干法腈纶纤维的特点与纺织性能

摘 要：主要介绍干法腈纶纤维的成型过程及特点,并与湿法纺丝对比,因成型机理不同,纤维的结构和表面形态差异大,造成其物理性能的不一样,重点介绍干法腈纶的特性和纺织后加工中应注意问题.

关 键 词：干法腈纶纤维结构性能

一、干法腈纶纤维的成型过程及其特点

在干法纺丝的过程中,纺丝溶液经过计量泵之后,会以特定的速度与压力进入到喷丝板的小孔当中,并从孔口流出进而形成液体细流.通常情况下,形成初生纤维需要经历如下几个阶段：其一,入口段,即纺丝溶液进入喷丝板的孔道；其二,溶液在孔内以恒定的速度进行流动；其三,液体细流出口段；其四,细流受到外力的作用后出现形变,并在冷却介质的作用下固化成形.相关研究结果表明,聚合物纺丝溶液的粘度越高,纺丝过程中流体经过喷丝孔直径就越小,这样一来便会导致流动时雷诺准确性系数较小.此外,由于纺丝溶液主要是在外部压力的作用下强迫流出喷丝孔的,这使得流动过程中会有一部分应力得到松弛,因此,在纤维成形的过程中,要求纺丝溶液的弹性应当尽可能的小,这样有利于成形.干纺成型具有纺丝速度快、原液固体含量较高等特点,同时,由于纤维中的溶剂对纤维的拉伸还具有一定的增塑作用,故此,生成的纤维拉伸倍数较高.正因干纺过程的这些特点,使得加工出来的纤维表面非常光滑,纤维本身的结构也十分均匀且紧密,其表面与内部的微小孔隙也比较少,这使得干纺腈纶纤维具有了优异的性能.

纺丝细流在纺丝过程形成细流的可能性与溶液从喷丝孔流出的稳定性有着非常密切的关系.大体上可将影响液体细流稳定性的因素归纳为以下几个方面：其一,喷丝头的表面与液体之间的界面层上的表面引力以及液体细流同冷却介质之间的界面上的表面引力都会纺丝细流的实际流动行为造成一定程度的影响；其二,液体实际流动的动能大小也会对纺丝细流的稳定产生影响；其三,纺丝液体从纺丝板流出之后到丝线成形区内张力的影响.在流速相对较低的前提下,形成的细流横断面大概是孔径的3-5倍左右,如果速度提升至一个特定的范围时,会在距离喷丝板表面一定距离的位置处出现膨胀现象,若是提高纺丝速度,则细流直径会与喷丝孔的直径越来越接近,从而便会形成较为稳定的流动过程,此时细流的速度相对比较均匀.通常情况下,纺丝溶液从喷丝板流出的速度达到使散流消失的速度被称之为临界速度,只有超过这个速度才可能形成细流,相关试验结果显示,临界速度主要与液体的粘度以及孔径的大小有关,即粘度越高、孔径越小,所需的临界速度就越大.

二、干法腈纶纤维与湿法纺丝的对比分析

湿法纺丝主要是在双扩散的作用下,使原液当中的溶剂浓度达到凝固临界点,此时聚合物便会出现沉淀,从而产生相分离.在湿纺纤维的成型过程中,原液细流表面也会先发生凝固,进而形成皮层,但是因为水会向皮层扩展,所以形成的皮层致密性并不高.为此,采用湿法纺丝工艺时,必须使成型条件缓和,并确保皮层不过厚过硬,防止成型后的纤维拉伸困难.通常情况下,湿法纺丝的纤维截面形状与喷孔的形状大体一致,当溶液为无机溶剂时,纤维截面呈圆形,溶液为有机溶剂时,纤维截面比较接近于圆形或心脏形.如果湿纺成型的凝固过程较为剧烈,会导致纤维表面出现裂缝,这也是造成湿纺纤维表面比较粗糙的主要原因之一.

由上文中的分析可知,干纺与湿纺的成型过程有所差别,这使得纤维的截面形状也不相同,干纺纤维的截面为犬骨形（也被称为哑铃形）,湿纺纤维的截面则多以圆形为主.相关试验结果表明,纤维的截面形状与刚性有着直接关系,即圆形截面的纤维刚性相对较大,不容易出现倒伏现象,而犬骨形截面的纤维则比较蓬松、柔软,输水性能也比较良好.此外,纤维的截面形状还与摩擦系数有关,干纺腈纶纤维的静摩擦和动摩擦以及纤维与金属间的摩擦系数都要比湿纺纤维高.由此可得出如下结论：由于两种成型工艺所获得纤维截面形状有所不同,所以两者的物理性能差别较大.

三、干法腈纶纤维的特性及纺织后加工应注意的问题

1.干法腈纶纤维的特性

由于干法腈纶纤维的截面为犬骨形,这种截面形式使其具备了如下特性：

1.1柔软性.相关试验结果显示,在细度与取向度完全相同的前提下,犬骨形截面的弯曲模量与圆形截面的弯曲模量之比为0.52-0.54.干法纤维沿轴的弯曲模量约为湿法纤维的50%左右,这使得干法腈纶具有了良好的柔软性.

1.2蓬松性.干法纺丝工艺的凝固条件决定了单丝聚集较为松散,这使得干法腈纶纤维间存在着非常多的空隙,这些空隙的存在使纤维织物中包覆了大量的空气,故此蓬松性较好.

1.3保暖性.由于干法腈纶纤维的覆盖面积相对较大,这使得纤维本身具有了足够的保暖性,并且织物的手感也较为丰满,在覆盖能力相同的前提下,干法腈纶纤维的用量较少,能够节约加工成本.

1.4输水性.因为干法腈纶纤维中的截面形式使其纤维内部具有了足够多的空隙,加之空隙本身的毛细管小样,从而使干法腈纶在疏导水和湿气的性能上要高出棉2.5倍左右.

1.5容易上色.干法腈纶纤维可以采用阳离子染料与分散染料进行染色,并且在常压的条件下不需要任何载体便可以上染,阳离子上染属于定位吸附,色牢度相对较好,而且光泽优雅.

1.6抗日晒.干法腈纶纤维暴露在太阳光的紫外线下时,其表现出了非常优良的强度牢固性.

2纺织后加工应注意的问题

大量的研究表明,干法腈纶纤维适合应用在英式、法式以及改进的精纺毛梳系统上加工.但在实际加工过程中应当对以下事项加以注意：

2.1上油时应注意的事项.必须在加工时添加补充油剂.需要注意的是,上油量尽可能不要超过纤维重量的5%,以免引起梳理机过载等情况发生.

2.2混合过程中应注意的事项.干法腈纶纤维一般能够与其它类型的腈纶以及合成纤维进行混合加工.但在实际生产中,必须控制好与针梳牵伸和并丝次数之间的平衡,这样有利于降低生产成本.

2.3梳毛时的注意事项.在进行具体的梳毛操作时,可以从同一个批次当中随机抽取至少6包的短纤维进行混合,这样有利于提高染色的均匀性.

结论：

总而言之,干法腈纶纤维因其工艺合理性较高,从而使纤维本身具有良好的纺织性能.在实际加工中,只需要对加工过程进行合理、有效的控制,并对可能影响加工质量的问题进行注意,便能够加工出性能优良的产品.