不锈钢筘片表面进行有机稠化剂聚脲处理后对碳纤维制织的影响

不锈钢筘片表面进行有机稠化剂聚脲处理后对碳纤维制织的影响

孔建明

孔建明浙江省绍兴市中等专业学校312011

摘要：为减少织造时，经纱受到钢筘的反复摩擦而产生起毛、断头等磨损，通过对普通不锈钢筘片进行有机稠化剂聚脲处理，探究织造时普通不锈钢材质与表面处理后的筘片，对经纱磨损程度的影响。结果表明：表面经过聚脲处理的钢筘，在打纬过程中，对经纱的磨损较小。实验结果可为提升新型高性能纤维织物的品质起到促进作用。

关键词：不锈钢筘片有机稠化剂聚脲处理碳纤维制织影响

碳纤维，是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，它不仅具有碳材料的固有的特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。碳纤维属于无机脆性材料，碳纤维布在织机上织造时，经纱会承受来自钢筘的各种摩擦作用，并且经纱与经纱本身之间的摩擦也很大，容易导致纱线的条干恶化，纱体表面毛羽增加使强伸性能受到严重损伤。在制备碳纤维织物时，除一些纺织厂会对这类纱线上清浆进行预处理外，绝大部分纺织厂所采用的织前准备工艺为直接上机织造。在低张力的条件下，当所受张力接近弯曲拉伸强度时，碳纤维所组成的纱线极易因摩擦而产生断裂，形成毛羽，从而直接影响其最终织物的表面性能和机械性能。因此，如何在碳纤维纱线被直接上机织造的情况下，减少纱线与钢筘的摩擦，成为了提高碳纤维的可织性及其织物品质的最主要因素。

一、钢筘对玻璃纤维经纱的摩擦损伤机理

纺织用碳纤维纱线通常是由平行排列的数百根连续长纤维借助浸润剂形成的一束原丝或多束原丝再经过退捻和并捻加工而成。碳纤维经纱需绕过后梁，并依照一定的规律穿过停经片、综眼和钢筘，在织口处汇合，再绕过胸梁卷绕在卷布辊上，在这过程中经纱与这些织机零部件产生了紧密的接触。织造过程中，随着织机五大运动的进行，碳纤维又与这些零部件产生了相对摩擦，可以说，摩擦和磨损贯穿于纱线织造的全过程，是影响碳纤维织物质量指标的主要因素之一。经过反复多次的摩擦移动，碳纤维表面层的浸润剂保护膜被破坏，发生擦毛、切割、拔脱等现象，导致部分碳纤维单丝断裂，纱线结构松散，强力降低，毛羽增加，这些长度较长的毛羽反过来又加剧了经纱的摩擦。并且，这些长毛羽之间彼此粘连，甚至与钢筘的筘齿及相邻经纱纠缠在一起形成毛球，从而造成开口不清，对织造的顺利进行造成了阻碍。

在织造过程中，假设钢筘每次打纬时对经纱造成的摩擦功相等，设为We，摩擦功完全被经纱吸收且不产生别的能量消耗，打纬n次后，经纱受的摩擦总功为W，可知：W=N*We（1）。

由式（1）可见，经纱在打纬过程中钢筘所承受的摩擦总功是由单次打纬时的摩擦功we和摩擦次数n的乘积值。假设决定单次摩擦功We大小的因素有摩擦系数u、经纱与筘齿的包围角θ,钢筘沿经丝的摆动动程S和经丝张力T，即，We＝TS（eｕθ-1）（2）。

经纱与筘齿之间的包围角则取决于筘片侧边形状及经纱相对筘齿的位置。若经纱与筘片侧边平行，可使θ减小，若经纱与筘片侧不平行，则θ值增大，易产生断头。对同一织机而言，钢筘的摆动动程S总是不变的。经纱张力T可通过调整后梁位置高低来平衡。但是，摩擦系数u这一技术指标则必需通过钢筘的筘齿或纱线的表面性能来调整。

二、钢筘表面处理技术后的比较

为了探究经过不同表面处理工艺的钢筘对碳纤维经纱的磨损情况，特制备了2个规格完全一致，但表面处理技术不一样的钢筘。每一种钢筘的筘号均为108齿/10cm，其中一个钢筘进行了表面聚脲喷涂处理，另一个为普通不锈钢材质钢筘，不做表面处理。

聚脲喷涂工艺，聚脲是有机稠化剂的一种，它由异氰酸酯组分与氨基化合物反应生成的一类化合物。喷涂聚脲其主要成分是端氨基聚氧化丙烯醚（端氨基聚醚）。由端氨基聚醚、液态胺扩链剂、颜料、以及助剂组成色浆，形成R组分。由异氰酸酯与低聚物二元醇或三元醇反应制得形成A组分。聚脲喷涂设备采用北京京华派克聚合机械设备有限公司生产的JHPK-H系列液压驱动聚脲喷涂机。A组分与R组分两种原料在聚脲喷涂机的主机中，通过加热器加热、管路加热保温，很短的时间内能保证料道的两种原料浓度一致，出料比例正常，最后由GX-7系列喷枪，进行喷涂，形成喷涂成膜的聚脲弹性体涂层。涂层膜材料涂层致密,柔韧性好、强度高、抗腐蚀、耐老化,具备优良的润滑性、不粘性品质，其摩擦系数是已知固体材料中较低的,是一种理想的降低摩擦系数的膜材料。

本次实验采用加压式储罐JHPK-H型液压驱动聚脲喷涂机。聚脲喷剂在使用前，除去钢筘上的油污及污垢、毛羽，在通风环境下对钢筘表面进行喷涂，从而在钢筘表面形成一层聚脲弹性体薄膜。

三、实验部分

1.材料、设备及方法。采用的经纬纱均为碳纤维纱(上海久扶新材料科技有限公司）其线密度410tex，每一根玻璃纤维纱由2股单纱加捻而成，捻度4捻回/10cm。采用的设备为Y208W型小样半自动打样机(南通三思机电科技有限公司），为了保证经纱与机器零部件具有充分的接触时间，将织机设定为运行操作状态，采用速度较快的自动模式。打纬实验分2组进行，分别采用聚脲喷涂钢筘和普通钢筘对经纱进行打纬测试。在经纱上机后，织机可人为地设定为仅进行开口及打纬运动，打纬500次后停机。另外，还对上机经纱进行了标记，选取钢筘前后摆动动程内钢筘与经纱相接触的最易造成经纱磨损的那部分纱段进行标记。

打纬实验结束后，进一步在每组实验中挑选出10根经纱作为测试样品，测试其在2种不同的钢筘使用条件下，碳纤维纱的强伸性能。通过对碳纤维经纱机械性能的测试，可验证不同的钢筘表面对经纱的磨损情况。

另外，也采用了这2种钢筘进行织布，然后对所织试样进行了强伸测试。为了减少织物组织结构带来的关联影响，本实验中所有经纱的穿综方法均采用2上2下斜纹织物组织，顺穿法，每筘2根/齿。

2.结果及分析。纱线强伸性能测试，所有的碳纤维经纱试样均在CTM2500万能材料试验机（上海协强仪器科技有限公司）上测试，设定测试机的拉伸隔距300mm，拉伸速度320mm/min，测试时外部温度26°C，相对湿度62%，取测试后记录数据的平均值，如表1所示。

表1.两种不同类型的钢筘打纬后所获得的碳纤维纱强伸性能值

由表1可知，与未上机的碳纤维纱相比，采用上述2种类型的钢筘打纬500次后，碳纤维经纱的强力和断裂强度均有不同程度的下降，其中用普通的不锈钢钢筘打纬后所得到经纱的强伸性下降幅度最大，经聚脲喷涂处理的钢筘所得到的经纱强伸性指标下降幅度明显减小。

手感测试表明，经聚脲喷涂机喷涂处理的钢筘，其润滑程度相对于普通钢筘提高了很多。但定量地表征其润滑程度的方法，将在后续的实验过程中继续探索。另外，经聚脲喷涂表面处理后的钢筘，其润滑程度有所提高，尽管聚脲喷雾在其表面的分散并不均匀，呈颗粒状，但聚脲弹性体涂层对经纱造成的磨损有限。

利用聚脲对钢筘的筘齿表面进行了喷涂处理，再采用此钢筘进行试织，比较普通钢筘与用聚脲表面处理过的钢筘对碳纤维纱线及其织物机械性能的影响。结果表明：经过用聚脲喷涂表面处理过的钢筘，在织造时，对经纱的磨损较小，所对应的织物其机械性能较佳。此试验结果可为提高碳纤维纱线的上机可织性及其织物品质提供一定的参考价值。

参考文献

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