堿處理對(duì)滌綸通絲涂層效果的影響研究

張紫云，解開放，徐廣標(biāo),2

(1. 東華大學(xué)紡織學(xué)院，上?！?01620; 2. 東華大學(xué)紡織面料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上?！?01620)

0　引言

通絲上接提花織機(jī)，下接綜絲，是提花織機(jī)開口裝置的主要提升部件。隨著提花織機(jī)的高速化，通絲與目板處發(fā)生磨損斷裂是通絲失效的主要原因。因此，通絲的耐磨性對(duì)其使用壽命至關(guān)重要。為提高通絲的耐磨性，市場上用于制造通絲的原材料以及涂層方法也發(fā)生了變化。

棉麻是比較早運(yùn)用于通絲的生產(chǎn)中的材料，其耐磨性、耐油污性、抗霉性差，需經(jīng)上油、上蠟或上漿處理以提高耐磨性[1-3]。隨后，維綸通絲因具有耐磨、耐油、耐酸、抗霉、無靜電等優(yōu)良特性被應(yīng)用于通絲的生產(chǎn)，但通常也要采用對(duì)其粘附性優(yōu)異的聚乙烯醇漿料涂層，從而提高耐磨性[4-6]。芳綸通絲經(jīng)聚四氟乙烯乳液涂層處理后具有優(yōu)異的耐磨性和耐熱性，但耐疲勞性差，無法承載長期循環(huán)應(yīng)力的作用[7]。滌綸具有優(yōu)異的強(qiáng)伸性、耐磨性、耐老化性、耐熱性、抗光性、耐疲勞性、化學(xué)穩(wěn)定性和極低的回潮率[8-12]，這使得滌綸成為目前制作通絲的主要材料。同樣，滌綸通絲也需要涂層，以進(jìn)一步提高其耐磨性能。由于滌綸是含有酯基的疏水性纖維，因此用于涂層的漿料大分子中也必須含有非極性的酯基，才能保證良好的界面結(jié)合性能[13]。

為了提高漿液對(duì)通絲的粘附，基于改善漿料及滌綸通絲表面的界面作用及漿料對(duì)疏水性滌綸纖維具有粘附性的考慮，本文使用不同濃度的NaOH溶液對(duì)通絲表面進(jìn)行了處理，并在同一條件下用部分醇解PVA對(duì)通絲上漿，以探索堿處理對(duì)通絲涂層效果的影響，為以后通絲的開發(fā)與應(yīng)用提供科學(xué)的指導(dǎo)。

1　實(shí)驗(yàn)

1.1　通絲的編織

使用16錠二維編織機(jī)KBL-16-2-90對(duì)250D/72F的高強(qiáng)低伸型滌綸工業(yè)絲進(jìn)行編織，通絲編織結(jié)構(gòu)為一上一下，具體規(guī)格見表1。

表1　通絲的編織參數(shù)

1.2　堿處理

將通絲浸泡于75%酒精溶液，在溫度為80℃、頻率為80KHZ、功率為500W的超聲波清洗儀中清洗30min，烘干后，分別浸入濃度分別為0g/L、1.5g/L、4.5g/L、10g/L的NaOH溶液中，水浴溫度為60℃，水浴時(shí)間為0.5h，水浴完成后，洗凈烘干。

1.3　涂層

烘干后的通絲浸入漿料30s后，經(jīng)雙羅拉壓漿輥進(jìn)行涂層，在14N張力和192℃下進(jìn)行熱定型3min，漿料配方如表2。

表2　漿料配方

2　通絲性能測定

2.1　表觀形貌

使用電子顯微鏡TM3000對(duì)通絲進(jìn)行形貌觀察。

2.2　上漿率

將堿處理后的通絲烘干后冷卻，測得通絲的干重為m1，上漿后，再將通絲烘干后冷卻，測得通絲的干重為m2，計(jì)算上漿率，見式(1)。

(1)

2.3　拉伸性能

使用萬能電子強(qiáng)力儀模型WDW-20對(duì)通絲進(jìn)行拉伸測試，根據(jù)FZ 65220-1995，拉伸速度為100mm/min，夾持距離為20 cm，溫度為(20±3)℃，相對(duì)濕度為(65±5)%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果取5次實(shí)驗(yàn)的平均值。

2.4　耐磨性

使用自制通絲耐磨儀(簡圖如圖1所示)測試涂層后通絲的耐磨性，通絲固定在可以旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)的擺桿上，在10N張力下與目板發(fā)生摩擦，通絲與目板的夾角為38°，通絲與目板接觸的摩擦長度為16mm。實(shí)驗(yàn)結(jié)果取3次實(shí)驗(yàn)的平均值。

圖1　自制的通絲耐磨儀簡圖

3　結(jié)果與分析

3.1　形貌觀察

使用電子顯微鏡TM3000觀察經(jīng)不同濃度NaOH溶液處理后上漿的通絲的形貌，結(jié)果如圖2所示。

(a)0g/L

(b)1.5g/L

(c)4.5g/L

(d)10g/L

從圖(a)到圖(d)中可看出，隨堿液濃度的升高，通絲表面粘附的漿液增加，說明堿處理對(duì)通絲的表面發(fā)生了作用，使得漿料更易粘附于滌綸通絲表面。

3.2　上漿率

按公式(1)計(jì)算出經(jīng)不同濃度NaOH溶液處理后通絲的上漿率，結(jié)果如圖3所示。

圖3　經(jīng)不同濃度NaOH溶液處理后通絲的上漿率

從圖3中可看出，隨堿濃度的上升，通絲的上漿率也呈上升趨勢。經(jīng)0g/L、1.5g/L、4.5g/L、10g/L堿液處理的滌綸通絲的上漿率分別為3.06%、3.57%、3.76%、4.24%。與未經(jīng)堿處理的通絲相比，經(jīng)1.5g/L、4.5g/L、10g/L堿液處理的滌綸通絲的上漿率分別提高了16.72%、22.9%、38.56%。說明堿液對(duì)通絲表面有一定的作用，提高了漿料的粘附性，為涂層粘附性的改善起到一定作用。

為進(jìn)一步探究弱堿處理對(duì)滌綸通絲表面的作用，使用DCAT11動(dòng)態(tài)接觸角測量儀，采用吊片法，測試堿處理后的通絲的動(dòng)態(tài)接觸角，溫度為(20±3)℃，相對(duì)濕度為(65±5)%，去離子水作為潤濕液體，浸入深度3mm，接觸角測試速率為0.2mm/s，預(yù)加張力值為0.5mg，測試循環(huán)數(shù)為1，實(shí)驗(yàn)結(jié)果取10次實(shí)驗(yàn)的平均值。測得經(jīng)不同濃度NaOH溶液處理后通絲與去離子水的動(dòng)態(tài)接觸角的數(shù)據(jù)，處理后的結(jié)果如圖4所示。

圖4經(jīng)不同濃度NaOH溶液處理后通絲與去離子水的動(dòng)態(tài)接觸角

從圖4中可看出，隨堿液濃度升高，前進(jìn)角、后退角變化不大，滯后角呈上升趨勢。當(dāng)堿液濃度從0g/L上升到10g/L時(shí)，滯后角增大最大約10°。滯后角變大，即表面變粗糙。通絲作為被粘物，表面的粗糙度增大一定程度，有利于提高涂層的粘附強(qiáng)度。因?yàn)樵谏蠞{過程中，漿料可以滲入通絲表面的微小凹隙，干燥后鑲嵌在孔隙中形成微小的“銷釘”，提升涂層與通絲的機(jī)械咬合，使涂層與通絲更牢固地粘結(jié)[14-15]。因此，通過動(dòng)態(tài)接觸角的測試可知，堿液對(duì)通絲表面確實(shí)有作用，堿液使通絲表面變粗糙，提升了涂層與通絲表面的機(jī)械咬合，使滌綸更易吸附漿料[16]，從而提高了上漿率。

3.3　拉伸性能

使用萬能電子強(qiáng)力儀模型WDW-20測試了經(jīng)不同濃度NaOH溶液處理后通絲的斷裂強(qiáng)力，數(shù)據(jù)處理后的結(jié)果如圖5所示。

圖5　經(jīng)不同濃度NaOH溶液處理后通絲的斷裂強(qiáng)力

從圖5中可看出，與未經(jīng)弱堿處理直接上漿的通絲相比，經(jīng)弱堿處理后上漿的通絲強(qiáng)力均有下降。當(dāng)堿液濃度為0g/L，斷裂強(qiáng)力為240N以上，而當(dāng)堿液濃度為1.5g/L、4.5g/L、10g/L時(shí)，斷裂強(qiáng)力均在235N以下，最低為231.72N，下降了4.46%。這是由于堿的作用，PET在堿液中發(fā)生水解，纖維表面遭剝蝕，纖維變細(xì)同時(shí)表面產(chǎn)生凹穴及薄弱點(diǎn)，易導(dǎo)致應(yīng)力集中，當(dāng)一根纖維斷裂后，其所承擔(dān)的強(qiáng)力將分散到其他纖維，加重它們的負(fù)荷，從而使通絲的力學(xué)性能下降[17]。

3.4　耐磨性

使用自制通絲耐磨儀測試了經(jīng)不同濃度NaOH溶液處理后通絲的耐磨性，處理后的結(jié)果如圖6所示。

圖6　經(jīng)不同濃度NaOH溶液處理后通絲的耐磨性

從圖6中可看出，隨堿濃度的上升，通絲的耐磨次數(shù)也呈上升趨勢。當(dāng)堿液濃度分別為0g/L、1.5g/L、4.5g/L、10g/L時(shí)，通絲的耐磨次數(shù)分別為3.46、3.68、3.94、4.25萬次。與未經(jīng)弱堿處理直接上漿的通絲相比，經(jīng)1.5g/L、4.5g/L、10g/L堿液處理后，耐磨次數(shù)分別提高了6.42%、13.85%、22.81%。在其他實(shí)驗(yàn)條件相同的情況下，經(jīng)弱堿處理后的通絲的耐磨性得到提高，可能是三個(gè)原因：第一，通絲表面的粗糙度增大，涂層與通絲的機(jī)械咬合增大；第二，弱堿除去了通絲表面部分的紡絲油劑，有利于涂層對(duì)通絲的粘附[16]；第三，弱堿使滌綸發(fā)生水解，產(chǎn)生羥基、羧基[18]，有利于與部分醇解PVA及漿液中的水分子形成氫鍵。這三個(gè)因素都有利于增大涂層與通絲的界面作用力，達(dá)到涂層對(duì)通絲粘附性增加的效果，從而對(duì)涂層效果起到了改善作用，提升了耐磨性能。

4　結(jié)論

(1)弱堿處理使通絲表面的粗糙度增大，有利于提高涂層的粘附強(qiáng)度。當(dāng)堿液濃度從0g/L升高到10g/L時(shí)，上漿率從3.06%增加到4.24%，提升了38.56%。

(2)滌綸在弱堿中發(fā)生水解，纖維變細(xì)同時(shí)表面產(chǎn)生凹穴及薄弱點(diǎn)，易導(dǎo)致應(yīng)力集中，從而使通絲的力學(xué)性能降低。當(dāng)堿液濃度從0g/L上升到10g/L時(shí)，斷裂強(qiáng)力略呈下降趨勢，但均在230N以上。

(3)弱堿處理增大了涂層與通絲的界面作用力，提高了漿液對(duì)通絲的吸附與粘附，從而對(duì)涂層效果起到了改善作用，提升了通絲的耐磨性能，當(dāng)堿液濃度從0g/L上升到10g/L時(shí)，耐磨次數(shù)從3.46萬次增加到4.25萬次，提高了22.81%。

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