第三章纺织浆料

第三章纺织浆料浆料是用于经纱上浆的粘着剂和辅助材料。暂时性:在加工之前施加于纤维或纱线上，在染色或后整理之前必须去除。“浆纱一分钟，布机一个班”，一分钟的经纱上浆能影响织布一个轮班。纺织工人也将浆纱称为“老虎口”。大多数经纱在织造前都需要上浆。织造时，经纱处于一定的张力下，纱线与纱线之间、纱线与金属之间反复摩擦，纱线还受到反复拉伸、弯曲和冲击，这些力的共同作用是纱线起毛、断裂的根源。目的：使经纱能承受织造时弯曲、拉伸和摩擦等机械作用，提高经纱的可织性，最大限度地降低织造过程中的经纱断头率，从而提高织造效率和减少织物的疵点。第一节浆料概述一、上浆目的1、使纱的表面毛羽伏贴而提高经纱的平滑性和耐磨性2、提高浆纱强度，强度可提高10-25%3、保持浆纱伸度，最低伸度不小于4%短纤纱的上浆率一般控制在3-15%强调浆料对纤维有较好的粘附性、柔韧性、成膜性，以及对于纱线表面被覆和渗透的平衡。（一）短纤纱上浆(目的与要求)：在纱的中心是由纤维密集组成的纱芯，而在纱的表面有纤维头露出而形成的绒毛区（二）长丝纱的上浆(目的与要求):1、使长丝中各单纤相互粘合成束，以防单纤松散、分离与缠结；2、在长丝表面形成强韧而柔软的浆膜，防止单纤在织造过程中断裂。长丝纱的上浆率一般在3-8%长丝用浆料需具有足够的粘附力和内聚力，以及柔韧性与弹性。二、浆料必备的性能浆料具有良好的水溶性或水分散性；浆液的粘度必须适当和稳定；具有良好的渗透性；对纤维具有较强的粘附性；具有良好的成膜性能，良好的机械性能；具有适当的吸湿性；容易退浆，无臭无味、对人体无害、价格便宜、调浆上浆操作简单。三、浆料的种类天然浆料半合成浆料合成浆料P112有梭织机织造长丝使用的浆料纤维粘胶长丝铜氨长丝醋酸长丝(p68)涤纶加工丝锦纶长丝涤纶长丝浆料1、骨胶浆2、骨胶+CMC混合浆1、马来酸－苯乙烯共聚浆料2、PVA+聚丙烯酸酯混合浆1、改性聚丙烯酸酯浆料2、PVA+聚丙烯酸酯混合浆3、聚丙烯酸酯浆料1、无捻上浆用改性聚丙烯酸酯浆料2、加捻上浆用聚丙烯酸类浆料1、无捻上浆用改性聚丙烯酸酯浆料2、加捻上浆用聚丙类酸类浆料四、浆料的发展公元1300年，我国用小麦淀粉作浆料；二十年代英国开始使用糊精作浆料；四十年代，使用淀粉，动物胶；五十年代，合成纤维使用变性浆料及合成浆料，CMC、PVA等；七十年代，聚丙烯酸类浆料；九十年代，变性淀粉、变性PVA、改性聚丙烯酸类浆料；目前：现成浆料（即用浆料）、喷水织机用浆料；主要是淀粉、PVA和聚丙烯酸三大类，用量达几十万吨。上浆技术方面：1、1955年前后，其标志是开始使用熟浆、变性淀粉、纤维素衍生物，并开始使用聚乙烯醇等合成浆，使得合成纤维的上浆问题迎刃而解。2、1968年左右，出现了双浆槽，主要用于高密度织物，解决了高经密织物上浆质量及烘干速度的问题。使用全烘筒式烘房。3、1980年左右，高压上浆技术，其主要目的是解决浆纱快速烘干、提高浆纱车速的问题。高压上浆不但节约能源，而且能使毛羽贴伏性好、浆纱耐磨度提高，为细特高密织物的顺利生产提供条件。目前技术：“两高一低”，即高压上浆、高浓度、低粘度浆液。第二节浆料的结构一、主链结构1、对浆料分子柔顺性的影响：柔顺性差，Tg高，刚性，形成的浆膜硬脆柔顺性好，利于纤维间的粘附和浆膜的形成，浆膜柔软2、对浆料化学和热稳定性的影响：碳链高聚物，热稳定性好杂链高聚物，易受热和化学试剂、酶分解浆料结构应是具有一定量的极性基团(极性较弱)、柔顺的、线型长链的、分子质量适中的非晶态高聚物。二、大分子链形状要求为线型或带有较少短支链的长链分子；柔顺性好，容易成膜，水溶性好。三、侧链基团1、一定的极性，增加水溶性；满足水溶性前提下，极性不可过强极性太强，柔顺性差，Tg高。2、非极性基团体积小，空间位阻小，柔顺性好。3、侧链基团位置分布均匀（如对称）为好。浆料的侧链基团以体积小、极性较弱（酰基和酯基）、位置分布均匀为好。聚丙烯酸酯的Tg随酯基中烷基的增长而降低，浆膜的柔软性提高，如：甲酯、乙酯、丁酯的Tg分别为10℃、-30℃、-70℃。五、聚集态结构要求非晶态为主的高聚物，赋予浆料的水溶性、柔顺性、粘附性、浆膜柔软性和弹性。聚醋酸乙烯、聚丙烯酸酯四、相对分子质量及其分布1、一定的相对分子量：过大则流动性差，扩散、润湿困难，粘附力下降；过小，弹性和强度小，粘附力不够；满足足够的机械强度的前提下尽可能使相对分子质量低一些，在2万-20万为宜。2、分子量分布：要求适当宽一些为好流动性好，浆膜柔软。第三节浆料的性能水溶性流变性粘附性成膜性（一）浆料的溶解性良好的水溶性溶液的稳定性亲水性基团分子量分布宽柔顺性好非结晶溶剂的选择:（1）相似相容原则，氢键（2）溶解度参数（δ）相近原则。（二）高聚物溶解特点：分部进行，慢高聚物溶液的特点：粘度大能拉丝或成膜凝胶现象一、浆料的水溶性及其溶液的特性二、浆液的流变性及粘度流体在剪切应力作用下发生形变，形变大小以剪切应变γ表示。对于理想流体，剪切应变（γ）和剪切应力（τ）成正比：τ＝GAFF剪切作用力（N）A剪切作用面积γ剪切应变（一）基本概念流变性：溶液受切应力作业时所表现出来的流动和形变的特性。对于粘滞流体，液面之间会产生内摩擦力，造成各层流速不同，形成一个“速度梯度”D。“速度梯度”D：又称切变速率，是剪切应变（γ）对时间的导数，根据剪切应力和切变速率的相互关系，可将流体分为两类：一是牛顿流体，剪切应力与切变速率成正比。式中η：粘度D粘度：又称为内摩擦力或粘滞力，是流体内部阻碍其相对运动的一种特性。二是非牛顿流体，剪切应力与切变速率间没有一个恒定关系：τ=K·a1、牛顿流体：a＝12、假塑性流体：a13、胀塑性流体：a1高聚物溶液大多是假塑性流体，切力变稀流体。即粘度η随着的增大而减小。原因：高分子链互相缠结，粘度较大，在剪切力作用下取向，粘度降低。胀塑性流体也称切力增稠流体。即粘度η随着的增大而增大。原因：分子间形成交联。非牛顿流体的粘度不是一个常数而是切变速率的函数，同一种流体在不同切变速率下测得不同的粘度值，只能采用表观粘度（ηa）。表观粘度:给定切变速率下流体的粘度值。一些非牛顿性的表观粘度还表现出强烈的时间依赖性：一类是触变性流体：这种流体的粘度随流动时间延长而下降；泥石流另一类为流凝性流体：这种流体的粘度随流动时间延长而增加。以糯玉米淀粉（一种１００％支链淀粉）为例表示浆料的流动性能。触变性流体，切力增稠流体（二）粘度定义及单位η＝粘度单位为泊（P），1P=100CP1P：表示相隔单位距离1cm的两层流体，以单位速度差（1cm/s）流动时，在单位面积1cm2上所受的力为1达因。国际单位制中，粘度单位为帕斯卡·秒（帕·秒或Pa·s）1P=0.1Pa·szAFDX///粘度：又称为内摩擦力或粘滞力，是流体内部阻碍其相对运动的一种特性。（三）浆液的流变性都属于a＜1的切力变稀的非牛顿流体提及浆液粘度值的同时必须注明其切变速率值在高速搅拌或浆纱机高速运转时，浆料粘度因切变速率的增大而下降。常用浆料的粘度随切变速率的变化（85℃）淀粉、CMC等浆料的粘度随切变速率的增大而明显下降；PVA、聚丙烯酸类合成浆料受高速搅拌的影响较小。◆经纱在浆槽中浸浆后，浆液粘度较高，都粘在纤维表面；◆经过压浆辊时，浆液受剪切应力后粘度变小，可以快速渗入经纱内部；◆经纱移出压点以后，剪切应力被释放，浆液很快又恢复到初始粘度，被保留在经纱内部。浆液在流动过程中，大部分浆料粘度下降后可以恢复。假塑性流体的切力变稀性质对于经纱上浆是很有利的。？（四）影响浆液粘度的因素1、分子结构相对分子质量越大，粘度越大;支链较短时，浆料粘度比直链分子低;随着支链的增长，粘度增大;分子量分布宽的浆料粘度小，随切变速率的大小变化较大。2、温度温度升高，粘度降低水在室温时每当温度上升1℃，水的粘度将减少2%测定粘度时必须严格控制温度，在引用粘度值时必须注明温度。升温可以增加了链段运动能力，分子链更容易顺着外力方向运动。3、浓度浆料的粘度一般随其浓度的增加而增大；临界浓度（Cc），在临界浓度以下的溶液是牛顿流体；浓度过大会形成凝胶。mBCA0lg三、浆料的粘附性及粘附机理（一）粘附性的基本概念1、粘附力：是粘着剂（浆料）与被粘物（纤维）在粘附界面上的作用力。2、粘附强度：单位面积上呈现的粘附力称为~。浆料对纤维的粘附强度一般在10-302/mmN3、浆液对纤维的润湿浆液必须有效地润湿纤维和纱线，才能得到较高的粘附强度。纤维材料为低能表面，表面张力比较小，合成高分子浆料具有一定的表面活性，能有效地润湿纤维或纱线表面。淀粉浆或醇解度较高的PVA水溶液表面张力较高，可能会影响对纤维的润湿。需要加入浆纱油剂、表面活性剂，上浆过程中的高温和压浆辊的挤压作用，具有提高浆液对经纱的润湿作用。粗糙有利于润湿和铺展。（二）粘附机理两个高聚物之间的粘附：包括热力学粘附、机械粘附和化学粘附。热力学粘附：克服跨界面的分子相互作用而分开两个表面所需要的可逆功；机械粘附：指在界面上很大部分的接触区域发生了亚微观粗糙的机械咬合。化学粘附：跨界面形成化学键（共价键、静电或金属键）的粘附过程；浆料对纤维的有效粘附主要为热力学粘附和机械粘附。？？由于在染整之前必须从织物上去除浆料，浆料与纤维之间不能有化学键结合，即不允许有化学粘附。浆料的粘附机理可用扩散理论来分析说明：首先是经纱浸浆，表面润湿、吸浆的过程；然后压浆辊的挤压促进润湿和吸附，加速浆液与纤维分子互相扩散和浸透形成扩散层；最后烘干，形成浆膜。粘附破坏机理(a)是由于润湿不良造成的。(b)是真正的粘附破坏，是浆纱选择时不希望发生的。可能由于浆料的粘附力不够，或者在界面上的杂质影响，或者浆膜的强力太高。(c)是纤维的内聚破坏。(d)是浆料的内聚破坏。浆料与纤维之间的作用力(a)范德华力。(b)特殊化学相互作用：极性相互作用、氢键或酸碱相互作用、盐键等。(c)扩散粘附作用：浆料与纤维相容性好，渗透进入纤维内部，形成扩散粘附层。高分子链相互缠结。例如：淀粉浆料与棉纤维，浆料在水和热的作用下向棉纤维本体相渗透，显著提高粘附强度。(d)两个表面间的物理或机械咬合：棉纤维的天然扭曲截面和表面微隙有利于浆料的渗透，形成机械咬合；异形截面纤维与浆料的物理咬合优于圆形截面纤维。与其他机理共同起作用时，这种情况通常产生最强的实际粘接。（三）影响浆料粘附强度的因素1、浆料的结构对粘附强度的影响分子量太低，粘度低，流动性好，有利于润湿，浆膜强度不高，粘附强度差分子量太高，粘度高，不利于润湿，粘附强度差选择浆料时要考虑到“相似相容”原则分子链的柔顺性2、影响粘附强度的其它因素P122被粘物表面的清洁表面的粗糙程度粘附层厚度湿度四、浆料的成膜性及浆膜性能（一）成膜机理成膜过程可以看成同种高分子链之间的扩散过程。成膜的三个阶段：1、水分挥发，浓度加大，大分子链开始接近和接触；2、大分子链变形，形成紧密堆积，接触面积增加；3、大分子链相互渗透和相互扩散，形成浆膜。（二）浆膜的主要性能1、具有较大的强伸度浆膜本身的断裂强度都小于原纱，要求弹性好一些:浆膜的弹性变形率高些为好，而永久变形率低些为好。短纤纱来说，浆纱的强力比原纱的强力提高10-25%，伸度则降低10-25%。对于长丝纱来说，上浆后强度增加很少，伸度变化也不大。浆纱强度的提高不取决于浆膜的强度，主要与浆液和纱线的润湿、粘附有关。2、具有较大的耐磨性与屈曲强度浆膜是摩擦力的主要承受者，还承受着反复屈曲。3、水溶性：有利于退浆。4、具有较低的再粘性：再粘性：指浆膜在温湿度较高的环境下吸收水分而发粘的现象。再粘性破坏浆膜的完整性，在织造时造成开口不清，影响织造效率和织物质量。5、浆膜吸湿性湿度过低，浆膜硬脆。水溶性是退浆的需要，水溶性越好退浆越容易，但是会带来吸湿性过高的问题，其后果是浆膜力学性能差，同时浆膜发粘，容易粘在织机部件上，或者使经纱粘附一些灰尘杂物，影响布面质量。（三）影响浆膜性能的因素主要与高聚物的相对分子