間位芳綸(Poly(m-phenyleneisophthalamide),PMIA)纖維即聚間苯二甲酰間苯二胺,又稱芳綸1313纖維,是軍民兩用的有機(jī)耐高溫纖維新材料。該纖維生產(chǎn)技術(shù)過去曾長時間被西方國家壟斷,但如今我國也已經(jīng)掌握了該纖維的制備技術(shù),其中已有幾家企業(yè)擁有千噸級的年產(chǎn)能力,并具有不亞于國外產(chǎn)品的性能[1]。但該纖維中酰胺基的存在使其不利于在潮濕的環(huán)境中使用,易受潮發(fā)霉,因此考慮通過拒水拒油整理對其進(jìn)行改善,使其能夠更好地應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)和裝飾用紡織品領(lǐng)域。本文采用日本大金公司生產(chǎn)的新型含氟化合物整理劑對一種以國產(chǎn)間位芳綸纖維為原料,采用針刺工藝制備的非織造布進(jìn)行拒水拒油整理,探討了主要工藝因素,如整理劑濃度、焙烘溫度及時間對整理效果的影響,在此基礎(chǔ)上得到了優(yōu)化工藝參數(shù)。
1試驗(yàn)材料與方法
1·1試驗(yàn)材料
(1)試樣:500g/m2間位芳綸針刺非織造布,厚度7mm,試樣經(jīng)測試后拒水和拒油等級皆為0級,
接觸角試驗(yàn)滴上5μL的水滴后,瞬間就完全滲透,接觸角為0°,以上試驗(yàn)說明未經(jīng)處理的間位芳綸針刺非織造布完全沒有拒水拒油效果;
(2)整理劑:日本大金公司生產(chǎn)的UNIDYNETG-410C含氟拒水拒油整理劑;
(3)試驗(yàn)設(shè)備:JMU504A型臺式軋車,實(shí)驗(yàn)室定型烘干機(jī),JC2000A型靜滴接觸角/界面張力測量儀、微量進(jìn)樣器(5μL)。
1·2試驗(yàn)內(nèi)容及方法
設(shè)定整理試驗(yàn)中壓輥壓力(0·55MPa)、軋車速度(0·5m/min)、預(yù)烘溫度(100℃)以及預(yù)烘時間(3min)這幾個工藝參數(shù)保持不變,試驗(yàn)采取兩浸兩軋的方式,軋液率為60%,研究整理液濃度(%)、焙烘溫度(℃)、焙烘時間(min)對材料拒水拒油性能的影響,并采用三因素三水平正交試驗(yàn)方法,得到拒水拒油整理的最優(yōu)工藝參數(shù)。
1·3性能測試方法
(1)拒水性能測試:按AATCC-193-2004測試標(biāo)準(zhǔn),檢測時從低等級試劑開始,取5滴測試
待測試樣布面上,若10s內(nèi)有三處或三處以上未潤濕則為通過,直到不通過為止,取最終通過的級別為試樣的拒水等級。
(2)拒油性能測試:按AATCC-118-2007測試標(biāo)準(zhǔn),按拒油等級從低到高逐漸選取相應(yīng)試劑,滴在同一種被測試樣的不相鄰地方,若30s內(nèi)未潤濕布面,則試樣通過該級,直到通不過為止,取最終通過的級別為試樣的拒油等級。
(3)接觸角測試:按ASTMD5725-1999測試標(biāo)準(zhǔn),用進(jìn)樣器吸入一定量的蒸餾水滴到織物表面,將織物固定在接觸角測試儀上,調(diào)節(jié)焦距得到清晰圖像,再通過所得圖像用軟件讀出數(shù)據(jù)。如此重復(fù)在織物的不同位置選擇5個點(diǎn),所得結(jié)果的平均值即為該織物與標(biāo)準(zhǔn)液體的接觸角。試驗(yàn)中采用蒸餾水作為接觸角測試液體,其表面張力為72·8mN·m-1。
2試驗(yàn)結(jié)果及討論
2·1單因素試驗(yàn)
為了在正交實(shí)驗(yàn)中合理地選取關(guān)鍵工藝參數(shù)的設(shè)置范圍,首先進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn),分別研究整理劑濃度、焙烘溫度以及焙烘時間這三個因素對整理效果的影響。
(1)整理劑濃度
隨著整理劑濃度的提高,拒水拒油效果提升,尤其是2%~4%的變化十分顯著,但濃度達(dá)到6%以上后,等級變化不顯著,接觸角變化趨于平緩。
(2)焙烘溫度
隨著焙烘溫度的提高,拒水拒油效果提升,140℃之后拒水效果變化趨于平緩,拒油效果在160℃又有提升,接觸角變化呈現(xiàn)不斷上升趨勢。
(3)焙烘時間
隨著焙烘時間的提高,拒水拒油效果提升,拒水在3min后趨于平緩,拒油在4min后趨于平緩,接觸角變化顯示上升趨勢在4min后趨于平緩。
2·2正交試驗(yàn)
利用三因素三水平正交表L9(33)進(jìn)行試驗(yàn),對經(jīng)過不同試驗(yàn)方法整理后的試樣分別進(jìn)行拒水、拒油等級測試。采用極差法得出該整理劑的最優(yōu)工藝條件。
由于采用了拒水等級、拒油等級和接觸角3個指標(biāo)來衡量整理效果,因此采用綜合評分法將各個指標(biāo)綜合成一個指標(biāo),稱該指標(biāo)為綜合指標(biāo)[2]。首先將接觸角的數(shù)據(jù)化為同拒水
其中Amin和Amax分別是測得的接觸角的最小值和最大值。之后采用加權(quán)平均的方法計(jì)算出綜合指標(biāo),拒水等級、拒油等級和接觸角得分的權(quán)數(shù)分別為0·4、0·4和0·2。得到綜合指標(biāo)后即可開始進(jìn)行極差分析。表中K為各因素相應(yīng)水平的得分總和的平均數(shù),R為實(shí)驗(yàn)結(jié)果的極差,它是各個因素某個水平相對應(yīng)的K值當(dāng)中最大值與最小值的差值。由綜合比較的表格可知,因素A的3水平最好。同理可知因素B的最佳水平為3,因素C最佳水平為2。通過對正交實(shí)驗(yàn)的綜合可比性分析可以看出,整理效果最好的是A3B3C2,即整理劑濃度8%、焙烘溫度160℃、焙烘時間4min。極差可以表示各因素對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響情況,極差值越大,則該因素對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響越大,即該因素越重要;反之,則該因素對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響越小,越不重要。從上表分析的數(shù)據(jù)可以看出,各因素對實(shí)驗(yàn)的影響大小排列為:焙烘溫度>整理液濃度>焙烘時間。
3結(jié)語
(1)采用含氟化合物整理劑UNIDYNETG-410C對間位芳綸針刺非織造布進(jìn)行拒水拒油整理,使原本沒有拒水拒油效果的試樣拒水可達(dá)到6級,拒油可達(dá)5級。
(2)在整理過程中,整理效果隨整理劑濃度、焙烘溫度、焙烘時間的增加有所提高,但當(dāng)?shù)竭_(dá)一定限度時,提升效果趨于平緩。
(3)經(jīng)正交試驗(yàn)分析得出,最優(yōu)工藝參數(shù)為:整理劑濃度8%、焙烘溫度160℃、焙烘時間4min。
(4)各工藝參數(shù)中,以焙烘溫度影響最大,其次為整理劑濃度,最后是焙烘時間。
參考文獻(xiàn):
[1]孫茂健,宋西全.我國間位芳綸產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及前景[J].紡織導(dǎo)報,2007,(12):65~68.
[2]茆詩松,周紀(jì)薌,陳穎.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[M].北京:中國統(tǒng)計(jì)出版社,2004:197.
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