氨纶纤维性能的研究

氨纶纤维性能的研究

1覆纱的性质和纺丝方法氨基弹性纤维（氨基纤维）被称为pu纤维。在中国，它被称为氨基伦，英文名称是斯潘德科。氨纶最早由德国拜耳公司研制,美国杜邦公司投入大批量生产。由于技术上的不够成熟,以及市场的开发不够,一直未能大批量生产,至20世纪末,才大量用于服装面料。近10年来,氨纶与其他纤维的包覆纱、包芯纱、合捻线织物得到了很大的发展,已逐步取代全棉、涤棉织物,一跃而成为当今服装面料,特别是时装面料的首选。其中包芯纱主要以全棉包芯纱为主;包覆纱以涤纶、锦纶包覆纱为主,而合捻纱则主要用于提花织物的织造。氨纶是一种嵌段共聚物,其中聚氨基甲酸酯占85%以上。在该嵌段共聚物中有两种链段,一种叫软链段。其由无结晶性的低分子量的聚酯或聚醚组成,玻璃化温度很低(-50~70℃)。在常温下处于高弹态,只要赋予很小的应力就能发生很大的形变(高弹形变),从而赋予纤维容易被拉长的特性。另一种链段叫硬链段,由于含有多种极性基团,并能产生大分子链间横向交联。在应力的作用下,这种链段基本上不发生形变,从而防止了大分子链间发生滑移,为软链段的大幅度伸长和回弹提供了必要的结点条件,并赋予纤维一定的强度。正是这种软链段和硬链段的共存体系,导致了氨纶纤维的高弹性。硬链段大部分是4,4′-甲撑二苯二异氰酸酯(MDI),软链段则大多为环氧乙烷或己二酸己二醇的聚合物,链增长剂一般用二胺或二胺肼。氨纶纤维链结构中软链段部分有聚酯,也有聚醚,故又分为聚酯型氨纶和聚醚型氨纶。现在大批量生产和用于纺织面料的多数是聚醚型氨纶。由于聚酯型氨纶中二元酸和二元醇聚合物中,酯键的空间位阻较聚醚型氨纶中的醚键大,大分子的空间构象改变较难,柔性小,而且聚酯型氨纶中聚合物的分子极性较聚醚型氨纶高。所以,一般聚醚型氨纶较聚酯型氨纶玻璃化温度要低、弹性要好。氨纶的纺丝方法可分为四种:熔体纺丝法、干法纺丝法、湿法纺丝法和反应纺丝法。在各厂家一般采用干法纺丝法,也有一小部分厂家采用湿法纺丝法和反应纺丝法,但湿法纺丝法和反应纺丝法的生产效率比干法纺丝法低50%~200%。有时为了生产一些低纤度的氨纶纱(如:纤度在2.2tex以下),则适宜采用湿法纺丝法和反应纺丝法。2涂层的性能2.1织物组织结构氨纶纤维的弹性很大,随着软链段部分分子量的增大,其伸长率可达400%~800%,伸长500%的回弹率为95%~99%。由于织造时织物纬纱上了很重的浆,所以当氨纶的支数不高时(如30D、40D等),织物坯布的弹性伸长受到很大的限制,而且由于织物组织结构中经纬向强大的摩擦力,一般伸长率在5%~10%。而且,国内一般需求的弹力面料对弹性要求不高,定性地检测织物约有15%左右的伸长率,就能满足要求。2.2氨纶纤维的吸湿性氨纶因有弹性,不能用与其他纤维同样方法测试强力。当纤维受到拉伸,伸长到最大长度时,纤维变细,在这个细度下测出的强度为有效强度。由于氨纶的结构不同,其强力大约在4~5cN/dtex,而断裂强度干态为0.44~0.88cN/dtex,湿态为0.35~0.88cN/dtex。由于氨纶纤维的吸湿性极低(0.3%~1.3%),水对氨纶的增塑作用不明显,故其湿强力仅仅略低于干强力。氨纶纤维的断裂强度接近0.88cN/dtex时,其伸长能达到350%~600%。当然,氨纶的断裂延伸度大,其断裂功也很大。2.3定形温度的控制氨纶的软化点为205~210℃,150℃时发黄,190℃时强力下降,甚至发粘。所以氨纶织物一般的定形温度以不超过175~180℃为宜。由于织物的组织结构和氨纶与其他纤维的缠绕方式不同,一般包覆纱织物定形温度不超过180℃,包芯纱薄织物定形温度可达190℃,而包芯纱厚织物定形温度可达195~210℃。当然,定形温度依成品的缩率和弹性要求而定。国内的一般客户对成品的弹性无定量的指标,只要求成品织物略有弹力极可,所以定形温度的控制只根据成品缩率而定。如果成品有弹性指标要求,则应全程控制织物的弹性损失。设计工艺时,首先将坯布退浆后松式水洗,测定坯布的弹性回复(约25%~35%之间),再根据成品的弹性要求制定有效工艺。弹力损失见表1。2.4氨纶纤维的染色对于包芯纱、包覆纱以及合捻线,因为染色后氨纶几乎全部被外相纤维所覆盖,所以一般不用考虑氨纶的得色与否,但氨纶本身可用直接染料、还原染料、酸性染料、分散染料、铬媒染料、金属络合染料、活性染料等染色。但直接染料和活性染料的色牢度较差(特别是深色),如果氨纶纤维的裸丝或氨纶纤维未被外相纤维完全覆盖,就必须考虑氨纶的染色。据资料介绍,大生产中使用较多的是金属络合染料,用它染色的氨纶织物各项性能均优于其他染料,但在实际应用中,氨纶裸丝极少单独染色,即使染袜用布时,也仅染很浅的颜色,在生产中大多用酸性染料染色。2.5外相纤维染整加工氨纶耐多数的酸、碱和化学溶剂,特别是聚醚型氨纶。不论是包芯纱、包覆纱还是合捻线,在染整加工如煮练、漂白、丝光时,氨纶大部分已被外相纤维所覆盖,裸露的表面积很小,所以可以采用外相纤维的染整加工工艺,其弹力损失见表2、3。温度和时间的工艺条件为102℃×60min。3染色加工3.1成品缩率的一致性市场上的氨纶机织物中,纬向弹力布约占90%以上,经纬双弹织物约占8%~9%。纯粹经向弹力的织物极少,可能是织造和染整加工技术不成熟,很难达到服用性能,一般只用在较厚的劳动服装上。随着服装行业裁剪、拼件技术的提高,纬弹织物可以完全取代经弹织物。氨纶在机织物中含量一般为1%~5%,其中平纹、斜纹、缎纹织物的氨纶含量大约为1%~3%,纬弹灯芯绒中氨纶含量大约为3%~4%,双弹织物中氨纶含量大约为4%~5%。由于氨纶的高收缩性,导致生产时缩率、门幅较难控制,而且由于织物组织结构紧凑程度不同和织造时的应力左右不均衡,以及织物的边组织与织物主体结构的不协调,极易在生产时产生卷边。1/1平纹织物、人字斜纹织物,其织物结构相对紧凑、左右应力均衡,一般不卷边。2/1、3/1斜纹或缎纹织物则要求边组织相对紧密、宽,浮点越长,边组织要求越密和越宽,如:133×78/32S×16S+70D全棉纬弹3/1直贡布,布边宽2cm,布边的经向密度是织物主体结构经向密度的2~2.5倍。对于特定的织物,控制其卷边一般可以采用紧式短流程工艺,但对于经纬双弹,由于经向也有弹力,故边组织应与织物主体结构相似,否则如果边组织太紧密,则在生产时由于边组织同织物主体结构的收缩不一,极易产生皱折。而边组织过于稀松,则生产较难掌握,容易卷边。氨纶织物的缩率一般较大,特别是经向有氨纶的织物,如果染整工艺采用紧式加工,半制品经向缩率甚至能达到15%~25%。由于丝光对氨纶的伸长率影响较小,对纬向缩率贡献不大,所以控制成品缩率同门幅的一致性要靠定形来完成,一般定形落布的缩率比成品的缩率略高1%~3%,即可满足成品缩率(一般平纹织物的纬向缩率可控制在3%以内,斜纹织物可控制在5%以内)。氨纶磨毛织物定形时超喂一定要控制得当。超喂过大,容易产生磨毛时的荷叶边,织物的两边磨不到毛或磨的毛比中间少,造成染色的左中右色差;超喂过小,容易产生磨毛的边紧,同样有左中右色差。最好是将定形放在丝光前,但一定要控制好丝光时的水洗箱和烘筒皱,为磨毛工序创造有利的条件。3.1.1烧毛、煮练和全棉由于平纹织物结构相对紧密,织造时左、右应力均衡,所以染整加工过程中一般不产生折边、卷边现象,为此,我们可以采用全棉的染整加工工艺:烧毛→煮练→漂白→定形→丝光→(磨毛→水洗→)染色→(印花)→后整理烧毛由于氨纶织物不耐高温,烧毛时尽量采用多火口、高车速、低焰温的烧毛方式,以减少烧毛工序和不必要的疵布。如果要轧酶退浆,最好选用高温型淀粉酶,使织物在进入退煮漂机后已产生足够的收缩。煮练氨纶织物退浆后门幅收缩严重,织物的经向密度增加约15%~25%,但织造时选用的纱线等级较高,煮练工艺可按照同品种的全棉工艺。漂白对于织造纱支高于40S的氨纶织物,建议采用次氯酸钠漂白,如表3所示,同等浓度的次氯酸钠漂白,弹力损失较双氧水漂白工艺少,而且还可预防细纱支织物的氧化破洞。3.1.2织物整理工艺设计工艺一冷漂→水洗→烧毛→定形→丝光→染色或印花→后整理工艺二煮练→漂白→烧毛→定形→丝光→染色或印花→后整理斜纹和缎纹氨纶织物的染整加工,可分为两种情况:一种是织物边组织比较松,另一种是织物边组织结构紧密。对于第一种情况,目前最好的办法是采用工艺一,但要注意下面几个问题:①水洗时一定要控制车速在30~35m/min之间,而且要求车速稳定。②一定要控制好最前面的3~4格水洗箱的水温保持在95℃左右,但尽量不要让水沸腾过大,否则容易卷边。保证以上两条才能有效保证半制品毛效的均一性和有效性,一般此工艺水洗落布的织物毛效都在10cm/30min以上。③丝光最好采用直辊丝光机,但入布时不能有折边或卷边,否则将产生更大的卷边。第二种情况则可采用连续式汽蒸工艺。烧毛为了防止烧毛时织物收缩太大而引起退煮漂时的卷边和提高布面光洁度,建议煮漂后烧毛。煮练减小入布张力。第一格水洗温度最好控制在95℃左右,使织物在煮练前已产生足够的收缩(20%左右),减小后续加工产生卷边的可能性。纬弹斜纹、缎纹与平纹纬弹织物一个显著不同之处是,织造完成后织物存在一个左斜织物向左边方向伸长的经向潜在应力,而右斜织物向右边伸长的经向潜在应力。如果在染整加工过程中采取过高温度和高湿度的松式处理,让潜在应力得以消除,并保持其纬向倾斜形状至成品,那么成衣水洗后就不会产生因为应力的消除而发生经向的扭向,成衣的形状特别是长袖和裤腿部位就不会改变。否则应在后整理时强行将左斜织物整纬至左斜,右斜织物整纬至右斜。具体的斜度视织物的组织结构而定:2/1织物斜度约为0.02~0.03(纬斜尺寸除以幅宽);3/1织物斜度约为0.03~0.04;4/1织物斜度约为0.04~0.05。3.1.3柔软定形工艺流程坯布定形→烧毛→冷漂→水洗→定形→丝光→染色或印花→柔软定形→防缩→卷筒经纬双弹织物由于经向和纬向都有氨纶纤维,其缩率的一致性很难掌握,要求生产各工序的张力控制一致、车速稳定、减少返工。坯布定形如果坯布带有PVA浆料,为防止PVA在高温时产生脱水,羟基减少烯键增加,浆料的亲水性降低,为后续加工带来不便,定形温度控制在185~190℃,定形时间不超过30s。柔软定形要降低双弹织物的经向缩率,光靠机械防缩很难达到客户的要求,必须在柔软定形时控制。即加大超喂降低织物的经向缩率,减轻防缩的压力。生产时将超喂调到最大,只要落布无超喂皱即可。防缩防缩汽压最低不能低于3.5kg/cm2,车速控制在35m/min左右,如果一次防缩后缩率达不到客户要求,还要进行第二次防缩。3.2不同工艺对织物的影响锦棉氨纶织物主要是指经向由锦纶长丝,纬向由全棉包氨纶芯纱交织而成的直贡织物。该织物锦纶长丝浮于织物表面,光泽感极强,底纹又具有全棉的服用性能(吸湿性、透气性等),再加上氨纶的弹性,所以一面世即成为流行的时装面料。根据该织物的组织结构特征,加工工艺流程如下:工艺一轧酶收幅→卷染机煮漂→卷染机或轧染机染色→定形柔软→成品工艺二轧渗透剂收幅→冷轧→水洗→卷染机或轧染机染色→定形柔软→成品收幅由于氨纶织物的高收缩性与锦纶长丝的低抗皱性,导致了该织物的加工难点:即如何在保持织物不皱的前提下,将坯幅回缩到相对稳定的尺寸,防止织物在进卷染机入水时或浸轧冷轧液时急剧收缩产生皱条,形成织物染色后的条花。为此,我们采用在轧水烘干机上收幅。如果用卷染机前处理,可浸轧高温淀粉酶1.5~2g/L,非离子渗透剂1.5g/L,轧液温度95~100℃,堆置45~60min;如果采用冷轧工艺,则浸轧阴离子型渗透剂3g/L,轧液温度95~100℃,落布九成干。进布时采用低张力,尽量保持松式进布,控制车速在25m/min左右,使织物在浸轧溶液时即产生很大的收缩(20%~28%),有效地防止煮练、漂白、染色时织物再次大幅收缩而产生皱折。煮练、漂白锦纶长丝的低抗皱性导致前处理工艺的局限性。采用冷轧水洗,相对用卷染机前处理,工作效率有很大提高,但对冷轧机和水洗机的设备性能要求很高,而且对操作人员的技术水平、责任心等也有较高的要求。为了减少生产的风险,一般批量不大,最好采用卷染机进行前处理。染色锦纶可用酸性、中性、活性、分散等染料染色,棉氨纶包芯纱采用活性、直接混纺、硫化等染料染色(硫化染料一般染硫化黑)。生产中可选用弱酸性/直接混纺染料一浴一步法染中浅色和比较鲜艳的颜色;选用中性/直接混纺染料一浴一步法染中到深色;用酸性/硫化染料染黑色(见《印染》2002年第5期21~23页)。有的企业为了生产工艺的简单化,全部采用酸性/活性染料染色。如果选用中性或弱酸性染料染色,由于此两种染料在70~80℃时上染速率极高,生产时应严格采用分段升温染色,避免色花、中边色差。同前处理一样,卷染染色对设备的要求无轧染对设备的要求高,后者极易产生皱条,生产前一定要检查设备的平整度和轧车的磨损情况,降低成品的次品率。对于一些比较薄、成品门幅要求窄、弹性要求高的锦纶棉弹力织物,可以采用溢流染色机染色。溢流染色机控温较卷染机容易,一般不会有染色条花、中边色差等疵点,成品手感明显优于紧式加工,布面效果也可达到一般要求。唯一的缺点就是对操作要求较高,容易造成进、出布、脱水、开幅的擦伤。后整理锦棉弹力织物染色后的经向缩率约8%~10%,纬向缩率约10%~12%。根据客户对成品缩率的要求,采用定形可满足缩率要求。定形温度180~190℃,定形时间60~70s。在生产中我们发现,锦棉弹力织物在布箱堆置时压痕较严重,影响织物成品的外观。建议各工序落布尽量卷装化,如条件不许可,每箱存布则应少于500m。3.3氨纶织物的合成涤棉弹力织物一般分为两种:一种经向涤纶,纬向棉氨纶包芯纱;另一种经向全棉,纬向涤纶和氨纶的包覆纱。由于涤纶织物含杂率低,全棉纱线又是精梳坯,所以涤棉弹力织物的前处理可以用比较温和的工艺。工艺流程烧毛→煮练→漂白→定形→丝光→染色→后整理烧毛二正二反,车速110~120m/min煮练氢氧化钠25~30g/L,去油剂5g/L(涤纶与氨纶的包覆纱应另加2~3g/L氨纶除油剂Raycapolse-conc.,以去除氨纶纤维织造时加的油剂)。其余助剂用量同全棉生产工艺