饰品之家讯：阻燃纤维是开发较早的一类功能纤维,长期以来,广泛地应用于消防、军队、宇航、冶金、石化等特种行业.随着科学技术的不断发展,消费水平的提高,人们对纤维及其制品的要求也越来越高.阻燃纤维能有效防御火灾的发生,延缓火焰的蔓延,能有效地保护人们的人身和财产的安全.这类纤维顺应时代要求而产生,具有广阔的发展前途和市场前景[1].

目前,我国在纺制阻燃纤维的过程中,容易出现纤维缠绕罗拉、胶辊,静电现象严重等问题.出现这一问题的原因与纤维的表面摩擦性能和静电性能密切相关.刘晓艳[2]等曾对高性能纤维的摩擦性能做过研究,徐磊[3]、邓玉美[4]等对纤维的静电性能做过研究,但对阻燃纤维经抗静电剂处理之后,纤维的摩擦和静电性能的变化情况还未做过全面的研究.因此本文研究了抗静电剂对阻燃纤维的摩擦、静电性能的影响,对阻燃纱线纺纱过程中出现的问题具有一定的参考价值.

1　实验原料

1.1　阻燃纤维的规格(见表1)

1.2　仪器及方法

选用Y151型纤维摩擦系数测定仪,并采用罗拉法分别测定各种阻燃纤维经抗静电剂处理前、后与金属辊、橡胶辊的动、静摩擦系数.测试结果为30根纤维的平均摩擦系数.其实验测试条件为预加张力200mg,温度20℃,相对湿度60%.动摩擦系数测试时罗拉辊转速为30r/min.纤维的质量比电阻测试采用YG321型纤维比电阻试验仪.分别测试了阻燃纤维施加抗静电剂前、后的质量比电阻.其实验测试条件为温度20℃,相对湿度60%.本实验用非离子型(以下简称1#)和阳离子型(以下简称2#)两种抗静电剂,施加量为0.3%(抗静电剂对纤维的质量).

2　测试结果与分析

2.1　纤维的摩擦性能

纤维的摩擦性能关系到纤维加工的全过程,与纱线质量直接相关.在加工过程中,经常存在纤维与纤维、纤维与机件之间的相对运动,从而会出现纤维与纤维、纤维与其他材料的摩擦问题[5].国产阻燃纤维的摩擦性直接影响到纺纱工艺,关系到纱线的性能质量.本文研究了阻燃纤维经抗静电剂处理前、后与金属辊、橡胶辊的静、动摩擦系数.测试结果见表2~3.

从表2中可以看出,经1#抗静电剂处理后,阻燃纤维与金属辊、橡胶辊的静摩擦系数均有所下降.说明1#抗静电剂对阻燃纤维的静摩擦作用影响较大,改善了纤维与金属辊、橡胶辊之间的静摩擦作用.而且阻燃纤维与橡胶辊的静摩擦系数下降的程度要比与金属辊的明显.经2#抗静电剂处理后,只有腈氯纶与橡胶辊之间的静摩擦系数有所下降外,其他的都有所增加.说明2#抗静电剂对阻燃纤维的静摩擦作用效果小.

从表3中可以看出,经1#抗静电剂处理之后,阻燃纤维与金属辊的动摩擦系数下降的有:粘胶、维纶、PPS;阻燃纤维与橡胶辊的动摩擦系数下降的有:粘胶、进口芳纶、PPS.经2#抗静电剂处理之后,阻燃纤维与金属辊、橡胶辊的动摩擦系数下降的只有PPS.纤维与金属辊、橡胶辊间的摩擦系数有增加有减少,这是因为当用表面活性剂处理纤维时,产生不同的摩擦区,而且这个摩擦区取决于两个摩擦表面相互作用的不同状况.霍维尔指出,当用纺织助剂,尤其是表面活性剂处理化学纤维时,会产生不同的摩擦区,而且这个摩擦区取决于两个摩擦表面的相互作用的不同状况.

按照摩擦因素β的不同,分成3个摩擦区,见图1.

在第Ⅰ区(界面层)形成牢固的单分子或双分子表面活性剂层,它是由偶极作用,或静电相互作用保持在纤维上.随着纤维表面活性剂分子的存在使极性基数量增加,纤维间相互作用力N0减小,因素β增大,而摩擦系数减小.在Ⅱ区内,由于纤维上的助剂含量增加,形成多分子层.这时N0值变化很小,但是纤维间的摩擦,或纤维对金属的摩擦,由于两个摩擦面之间助剂的多分子层的粘滞过程而再度增大.当纤维表面充满了助剂的多分子层时,N0值不变而且最小.

根据非极性基的化学结构和大小不同,形成单分子层所需的表面活性剂的计算量为纤维量的0.02%~0.05%,而形成双分子层所需的表面活性剂的计算量则为纤维量的0.05%~0.1%,这个数量比施加的抗静电剂的量(0.3%)小得多.因此纤维的摩擦系数变化特性往往相当于第Ⅱ或第Ⅲ区.即经抗静电剂处理后,各种阻燃纤维的摩擦系数有增加有减少.所以抗静电剂处理阻燃纤维的主要目的显然不是加大或减小摩擦,而是使其保持在一定水平,并且缓和由于未经处理的纤维表面的不同性能所引起的原始纤维的波动很大的摩擦[6].

从表2~3还可以看出,抗静电剂对改善阻燃纤维的摩擦效果要优于2#抗静电剂.

2.2　阻燃纤维的静电性能

合成纤维的吸湿性和导电性较差,在合成纤维纺织加工过程中,纤维与纤维、纤维与机器之间的摩擦产生了静电,而合成纤维本身绝缘性又强,静电荷难以逸散.纤维摩擦时的带电现象,一般认为是电荷在被摩擦的纤维之间移动而产生的[4].纤维在摩擦中产生的静电,使化学纤维在整个生产过程中,都会产生或多或少的麻烦,可见纤维的静电性能对纺纱工艺有至关重要的影响.因此本文对阻燃纤维的静电性能进行研究,并且对比经抗静电剂处理前、后的阻燃纤维的质量比电阻的变化情况.测试结果见表4.

从表4中可以看出,腈氯纶的常态质量比电阻要比其他阻燃纤维大得多.这是因为纤维的导电率也取决于单纤维的线密度,并随着线密度的减小而降低[6].由于腈氯纶的线密度最小,纤维的导电率最低,所以质量比电阻最大.经1#抗静电剂处理之后,各种阻燃纤维的质量比电阻都下降.这说明经抗静电剂处理后,纤维的导电性能增强,减少了纺纱过程中的静电问题,提高了阻燃纤维的可纺性.这是因为非离子表面活性剂在纤维表面形成一吸附层,减少了纤维表面的摩擦,使起电量降低.另外非离子抗静电剂中的羟基或氧乙烯基与水形成氢键,增加了纤维的吸湿,含水量的提高,降低了纤维表面电阻,从而使静电易于泄漏.

经2#抗静电剂处理之后,除了维纶和进口芳纶的质量比电阻变化不大外,其他阻燃纤维的质量比电阻都有所下降.这是因为阳离子抗静电剂不仅可以中和纤维的表面电荷,而且阳离子表面活性剂以带正电荷的季铵离子吸附于纤维表面以疏水的碳氢链向外的吸附状态吸附于纤维表面,在纤维表面形成一层以碳氢链组成的定向排列的吸附膜,这层吸附膜能有效地降低纤维表面的摩擦力,使摩擦带电现象减弱.但由于纤维表面带电性不同,导致抗静电效果不同,其中对其影响最大的是腈氯纶,其次是PPS,而对于其他几种阻燃纤维的质量比电阻影响相对较小.这是因为腈氯纶、PPS纤维偏向带负电荷,这可能是造成纤维质量比电阻相差甚远的原因[7].从表4还可以看出,1#抗静电剂对改善纤维的静电效果优于2#抗静电剂.

3　结　论

(1)　经1#抗静电剂处理之后,阻燃纤维与金属辊、橡胶辊的静摩擦系数均有所降低.纤维与橡胶辊的静摩擦系数下降得较明显.经2#抗静电剂处理之后,除腈氯纶纤维与橡胶辊之间的静摩擦系数下降外,其他摩擦系数都增加.

(2)　经1#和2#抗静电剂处理之后,阻燃纤维与金属辊、橡胶辊的动摩擦系数有增加有减少.

(3)　腈氯纶的常态质量比电阻最大.经1#抗静电剂处理之后,阻燃纤维的质量比电阻均有所下降.效果最明显的是腈氯纶.经2#抗静电剂处理之后,除维纶和进口芳纶的质量比电阻变化不大外,其他阻燃纤维的质量比电阻都有所下降.

(4)　1#抗静电剂对阻燃纤维的摩擦和静电作用的效果优于2#抗静电剂.

参考文献:

[1]　杜红丽,赵书林,王荣荣.阻燃纤维及其最新研究进展[J].陕西纺织,2006(2):42.

[2]　刘晓艳,陈美玉.高性能纤维的摩擦系数测试与分析[J].四川纺织科技,2002(1):15-17.

[3]　徐磊,董立.由纤维的电学性质看化纤的抗静电整理[J].济南纺织化纤科技,2005(4):36-39.

[4]　邓玉美,马媚.合成纤维油剂中抗静电剂性能的研究[J].天津化工,2006(3):13-15.

[5]　刘晓艳,陈美玉.高性能纤维的摩擦系数测试研究[J].中国纤检,2002(6):42-44.

[6]　AB帕克什维尔.化学纤维性能和加工特点(上)[M].吴震世,何联华,译.北京:纺织工业出版社,1981:42.

[7]　任华明,李德绵.实用化学纤维油剂[M].北京:纺织工业出版社,1987:136-138.



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