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Dralon腈纶纤维性能研究

人气:1535发表时间:2018-03-14 09:35:32

   

Dralon腈纶纤维(又称德绒)是德国Dralon公司采用干法纺丝技术制备的一种超细抗起球纤维。目前常规腈纶纤维一般采用湿法纺丝技术制备,纺丝过程具有成形温度低、纺速低、喷头轻巧、操作简单等特点;干法纺丝技术制备腈纶纤维,纺丝过程具有成形条件严格、纺速高、溶剂回收简单、纺丝设备复杂、操作难度大等特点,且其纤维具有结构均匀致密和较好的物理机械性能和染色性能,纤维表面光滑、拥有天然光泽,织物丰满、保暖效果好。本文测试分析采用干法纺丝技术生产的Dralon腈纶纤维性能,为Dralon腈纶纤维针织产品的开发提供参考。

1 Dralon腈纶纤维生产工艺

腈纶纤维的生产工艺多种多样,按照纺丝成形技术划分则可以分为干法纺丝腈纶(简称干法腈纶)和湿法纺丝腈纶(简称湿法腈纶)两种。Dralon细旦异形腈纶采用干法纺丝成形技术,其过程是在甬道中进行的,聚合物溶液细流在高温气体中蒸发出溶剂后形成腈纶原丝。其纺丝工艺可分为聚合反应、溶解、纺丝、后处理等过程,分析如下:

a.聚合反应,丙烯腈(ACN)与其他单体(例如染料添加剂单体)聚合成聚丙烯腈(PAN);

b.在水洗和干燥后,白色的PAN粉末在二甲基甲酰胺(DMF)中经搅拌和加热而溶解,然后被过滤;

c.溶液从喷嘴中挤出,形成初生纤维,溶剂(DMF*)在纺丝过程中被热气(干纺)从溶液中分离,经过蒸馏回收可重新使用;

d.后处理过程中,初生纤维经水洗、拉伸、卷曲、干燥、上油等工序获得其特征性能,如强度、伸长率、纤度、膨松性和手感等。

2线密度测试

采用中段切断称质量法测量纤维线密度。试验材料选择长度为39mmDralon腈纶纤维,从试验样品中取出15002000根纤维,在整理和梳理之后用Y171型纤维切断器切下长为10mm的中段纤维;将中段和两端切断的纤维移至标准大气压下预处理1h达到水分平衡状态;用扭力天平分别称中段和两端纤维质量,准确到0.02mg,记录中段纤维总根数。根据式(1)计算纤维线密度,试验次数为5次,结果取其平均值。

1)式中:Tt为纤维线密度,dtexGf为中段纤维质量,mgL为纤维长度,mmn为纤维根数,根。

Dralon腈纶纤维5次线密度测试结果如下:0.900.880.910.890.88dtex。因此,Dralon腈纶纤维线密度均值为0.892dtex,符合我国细旦纤维定义范围(0.441.30dtex),同时也符合国际上细旦纤维定义范围(如欧洲为1.002.40dtex,日本为0.551.10dtex),属于细旦纤维。

3截面形态

采用光学显微镜观察纤维截面。将哈氏切片法制成的Dralon腈纶纤维切片试样放在载玻片上,在试样上滴50%甘油盖上盖玻片,用普通生物显微镜观察纤维截面,纤维镜放大倍数为500倍。Dralon腈纶纤维横截面形态如图1所示。

1 Dralon 腈纶纤维横截面形态

由图1可知,Dralon纤维截面呈哑铃形结构。这是因为Dralon腈纶纤维的纺丝原液在甬道内与热气流进行热传递,DMF蒸发速度较快,会在纺丝原液表面形成一层表皮,根据流体动力学理论,纺丝原液正面和背面为高速换热的湍流区,两侧为传热速度低的最大边界区,纺丝原液中的DMF不断蒸发会选择阻力较小的两侧进行扩散,导致正面和背面向内侧凹陷,故形成横截面为哑铃形的Dralon腈纶纤维。虽然湿法纺丝的纺丝原液在凝固浴中也会形成表皮,但由于凝固剂向表皮的扩散,导致表皮不那么致密;并且湿法纺丝的成形条件缓和,皮芯层差距不大,且成丝横截面与喷丝孔的形状基本相同。此外,由图1可知,纤维间比表

面积大、孔隙多,纤维间能储存静止空气,可有效增加纤维的保暖、蓬松和覆盖性能;异截面的Dralon纤维又具有良好的毛细效应,使产品兼具吸湿排汗和保暖效果。

4吸湿性能

本文在同等条件下分别测试0.9dtexDralon腈纶纤维、湿法纺丝技术生产的0.9dtex日本圆形截面腈纶纤维、金山腈纶厂生产的金山圆形截面腈纶纤维的吸湿性能。参照GB/T65032008《化学纤维回潮率试验方法》标准,采用Y802A型八篮恒温烘箱测试纤维回潮率。试样在温度20℃、相对湿度65%的条件下平衡24h,选取试样质量10g,在温度为110℃的条件下烘燥2h

3种纤维回潮率测试结果为:

Dralon腈纶纤维2.02%;日产腈纶纤维1.85%;金山腈纶纤维1.76%。

由此可知,Dralon腈纶纤维回潮率最大,这与纤维结构特别是横截面有关,Dralon腈纶纤维截面呈哑铃形,纤维单丝间存在较大的毛细管区,相比圆形截面的腈纶纤维,拥有较强的水分芯吸能力;Dralon腈纶纤维能够使人体产生的水分更快地输出体外,所以吸湿性好;Dralon纤维织物相对其他腈纶纤维不易产生静电,穿着舒适。

5力学性能

参照GB/T143372008《化学纤维短纤维拉伸性能试验方法》标准,采用YG004N型电子单纤维强力仪,分别测试0.9dtexDralon细旦异形腈纶纤维、日本腈纶纤维和金山腈纶纤维的断裂强力。试样在温度20℃、相对湿度65%的条件下平衡4h,拉伸速度100mm/min,测试50次,取其平均值,测试结果见表1

1 纤维力学性能测试结果

 

由表1可知,Dralon腈纶纤维因在热的惰性气流中缓慢形成而不像湿纺纤维那样接触凝固浴,其所得纤维截面结构内外均匀致密,因此,Dralon纤维具有良好的物理机械性能;湿纺腈纶纤维内部有空洞、隙缝等,虽然经过严格的后续处理如拉伸、致密化等,其物理机械性能仍不如干纺腈纶纤维。故Dralon腈纶纤维的模量和强度较其他两种腈纶纤维要大,织物挺括性好,具有一定的保形性,织物不易变形。

6摩擦性能

选用Y151型纤维摩擦系数测定仪,采用绞盘法测试,其原理为:用相同质量的张力夹夹住纤维两端,并悬挂在一个可以转动的纤维圆辊上;在一端张力夹下施力F,当F值大于等于包压在纤维辊上的被测纤维静摩擦力时,纤维失去平衡而滑移,即可测得纤维静摩擦力;若此时使纤维辊产生旋转,调节此F值使悬挂体重新达到平衡,则此F值即为该转速下的动摩擦力。根据Amontons定律的线性表达式,得出摩擦系数关系式如式2)式中:T1为绞盘紧端的纤维张力,mgT0为绞盘松端的纤维张力,mg为纤维与绞盘之间的包角;为纤维与绞盘之间的摩擦系数。

将纤维以180°包围在绞盘上,纤维表面上的纤维系数可通过式(3)得到。

3)式中:f0为预加张力,mgF为扭力天平读数,mg

3种纤维摩擦性能测试结果见表2

2 纤维摩擦性能测试结果

由表2可知,无论是静摩擦系数还是动摩擦系数,Dralon腈纶纤维的摩擦系数均大于湿纺金山腈纶纤维和日本腈纶纤维。这是由于Dralon腈纶纤维横截面为哑铃形,纵向有较多沟槽,且纤维纵向截面略微粗糙。纤维静摩擦力大时,纤维与纤维之间的抱合力大,纺纱过程纺纱过程中纤维成卷、成网时的半制品成形质量,使纱线的强力增加。

7碳排放量

通过对Dralon腈纶纤维及其对比纤维在生产过程中CO2排放量的调查,得出生产1kg合成纤维时CO2的排放量,如图2所示。

2 生产1 kg 合成纤维时CO2的排放量

从图2中可以看出,每生产1kg合成纤维,腈纶排放的CO2量最少,而在各种腈纶中,Dralon细旦异形腈纶排放的CO2量是最少的。

Dralon腈纶纤维采用先进的干法纺丝生产技术,其生产过程中碳排放量和消耗水量与湿法纺丝相比都是最少的,符合当今世界大力提倡绿色低碳环保的经济发展要求,应用前景广阔。

8结束语

采用干法纺丝制备的Dralon细旦异形腈纶纤维,表面光滑、截面呈哑铃形,纤维手感柔软、滑爽、光泽柔和,且纤维蓬松性、覆盖性较好;其吸湿性能高于湿纺纺丝腈纶,断裂强度与湿法纺丝腈纶相当,但模量较高;纤维静摩擦力大,纤维间抱合力大,成纱强力增加;生产1kg合成纤维时,产生的CO2排放量远小于黏胶、棉以及其他腈纶纤维产品,生产过程节能环保。由此可以推断,若选用该纤维经赛络紧密纺纺纱工艺,可以制备毛羽少、条干均匀的针织纱线,适用于针织内衣、T恤、运动装的产品开发。

来源:针织工业

玛纱特(改编)

 

 

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