代表性的是圓形與三角形。在入射光量相同的條件下進行比較，三角形截面纖維存在部分全反射現(xiàn)象，光澤較強，有些內(nèi)部反射光會在纖維截面的局部棱邊上發(fā)生全反射，而且具有這種截面的纖維有“閃光”效果，即當(dāng)改變光線的入射角或觀察角度時，可以看到纖維的光澤會隨之發(fā)生明暗程度交替變化；圓形截面纖維中，光線在任一界面上的入射角都和折射角相等，在任何條件下都不能形成全反射，因此這類纖維的透光能力較三角形截面纖維強，而且比較柔軟。

采用異型噴絲板，通過調(diào)整負(fù)牽伸率來改變纖維的截面形狀。實驗表明：當(dāng)負(fù)牽伸率為78%時，由于聚丙烯腈為高分子，存在“擠出脹大”的效應(yīng)，即使噴絲板孔為矩形，紡出的纖維截還是呈圓形；當(dāng)負(fù)牽伸率為50%時，由于減少了紡絲溶液的“擠出脹大”，纖維中的分子松弛減少，所以纖維的截面形狀主要為紡錘形。兩種截面的纖維光澤度比較見表2。

表2 不同截面的纖維光澤度比較

3 結(jié)論

(1)NaSCN濕法紡絲成形速度慢，纖維的結(jié)構(gòu)不是很致密，表面不是很光滑，光澤度較小。實驗表明：可以通過加快纖維成形速度以及改變冷牽伸形式來改善纖維結(jié)構(gòu)，達到改善纖維光澤度的目的。

(2)纖維的表面越光滑，纖維的光澤度越好，凝固條件和冷牽伸方式的改變在一定程度上降低了纖維表面的溝槽深度，提高了纖維的光澤度，但不能從根本上消除溝槽。

(3)牽伸倍數(shù)越高，纖維的取向度越高。特別是纖維完全成型前，由于分子的活動性較好，纖維更容易取向。

(4)截面為紡錘形的纖維要比圓形纖維的光澤度要好，且由于前者彎曲模量較低，相對柔軟。

[1] 王運利，姚金波.淺談織物的光澤[J].染整技術(shù)，2006,28 (2)：11-13.

[2] 徐靜. NaSCN法腈綸光澤影響因素分析及提高方法的研究[J].合成纖維，2010(9)：40-43.