（纺织工程专业论文）预湿对浆沙性能影响的研究.pdf

预湿对浆纱性能影响的研究 摘要 “预湿上浆”这一既可以提高上浆质量，又可以减少环境污染的新型上 浆工艺，国外文献认为有可能成为未来的标准上浆工艺。但目前有关预湿上 浆的系统研究还比较缺乏。本文在综述有关预湿上浆的国内外研究现状的基 础上，就预湿对浆纱上浆率及物理机械性能的影响、预湿对浆液浸透和被覆 状况的影响，以及预湿对经纱表面性能的影响等等方面进行了较为系统的研 究。主要研究工作包括：利用搭建的实验室用小样预湿上浆机，依据设计的 上浆实验方案，使用氧化淀粉和p v a 混合浆分别对2 9 t e x 和3 6 5 r e x 纯棉经 纱进行了传统上浆和预湿上浆实验，并获取了相应的4 0 种浆纱试样；依据 4 0 种浆纱试样的卜浆率和物理机械性能的测试结果，较系统地探讨了预湿对 浆纱上浆率和物理机械性能的影响：利用自制的可精确控制切片厚度的纤维 与纱线切片器，切制了四种浆纱试样的切片，并在对所采集的浆纱切片显微 图像进行了相应的预处理的基础上，提取了浆纱横截面的9 个特征指标，进 而较全面地探讨了预湿对浆纱横截面中浆料分布的影响；依据所推导的原纱 和预湿纱的表面自由能和经纱浆液界面自由能的计算公式，探讨了预湿对经 纱浸润功的影响，并通过对接触角、毛细效应和浆料粘着力的实测，验证了 上述理论分析的结果。最后对预湿上浆中预湿的作用机理进行了小结。全文 共分七章，各章节的主要研究内容如下： 论文的第一章在阐述论文的选题背景和研究意义的基础上，主要介绍了 预湿上浆工艺与设备、预湿对浆纱上浆率及物理机械性能的影响、预湿对浆 液浸透与被覆状况的影响、预湿的作用机理等内容的国内外研究现状。 论文的第二章首先介绍了自行设计的预湿装置和搭建的预湿上浆系统， 接着介绍了预湿上浆实验用原料、设备以及预湿上浆工艺参数。选用的原纱 为2 9 t e x 和3 6 5 t e x 纯棉纱，主体浆料为氧化淀粉，辅助浆料为p v a 。最后按 所设计的上浆实验方案，进行了传统上浆、双浸双压预湿上浆、双浸双压预 湿二次上浆等4 0 个上浆实验，并获取了相应的浆纱试样。 论文的第三章首先在介绍了浆纱的上浆率、断裂强力、断裂伸长率、耐 磨次数和毛羽指数等指标的测试仪器和测试方法的基础上，测试了第二章所 获得的浆纱试样的上浆率和物理机械性能，然后较为全面地分析了预湿对浆 纱上浆率和物理机械性能的影响。 论文的第四章首先介绍了改进的哈氏切片实验方法和所研制的新型纱 线切片器，然后使用该新型切片器对浆纱试样进行了切片制作及其显微图像 的采集，接着对获取的浆纱横截面图像进行了预处理，包括对比度对数增强、 图像二值化、图像边界跟踪以及剔除孤立点和细小分支等，较好地获取了浆 纱试样的二值图像。 论文的第五章首先介绍了所确定的新的浆纱横截面特征指标体系，然后 从四种浆纱试样横截面的二值图像中提取了横截面特征指标，接着依据横截 面特征指标的提取结果，较深入地探讨了预湿对浆纱横截面中浆料分布的影 响。 论文的第六章首先推导了原纱和预湿纱的表面自由能和经纱浆液界面 自由能的计算公式，并以此讨论了预湿对浸润功的影响。接着通过接触角、 毛细效应和浆料粘着力的分析与测试，不仅从理论上验证了上述定性分析的 结果，而且定量地讨论了预湿对浆液在经纱上接触角、经纱毛细效应、浆料 粘着力等的影响。最后对预湿的作用机理进行了小结。 论文的第七章总结了本文的主要贡献和存在的不足，并提出了将来迸一 步研究的方向。 关键词：预湿上浆预湿上浆机理经纱表面性能浆纱横截面特征指标 浆纱切片制作纤维与纱线切片器 s t u d yo nt h ee f f e c t so fp r e - w e t t i n g o ns i z e dy a r np r o p e r t i e s a b s t r a c t t h en e w l yd e v e l o p e ds i z i n gt e c h n i q u e ，p r e - w e ts i z i n gw h i c hc a nn o to n l yi m p r o v et h e s i z i n gq u a l i t yb u ta l s oh e l p sk e e pt h ee n v i r o n m e n tc l e a n , i sr e g a r d 。dp o s s i b l ya st h es t a n d a r d s u i n gp r o c e s si nt h ef l t u r e h o w e v e r , s y s t e m a t i ci n v e s t i g a t i o n sa r es c a n t u ym a d eo np r e - w e t s i z i n g i nt h i st h e s i s ，b a s e do nt h es u m m a r i z a t i o no f t h er e c e n tp r o g r e s si np r e - w e ts i z i n gi nt h e w o r l d , c o m p a r a t i v e l ys y s t e m a t i cs t u d ya l ec o n d u c t e dt oi n v e s t i g a t et h ee f f e c t so fp r e - w e t t i n g o nt h es i z e - p i c k - u pa n dp h y s i c a lm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so ft h es i z e dy a m , t h es i z ep e n e t r a t i o n a n de n c a p s u l a t i o na sw e l la st h ew a r py a ms u r f a c ec h a r a c t e r i s t i c ，e t c t h em a i nw o r ki nt h i s t h e s i si n c l u d e st h a tb o t ht h et r a d i t i o n a ls i z i n ga n dp r e - w e ts i z i n ge x p e r i m e n t so f2 9 t e xa n d 3 6 5 t e xp u r ec o t t o ny a r n su s i i l gt h eb l e n d e ds i z eo f m i 】d n go x y s t a r c hw i t hp v a a l ec a r r i e do u t o nt h eb u i l tp i l o tp r e - w e ts i z i n gs y s t e m t h es i z e - p i c k - u pa n dp h y s i c a lm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so f t o t a l4 0s i z e dy a ms a m p l e sa r et e s t e da c c o r d i n gt ot h ed e s i g n e ds i z i n gs c h e m e e f f e c t so f p r e - w e t t i n go ns i z e - p i c k u p a n dp h y s i c a lm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so ft h es i z e dy a ma r e i n v e s t i g a t e da c c o r d 堍t ot h et e s tr e s u l t s 4s i z e dy a ms a m p l e sa r ec r o s s - s e c t i o n e du s i i 培t h e n e w f i b e r y a r nm i c r o t o m ed e v e l o p e db yo u r s e l v e s , w i t hw h i c h t h ec r o s s - s e c t i o nt h i c k n e s sc a l l h ec o n t r o l l e dp r e c i s e l y 9f e a t u r ei n d e x e sa r ee x t r a c t e da f t e rt h ed i g i t a li m a g e so f t h es i z e dy a m c r o s s - s e c t i o nt , e i n gp r e t r e a t e c kt h ee f f e c t so fp m w e t t i l l go nt h es i z ed i s t r i b u t i o ni nt h es i z e d y a r nc r o s s - s e c t i o na l ef u r t h e rd i s c u s s e d b a s e do nt h ed e v e l o p e df o r m u l a so ft h ew a r py a r n s u r f a c ef r e ee n e r g ya n di n t e r f a c ef r e ee n e r g yb e t w e e nw a r py a ma n ds i z el i q u i d , t h ee f f e c to f p r e - w e t t i n go r lt h ei m m e r s i o n a lw e t t i l l gw o r k , w h i c hi sy i e l d e dw h e nw a r py a mb e i n g i m m e r s e di ns i z el i q u i d , a r ed i s c u s s e d b ym e a s u r i n gt h ec o n t a c ta n g l eb e t w e e nw a r py a r na n d s i z el i q u i d , t h ew a r py a r nc a p i l l a r ye f f e c ta n da d h e s i v ef o r c eo fs i z ea r ev a l i d a t e d t h em a i n c o n t e n t sc o v e r e di ne a c hc h a p t e ra r ea sf o l l o w s i nc h a p t e r la f t e rd e s c r i p t i o no ft h eb a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c eo ft h et o p i cs e l e c t i o no f t h i st h e s i s ，a ni n t r o d u c t i o no ft h er e c e n tp r o g r e s si nm a n ya s p e c t si np r e w e ts i = z i n gh o m ea n d a h o a di sp r e s e n t e d , i n c l u d i n gp r o c e s s i n gt e c h n o l o g i e s ，e q u i p m e n t sa n dt h em e c h a n i s m so ft h e i l i p r e - w e t t i n g ；t h ee f f e c t so fp r e - w e t t i n go ns i z e - p i c k u pa n dp h y s i c a lm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so f s i z e dy a m , s i z ep e n e t r a t i o na n de n c a p s u l a t i o n , a n dp r e - w e t t i n gm e c h a n i s m , e t c i nc h a p t e r 2t h eb u i l tp i l o tp r e - w e ts y s t e mc o n s t r u c t e db yo u r s e l v e s , e x l ) e r i m e n t a lm a t e r i a l s a n dp r o c e s sp a r a m e t e r sa r ei n t r o d u c e d 盘s t l y i nt h i ss t u d y2 9 t e xa n d3 6 5 t e xp u r ec o t t o ny a r n s a r eu s e da se x p e r i m e n t a lm a t e r i a l s t h em i x e ds i z ec o n s i s t so f m a i ns i z ec o m p o n e n t o x y - s t a r c h a n da s s i s t a n ts i z ec o m p o n e n tp v a f i n a l l y , 4 0e x p e r i m e n t so nt h et r a d i t i o n a ls i z i n g , d o u b l ed i p d o u b l es q u e e z ep r e w e ts i z m g ，d o u b l ed i pd o u b l es q u e e z ep i e - w e tt w i - s i z i n ga r ec a r r i e do u t a c c o r d i n gt ot h ed e s i g n e de x p e r i m e n t a ls c h e m e s ，a n dc o r r e s p o n d i n g l y4 0s i z e dy a ms a m p l e s a r eo b t a i n e d i nc h a p t e r 3t h es i z e p i c k - u pa n dp h y s i c a lm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s , i n c l u d i n gb r e a k i n g s t r e n g t h , b r e a k i n ge l o n g a t i o n , a b r a s i o nr e s i s t a n c e ，h a i r i n e s $ i n d e x , o f a l lt h es i z e dy a ms a m p l e s o b t a i n e di n c h a p t e rt w oa l et e s t e d , m e a n w h i l et h et e s t i n gm e t h o da n dd e v i c e s a r ea l s o d e s c r i b e d b a s e do nt h et e s t i n gr e s u l t st h ee f f e c t so fp r e - w e t t i n go nt h es i z e p i c k - u pa n d p h y s i c a lm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so f t h e s i z e d y a r n a r ea n a l y z e d i nc h a p t e r 4t h em o d i f i c a t i o n so fh a r d y sm i c r o t o m em e t h o da n do u rn e w l yd e v e l o p e d f i b e r y a r nm i c r o t o m ea r ei n t r o d u c e df 麟- t l y t h e n , t h es i z e dy a ms a m p l e sa r ec r o s s - s e c t i o n e d w i t ht h en e w l yd e v e l o p e dm i c r o t o m ea n dt h ed i g i t a li m a g e so fs i z e dy a mc r o s s - s e c t i o n sa r e c a p t u r e d f o l l o w i n gt h a t , t h ed i g i t a li m a g e sa r ep r e t r e a t e d , i n e l u d i i l gc o n t r a s tl o g a r i t h m i c e n h a n c e m e n t ，i m a g eb i n a r yc o n v e r s i o n , i m a g eb o u n d a r yt r a c e ，i s o l a t e dp 0 缸a n df i n eb r a n c h e l h n i n a t i o n - f i n a l l yt h ee x c e l l e n tb i n a r yi m a g e sa r eo b t a i n e d i nc h a p t e r 5t h en e wf e a t u r ei n d e x e ss y s t e md e s i g n e db yo u r s e l v e si si n t r o d u c e d 五r s t l y t h e n , 9e r o s s - s e c t i o nf e a t u r ei n d e x e so f4t y p e so fs i z e dy a ms a m p l e sa r ee x l r a c t e df r o mt h e o b t a i n e db i n a r y i m a g e s f i n a l l y , a c c o r d i n gt o t h ee x t r a c t e dr e s u l t so ft h es i z e dy a m c r o s s - s e c t i o n s , t h ee f f e c t so fp r e - w e t t i n go ns i z ed i s t r i b u t i o ni nt h es i z e dy a r nc r o s s - s e c t i o na l e d i s c u s s e d i nc h a p t e r 6t h ei n d i c a t i n gw a r py a r n 双l r i i l c ef l e ee n e r g ya n di n t e r f a c ef o ee n e r g yb e t w e e n w a r py a ma n ds i z ef i q u i d a l es e d u c e d , c o n s e q u e n t l yt h ee f f e c to fp r e - w e t t i n go nt h e i m m e r s i o n a lw e t t i n gw o r ky i e l dw h e nw a r py a mb e i n gi m m e r s e di nt h es i z ef i q u i di sp r e d i c t e d b ym e a s u r i n gt h ec o n t a c ta n g l eb e t w e e nw a r py a r na n ds i z el i q u i d , t h ew a r py a mc a p i l l a r y e f f e c ta n dt h ea d h e s i v ef o r c eo fs i z e ，t h ea b o v ep r e d i c t i o ni s v a l i d a t e d f i n a l l y , t h ea c t i o n m e c h a n i s mo f t h e p r e - w e t t i n gi ss u m m a r i z e d i nc h a p t e r 7as u m m a r yi sm a d et od e s c r i b et h em a i nc o n t r i b u t i o n so f t h e p r e s e n tw o r ka n d t h ep r o b l e m sn e e d e dt ob ef u r t h e rs t u d i e d t h ef u t u r ew o r k i sa l s op r o s p e c t e d k e yw o r d s ：p r e w e ts i z i n g ，p r e - w e ts i z i i l gm e c h a n i s ms u r f a c ec h a r a c t e r i s t i c so f w a r py a r n , f e a t u r ei n d e x e so ft h es i z e dy a r nc r o s s - s e c t i o n , c r o s s - s e c t i o n i n gf o rs i z e dy a r n , f i b e ra n dy a mm i c r o t o m e v 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的 学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的 成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本 人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律 结果由本人承担。 学位论文作者签名：赵基眨 日期：略年1 1 月2 p 日 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密团，在羔年解密后适用本版权书。 不保密口。 学位论文作者签名：叁萼屹指导教师签名：芬簪 日期：巧年月刁日 日期：。6 年ff 月如日 东华大学博士学位论文2 0 0 6第一章绪论 第一章绪论 “浆纱工序”作为织造前最后一道对经纱质量有影响的准备工序，起着 承上启下的关键作用，是纺织厂非常重要的工序之一。大约3 8 的经纱断头 是由于浆纱不当所导致【l 】。通过对经纱上浆，可改善经纱的耐磨性和提高毛 羽伏贴率，从而提高经纱承受织造过程中由于经纱张力和各种摩擦作用力引 起的复合应力的能力( 该能力也称为“经纱可织性”) ，进而可提高织造效率、 产品质量和经济效益。正因如此，“浆纱工序 倍受重视，许多研究者从各 种角度研究了浆纱工艺对浆纱质量的影响，相继推出了“高压上浆 、“预湿 上浆 等可以提高浆纱质量的新的上浆方式和上浆工艺。 但在以往的研究中，人们只重视如何提高上浆质量，而忽视了浆纱工序 会间接导致环境污染这一负面作用。浆纱工序导致环境污染的原因是，在印 染厂进行印花染色前必须全部退掉在浆纱工序对经纱施用的浆料，而这些退 浆废液正是一个重要污染源，特别是当浆料配方中使用聚乙烯醇( p v a ) 等 生物降解困难的浆料时，污染就更严重。为使人类与自然能协调、和谐地发 展，使人们能在优美的生态环境中工作和生活，纺织科技工作者在研究能进 一步提高上浆质量的上浆工艺和上浆方式时，必须同时兼顾减少环境污染这 一历史使命。正是在该背景下，“预湿上浆 ( p r e w e ts i z i n g ) 这一既可以提 高上浆质量，又可以减少浆料消耗从而减少环境污染的新型上浆工艺，目前 已成为全世界的研究热点之一【2 15 1 ，并有可能成为未来的标准上浆工艺【h i 。 现就预湿上浆工艺与设备、预湿对浆纱物理机械性能影响、浆料浸透与被覆 状况的研究、预湿的作用机理等等问题的国内外发展状况综述如下。 1 1 预湿上浆工艺与设备 早在6 0 年前，我国的南通地区就已存在着较原始的“预湿上浆工艺， 即在对经纱进行上浆前，先将纱线浸泡到水中一定时间，然后再用竹竿对已 被水浸透的纱线进行压榨来降低其含水率。他们这样做的目的是，减少织造 时的经纱断头和节省浆料。 东华大学博士学位论文2 0 0 6 预湿技术应用于织物整理工艺已经有数十年，且已取得很大成功d 5 i 。国 内外将预湿技术应用于浆纱工艺的研究始于4 0 多年前，当时研究的主要目 的是提高浆纱质量，但因存在着浆槽中浆液浓度波动较大等问题，研究进展 很慢，直到l9 9 2 年才成功用于长丝上浆、l9 9 7 年开始用于短纤纱上浆 1 6 1 。 此时，人们才真正体会和认识到预湿上浆的益处和发展前景。 所谓“预湿上浆是指在传统浆纱机的经轴架与浆槽间放置一个水槽， 使经纱在进入浆槽前，先经9 0 。c 左右的热水浸渍和高压压榨( 压榨力为1 0 0 k n 左右) ，如图1 1 所示。预湿经纱的压出回潮率( 即压榨后的预湿经纱的回潮 率) 一般控制在4 0 左右。 热水槽 浆槽 图1 1 预湿上浆装置示意图 近几年来，世界各大浆纱机制造商加大了预湿上浆设备的研制与开发力 度，不断推出各种新型的预湿浆纱机。目前，几乎所有的世界各大浆纱机制 造商都生产预湿浆纱机，如本宁格( b e n n i n g e r ) 、卡尔迈亚( k a r lm a y e r ) 、格 林芬( g r i f f i ns o n s ) 、祖克( s u c k e r m u l l e r h a c o b a ) 、西点( w e s tp oi n tf o u n d r y & m a c h i n ec o ) 、津田驹( t s u d a k o m a ) 、丰田( t o y o t a ) 等。我国郑州纺织机械厂 和盐城纺织机械厂，以及台湾大雅公司也生产预湿浆纱机。 国际上，预湿上浆设备的研制开发方面主要集中在以下方面： ( 1 ) 预湿槽和浆槽间的布置形式 预湿槽和浆槽间的布置形式可以采用二者分离的独立式，也可以采用集 成在一个单元里的紧凑式。与紧凑式相比，独立式的缺点是不仅占地面积较 2 东华大学博士学位论文2 0 0 6 大，而且预湿经纱在进入浆槽前，其温度降低较多而不利于上浆；其优点是 便于实现预湿槽浆槽互选，即在不需要预湿上浆时，预湿槽可用作浆槽，也 就是该预湿浆纱机可作为双浆槽浆纱机使用。本宁格生产的s a v e s i z e 、 s a v e s i z e c o m b i 预湿浆纱机以及尔迈亚、格林芬生产的预湿浆纱机等采用的 是独立式，而祖克生产的w e t s i z e 预湿浆纱机以及西点生产的预湿浆纱机等 采用的是紧凑式【1 4 】。本宁格最新生产的t k v 预湿浆纱机，在不需要预湿上 浆时，可作为双浆槽浆纱机使用。卡尔迈亚的最新预湿上浆系统m p c p w 的 预湿槽和浆槽相距较近，减少了经纱的扭结现象和温度下降的程度【4 】。 ( 2 ) 预湿槽的浸压形式 目前预湿浆纱机的预湿槽的常用浸压形式有单浸单压双压或双浸双 压。单浸双压的双压是指上水辊与压水辊间的压榨和浸水棍对上水棍的侧 压，若无侧压则是单浸单压。祖克、津田驹、西点等生产的预湿浆纱机采用 单浸单压双压预湿浸压形式，本宁格、卡尔迈亚等生产的预湿浆纱机则采用 双浸双压预湿浸压形式。 实践表明【2 】：采用双浸双压预湿浸压形式可产生较好的效果。这是由于 第一次压榨不仅可以阻挡灰尘，而且可以排除纱线中的空气，使经纱在第二 次浸没时能吸收更多的水分。但单浸单压双压预湿浸压形式结构简单、占地 面积较小。 ( 3 ) 其它预湿方式 除了上述利用水槽对经纱进行预湿这一方式外，个别公司还推出了其它 的预湿方式。如西点公司推出的s a s p w 预湿上浆系统1 7 】，是在上浆前给经 纱喷雾化水，并通过精确控制施加的雾化水量来维持恒定的水湿透率。另外， c h r i s t i a n 的发明专利【1 8 】，是通过直接喷洒液体到经纱表面实现对经纱进行预 湿；a u r i c h 的发明专利【1 9 j ，是利用泡沫对经纱进行预湿。 ( 4 ) 利用双浆槽浆纱机进行预湿上浆 利用双浆槽浆纱机也可以进行预湿上浆，即将第一个浆槽作为预湿水槽 使用。如德国的l a u f f e n m u u h l e 公司利用双浆槽浆纱机，分别对2 0 - 5 0 t e x 的 纯棉、涤棉( 5 0 5 0 ) 和涤棉( 6 5 3 5 ) 环锭纱或转杯纱进行了预湿上浆，上 第一章绪论 东华大学博士学位论文2 0 0 6 浆效果较好【5 j 。但需要注意的是，一般双浆槽浆纱机的压榨力只有4 0 k n ，预 湿经纱的压出回潮率过高，从而会对浆槽中的浆液有较大的稀释作用，使浆 槽中浆液的浓度难于控制。正因如此，一些工厂采用了对预湿经纱进行烘燥 的方法来降低预湿经纱在进入浆槽前的回潮率。 采用预湿上浆工艺所获得的浆纱不仅适用于有梭织机、喷气织机、剑杆 织机、片梭织机的织造，而且也可用于m 8 3 0 0 多相织机的织造【3 】。但目前预 湿上浆技术在品种适应性方面仍有一定的局限性。预湿上浆适合于中粗特纯 棉纱或含涤比例较低的涤棉混纺纱，不适合于纯涤纱以及含涤比例高的涤棉 混纺纱或细特棉纱。这是因为后者在预湿时，其压出回潮率难于控制到4 0 以下，从而会因浆槽中浆液被过分地稀释，致使浆液浓度难于控制，进而导 致上浆质量波动较大。实践表明，若浆纱上浆率的下降幅度超过5 0 ，就不 能保证浆纱具有可靠的可织性【6 】。 j o h n e n 1 5 】认为，预湿上浆技术不适宜细特纱线的部分原因是不知道如何 解决可能出现的工艺问题和缺少机器硬件( 如定量技术) 。在使用光滑装置 的情况下，预湿上浆工艺可用于小于2 0 t e x 的细特纱线。光滑装置在纱线运 动方向上通过定向作用和贴附毛羽，使浆膜均匀，进而使纱线圆滑。 我国引进预湿浆纱机的纺织厂很少，只引进了1 0 台左右预湿浆纱机。 引进的厂家有山东德州第一棉纺织厂、广东韶关第一棉纺织厂、广东溢达纺 织有限公司、河北衡水棉纺织厂、河北保定依棉纺织有限公司、四川自贡棉 纺织厂、河北石家庄第五棉纺织厂等。在上述厂家中，除保定依棉纺织有限 公司引进的是津田驹h s 3 0 型预湿浆纱机、山东华润临清公司引进的是祖克 $ 4 3 2 型预湿浆纱机外，其他厂家引进的是价格较为便宜的k a r l m a y e r 预湿 浆纱机。 我国在预湿上浆技术应用方面与国外差距较大，主要表现在使用面不 广、能预湿的经纱品种非常有限，对预湿上浆缺乏使用经验，对预湿工艺和 设备、预湿机理等等方面缺乏较为系统的研究。 4 东华大学博士学位论文2 0 0 6 1 2 预湿对浆纱物理机械性能的，影响 常用的浆纱物理机械性能指标有：断裂强力、断裂伸长率、耐磨次数和 毛羽指数。目前普遍认为浆纱耐磨性和毛羽伏贴率是浆纱的关键质量指标 2 0 2 4 1 o 因在织造时作用在经纱上的拉伸力仅为原纱断裂强力的2 0 ，对于大多 数经纱来说，其原纱强力就已经足够胜任织造任务了，故经纱增强是不重要 的【2 们。但为使经纱能顺利的织造，经纱必须具有一个最低限度的强度值，以 抵抗织造时所承受的应力f l 】。考虑到经纱在织造时需承受反复拉伸和磨损， 浆纱伸度可能更为重要【25 1 。在织造时经纱的最大伸长率为0 5 6 ，也远低于 经纱断裂伸长率。一般认为，减伸率只要不大于2 5 3 5 即可满足织造要 求【2 0 1 。朱苏康和高卫东【2 1 1 认为，浆纱的断裂强力和伸长率与其可织性的相 关性较小。v i d y a r t h i 等【2 6 】从大量的工厂和实验室测试结果中发现，浆纱强伸 性与经纱可织性不直接相关。 提高浆纱耐磨性和减少毛羽是实现满意织造的前提。s e n g u p t a 等2 7 1 发 现，经纱的最小耐磨寿命可很好地评判其可织性。a g g a r w a l 和h a r i 2 8 】观察到： 耐磨性最好的经纱具有最高的织造效率。另外，他发现存在一最小的耐磨指 标值，低于该值时，经纱织造断头率剧增。随着浆纱毛羽增多，织造时相邻 经纱问纠缠倾向增加，在喷气织造时易引起纬纱阻断头【2 9 1 。故毛羽指数对浆 纱可织性具有重大影响，对于喷气织造来说，尤为重要【30 1 。 与传统的上浆技术相比，预湿上浆在提高浆纱耐磨性和减少毛羽等方面 有独特的优点，纱线耐磨性可提高6 0 1 5 0 ；纱线的毛羽可减少约5 0 ； 纱线断裂强力可提高l5 2 0 。由于浆纱物理机械性能得以较大的提高， 在织造过程中，经纱粘连倾向可降低约3 0 5 0 ，经纱和纬纱的织造断头 率降低，织造效率可提高l 5 。另外，预湿上浆可降低浆料消耗2 0 5 0 ，因此，不仅退浆快，且可减少退浆带来的环境污染；退浆的耗水量也 可降低约2 0 5 0 ，这有利于水资源的保护u i 1 3j 。 第一章绪论 东华大学博士学位论文2 0 0 6 1 3 浆料浸透与被覆状况的研究 经纱上浆的实质是，使一部分浆液粘附于纱线的表面一一被覆；同时， 使一部分浆液浸透到纱线内部一一浸透。合适的浆料浸透与被覆是提高浆纱 质量的关键所在。b e h e r a 和h a r i 3 1 】认为，被覆形成的浆膜可保护浆纱表面纤 维免受磨损和伏贴毛羽；浸透不仅可通过提高浆料与纤维间的结合力而阻止 纱线结构解体，而且是被覆可靠的前提与保障。s l a u s o n 等f 3 2 】认为，柔韧、 延伸性好及均匀的浆膜与纱线表面的粘着性好，可提高纱线抵抗织造时的复 合应力的能力。s t r a u s s 2 9 1 认为，浆料浸透率的最优范围是2 0 3 0 ，当浸 透率超过4 0 时，浆纱弹性大大降低；当浆料浸透率太高时，会导致浆纱脆 而硬，容易产生应力疲劳和断裂，甚至于不能进行织造；当浸透率太低时， 浆纱耐磨性差且织造落物多。s t r a u s s 等【2 5 】研究发现，随着浆膜完整率的增 大，经纱能更好地忍受织造时的摩擦力，浆纱的可织性得到提高。当浆纱被 覆差且扁平时，易引起织造问题及影响织物质量p0 1 。当浆料浸透较少，且又 主要集中在纱线周围时，浆纱的耐磨性较差【3 3 。 a d a m s 和c a l l a w a y 3 4 1 在研究工作中发现了一个“异常 现象，即在4 个澳9 试的浆纱试样中，具有最高的耐磨性、断裂强度和断裂伸长率的2 号浆 纱试样的实际织造效率( 5 1 5 ) 最低，而浆纱的强度不及原纱强度，并且 断裂伸长率在4 个试样中也是最低的3 号试样的实际织造效率( 9 0 2 ) 最 高。为探明其原因，他利用扫描电镜对这些浆纱的横截面进行了观察，发现 3 号试样主要是被覆上浆，浸透很少，但2 号试样主要是浸透上浆，被覆很 少。高浸透低被覆上浆时，会导致浆纱发硬、耐磨性差，进而使浆纱的可织 性不好。由上可见，深入研究浆料在浆纱横截面中的分布是非常重要的。 但是，要研究浆料在浆纱横截面中的分布，需首先获取浆纱横截面的显 微图像。张怀珠【3 5 】采用手摇切片法进行了浆纱横截面的显微定量观测及其应 用研究，刘燕平【3 6 】采用哈氏切片法进行了浆纱切片试验方法研究。a n n i s 等 【3 7 1 介绍了手工切制浆纱切片的试验技术。h a r i 等【3 8 】用切片机切制了采用石 蜡包埋的浆纱切片，以对高压上浆的浆纱性能进行研究。a n n i s 和k y l l o 3 9 介 绍了板式和软木塞法等手工制作浆纱切片技术。h a l l 等【4o 】采用将一定根数纱 6 线拉过一p v c 管后，再用刀片切开的方法获取了浆纱横截面，然后使用扫 描电子显微镜观察和获得了浆料浸透与被覆状况及毛羽伏贴程度等信息。 c h e n 等 4 1 1 采用扫描电子显微镜观察并计算浆纱横截面的浆液浸透程度。 b o y l s t o n 4 2 1 介绍了一种改进的包埋法切片制作技术一一管包埋技术，即将大 约5 0 根纱线包缠在一个聚乙烯管子里，然后再用甲基丙烯酸树腊进行包埋。 该方法具有固化快，纱线间分离清晰，纱线保形好等优点，但未见有将其用 于制作浆纱切片的报导。 目前，我国主要采用操作简单、方便的哈氏切片器制作浆纱切片，但其 不能准确控制切片的厚度、难于保证厚薄均匀，并且在浆纱切片显微图像中， 浆纱的边界不清晰。这些不利因素直接影响了对浆纱横截面中浆料分布情况 的研究。 由于受浆纱切片技术的限制，对浆料浸透率、被覆率和浆膜完整率这三 个上浆质量指标的系统研究非常少，而只是通过对浆纱切片显微图像照片进 行观察来简单分析浆纱横截面中浆料的分布情况。 德国邓肯道夫纺织工艺研究所的研究者”j 切制了上浆率分别为69 和 72 的预湿上浆和传统上浆的浆纱横截面照片，如图1 2 所示。他们认为： 在预湿上浆工艺中，浆辩的浸透量较小，浆料主要分布在纱线的周围，即形 成明显的被覆上桨。 f a )惭 图l2 浆纱横截面照片( b ) 传统上浆( b ) 预湿上浆 东华大学博士学位论文2 0 0 6 1 4 预湿上浆中预湿的作用机理 王元昌【4 3 1 认为，在预湿上浆工艺中，经纱经过热水浸渍和高压压榨，可 以融化或洗涤纱线中的果胶质、棉蜡和整理剂等物质和杂质，从而改善了经 纱的润湿状况和在浆槽中的吸浆条件。同时，预湿经纱在浸浆时，因浆液易 溶于水，故很快向纱线上所吸附的水中扩散，使经纱表面上浆较多，而浸透 较少。h y r e n b a c h t 6 1 和t r a u t e r 【7 1 均认为，“浆液不能渗透到纱芯，而主要是表 面上浆 是预湿上浆纱毛羽减少的可能原因，并因此降低了经纱在织造时相 互间的缠结倾向。 德国邓肯道夫纺织工艺研究所对预湿上浆工艺进行了研究【5 】。他们测试 了预湿工艺对纤维的洗涤作用，发现：将棉纱在水中预湿处理1 0 s 后除去了 2 5 的纺纱助剂，尽管水温对其没有影响，但水温越高，硬化物溶解越多， 纤维的吸水率越高；与原纱相比，预湿经纱的纤维抱合力显著增大。另外， 他们依据浆纱横截面照片分析了预湿上浆效果，认为预湿可改善浆纱可织性 的两个原因是： ( 1 ) 包覆作用即预湿后浆料和水之间的交换在很大程度上仅在纱线 的表面发生，形成明显的“被覆 上浆。预湿减少浆料用量的根本原因是大 大减少了浆液在纱线内部的浸透量，而传统上浆时浆液浸透量比较大。通过 预湿上浆几乎可以获得完美的浆液被覆，这势必减少了纱线的毛羽，进而提 高了织造效率和织物的质量。而传统上浆的较大的浆液浸透不能对经纱起到 明显的保护作用。 ( 2 ) 浆料粘着性好因热水可溶解蜡质、灰尘及其它纤维附着物，同 时纤维表面被润湿，从而改善了浆液对纤维的润湿性能，使浆料粘着力得以 提高。 史博生【4 4 1 认为，在预湿上浆纱的横截面中，浆液由纱芯向外逐渐加浓， 即浆纱烘干后浆料在浆纱中的分布是由中心向外逐渐增加的。日本津田驹公 司的浆纱专家【4 5 1 认为，在上浆过程中，滞于预湿经纱各处的水分被压迫至纱 线芯部，使浆液不能浸透到纱线的芯部，故浆纱被被烘干后，在浆纱的芯部 极少或没有浆料。上述观点，仅是假设而已，尚需实验验证。 东华大学博士学位论文2 0 0 6第一章绪论 a g g a r w a l 和h a r i 2 8 1 发现，纱线所含水分可较大地改善使用淀粉上浆的棉 纱的性能。这主要是由于纱线中的水分改善了浆料的成膜性能和粘着性能。 周永元认为1 6 】，在不缺少浆料的前提下，浆纱内部纤维间的浆料粘附层的厚 度越薄，浆料对经纱粘附强度越高。这应该是上浆率较低的预湿上浆纱的断 裂强度高于传统上浆纱的主要原因之一。 1 5 本文的主要研究内容 综上所述，预湿上浆技术既可提高浆纱质量，又可通过节省浆料来减少 对环境的污染。但目前对预湿上浆技术的系统研究不足，主要表现在以下几 个方面：( 1 ) 尽管世界各大浆纱机制造商不断推出各种新型的预湿浆纱机， 但对预湿上浆的作用机理和工艺优化的研究较少。同时，也未见预湿对经纱 润湿性和浆料粘附性影响的研究报导。( 2 ) 通过对各种上浆工艺条件下预湿 上浆和传统上浆的浆纱上浆率和浆纱物理机械性能测试与分析来系统地研 究预湿对浆纱物理机械性能的影响未见报导。( 3 ) 浆料浸透率、被覆率和浆 膜完整率这三个比较重要的反映浆纱横截面中浆料分布情况的浆纱质量指 标，因浆纱切片技术不完善等原因