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          前紡知識——POY內在質量的評定

          http://www.texnet.com.cn/ 2020-10-14 10:20:43 來源:化纖頭條

          DTY的染色性能和力學性能,不僅與POY后加工條件有關,還與POY原絲的質量有關。具有潛在隱患和不良纖維結構的POY在加工為DTY的過程中無法加以克服,只能將這些病疵掩蓋到最小程度。因此,及時、正確地評定POY的質量,一方面可及時調整紡絲工藝條件,防止具有大量殘疵的POY產生,而影響最終產品DTY的質量;另一方面,對已經形成殘疵的POY在DTY加工時選擇適宜的加工條件,盡量掩蓋POY的不足,保證成品絲的質量。下述POY的指標能較好地反映其質量。

          一、條干不勻率

          1、條干不勻率的測定

          條干不勻率表示絲條長度方向的粗細不均勻的程度。條干不勻率的檢測,目前國內外大多采用瑞士Uster生產的Uster I-C型、UsterⅡ-C型、UsterⅢ-c型,其測量原理是根據電容的變化間接測出絲條粗細的變化。絲條經過檢測處兩塊平行金屬板組成的空氣電容器時,當絲條單位長度內的質量發生變化就會引起電容量的改變,電容量的變化率與檢測電容器極板間絲條質量的變化率呈直線關系,通過自動積分儀,換算成平均差系數U%或變異系數CV%,并在測試過程中繪制波譜曲線圖和條干不勻率曲線圖。當絲條的質量固定而介電常數發生變化時,同樣會引起U值的變化。絲條的介電常數與聚酯纖維的含油量、含水率有關,因而要保證烏斯特值測量準確,絲條上的上油率必須均勻,測試室的濕度要恒定。另外,空氣中的塵埃沾污絲條時,同樣會引起絲條質量的變化,以致造成測得的烏斯特值不準確。因此,使用烏斯特儀測定條干不勻率時,必須在恒溫恒濕的清潔環境中進行。

          ?在測定條干不勻率烏斯特值時,可用正常試驗、抑制試驗和半抑制試驗等三種U%值或CV%值來表達。所謂正常試驗,即來自被測材料的信號以所用測量場的長度作為基準,測定結果包括短片段、長片段的不勻。抑制試驗結果反映長片段的不勻,短片段不勻借助于濾波器而被抑制。半抑制值的測定是指,當不勻曲線圖上只希望出現中片段不勻時,可用抑制試驗,并選擇合適的走紙速度和試樣速度,使中片段不勻明顯地表現出來,而短片段和長片段不勻被抑制。由此可見,當條干不勻率相同的絲條被測定時,得到的數值為抑制值最小、半抑制值次之、正常試驗值最高。????

          長短片段的劃分:在波譜圖上,波長在50cm以下時為短片段,波長50cm~5m為中片段,5m以上為長片段。

          ???(1)平均差系數U%。可用圖1-14描述,用百分率表示,其計算式為:

          ???(2)變異系數CV%。當絲條蜃量均勻分布時,質量的變化可認為接近正態分布:變異系數CV%為標準差S除以平均值,計算式如下:

          ??若被測定的絲條質量的變化按正態分布,則其平均差系數與變異系數的關系為:

          CV=1.25U

          2、POY條干不勻率曲線和波譜圖

          若POY的條干均勻性很好,則U%很小,不勻率曲線近乎為直線,其波譜圖為一條較平坦的波幅較低的譜線,如圖10-15(a)所示。當POY的條干不勻率較大時,波譜圖上會出現饅頭形的高峰或煙囪形突起峰,如圖10-15(b)所示,前者是連續性周期波,這是由工藝性因素差異造成的;后者是非連續性周期波,一般由機械性缺陷引起。

          據文獻介紹,CV%≥1.2%時,POY的粗細不勻程度較大,假捻變形時斷頭多;CV%≤0.9%時,POY粗細均勻,加彈穩定,加工成DTY的染色M率高,僵絲和毛絲少。因此,一般認為CV%≤0.9%屬于正常的波譜圖,CV%≤0.8%是理想的POY條干波譜圖。???

          ?條干不勻率U%或CV%值雖能在一定程度上反映POY的條干均勻性,但不能據此找出產生條干不勻的原因是工藝的還是機械設備的,也不能準確判別對后加工和產品性質有何影響。條干不勻率曲線和波譜圖能恰當地分析出POY的內在質量。波譜圖上出現饅頭形的高峰時,對POY的后加工性能和最終產品的染色性質有明顯的影響,織物上將產生明顯的橫檔條花;若出現長片段突起峰,當高度超過平均波高的1/2時,就可能在織物上呈現顯著的染色不勻;若存在較嚴重的短片段不勻的絲條織成織物時,其表面呈現點狀的染色不勻。????

          影響條干不勻的因素很多,由不同原因造成的條干不勻的波譜圖形不同。下面為幾種典型的條于不勻率波譜圖。??

          ?(1) 紡絲組件對POY條干不勻率的影響。據文獻介紹,POY條干不勻率CV%在2%以上時,不勻曲線在10%范圍內波動,波譜圖在2.5cm~6m范圍內高度增加、振幅很大,但沒有明顯的峰,如圖10-16所示。這種不勻是由于紡絲組件產生的POY毛絲造成的。噴絲板清洗不干凈、海砂篩未選好、組件預熱溫度不合理、預熱時間過長、安裝不當等可造成毛絲。同樣,如果切片干燥效果不好、切片不清潔,也可產生類似的情況。

          (2)冷卻吹風條件對POY條干均勻性和DTY染色性的影響。當側吹風風速、風溫發生較大波動時,POY條于不勻率波譜圖如圖l0-17所示。從圖中可看到,POY在8~40m間有連續長片段大山峰,這說明每隔8~40m絲條質量有周期性變化。具有這種條干不勻的長絲,其平均力學性質與正常絲條無明顯區別,因此對它的后加工性能無影響。但在同樣加工條件下,加捻時其粗節絲的捻度比細節絲低,加捻張力高,因此,通過假捻器時會導致加捻不穩定,而且絲條通過加熱器表面時因接觸不勻而使加熱不勻,最終使DTY成品染色不勻,制成的針織襪筒上將產生周期性色差,形成橫向闊條紋(通常稱闊段斑)。

          ?(3)卷繞張力對POY條干均勻性的影響。對無導絲盤卷繞時,卷繞筒子兩端的絲條與中間絲條的卷繞張力差引起的POY條干不勻波譜圖如圖10-15(b)所示。圖中,在λ=1m處有一基波,呈煙囪形突起的高山峰,基波波長λ等于卷繞頭橫動導絲器的往復動程;在λ/2、λ/3、λ/4處有諧波。這種POY譜圖的U%值較高。若POY譜圖上僅λ處有一基波,而λ/2、λ/3、λ/4處無諧波,則對POY后加工及DTY染色性能幾乎無影響。因為這種條干不勻是在POY凝固成形之后產生的,對其纖維結構的影響甚少;而且這種不勻是由于卷裝兩端的絲條與中間絲條的微小的卷繞張力差異引起的,條干不勻出現的次數雖然相當頻繁,即橫動導絲器一個往復就有兩次,但由于每次出現的粗細偏差相當小,故不會引起POY后加工時加捻不穩定和DTY染色不勻。若POY波譜圖上λ/2、λ/3、λ/4處有諧波且波峰較高時,則可能是由于橫動導絲器的運動勾傷絲條,對POY的后加工性能有影響,其相應的DTY染色襪筒呈橫向點狀細條紋(通常稱細段斑)。

          3、影響POY條干不勻率的因素

          影響POY條干不勻率的因素有很多,包括原料因素、工藝因素和設備因素等。????

          • ①切片的質量,若切片含水不勻,紡絲時即使溫度不變也會造成熔體粘度波動,致使POY條干不勻。????
          • ②紡絲溫度異常,會造成聚酯熔融狀態不穩定,使紡絲壓力波動,從而增加條干不勻率。????
          • ③吐出量波動,紡絲時若噴絲孔吐出量波動,則會造成線密度不勻率提高。????
          • ④側吹風速波動或湍流,前者造成絲條凝固點位置上下移動,導致單位長度纖維重量變化;后者造成絲條橫向擺動幅度增大,使絲條產生近乎周期性的振動。????
          • ⑤卷繞張力過大或波動,會造成卷裝絲餅表面耳高:摩擦輥接觸壓力過大,會造成絲餅端面凸肚。這些差異使纖維條干呈現周期性不勻。????
          • ⑥卷繞機構的偏心運轉、往復滑塊和導絲器的磨損、往復位置的偏離等,都會造成周期性不勻率的增加。???

          以上①~④均會造成POY條干的長片段不勻,波譜圖上反映為連續性周期波,類似山峰(饅頭峰);⑤~⑥會造成POY條干的中片段和短片段不勻,波譜圖上反映為非連續性周期波,類似煙囪形。

          二、動態熱拉伸應力

          ???

          POY是半制品,還需進行后加工,才能作為成品纖維使用。一般POY經拉伸或拉伸變形制成光滑長絲或變形絲,拉伸為在一定溫度下進行的熱拉伸。因此,其熱拉伸時的應力對后加工的穩定性和成品性質有極大的影響:測定POY在熱拉伸時的應力及波動值,能正確地評價POY的內在質量。

          測定POY在熱拉伸時的應力及波動值的儀器很多,其中之一是從德國Textechno公司引進的Dynafil動態熱拉伸儀,其原理如圖10-18所示。被測纖維經張力裝置進入第一導絲輥到補償羅拉,在此對絲條進行預張力調節;然后經輸入導絲輥進入熱箱,由熱箱出來后經張力測量頭到引出導絲輥;最后,絲條由卷繞輥卷繞??梢酝ㄟ^改變輸入導絲輥與輸出導絲輥的直徑來改變拉伸倍數,從而測得拉伸應力或收縮應力。其熱箱的溫度在0~300℃之間可任意調節,絲條的速度可在0~500m/min范圍內調節。它相當于一臺單錠位拉伸機,并具有隨機檢測、記錄拉伸應力的裝置??筛鶕涗泝x上得到的應力波動曲線以及計算得到的應力平均值、標準偏差和變異系數來評價POY的內在質量。

          1、工藝條件對熱拉伸應力的影響

          正常生產時,得到的POY熱拉伸應力是一固定值。當生產工藝條件變更時,POY的熱拉伸應力會發生變化。對熱拉伸應力影響的主要因素有以下幾項:???

          • ?(1)切片的特性粘度。隨著切片特性粘度的提高,POY的熱拉伸應力相應提高。特性粘度提高3%,熱拉伸應力約提高10%。???
          • ?(2)紡絲熔體溫度。紡絲熔體溫度愈高,POY的熱拉伸應力愈低。當熔體溫度升高3%,熱拉伸應力下降10%。????
          • (3)紡絲速度。不同的紡絲速度下得到的POY,由于其剩余拉伸倍數不同,故同一拉伸條件下的熱拉伸應力不同。紡絲速度每提高l00m/min,熱拉伸應力增加10cN左右。????
          • (4)冷卻吹風速度。不同的冷卻吹風風速,POY的熱拉伸應力不同。風速大,絲條冷卻快,凝固點上移,纖維取向度提高,紡絲張力增大,POY的熱拉伸應力提高。????
          • (5)其他。上油量及油劑種類、有無導絲盤卷繞、干切片含水率、紡絲組件壓力等均與紡絲張力有關,均對POY的熱拉伸應力有影響。

          2、POY熱拉伸應力是鑒別POY內在質量的重要依據

          對于同一POY,其熱拉伸應力的CV%值愈大,即其波動值愈大,說明POY制造過程中工藝及設備條件的波動愈大,其生產狀況愈不穩定,POY性能愈不均勻。對這種POY絲進行后加工,即使是最佳的加工條件,仍會造成加工過程不穩定,從而使成品的性質低劣,染色均勻性差。所以,POY熱拉伸應力曲線愈接近直線愈好,其CV%值應小于5%。???

          實際上,拉伸張力的大小也能反映纖維大分子的取向程度。因為初始取向越高,要達到進一步取向所需要的張力也越大。拉伸張力是在一段相當長的絲條上進行動態測定的。測定時,樣品從加熱盤通過,被加熱到玻璃化溫度以上,拉伸比一般取1.7倍,這時拉伸纖維所需的張力是纖維受熱時產生的收縮力和增加纖維取向所需的拉力之合力。而收縮力和拉伸力均與纖維的取向大小直接有關。所以,它能很好地反映POY的預取向程度。美國杜邦等公司已采用拉伸應力及其不勻率來衡量產品的質量指標,作為調整紡絲工藝和設備的依據,而不采用強伸度及其不勻率等常規質量指標。

          三、沸水收縮率

          POY的內在質量與其取向和結晶有關。纖維的上染率大小主要取決于纖維內單個晶體體積的含量。而DTY纖維內單個晶體體積的含量除與POY加工過程中的拉伸和熱處理有關外,很大程度上還取決于POY結構。有人通過實驗和最小二乘法回歸分析得到,POY的密度法結晶度與DTY的單個晶體體積的含量Vc有式(10-11)的線性關系。再用多步回歸分析得到DTY的染色均勻性K/S值與相應POY的密度法結晶度χc。和無定形取向因子fam。有式(10-12)的關系:

          式中:Vc(DTY)為DTY的單個晶體體積含量;χc為POY的密度法結晶度。

          由此可知,測定POY試樣的密度法結晶度χc和無定形取向因子fam可估算DTY的染色均勻性。但生產時測定χc和fam既費時又需要一定的儀器,不實用。有研究表明,POY的沸水收縮率與密度法結晶度之間存在式(10-13)的關系:

          因此,實際生產采用POY的沸水收縮率及其波動值來表征POY的取向結晶程度及其均勻性,從而預測DTY的后加工性能及其產品的染色性能。日本帝人公司應用POY的結構一體性參數(ε0.2)來評價POY的質量優劣。

          四、POY的冷拉伸應力—應變曲線

          POY在靜態拉伸時有典型的應力——應變曲線(如圖10-19),該曲線上有明顯的屈服點、屈服區、自然拉伸區、蠕變區和斷裂點,可由此評定POY的內在質量。

          1、60%伸度時拉伸力的波動值

          若絲條的強度、伸度不勻率較大,則纖維的性能差。對于POY,最好用伸度為60%時的拉伸力波動值來衡量其質量。因為POY拉伸到60%時,其自然拉伸區結束,此點是纖維由細頸拉伸轉換到均勻拉伸的轉折點。該點的拉伸力若不均勻,說明纖維結構不勻,后加工時會引起波動,致使成品質量差。一般認為其波動的CV%值應低于3%。

          2、POY后拉伸倍數的選擇

          POY后拉伸倍數的選擇對后加工成品的性能影響很大。若拉伸倍數過高,由于加工張力大等因素,使成品易產生毛絲;若拉伸倍數過低,則易使后加工過程不穩定,易產生僵絲,造成染色不良等。因此必須選擇適當的拉伸倍數??筛鶕淅鞈兦€估算后拉伸倍數;也可取POY伸長90%時的拉伸倍數(正好是應力應變曲線上屈服區末端到斷裂點之間的中點)為后拉伸倍數,伸長90%時的應力數值和波動率也是衡量POY質量的極為重要的指標。???此外,伸長20%時的應力稱為POY的屈服區應力,是衡量POY預取向程度的指標。???

          各個絲筒的不同長度之間和各個絲筒間的應力應變曲線的重現性應好。若重現性差,尤其是伸長60%時的強力和最大伸長時的強力間的重現性差,就難選擇最合適的POY后拉伸倍數。這也是DTY加工中最佳拉伸區范圍窄的原因。

          五、不勻率

          POY的強度、伸度及線密度的不勻率,對后加工成品的質量、織造和使用性能有很大影響。不勻率高的POY,不但經后加工后DTY的不勻率大,影響織物的織造和織物的服用性能,而且在加工為DTY的過程中,容易產生毛絲、僵絲和假捻度不勻,甚至增加斷頭率,影響后加工的穩定性。????

          在POY的強度、伸度、線密度三個不勻率中,影響產品質量的最主要的不勻率為線密度不勻率,其次為強度不勻率和伸度不勻率。因為線密度不勻率大的纖維,其強度、伸度不勻率往往隨之增加,并且在DTY加工過程中容易造成假捻度和假捻張力的波動,進而影響DTY的質量。

          文章關鍵詞: POY   
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