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水刺非织造布PVA纤维生产工艺探讨

更新时间:2009-03-28

0 前言

水刺非织造布是利用高压微细水针对纤维网进行喷射缠结加固而形成,它具有手感柔软、透气性好、强度高、不含化学黏合剂等优点,广泛应用于卫生材料、合成革基布、高温过滤材料、防护服材料和汽车内饰材料等领域,是近年来发展最迅速的非织造布生产技术之一。其纤维原料以涤纶、锦纶、丙纶、黏胶纤维为主。近几年PVA纤维才逐渐用于水刺非织造布的生产。

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PVA水溶纤维可溶于水,其水溶液无味、无毒,无色透明,在普通水处理的活性污泥中在较短时间内可被生物降解,是一种环境友好型产品。近几年具有防辐射功能的服装市场发展迅速,以PVA水溶纤维为原料的水刺非织造布,是用作防辐射功能服装的理想原料,这样的服装在有限次使用后不需要深埋或焚烧,只需通过在水中溶解,将固废变为液废,再经特殊装置处理,即可达到安全无污染的目的。

本实验根据我公司的生产实践,讨论了使用改性WL-201 PVA为原料,在湿法纺丝装置上成功开发出水刺非织造布专用PVA纤维的生产工艺。

1 试验

1.1 原料

PVA为醇解度99%的WL-201,中国石化集团重庆川维化工有限公司生产。

1.2 设备与仪器

YL162A溶解机 (山西纺机厂)、YL306纺丝机 (山西纺机厂)、YL421热处理机 (山西纺机厂)、MK切断机 (上海韦揣信息技术有限公司)以及热水卷缩后处理机 (青岛纺织机械厂)。

孟子曰:“不仁哉,梁惠王也!仁者以其所爱及其所不爱,不仁者以其所不爱及其所爱。”公孙丑问曰:“何谓也?”“梁惠王以土地之故,糜烂其民而战之,大败,将复之,恐不能胜,故驱其所爱子弟以殉之,是之谓以其所不爱及其所爱也。”[4](P364)

XD-1型纤度仪 (上海新纤仪器有限公司),XQ-1A型纤维强伸度仪 (上海新纤仪器有限公司),YG321型纤维比电阻仪 (上海标卓科学仪器有限公司),Y151纤维摩擦系数仪 (南通三思机电科技有限公司)。

1.3 工艺流程和工艺条件

将热水温度分别控制在57℃、59℃、61℃、63℃、65℃、67℃,其他工艺条件控制不变,依次进行热水卷曲。每一温度下取5个样品进行分析检验,得出数据见表3。

对于BP神经网络而言,10像素组的特征矩阵与PNN相同,是一个27维的特征向量,所以BP神经网络输入端设置为27个输入神经元,输出端和PNN神经网络一样设置为10个神经元(10个文字种类)至于隐含层,根据经验公式取10较为稳定,学习率取0.1,在和PNN相同的400个文字样本库中选择300个进行网络训练,剩下100个作为测试样本,根据以上主要参数进行BP神经网络的构建、训练和识别。

PVA→溶解→脱泡→过滤→纺丝→导辊拉伸→集束→湿热拉伸→干燥→预热→延伸→冷却→卷绕→切断→热水卷曲→水洗→上油→干燥→打包

溶解温度:(99±1)℃

1.3.2 工艺条件

原液质量分数:(16±0.5)%

喷丝速度:12.0 m/min

冷却速度:75 m/min

热水卷曲温度:65℃

美伊交恶,殃及在伊中国油企。本轮美对伊制裁漾起的冲击波对中国油企影响几何,油企应该如何应对,成为中国油企需要重视和考虑的问题。

PVA溶解过程微观上是大分子溶剂化和分子间键断裂,宏观上则表现为溶胀和形成分子分散溶液,是PVA和水分子相互扩散的过程。因此,在原液制备过程中,我们采用PVA预溶胀再溶解的办法,在溶胀过程中聚合物在溶剂的作用下,大分子之间的作用力不断被减弱,溶剂分子由表及里地逐渐渗透入聚合物内部,使得聚合物体积膨胀,聚合物大分子和溶剂分子接触混和,最终达到完全溶解。如果采用直接升温进行溶解的方法,PVA未经充分溶胀便进入溶解过程,就会在聚合物的表面产生高黏度层,抑制溶剂进一步向聚合物体内渗透和其后的溶解过程的进行,得不到溶解均匀的纺丝原液,纺丝过程也就无法正常进行。另外,在溶解过程中,为确保溶解效果,我们还通过控制溶解温度、加快分子热运动和加强搅拌等措施,强化溶解条件。温度高对溶解有利,但过高在工艺上控制复杂。当超过100℃以上时,就要在加压的情况下操作。因此,溶解温度一般控制在99℃左右较为适宜[1]

3:7灰土拌合→分层铺摊→碾压夯实→水泥稳定碎石基层混合料运输→混合料摊铺与整形→混合料碾压→接缝处理及养生→沥青混凝土混合料运输→混合料摊铺整形→混合料初压复压终压→聚氨酯胶水涂底→黑色橡胶颗粒搅拌→摊铺黑色橡胶颗粒→碾压成型→测量放线划分区域→搅拌EPDM彩色颗粒→EPDM颗粒摊铺→碾压成型。

1.4 物检指标

线密度:(M ±0.1)dtex

Using a hospital-wide electronic patient record computer system, the results of pre-operative bloods drawn either on the day prior to or morning of surgery were recorded.

二是在经营品种上的创新。把传统的存贷业务和理财投资、杠杆投资、衍生产品投资等新兴业务结合起来,这种经营品种的多元化,让金融的压抑得到解放。

花馍被称为“母亲的艺术”,因花馍的制作工艺比较复杂,他的具体捏形也没有教材和样本,外加它的经济利益也不丰厚,所以对花馍有兴趣、愿意从事这个行业的人寥寥无几,虽然有关协会和地方政府也开办花馍制作培训班,企业也为花馍技师提供培训机会,但由于报酬不高,导致愿意从事这个行业的年轻人远比不上外出打工的人数。现在,当地妇女虽然还有会蒸制花馍,但是在年轻的一辈中,会制作花馍的人越来越少。闻喜县县长张建元曾介绍,目前,该县340个村都有专业花馍艺术家,年龄均在50岁以上。综合上述,可以看出闻喜花馍和其他传统技艺一样,面临着技艺失传、后继无人的尴尬局面。

溶断温度:(98±1)℃

长度:(38±2.0)mm或 (51±2.0)mm

卷曲数:≥4.2个/25 mm

多杀性巴氏杆菌自身不能进行运动也没有芽孢,因此主要是通过患病动物的分泌物和粪便进行传播。首先是感染动物的呼吸道和消化道,出现腹泻等基础性症状;其次也可通过蚊虫的叮咬和血液进行间接传播。其中最简单的传播方式是通过粪便进行传播,家禽家畜、野生动物甚至是人类都可以被传染该种疾病,因此,牦牛一旦出现此类病症,养殖者必须要采取措施进行治疗,以防造成大范围的感染[2]。

2 结果与讨论

2.1 原液制备

油浴温度:(65±1)℃

PVA原液浓度是影响纺丝效果的另一个重要因素。原液浓度过低,在凝固成型时脱水量大,皮芯层结构明显。此时,纤维结构均匀性较差,不利于强度等机械性能的提高,同时单位时间内纤维产量也低。原液浓度过高则原液黏度急剧上升,而且PVA原液在通过喷丝板时挤出胀大效应[2]更加明显,使得纺丝过程中可纺性变差,纤维质量降低。通常,采用WL-201原料时,原液质量分数控制在16%为宜。

溶解好的原液在过滤除去未溶解微粒和机械杂质后,必须经过脱泡工序,除去原液中的气泡才能用于纺丝,否则会造成断丝和气泡丝,影响纤维的结构和性能。我们采用常压脱泡方式,脱泡时间一般不低于6 h。

历代医家都致力于制定规范的病名、分期、证候诊断、疗效评定等各种标准,为反应疾病的本质提出“证候要素”一词。朱文锋[1] 等提出,辨证的核心是“证素”,通过对证的认识而得到的病性和病位,就组成了临床辨证的证型。永炎院士[2] 指出通过证候要素的提取即"降维”和证候要素的重新组合即"升阶”,可以增加诊疗辨证方法体系在临床应用中的灵活性和适用性,符合患者的特殊个体差异和医生的机圆法活的需求。对临床证候进行分解,分解开来的最小元素便是“证素”,它是联系病机与证候之间的桥梁,不同的证素在临床表现中皆对应不同的一组症状或体征,且其出现具有一定的规律[3-5]。

2.2 纺丝

2.2.1 喷丝板选择

喷丝板是将PVA原液转变为纤维的关键部件,喷丝板的作用是将精确计量的纺丝原液经喷丝孔分成许多细流,进入凝固浴凝固成单根的纤维。喷丝板孔数和孔径大小,对纺丝条件及纤维的性能有很大影响。传统湿法纺丝喷丝板为瓦楞形,在纺丝过程中,要求凝固浴能够及时、均匀地到达喷丝板的每个小孔,以保证所有原液细流凝固良好。表1是本实验选用的三种规格喷丝板的喷丝效果。

 

表1 不同喷丝板的喷丝效果

  

喷丝板规格/[孔数 × 孔径 (mm)]喷丝效果27 000×0.08 较易出现堵孔、硬并丝、初生纤维手感有硬块20 000×0.10 喷丝效果好,初生纤维手感光滑16 000×0.09 喷丝效果好,初生纤维手感光滑

从表1可见,27 000×0.08因喷丝板孔径较小,原液细流通过时阻力较大,易出现堵孔现象,从而产生粘并丝。并丝在下游水刺非织造布生产中会产生疵点,直接影响非织造布的品质。而20 000×0.10和16 000×0.09规格喷丝板喷丝效果均较好,但是采用20 000×0.10喷丝板单位时间内产量更高。

2.2.2 纤维成形

断裂强度:≥6 cN/dtex

合格的PVA原液,通过计量泵计量,再经喷丝孔喷入饱和的硫酸钠凝固浴中,由于硫酸钠是一种强电解质,它能在水中发生离解,生成的Na+和SO42-对于水分子具有很强的水合能力。因此,在硫酸钠作用下原液细流最外层迅速脱水凝固,形成薄的表皮层,随着细流中的水分不断透过表皮层向外扩散,凝固层逐渐增厚,形成皮层。在细流中水分不断向外扩散的同时,凝固浴中的硫酸钠透过皮层进入细流内部,PVA原液被稀释成PVA—水—硫酸钠三组分体系。当所积聚的硫酸钠浓度已经达到能使这个三组分体系产生相分离所需的临界浓度时,这部分尚未凝固的原液就快速地生成沉淀,全部凝固成空隙较多、结构疏松的芯层。试验证明采用20%的喷丝头负拉伸有利于初生纤维的成形[1]

2.3 纤维的拉伸

在PVA原液中,线型长链分子呈卷曲状态,经喷丝孔喷出后,产生一定的取向。但长链分子仍然呈卷曲状态,杂乱排列,分子间距离大,作用力小,受外力作用时易滑脱,所以表现为伸度大、强度低。经导辊拉伸、湿热拉伸,干燥后预热使纤维软化后再进行干热拉伸。卷曲的大分子链伸直,沿纤维轴向排列,大分子相互靠近,产生较多的分子间氢键,分子间作用力增大。在外力作用时,大分子不易滑脱。随着拉伸倍数的提高,纤维强度也随之增高。纤维经拉伸后,分子间存在着内应力,这种新的状态很不稳定,而且由拉伸产生的结晶度也较小,还需对纤维进行热处理,增加分子的热运动,消除内应力,巩固拉伸效果,使大分子靠近,并部分进入晶格,纤维的结晶度增加,从而提高耐热水性。试验证明,采用喷丝速度12.0 m/min,冷却速度75 m/min,导辊及湿热牵伸2.1~2.5倍,干热拉伸2.5~3倍,即总拉伸倍数6.25倍时效果最佳。经过干热拉伸后的纤维长时间处在高温状态下会变黄,所以应及时冷却下来,使纤维内部结构迅速稳定,保证纤维色泽[3]

2.4 卷曲工艺

采用普通湿法纺丝工艺制得的PVA纤维表面挺直光滑、纤维之间抱合力较小,不利于纺织后加工,因此需要对纤维进行相应的处理,赋予其一定的卷曲,以有效改善纤维的抱合性,同时增加纤维的蓬松性和弹性,使制得的织物具有良好的外观和服用性能。热水卷曲工艺是PVA纤维常用的一种卷曲方法。其原理在于,PVA水溶纤维截面为腰子型,具有不对称性。经纺丝热处理后纤维中存在内应力,切断后的纤维在自由状态下受热水作用会发生不均匀的收缩,从而使纤维产生卷曲。

从聚合物内部大分子进行分析,纤维卷曲事实上是应力松弛。大分子的松弛与时间和温度有关,当分子处于玻璃化温度以下时,松弛时间为无穷大,当超过玻璃化温度时收缩时间大大缩短。

决定PVA水溶纤维的卷曲效果的因素有:热水卷曲时间、热水卷曲温度、半成品RP值(纤维在热水中收缩率达到8%时所对应的热水温度)。

2.4.1 热水卷曲时间对卷曲数的影响

 

表2 不同卷曲时间的纤维卷曲数

  

备注:卷曲温度恒定为65℃

 

卷曲时间1 min 25 s 1 min 45 s 1 4.2 4.3 2 4.3 4.4 3 4.2 4.4 4 4.3 4.3 5 4.3 4.4均值 4.26 4.36实验

2.4.3 纤维半成品RP值对卷曲效果的影响

2.4.2 热水卷曲温度对卷曲数的影响

使用DEA软件,查找2014-2016年相应的数据,测度并分析中国31个省市农副食品加工业的效率状况。其中,ZX表示综合效率、JX表示技术效率、GX表示规模效率,具体结果如表1。

1.3.1 工艺流程

 

表3 不同热水温度下的纤维卷曲数

  

热水温度/℃ 卷曲数 均值 热水温度/℃ 卷曲数 均值3.74.3 57 3.8 4.3 3.7 4.5 3.8 4.3 3.8 4.5 3.76 634.38 4.04.4 59 4.1 4.4 4.0 4.5 4.0 4.4 4.1 4.3 4.04 654.40 4.34.3 61 4.4 4.5 4.3 4.4 4.4 4.5 4.4 4.1 4.36 674.36

从表3中可以发现,对于一定RP值的PVA纤维半成品,适当提高热水卷曲温度能够提高卷曲数。但是当热水温度超过61℃以后,卷曲数增加不明显。这是因为在超过RP值以后,纤维收缩超过8%时,纤维截面 “腰子型”的不对称性对纤维卷曲影响力降低,虽然纤维会收缩更多,但是卷曲数贡献不大。所以热水卷曲温度控制在RP值均值偏上一点,即65℃能达到较好的卷曲效果。但是不能超过RP值太多,否则会出现并丝。

随着热水卷曲温度提高,纤维卷曲数增加,可达4.2个/25 mm以上,能够满足水刺无纺布工艺的要求。但是纤维卷曲数需要尽量均匀,特别是收缩严重的纤维在水刺非织造布梳理时易被梳断,而产生飞花,飞花过多会影响棉网均匀性、强度和耐磨性。另外,短棉绒在水刺过程中会被冲掉而进入循环水系统堵塞过滤设施。

由表2可以看出在喷淋效果改善前后纤维卷曲的效果。发现纤维热水卷曲流程由1 min 25 s延长到1 min 45 s后卷曲数增加。可见适当提高热水卷曲时间有利于增加纤维的卷曲数。

纤维半成品RP值是耐热水性指标,通常PVA水溶纤维的RP值控制在50~70℃。在生产过程中RP值呈正态分布状,如图1所示。

  

图1 RP值分布

当一批纤维中RP值越集中,即越接近中值(如61℃),越有利于热水卷曲。反之,如果RP值分布较宽,在热水温度一定的情况下,RP值过低会出现树脂化现象,RP值过高则还未发生卷曲,这就会导致纤维热水卷曲均匀性差,不利于纺织后加工。因此,如果将RP值上下限控制在±1℃以内更利于提高PVA水溶纤维的卷曲效果。此外,在纤维半成品RP值不变的情况下,适当提高热水温度和延长热水卷曲时间可提高纤维卷曲效果。

2.5 纤维的上油

2.5.1 原理及作用

由于天然纤维的表面具有油脂,因而赋予了它良好的可纺性,但合成纤维表面无自然生成的油脂,如不对其表面进行处理,则会在纺织后加工的摩擦中产生静电,使纤维间因同性斥力而难以抱合,易产生飞花,因异电性引力而吸尘、缠辊,断头率高,难于进行纺织加工。PVA纤维也一样,需采用油剂进行处理,赋予纤维良好的后加工性能。

化纤油剂多为表面活性剂,其分子由疏水基团和亲水基团两部分组成。疏水基团常为C12—C16的长链烷基、烷基苯基等,亲水基团为羟基、磺酸基、脂基、羧基、醚基等。由于这种不对称的极性分子结构的特点,当其在极性引力斥力作用下某物体表面排成一层或几层定向的分子膜时,就可起表面活性作用。表面活性剂附着在纤维体上时,其亲水基向外,可吸收空气中水分而形成表面导电,增加其导电性,减小表面比电阻,同时,在有电荷产生时可赋予表面以电离化作用而导电,减小电荷积累而可抗静电,这是它的抗静电作用。另一方面,它的疏水长链的柔曲性,可使纤维变得柔软、平滑,并可使表面接触时接触面减小而降低其动、静摩擦系数,这是它的润滑作用。当然不同的表面活性剂,它的作用重点不同,所以又可称之为抗静电剂、柔软剂、润滑剂等。

2.5.2 油剂的筛选

由式(5)和式(6)可知权重系数在偏好父节点的选择过程中尤为关键。不同的权重系数可导致不同的选择结果。现有的关于复合度量的权重系数的确定多是基于专家的个人经验,主观性太强。为此本文提出的RPL-FAHP协议采用模糊层次分析法确定复合度量中各个路由度量的权重系数。RPL-FAHP结合各候选父节点评价的层次结构、模糊一致性矩阵及层次分析法对各个路由度量的权重因子进行定性和定量的分析,实现各个路由度量最优的权重分配方案,进而选择最优的候选父节点为偏好父节点,有效地改善网络性能。

纤维用油剂按化学成分不同可分为五类:第一类是阴离子表面活性剂。即疏水基是阴离子,如磷酸脂、硫酸脂 、磺酸脂、羧酸脂等。第二类是阳离子表面活性剂,即疏水基是阳离子,如季胺脂等。第三类是非离子型表面活性剂,即疏水基是原子团,如醚型的平平加RO—(CH2CH2O)nH,酯型的RCOO(CH2CH2O)nH等。第四类是两性表面活性剂,如氨基酸型和甜菜碱型两性表面活性剂。第五类是中性油脂,如矿物油、植物油、动物油脂、蜡、脂肪酸脂、高级醇、高级酸等。

纤维的抗静电能力一般可用比电阻来表征。为了提高PVA纤维的抗静电能力并改善润滑效果,我们选用阴离子型的烷基硫酸脂或磷酸脂油剂对纤维成品进行处理,可以将专用PVA纤维的表面比电阻由1013Ω左右降低到1010Ω左右[3],可以较好地满足纺织加工要求。也可采用非离子型与离子型油剂配合使用来达到效果。

3 结论

(1)采用20 000孔,孔径0.10 mm规格的喷丝板可纺性好,单位时间内产量高。

(2)半成品纤维RP值控制在61℃左右,可以很好地保证纤维的卷曲均匀度和较高的卷曲数,此外增加热水卷曲温度或者延长卷曲时间在一定程度上可提高PVA纤维的卷曲数。

2.2.3 DTNB溶液 精密称取适量DTNB粉末,用DMSO配制成0.1 mol/L的储备液,实验所需时用PBS缓冲液(pH 8.0)配制成0.01 mol/L的溶液。

(3)水刺非织造布对纤维的卷曲度要求较高,因此,专用纤维卷曲数最好控制在4.2~4.5个/25 mm。

(4)选用阴离子型的烷基硫酸脂或磷酸脂油剂对PVA纤维进行表面处理可以很好地满足其后加工性能。

参考文献

[1]董纪震,孙桐.合成纤维生产工艺学 [M].北京:纺织工业出版社,1993.

[2]焦剑,雷渭媛.高聚物结构、性能与测试 [M].北京:化学工业出版社,2003.

[3]赵寰,聚乙烯醇纤维 [M].北京:化学工业出版社,2013.

 
徐小松
《化纤与纺织技术》 2018年第01期
《化纤与纺织技术》2018年第01期文献

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