（纺织材料与纺织品设计专业论文）空芯纱线及其产品开发.pdf

天津工业大学硕士研究生毕业论文空心纱线及其产品的开发 摘要 摘要 空芯纱技术是种用来提高棉纱性能的技术，它增加了纯棉纱线中的存储空 气，并为纺纱和织造过程提供较大强力的纱线。空芯纱重量轻、柔软，其产品的 保暖性比较好。本研究采用改进的环锭纺细纱机，纱芯使用p v a 短纤纺制的细纱， 外面包覆棉纤维。纱芯中的水溶性p v a 纤维在沸水中溶解，溶解率达到9 0 。 本课题通过对水溶性p v a 纤维的调研、环锭纺细纱机的改进、纱线及其织物 性能的测试分析，探索了空芯纱线的生产工艺。分析了加工过程中各工序因素对 空芯纱成纱质量的影响。通过与传统纯棉纱线和混纺纱线对比，得出以下结论： 1 使用经过简单的设备改进后的环锭纺细纱机可以纺制形成空芯纱所需的包 覆效果良好的包芯纱，且在芯纱使用p v a 短纤细纱，皮层采用棉纤维时， 芯纱的毛羽和皮层棉纤维的头端形成一定程度的交错，对退维后空芯纱中 空部分的定形有一定帮助。影响包芯纱包覆性能的因素主要有：喂入芯纱 的张力，在牵伸区两根包覆纤维粗纱之间的距离等。 2 影响空芯纱退维后中空效果的因素有：包芯纱的捻系数，芯纱的含量，选 用p v a 纤维的品种及包芯纱的包覆效果等。 3 在完全退维后空芯纱的强力低于传统棉纱的强力，其强力随退维时间的增 加先增后减。因而在选择退维工艺时，要根据空心纱的号数、芯纱的百分 含量与捻系数等合理选择退维时间。 4 退维之后，空心纱及其织物的p v a 去除率均在9 0 以上。 5 空芯纱针织物的顶破强力低于传统纯棉纱针织物，其十六针针织物的顶破 强力为2 4 k g f i 传统棉纱针织物的顶破强力为3 3 k g f 。 6 空芯纱针织物的透气性要比传统棉纱针织物的好，空心纱纱线较蓬松，织 物的手感较柔软。 7 通过织物的吸湿快干试验，证明空芯纱织物的吸水量明显高于传统棉纱织 物，其快干性也较传统棉纱织物好。 8 本次试验纺制的空芯纱中空部分定型较差，不能耐多次洗涤。这与水溶性 p v a 纤维的品种和退维的工艺有关。关于空芯纱的定型部分还需要进一步 的探讨与实验。 关键词：空芯纱环锭纺p v a 纤维织物性能 天律工业大学硕士研究生毕业论文一空心纱线及其产品的开发 摘要 a b s t r a c t “h o l l o w ”y a r n sh a v et h ep r o p e r t i e sw i t hl i g h t - w e i g h t ，f l e x i b l e a n dm o r ew a r m ，a s i n c r e a s e dt h ee n t r a p p e da i ri nt h ey a r n ，a n dt og a i nas t r o n g e ry a r nf o rs p i n n i n ga n d w e a v i n gp r o c e s s e s h o l l o wy a r n sa r es p u n o nas p i n n i n gf r a n l et h a th a sb e e nm o d i f i e d ap v a y a r ni su s e da st h ec o r ea n dc o t t o nf i b e r sf o r m t h es h e a t h t h ew a t e rs o l u b l e p v ai nt h ec e n t e ri sr e m o v e df r o mt h ey a r ns t r u c t u r ei nt h eb o i l i n gw a t e rw i t hag o o d e x t r a c t i o no fm o v et h a n9 0 i nt h i sp a p e r , w eh a v ea n a l y z e da n d i n v e s t i g a t e dt h ec h a r a c t e r i s t i co f w a t e r s o l u b l e p v af i b e ra n dt r a n s f o r m e dt h es p i n n i n gf l a m ea s 5 11 w eh a v ee x p l o r e dt h em e t h o do f p r o d u c i n g ah o l l o wy a mb yt e s t i n ga n da n a l y s i n gt h ey a ma n dk n i tc l o t h e s t h e e x p e r i m e n t a lr e s u l t a r ec o m p a r e dw i t hc o n v e n t i o n a lp u r ec o t t o ny a r na n db l e n d e dy a m a n dt h e i rc l o t h e s s o m ec o n c l u s i o n sh a db e e nd r a w n ： i p r o d u c i n g p v a c o t t o nc o r e y a r ni nm o d i f i e da s 5 11 r i n gs p u ny a r nm a c h i n e i sf e a s i b l e ，a n dt h es h e a t hf i b e rh i d et h ec o r ec o m p l e t e l y t h ep v ay a r na s t h ec o r ea n dt h ec o t t o nf i b e ra st h es h e a t ha r ei n t e r l a c e d ，w h i c hi sh e l p f u lt o s e tt h eb o i l e dh o l l o wy a r n t h ef a c t o r st h a ta f f e c tt h ec o r ec o v e r a g ea r et h e t e n s i o no ff e dp v a y a r n ，t h eg a u g e b e t w e e nt h et w oc o t t o ns t r a n d s ，e t c 2 t h ef a c t o r st h a ta f f e c tt h eh o l l o wr e s u l to f b o i l e dy a m a r et h et w i s tm u l t i p l i e r o fc o r ey a r n ，t h ep e r c e n t a g eo ft h ec o r e ，t h ek i n do fp v a f i b e ra n dt h ec o l e c o v e r a g e o f c o r e y a m 3 a f t e rp v aa r ec o m p l e t e l ye x t r a c t e d ，t h es t r e n g t ho f h o l l o wy a m i sl o w e rt h a n c o n v e n t i o n a lc o t t o ny a r n ，a n dt h es t r e n g t ho fh o l l o wy a r ni si n c r e a s e da n d t h e nd e c r e a s e dw i t ht h eb o i l i n gt i m eg o i n g 4 a f t e rb o i l e d , t h ee x t r a c t i o no fp v ai sm o r et h a n9 0 5 t h e b u r s t i n gs t r e n g t ho fk n i tf a b r i cu s i n gh o l l o wy a r ni s l o w e rt h a nu s i n g c o n v e n t i o n a lc o t t o ny a m t h eb u r s t i n gs t r e n g t h o ff o r m e ri s 2 4 k g f , t h e b u r s t i n gs t r e n g t h o fl a t e ri s3 3 k g 6 t h ea i rp e r m e a b i l i t yo fk n i tc l o t h su s i n gh o l l o wy a mi sb e t t e rt h a nu s i n g 第2 页 天津工业大学硕士研究生毕业论文空心纱线及其产品的开发 摘要 c o n v e n t i o n a lc o t t o ny a r n b e c a u s eh o l l o wy a mi sl o o s e ，i t sk n i tc l o t h sf e e l s o t 6 t 。 7 t h e e x p e r i m e n t a lr e s u l t so fw a t e ra b s o r p t i o na n dd r y i n gr a t es h o w t h a tk n i t f a b r i cu s i n gh o l l o wy a r ni m b i b em o r ew a t e rt h a nu s i n gc o n v e n t i o n a lc o t t o n y a r n ，a n dw i t ht h es a m ep e r c e n t a g ew a t e r ，h o l l o wy a m k n i tc l o t h sw i l lb e d r y m o r ef a s t 8 t h eh o l l o wc e t l t e ro ft h ey a m p r o d u c e di nt h i se x p e r i m e n th a s a p o o r f i x a t i o n a f t e rm a n yt i m e sw a s h e d ，t h em i d d l eh o l l o wc e n t e ri sd e s t r o y e d ，w h i c hi s r e l a t e dt ot h ek i n do fp v af i b e ra n dt h ee x t r a c t i o np r o c e s s a st ot h ef l x a t i o n o f h o l l o w y a m ，i tn e e d s f u r t h e re x p l o r a t i o na n dt e s t k e y w o r d ：h o l l o w y a m ，s p i n n i n gf r a m e ，p v a f i b e r ,f a b r i c ， p e r m e a b i l i t y 第3 页 天津工业大学硕士研究生毕业论文空心纱线及其产品的开发引言 引言 维纶纤维是一种重要的合成纤维，目前国际上仅有日本、朝鲜、中国等少数 几个国家在生产。一直以来，由于价格低廉，性能优良的涤纶、锦纶、腈纶和丙 纶的崛起并后来居上，传统的作为衣着用的维纶，因其自身的缺陷而逐渐淡出了 它的固有领域。我国的维纶生产和市场都在逐步萎缩。而同样作为维纶的重要生 产基地的日本，近来却一直保持年产量4 万吨的水平，其中水溶性纤维在7 8 年即 达到总产量的2 0 t “，1 9 9 6 年4 月2 0 日东丽公司正式宣布以“k i is s ”水溶性短 纤维作为第一炮进入市场，一系列不同牌号的纤维的溶解温度从0 - - 1 0 0 ( 2 ，价格为 每公斤8 0 0 2 0 0 0 日元1 2 l 。随着维纶水溶性的被重视，及其水溶性纤维的不断开发， 各种利用水溶性纤维纺制的高技术附加产品的开发也迅速发展起来。这些产品的 经济效益也是相当可观的。例如【3 】，用水溶性纤维和棉纺制的弱捻无捻纱毛巾织 物，每千克售价1 0 0 元人民币，弱捻无捻纱的售价为3 5 元人民币m g ，出售弱捻 纱可获毛利1 4 7 6 2 元人民币t ，织制毛巾后可获利7 0 2 8 3 元人民币t 。 日本的仓纺公司用k 1 m a i o nk i i 水溶性纤维开发了1 0 0 棉中空纱 “s p i n a i r ”，这种中空纱的特点是即使在外加的压力作用下，其中空部分也不易 被毁坏，而且这种纱具有轻薄、柔软、膨松感，并且具有良好的吸水、速干性和 热滞留性【4 】。仓纺公司1 9 9 8 年4 月份将7 - 5 0 s 纱线针织和毛巾类用纱推向市场， 在余下的八个月时问内完成销售额5 亿日元( 5 0 0 吨) ，并计划在以后三年里销售 额达到l o 亿曰元i ”。其产品主要出口欧美市场。 利用水溶性纤维的水溶特性，研究和开发我们自己的新产品，对提高我国纺织 产品的高技术含量，增加产品附加值有很重要的经济意义，特别是在我国加入w t o 以后，对于提高我国纺织品在国际市场上的竞争力具有重要的社会意义。 天津工业大学硕士研究生毕业论文空心纱线及其产品的开发第一章概述 第一章概述 第一节空芯纱的提出 对于服用纺织品，人类一直追求穿着的舒适性。在不同的场合不同的气候条 件下，轻质、柔软、保暖等成为许多纺织品所追求的性能。不管是否流行，轻质 也是纺织品舒适性的重要方面之一。棉纤维因为细而柔软，其织物对肌肤无刺激， 一直是人类理想的贴身材料，尤其对于肌肤娇嫩的婴儿来说，棉织物是最好的选 择。但棉织物易折皱，体积厚重。例如，同样厚薄的毛衣，所用纱线的直径也相 同，但用棉作原料的那件会比用毛做原料的那件重许多。 影响服装舒适性的重要因素有：隔热性，透湿气性，透气性和透水性等，织 物作为纤维一空气的混合体，其影响这些性能的因素也较为复杂，已有的研究表 明【5 】：如果织物中纤维排列和热流方向平行，由于纤维的导热系数比空气高，纤维 一空气混合体的导热系数主要受纤维影响。如果纤维与热流方向垂直，则纤维导 热系数对纤维一空气混合体的导热系数影响较小，而纤维间空气层的导热系数的 影响却很大。若x 和y 分别表示织物内纤维排列和热流方向平行与纤维排列和热 流方向垂直的有效百分率，x + y = l 则织物的导热系数k 为【5 l ： k - - x ( v 承一v 托) + y k 商，( v a k # v r k , ) - 式中：v f v a 一纤维和空气体积分数 k f 扛0 一纤维和空气的导热系数 将上式变形为k - - x k f - ( k f - k a ) v 。】+ y k f k a k + ( 卧k 矗) v 。卜( 2 ) 从式( 2 ) 我们可以看出当x ，y 不变v a 增加时，k 将减小，也就是说增加纱线内空气 的体积含量，织物的保暖性将增加。 人在静止时无感出汗量为1 5 9 m 2 1 h ，在热的环境中或剧烈运动时出汗量可以超 过l o o g m 2 1 h 。如果汗液在皮肤表面蒸发以水蒸气( 气相) 方式透过织物，则主要 是通过织物内空气的空间向外扩散，这时织物空隙中的空气仍保持其热阻。如果 皮肤表面水分以液态方式通过芯吸作用传递到织物表面，并在织物表面上蒸发而 天津工业大学硕士研究生毕业论文空心纱线及其产品的开发第一章概述 到达空气层，则将使舒适性降低。实验证明，纤维本身所传递的水蒸气量与织物 内空隙所透过的水蒸气量相比是很小，这说明水蒸气是沿纤维表面传递，尤其是 通过织物内空气的空间进行传递，所以，对于相同厚度的织物来说，提高纱线中 空气体积含量，其透气性也将提高。 要想使棉织物轻，穿着舒适性好，空隙率高，棉纱的开发就显得非常重要。 优良性能的水溶性纤维的发展为高空隙率棉纱的开发提供了可能。利用水溶性纤 维的水可溶性开发无捻纱、弱捻纱，使这种纱的制品有特殊的柔软性等性能，但 弱捻纱与无捻纱中储存的空气仍然有限从而提出了“中空纱”。 “中空纱”使用棉纤维做外包纤维，水溶性纤维做芯纺制成包芯纱，在织造 后的染整过程中溶去芯纱，从而形成中空。这样就大大提高了纱线中存储空气的 体积含量。“中空纱”应具有以下特点： ( 1 ) 轻而膨松 虽然是1 0 0 的棉，但因其具有中空部分，所以与传统的棉纱相比，每平方 米重量相同的布料其厚度增加，同样直径的纱，每平方米的重量变轻了。又因为 保持中空的状态，所以富有膨松弹性的风格。 ( 2 ) 柔软性 不管怎样反复洗涤，因其中空状态可以保持不被破坏，所以总可以保持最初 的柔软风格。 ( 3 ) 优良的吸水和快干性 因为纤维间间隙大，容水能力大，所以吸水，吸汗的性能较好，吸水速度较 快，吸水量当然也增大，又因为水分是保持在纤维的间隙间，而不是保持在纤维 的大分子问，所以在洗涤后的离心脱水过程中水容易脱净，所以一定时间的脱水 后其干燥时间变短。 ( 4 ) 接触暖感性好，保暖性优良 第二节本课题研究的目的及意义 空芯纱是一种新型的纺织产品，由于摩擦纺纱在我国还不够普及，虽然国产 水溶性纤维无论在溶解温度上，还是在溶断收缩率等品质上都较日产纤维略差， 4 天津工业大学硕士研究生毕业论文空心纱线及其产品的开发第一章概述 但是，我们希望利用改进的环锭细纱机和国产水溶性纤维进行初步的探讨，探索 完全国产的纯棉中空纱生产的可行性。以提高国内纯棉织物的竞争力。 随着我国加入w t o ，我国的纺织行业面临着很大的机遇和挑战。多年来，我 国纺织行业一直以低劳动力成本、较低的纺织品价格来参与世界行业的竞争，目 前，我国纺织行业的劳动力成本已经高于巴基斯坦、印度、印尼等国家，以开发 创新能力，管理水平为标志的竞争优势却并没有明显增强。而决定棉纺国际竞争 能力强弱的将是高效、高速的自动化程度和由此形成的产品高品质、高附加值的 较量。 棉中空纱这种新型纱线制成的纺织品为1 0 0 纯棉，符合现代人追求的“全天 然”基调，又有较高的产品附加值，由日本企业只肯出售产品而不愿转让技术来 看，具有较高的世界市场竞争力，开发以利用改进的环锭纺细纱机来生产的棉中 空纱，对我国的棉纺行业有巨大的意义。我国的棉纺行业以环锭纺细纱机较多， 产品多为传统棉纱，随着纺织技术的提高及新型纺织机械的涌现，这种机械及其 产品缺乏市场竞争力。全面更换新型设备的造价巨大，为一般棉纺厂所不能承受， 所以开发以这些设备来生产而又具有高产品附加值的棉中空纱既节省了更新设备 的投资，又提高了产品的竞争力和工厂的经济效益。 第二节本课题的内容及阶段计划 一课题研究的主要内容 本课题主要通过对p v a 纤维的调研，环锭细纱机改进，纱线及其织物的测试， 对空心纱线及其针织物的性能进行了分析。本课题主要分为三部分，第一部分为 包芯纱生产工艺的研究，主要有结合以往的生产技术对环锭纺细纱机进行改装和 纱线包覆性能的测试( 主要通过切片观察) 。由于生产空心纱线需要良好包覆性能 的包芯纱，所以包芯纱的生产工艺在本课题中占有很重要的地位。第二部分为包 芯纱退维工艺的探讨。第三部分为纱线及其织物一些性能的测试及分析。通过以 上的研究从而得出本课题的结论。 二 课题研究的阶段计划 1 2 0 0 1 1 2 2 0 0 2 0 3调研及查阅资料。试验准备阶段 天津工业大学硕士研究生毕业论文空心纱线及其产品的开发第一章概述 2 2 0 0 2 0 3 2 0 0 2 0 4 3 2 0 0 2 0 4 2 0 0 2 0 7 4 2 0 0 2 0 8 5 2 0 0 2 0 9 _ 一2 0 0 2 1 0 6 2 0 0 2 1 l 7 2 0 0 2 1 2 确定试验方案( 试验程序，实验方法，检测参数) 改进环锭细纱机，进行包芯纱的研制，完成纱线的 准备。 织物的设计，完成织物试样的准备。 完成纱线、织物的检测，分析数据。 完成毕业论文初稿 完成毕业论文的定稿，毕业答辩。 天津工业大学硕士研究生毕业论文空心纱线及其产品的开发第二章水溶性p v a 纤维及其生产与应用 第二章水溶性p v a 纤维及其生产与应用 第一节水溶性p v a 纤维的发展及应用 一、历史回顾 日本的k u r a r a y 人造丝公司于1 9 4 2 年开始筹建日产2 0 0 k g 的工业性实验装 置，并于1 9 9 6 年4 月公开了对它的研究开发工作，宣布新型维纶k i i ( k u r a l o n k i i ) 工业化。目前，日本k u r a r a y 公司已经推出了k i i 纤维系列产品：水溶 性聚乙烯醇纤维( w j 系列) 、高强力聚乙烯醇纤维( d q 和e q 系列) 以及易原纤 化聚乙烯醇纤维( s a 系列) 。其水溶性纤维系列不同牌号的纤维溶解温度范围为 o 1 0 0 。1 2 1 二、应用领域 ( 一) 在纺织上的应用 p v a 纤维的最初应用在于其性能与棉纤相似，其强度、耐磨、耐晒、耐腐蚀 性比棉纤好，比重比棉纤轻，吸湿率接近棉纤。当年，日本、朝鲜、中国等大力 发展纤维的主要目的部是以民用为主；尽管纤维在其他领域也又一定规模的应用， 但是解决国内的衣着问题一开始就是发展纤维的原动力。 水溶p v a 长丝作缠绕纺纱的包覆长丝以及赛罗复合丝( 长短纤维交捻) 的长 丝而使用。这样得到的纱线均匀度好。织造性能提高，织造后剥用水溶性p v a 纤 维能溶于温水这一特点使其溶解，可使纱具有蓬松感和柔软感，还可以生产出无 捻纱织物，使制品有新的特性。8 0 年代末这样的技术开始得到重视6 1 。 1 在毛纺上的应用 目前，高支轻薄的毛纺产品越来越受到消费者的欢迎，在毛纺行业中，一般 采用以下几种方法生产高支轻薄产品： i ：选用超细羊毛，但超细羊毛数量较少，价格较高且对纺纱设备性能要求高。 i i ：用化学方法改进羊毛，使羊毛变细。这种方法对羊毛有一定损伤，又不利于 环保。 i i i ：采用单经单纬织造，需对纱线进行上浆处理，织造难度也较大 i v ：采用新型纺纱方法( 如赛络菲尔纺纱技术) ，这要更新设备，代价较大。 7 天津工业大学硕士研究生毕业论文空心纱线及其产品的开发第二章水溶性p v a 纤维及其生产与应用 v ：对羊毛进行机械拉伸，目前国内还在研究中。 国际羊毛局( i w s ) 与东丽公司合作，1 9 9 7 年向世界羊毛工业提出了“羊毛聚乙 烯醇”的羊毛制造技术并进入市场。据报道f 7 1 ，这项技术是利用水溶性纤维的低温 水溶性，将其以约2 0 的比例混入羊毛中混纺或交捻进行纺纱、织造，然后在染 色、整理阶段把水溶纤维溶解掉。 的精纺、匹染加工流程如下： “w o o l p v a ”的生产方法，有如下几个优点： ( 1 ) 以中粗羊毛纺制高档毛纱和织物 “w o o l p v a ”工艺可以实现以中粗羊毛生产高支轻质织物的愿望。在羊毛中混 入水溶性纤维将会影响到生产成本，但可以生产出比特定质量羊毛所允许生产的 毛纱支数更细的羊毛纱线，降低了羊毛的成本。 ( 2 ) 可以开发出手感柔软、悬垂性好、流动感强的织物 水溶性纤维在织物整理中可被高温水从纱线中溶掉，从而使羊毛纱线支数变 的更细，其变化值与混合物中原有的水溶性纤维含量成正比。与水溶性纤维混纺 的羊毛织物，在溶掉水溶性纤维后，增加了纱线的膨松度，赋予机织的粗纺织物、 精纺织物以柔软感、流动感和优异的悬垂性能。 ( 3 ) 可提高加工效率【8 】 用溶剂湿法冷却凝胶纺丝法得到的水溶性纤维不仅溶解温度低，且强度高，与 涤纶相近，与羊毛混纺能使加工效率显著提高。如混入高强度k u r a l o n 可使纱线高 速卷绕，织造过程中较少断头，这在应用较短的毛纤维进行精纺使表现的更为显 天津工业大学硕士研究生毕业论文空心纱线及其产品的开发第二章水溶性p v a 纤维及其生产与应用 著( 从表2 1 可看出) ；同时，还可在不影响加工性能的前提下提高更短毛纤维的 混合比例，开发出如仿麂皮和起绒的传统整理效果。 表2 1 “w o o l p v a ”精纺纱线的性能与纺纱效率 工艺参数1 0 0 羊毛8 5 羊毛+ 1 5 纺纱支数( n m ) 6 04 8 纺纱支数( n m ) ( k - 1 1 被溶解后1 6 06 0 断裂强力( g ) 2 6 84 9 9 u s t e r 值惭) 1 1 39 o 疵点( 个h - n ) “4 断头2 06 注：+ 表不纺纱工艺为4 0 0 s p h 2 在棉纺上的应用 p v a 在棉纺行业的传统应用是利用的水溶液对经纱进行上浆，近年来，有人 在研究把水溶性长丝直接缠绕在棉纱上进行直接处理使经纱上浆的方法【9 。另外， 在摩擦纺上使用水溶性p v a 短纤维做纱芯，外面包覆棉纤维而得到的双层短纤纱， 加工成织物后把水溶性纤维溶解，就剩下1 0 0 环状棉中空纱。这种中空纱的特点 是即使在外加的压力作用下，也不会改变其中空的状态，而且这种纱线制成的织 物具有轻、柔软、保暖性好，具有优良的吸水快干性1 0 】。本课题的研究就是基于 日本关于空芯纱报道的基础上，希望通过努力在环锭纺纱机上生产出国产的中空 棉纱。 3 在无纺布上的应用 根据已经公布的研究成果，水溶性p v a 纤维在无纺布上的应用较多，集中应 用于“用即弃”型产品上。 9 0 年代初，美国i s o l y s e r 公司首创用水溶性p v a 纤维开发了商品名为”o r e r ” 的系列p v a 非织造布f 】，这些产品是用于医院的一次性防护用品。废弃物在水温 9 3 下搅拌3 0 分钟；全部溶解于水中，经活性污泥处理后，废水中的有害细菌和 p v a 可以消除和降解。该公司1 9 9 6 年又开发7 0 可溶解的p v a 无纺织物，该温 度可溶解的纤维是通过对高温溶解纤维进行化学处理而得到的。产品已向床单、 9 天津工业大学硕士研究生毕业论文空心纱线及其产品的开发第二章水溶性p v a 纤维及其生产与应用 旅行毛巾、靠垫、碗套、托盘、仪器包装等方向拓展。 美国国际纸品公司把水溶性纤维和吸水性纤维混合制成可降解的、吸水性非 织造布，并在1 9 9 6 年获得专利【l “。 东丽公司的k i i 系列水溶性纤维制造的非织造布不仅可在较低温度下溶于 水，而且可在热轧机上加工，亦可进行浮雕花样加工。使用海岛型k i i 纤维进行 热轧粘合法非织造布时，岛部分的低溶点p v a 受到热压即先熔化向外挤出，与高 溶点纤维彼此粘合在一起成为非织造布。这种非织造布的强度近似纯高熔点p v a 纤维组成的非织造布。这种非织造布可被活性污泥降解，不会造成环境污染 ”】【1 4 1 。 第二节水溶性p v a 纤维的技术特征 对水溶性p v a 纤维的技术要求，包括两个方面：首先是它的水溶性，其次是 做为纤维材料所必须具有的物理机械性能。 一水溶性 p v a 是一种水溶性高分子物，其水溶性取决于它的化学组成和结构。p v a 纤 维的水溶性，除和原料p v a 的性质密切相关外，在制造加工过程种所采用的加工 工艺及其形成的结构，也具有决定性的影响。 p v a 纤维的溶解过程为【1 】：在一定温度的热水中，随水温的提高，纤维逐步吸 水膨润，随之产生收缩。当水温继续提高，纤维达到最大收缩率时，就会被溶断 成胶状片段，迸一步提高水温或延长处理时间，则p v a 就以分子形式溶解分散而 成为均匀的溶液。也就是说，水溶性p v a 纤维的整个溶解过程包括两个基本步骤， 即膨润收缩和溶解分散。标志其溶解过程的主要参数是溶解温度、溶解时收缩率 和溶解时间。 溶解温度显然是最主要的技术指标，它是指水溶性纤维在热水中产生最大膨 润( 收缩) 时的水温。它取决于原料p v a 的性质和制造加工工艺。在选用水溶性 纤维时，必须充分注意这个指标。因为溶解温度的高低将决定非p v a 基材和缝纫 线的收缩，并且受染料耐温性的限制，温度过高会造成严重收缩、脱色，甚至会 出现毡化现象。在生产中，可以通过选用不同规格的p v a 原料，应用不同的加工 工艺以制得不同溶解温度的产品。 1 0 天津工业大学硬士研究生毕业论文空心纱线爱其产品的开发第二章水溶性p v a 纤维及其生产与应用 水溶性纤维在溶断时的收缩率是另一重要指标。如果收缩率过大，会影响基材 织物得平整度，造成印花图案或条纹得扭歪，这在绣花织物等品种上是至观重要 得。收缩率之大小，与水溶性纤维的品种有关，同时还受溶解水温和处理方式之 影响。 表2 - 2 水溶性纤维的溶解性能和溶解条件1 1 溶解温度 水溶性纤维品种 溶解时最大收缩率 松弛状态2 0 收缩状态1 0 收缩状态紧张状态 s o l v r a n s h5 09 09 69 81 0 0 一s m3 58 59 i 9 39 5 一s l5 05 56 57 07 s s o l v r o n 为日维公司生产的水溶性纤维系列 溶解时间是指水溶性纤维在用热水处理时纤维膨润、收缩、溶断以及扩数溶 解的全过程所需的时间，这涉及到处理设备的生产能力和处理方式。溶解过程可 用水循环或施以振荡等技术措施来强化。 溶解温度、溶解时间和收缩率是水溶性纤维溶解过程的三个重要参数，应按 实际使用要求选用水溶性纤维的品种、规格。在这三个参数之间，有一定的联系。 如果被处理织物的收缩率不能过大，则可提高水温或采用紧张处理方式降低收缩 性，或选用溶解温度较低、最大收缩性较小的品种。 二物理机械性能 由于水溶性纤维除用作高吸湿卫生制品等外，通常都不作为结构材料而保留 在最终成品中，它们总是在加工过程中的某一阶段，为取得某种效果而被溶去。 因此，一般而言，对它的物理机械性能，没有较高的要求。但是，作为纤维材料 应用于纺织工业中，它应该满足纺织加工的要求，必须具有一定的强伸度。例如 永溶性刺绣底布，要全福的卷装在自动刺绣机的绷架上，承受1 4 0 0 只绣针的连续 穿刺，因此，必须预加一定张力，且无较大变形，否则刺绣过程就会无法连续进 行。 三 高吸湿性引起的物性交化 天津工业大学硕士研究生毕业论文空心纱线及其产品的开发第二章水溶性p v a 纤维及其生产与应用 由于p v a 纤维的原料p v a 的分子链上带有许多亲水性羟基，因此，它除具有 水溶性外，必然具有很高的吸湿性。其吸湿情况见表2 3 【1 5 】 表2 - 3p v a 的吸湿速度( ) 【1 ” r ho h6 h9 h2 4 h4 8 h7 2 h9 6 h 8 56 99 11 0 01 3 21 4 41 4 61 5 6 7 56 98 59 01 0 51 1 41 1 41 2 2 6 56 08 47 68 48 98 98 9 p v ad p = 5 0 0醇解度8 8 水溶性p v a 纤维，和原料p v a 一样，也有很高的吸湿能力。吸湿后的纤维， 其物性会发生变化。其尺寸稳定性和强度变化情况如图2 1 和图2 2 【1 】： 4 o 3 t o 1 o 伸长( )时间( 天) 图2 - 1 湿温度对水溶性纤维( s o l v r o n s l ) 强力影响图2 - 2湿温度对水溶性纤维( s o l v m n s l ) 1 - 2 0 c ，r h 6 5 ：2 - 4 5 1 2 ，r f i $ 0 尺寸稳定性影响( 2 0 1 2 ，荷重o0 3 9 , d ) l r h l 0 0 ：2 一r f l 6 0 ；3 - r h 2 5 由图可见，空气的湿度对水溶性p v a 纤维的物理性能有较大的影响。特别是 对溶解温度较低的纤维，影响更大。有时，人的汗液也会也会对其产生作用，使织 物有粘湿的感觉。因此，对水溶性纤维来说，应该特别注意溶解温度和因为湿度 而引起的物性变化，通过原料选择和采用合适的加工工艺来提高水溶性纤维的尺 寸稳定性。例如三菱粘胶有专利讨论提高可溶性基布对温湿度的尺寸稳定性的制 造工艺。 1 2 收缩率享v 强力nndt) 天津工业大学硕士研究生毕业论文空心纱线及其产品的开发第二章水溶性p v a 纤维及其生产与应用 第三节影响水溶性p v a 纤维溶解性能的因素 p v a 是一种良好的水溶性高分子物质，但水溶性p v a 纤维的溶解性能受到种 种因素的影响。其中最重要的是p v a 本身的化学结构( 一次结构) 和水溶性纤维 在制造过程中所形成的纤维结构( 二次结构) 。后者强烈的依赖于制造时的加工工 艺。 p v a 学名聚乙烯醇，由于乙烯醇的结构很不稳定，p v a 不是直接由乙烯醇单体 进行聚合，它是由醋酸乙烯单体经缩聚而得到醋酸乙烯酯，再经醇解而制得。控 制聚合和醇解的工艺条件，就可得到各种不同的产品。如根据聚合度之大小可分 为三种类型【1 】：h ( d p 1 5 0 0 ) ，m 型( d p = 1 0 0 0 1 5 0 0 ) 和l 型( d p - - - 2 5 ，高者可达4 0 以上。因此在产量相 同时干法纺丝的处理量要小得多。 成形机理简单，成形过程只涉及纺丝液中溶剂的单向扩散蒸发，成形过程缓和， 纤维断面呈充实度较高的哑铃形到圆形，结构均一，无皮芯层，可承受高倍拉伸， 纤维品质可提高，因此可用来制造高强维纶。 干法不用凝固浴，可制得相当纯净得纤维，因而不必水洗除盐，不用考虑粘连， 收缩得问题。 成形过程即为干燥过程。干燥介质( 热空气) 得温度可以较高，干燥速率较快。 干法生产效率较高，不但是由于所用纺丝浓度提高，而且纺速也可提高。 干法纺丝液中，可方便地添加各种改性助剂来制造多种差别化纤维。于法纺丝 中不用凝固浴，故对助剂得化学稳定性要求可降低。 从以上比较显然可以看出干法纺丝要优于湿法纺丝。对于质量要求较高得长 丝合溶解温度较低的品种，就只能用干法进行生产。对于质量要求较低，溶解温 度较高的短纤，或者主要着眼于高亲水吸湿性的纤维，可用原有湿法纺丝的设备 进行生产。 三当前求溶性p v a 纤维的几种制法 水系湿法纺丝 以p v a 为原料，用常规维纶的湿法纺丝方法能生产出溶解温度为9 3 的维纶 纤维。目前国内的水溶性纤维多采用这种方法。如前所述，这种方法存在一系列 的缺点。 用有机溶剂的湿法纺丝 用p v a 的二甲基亚砜f d m s o ) 溶液，以甲醇为凝固浴进行纺丝。干热拉伸后， 可得到强度为4 9 d 以上，能溶于3 0 冷水的水溶性纤维口7 1 。已有对纺丝原液的流 i7 天津工业大学碗士研究生毕业论文空- t 5 纱线及其产品的开发第二章水溶性p v a 纤维及其生产与应用 变行为的研究报告。 2 8 1 熔融纺丝和半熔融纺丝 据报道，在日本有将一定范围聚合度、醇解度的p v a 挤压熔融进行纺丝，可 得到水溶性p v a 纤维 2 4 】1 2 5 】f 2 6 l 。东华大学的章悦庭曾用甘油作为增塑剂对p v a l 7 9 9 的纺丝性能作了研究，可得到强度为3 s g d 以上，能溶于3 0 c 冷水的水溶性纤维 2 9 1 。 干法纺丝 日本关于干法纺丝制备水溶性纤维的报道有很多。所用的p v a 的聚合度、醇 解度、改性度各不相同，纺丝的溶剂有水合有机溶剂两类，用水作溶剂的也不少。 溶剂湿法冷却凝胶纺丝法 东丽公司1 9 8 2 年开始研究，于1 9 9 6 年4 月正式宣布世界上首次采用完全不用 水的湿法纺丝方法制备新p v a 纤维一“k - i i 纤维”。据报道，其中一系列不同牌号 的“k ”纤维可溶解于5 - 9 0 c 的水。用这种纺丝方法制得的水溶性纤维具有结 构均匀、质量稳定、强度较高的优点。用此纺丝方法能得到用其他纺丝方法所不 能得到的高性能纤维。【3 0 l 天津工业大学硕士研究生毕业论文空心纱线及其产品的开发第三章空芯纱的成纱技术及其产品的开发 第三章空心纱的成纱技术及其产品开发 空心纱，即纱线的轴心部分存在中空，其增加了纱线中的空气存储量，从而 使制品具有一种新的特性。但以目前的纺织机械和技术来说，直接在纺纱机上纺 制中空纱线尚不可能。且中空的纱线在后续加工过程中由于轴向和侧向作用力的 作用其尺寸容易变化。 显然，最好的空心纱是由包芯纱得来的。这种包芯纱由水融性p v a 纤维做芯 纱，外皮纤维呈理想的螺旋形包覆在外面。纱芯的p v a 纤维在后续的加工中还可 以提供较高的强力。织造后，在染整过程中除去水融性p v a 纤维，从而达到纱线 中空的目的。 第一节包芯纱纺纱装置 利用环锭细纱机生产包芯纱已经有很多年了，早在七十年代就已开始了长丝 包芯纱的研究，并取得了成功，这种包芯纱的芯层采用化纤长丝，皮层使用短纤 维1 3 。但这种包芯纱存在一系列的闯题，例如在加工过程中易产生称为“b a r b e r p o l e 效应”的剥皮现象纱条内部分层结果造成纱芯不能充分被包覆，成纱特别硬挺， 制造成本较高等。在八十年代末期，美国有人对环锭纺纱机稍加技术改造，进行 短纤包短纤的包芯纱生产【3 2 】1 3 3 】，国内也有人利用这种方法进行了试纺f 3 4 l f 3 5 】。 一传统的环锭纺包芯纱的纺纱原理 如图3 一l 所示，在环锭纺纱机上纺包芯纱时，长丝通过导纱器后，经集合器直 接喂入前罗拉，不经后罗拉的喇叭口喂入前罗拉。包覆的棉纤维按传统的纺纱方 法使之包覆在芯纱的表面，当棉纤维后端脱离前罗拉钳口后，所受张力减小，而 芯纱始终在罗拉到卷绕点之间保持很大的张力，因此，棉纤维覆盖在芯纱表面， 通过加捻卷绕成形即完成了纺纱过程。 天津工业大学硕士研究生毕业论文空心纱线及其产品的开发 第三章空芯纱的成纱拄术及其产品的开发 卷装长丝 导纱辊 喂入长丝 集棉器 包芯纱 图3 - 1 环锭纺包芯纱的纺纱原理图 二环锭包芯纱的包覆条件 产生包覆的条件是3 6 】： 1 外包纤维的张力必须小于芯纱张力。 2 外包纤维单位时间输出的速度比芯纱大，即芯纱、包覆纤维之间要有张力 差与速度差。 由于外包纤维在纺纱过程中需要围绕芯纱旋转，所以同样一段长度的包芯纱条 上外包纤维的伸长度要比芯纱大，这要求单位时间内棉纤维与芯纱输出速度不 同，棉纤维快，芯纱慢。另外在卷绕过程中，外包纤维所受的张力要小，张力 过大时，外包纤维无法围绕芯纱作旋转运动，这要求外包纤维与芯纱间有张力 差。 由于空心纱的生产方法对所用的包芯纱质量要求较高，依照已有方法生产 出的包芯纱无法达到要求。根据环锭纺包芯纱的原理和上述条件，我们对传统 的环锭纺包芯纱的方法略加改进生产出的包芯纱质量稳定，包覆效果良好。 二环锭纺包芯纱生产的新方法 在传统的环锭包芯纱生产方法中，长丝芯纱和外包短纤维均由前罗拉输出， 经加捻卷绕成形，由于前罗拉输出速度恒定。外包纤维与长丝芯纱同步输出，没 有明显的速度差与张力差，故产生的包芯纱包覆效果较差，质量不够稳定。如图 3 2 所示，长丝芯纱经弹簧张力盘喂入前罗拉钳口，通过前罗拉上皮辊中央处的沟 槽，并始终处于沟槽内。两根外包短纤维粗纱经集合器进入三罗拉短皮圈牵伸装 置，且在牵伸区相距o 5 c m 。外包短纤维经过前罗拉时处于上皮辊沟槽两侧。 2 0 天津工业太学硕匕研究生毕业论文空心纱线及其产品的开发 第三章空芯纱的成纱技术及其产品的开发 喂入棉粗纱 后集合器 喂八芯纱 牵伸罗拉 成纱区 导纱勾 细纱管 钢领扳 图3 - 2环锭纺包芯纱生产的新方法原理斟 使用这种方法，纤维凝聚和纱条形成依然发生在前罗拉钳口下，但降低了前 罗拉对长丝芯纱的控制。在这种状况下，外包短纤维的输出速度为前罗拉输出速 度，长丝芯纱的输出速度由卷绕速度和对其施加的张力共同决定，慢于外包纤维 的输出速度二者形成速度差：长丝芯纱的张力可以透过弹簧压力片调节使其 达到大于外包纤维张力很容易。这就满足了产生包覆的两个条件。实践证明，在 长丝芯纱含量为3 0 以下，通过调节纺纱时芯纱张力，得到的包芯纱包覆效果良 好，生产质量稳定。如图3 3 为棉纤维包覆1 5 2 t e x 黑色涤纶长丝的5 1 2 r e x 包芯纱 横截面。本试验同时纺制了以细纱为芯纱外包短纤维的包芯纱，成纱效果良好， 如图3 - 4 为红色棉纤维包覆1 8 r e x 维纶细纱横截面。 图3 3 棉包涤纶长丝包芯纱横截面图 3 4 棉包维纶细纱包芯纱横截面 天津工业犬学硕士研究生毕业论文空心纱线及其产品的开发第三章空芯纱的成纱技术技其产品的开发 第二节影响包覆效果的因素 影响包芯纱包覆性能的因素主要有：芯纱的张力、外包短纤两根粗纱问的距离 等。 一 纺纱张力 张力的大小与稳定时芯纱能否真正成为纱芯的一个基本条件。在纺纱实践中观 测到：当张力较小时，包芯纱得成纱点下移，离前罗拉钳口位置较远，纺成的纱 包覆效果较好；当张力较大时，包芯纱的成纱点恢复到钳口位置，纺成的纱包覆 效果较差。但同时应注意，如果张力过小，易成包缠纱；当张力过大时，短纤维 易在前罗拉钳口处堆积，形成断头。图3 5 a 、b 为张力过小时产生的包缠纱与张力 适中时的包芯纱纵向对比。 a 张力过小形成的包缠纱 b张力适中时形成的包芯纱 图3 5 不同张力成纱对比图 在纺纱过程中要保证张力的稳定，芯纱的卷装要好，通路要光滑通畅。否则， 包芯纱易出现粗细节，且纺纱过程中气圈不稳定，影响包芯纱质量。使用细纱做 纱芯比长丝效果要好，纱线的通路对张力稳定性影响较小。 二 喂入两根粗纱的隔距 当喂入两根粗纱之间的距离变小时，成纱条干较好包覆纤维对芯纱的包覆 紧度也较好，但不宜相隔太小，否则短纤维进入前罗拉皮辊上的沟槽，造成短纤 维牵伸不开，形成粗节或断头。 三 芯纱的百分含量 很显然，当芯纱的含量增大时，包覆效果会变差。本论文曾采用白色棉纤维包 天津工业大学硕士研究生毕业论文