纺丝酸浴工艺对粘胶类扁平丝成形速度的影响

邓传东+陈晓芳

摘 要：扁平丝是异形纤维的一种，纤维横截面呈扁平状，在粘胶类扁平纤维的生产过程中，影响纤维成形的因素很多，其中酸浴工艺条件是影响粘胶类扁平丝纤维成形的重要环节。本文对酸浴中硫酸、硫酸钠、硫酸锌、酸浴温度四个因素对扁平丝截面形状的影响进行了系统实验，分析各因素对扁平丝截面形状的影响情况，也即实验分析了酸浴中各组份对粘胶类扁平丝成形速度的影响。

关键词：粘胶类扁平丝 酸浴 纤维截面 异形度 成形速度

一、前言

异形纤维是指利用物理、化学和机械等方法使合成纤维变性以改善其性能，扩大其使用范围。纤维截面的异形化即是物理改性的一项重要又方便的手段。如：中空、中空异形、三角形、三叶形等使用已极为广泛。此外多角形、多叶形、T形、C形、H形、十字形、扁平形等都已有生产，异形纤维与一般园截面的纤维相比具有许多特性：具有优良的光学性能；能增加纤维的复盖能力，提高抗起球能力；能增加纤维间的抱合力，纤维的膨松性、透气性及保暖性均有提高等等。异形纤维的各项性能的优劣，主要决定于其不同的截面形状及异形度的大小。异形度是表示异形纤维符合异形规格程度的指标。故在异形纤维制造过程中必须严格控制异形度的大小和均一性，对于异形纤维来说异形度是其物理性能的主要指标之一。

由于从异形喷丝孔压出粘胶的表面力倾向于形成一种圆形的剖面，而不会顾及喷孔的形状，因此，必须选择适当的酸浴条件，以迅速获得一种稳定的皮层，初步具有一定的扁平形态。扁平丝异形度的不同，其结晶区与非结晶区的比例、分布有所不同，从而对纤维染色性能的一致性有影响。扁平丝异形度的不同，成品纤维的手感不同，对织物的风格有一定影响。

因此，对“纺丝酸浴工艺对粘胶类扁平丝成形速度（即截面形状及异形度）的影响”进行试验研究，有利于扁平丝生产过程中的工艺控制，保证其成品品质，对各规格品种的粘胶类纤维如仿麻丝（1200D/14F、600D＼10F等）、雅菲特（1100D/1F、2000D/1F、4000D/1F等）、常规丝产品（120D/30F、300D/50F、600D/100F等）的生产有一定指导意义。

二、试验部份

对酸浴中硫酸、硫酸钠、硫酸锌、酸浴温度四个因素，以及四个因素的三个水平采用正交实验方法，排成了9组酸浴组成工艺进行扁平丝的纺制。其它纺丝条件，如纺速、后处理工艺、纺丝温湿度等条件在9组酸浴工艺试验过程中不变，每组酸浴工艺纺制1个落丝周期。

1、纺丝设备：R535半连续纺丝机。

2、试验规模：R535半连续纺丝机三个纺区， 5个立方的酸浴调配循环系统。

3、试验品种：300D/10F粘胶扁平丝。

4、喷丝头规格：300D/10F，一个喷丝头的喷丝面上有10个长条形孔，成梅花状排布；其中单孔为两头为纺锤状的长方形，规格为：长*宽=0.6mm*0.045mm，其长宽比为13.33。

5、酸浴四因素三水平的选择：

6、酸浴四因素三水平正交实验表：

7、纤维切片制作

A、制作设备：显微镜、显微摄影仪、照像机、172型纤维切片器、目微尺、火棉胶

B、進行扁平丝截片制作：9组实验方案，统一取其纺丝捻面的生丝条进行截片制作，正交实验6#、7#方案纤维截面情况见以下图1和图2：

C、在显微镜下用目微尺进行扁平丝单丝横截面的长度、宽度进行测量、并做好记录。

8、各组实验方案扁平丝异形度计算：表示异形纤维断面特征的指标主要有充实度（又名园系数或园整度）和异形度，该指标的大小对纤维的风格和手感影响很大，并且该指标的均匀程度（即扁平丝纤维横截面的长宽比的CV值不能太大）对扁平丝的染色均匀性影响非常大。

充实度是衡量纤维面积是否接近园形的一个指标，其计算公式如下：

充实度=异形纤维断面积/异形纤维断面外接园面积

异形度主要是用来衡量异形纤维变形的程度。与充实度相反，异形度愈大，充实度愈小。其计算工式如下：

异形度（%）=（1-充实度）*100

四因素三水平的9组正交实验方案，扁平丝纤维横截面的长度、宽度的测量情况，以及扁平丝纤维横截面面积、外接圆面积、充实度、异形度计算如下下表：

三、结果讨论

在粘胶纺入酸浴到纤维素丝条再生的这段时间中，有以下三个基本反应发生：一是中和粘胶中的游离碱；二是纤维素黄酸酯的分解，使纤维素再生；三是由于分子中氢链的形成，使纤维素分子结晶。通常，为了增加纤维强度，对刚离开酸浴的丝纤维素黄酸酯构成，外层由凝固程度极低的再生纤维素构成。因此，纤维结构的成形主要取决于外侧的酸浴，合理地选择纺丝成形条件，对纤维性能及其扁平丝异形度有重大作用，现根据以上实验数据，对酸浴中硫酸、硫酸钠、硫酸锌、酸浴温度四个因素对扁平丝异形度的影响情况进行分析。

采用正交试验的试验结果的分析方法有二，方差分析法和直观分析法。这里我们采用直观分析法。通过直观分析法确定酸浴中四个因素对扁平丝异形度影响的大小，即因素的重要性。如下表：

四、结论

由以上四因素三水平正交实验分析表分析数据可知，酸浴中硫酸、硫酸钠、硫酸锌、酸浴温度四个因素中，首先是温度对粘胶类扁平丝异形度，也即成形速度影响最大，而且在设计正交实验表的三个水平时，温度三水平的差异仅为3℃，因此，在进行扁平状粘胶纤维进行纺制时，一旦酸浴组成确定下来后（其实质是确定了扁平丝的异形度指标值），我们要严格控制纺丝过程中酸浴的温差，对于粘胶扁平丝（如1200D/14F、4000D/1F、2000D/1F、1100D/1F等规格品种）这一异形纤维纺丝酸浴温度的正负偏差值不能太大，否则会造成同批产品中扁平丝的异形度有差异，影响纤维的染色性能，对于雅菲特产品将影响其幅宽（雅菲特的幅宽控制，目前是我们的难点）。其次是硫酸浓度对粘胶类扁平丝的异形度影响比较大，生产过程中也需严格控制。再次是硫酸钠、硫酸锌对扁平丝异形度有一定影响，但影响程度没有酸浴温度和硫酸浓度哪么大。如果以酸浴中硫酸、硫酸钠、硫酸锌、酸浴温度四个因素中每增、减1 g/l或1℃为单位对粘胶成形速度的影响来进行比较的话，假定硫酸钠对粘胶成形速度影响为1，则硫酸锌影响为1.38、硫酸影响为5.17、酸浴温度影响为31.98。因此，我们可知温度在粘胶成形反应中的影响成度（是硫酸钠的31.98倍，是硫酸锌的23.17倍，是硫酸的6.18倍）。

参考文献：

[1]《简明纺织材料学》 主编：李亚滨 杨弘 褚益清 王绍平 张毅 出版社：中国纺织出版社

[2]《正交实验设计》

[3]《粘胶纤维工艺学》

作者简介：

邓传东，生于1963年11月，男，宜宾丝丽雅集团有限公司高级工程师，EMBA硕士研究生学位，化工化纤研究方向。