何文元 包偉國 (.上海工程技術大學服裝學院，上海，060;.上海新紡織產(chǎn)業(yè)用品有限公司，上海，0004)

芳砜綸長絲直接制條方法研究

何文元1包偉國2(1.上海工程技術大學服裝學院，上海，201620;2.上海新紡織產(chǎn)業(yè)用品有限公司，上海，200042)

研究了芳砜綸長絲直接制條的牽切制條方法。芳砜綸長絲直接制條工序簡化，工藝流程短，牽切制條后芳砜綸纖維直徑減小，離散度降低，牽切條中的芳砜綸纖維長度分布接近于天然羊毛條，纖維的拉伸性能較好，因而改善了芳砜綸纖維的紡紗性能，同時經(jīng)過芳砜綸牽切紡紗得到的紗線具有較高的強力。

芳砜綸，牽切，拉斷，纖維性能，紡紗

芳砜綸是上海市紡織科學研究院和上海市合成纖維研究所經(jīng)多年研制開發(fā)的擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的有機耐高溫纖維。芳砜綸學名為聚苯砜對苯二甲酰胺纖維，屬于芳香族聚酰胺類耐高溫材料，它的成功研制填補了我國耐250℃等級合成纖維的空白［1]。芳砜綸具有優(yōu)良的耐熱性、熱穩(wěn)定性、高溫尺寸穩(wěn)定性、阻燃性、電絕緣性及抗輻射性，同時具有良好的物理機械性能、化學穩(wěn)定性，因而在國防、軍工和現(xiàn)代工業(yè)上有著重要的用途，是我國急需的高科技纖維［2-4]。

最初的芳砜綸纖維是采用天然纖維紡紗方式進行加工的。首先將長絲切斷為短纖維，然后再經(jīng)過一系列的加工過程，將散亂的短纖維梳理，使其排列平行順直緊密，最后制成具有一定質(zhì)量的均勻條子以適應紡紗工藝的要求。芳砜綸長絲束具有良好的平行狀態(tài)，非常潔凈，幾乎不含雜質(zhì)，僅含少量的絲疵。將本來就平行順直、潔凈的化纖長絲切斷、攪亂、梳理、并合、牽伸，重新組合成條后紡紗，無論從工藝上還是經(jīng)濟上考慮，都不合理。因此，在滿足成紗要求的前提下，實現(xiàn)由芳砜綸長絲束至短纖維條子的直接轉(zhuǎn)化，即芳砜綸長絲的牽切直接制條，對快速高效地開發(fā)芳砜綸產(chǎn)品具有非常重要的意義。

1 牽切法直接制條的原理和過程

芳砜綸牽切直接制條機上有若干對牽伸羅拉，喂入的芳砜綸絲束經(jīng)受這若干對牽伸羅拉的多次連續(xù)牽伸作用，當牽伸羅拉對絲束拉伸的程度超過纖維斷裂伸長的限度時，將在各根單絲任一弱點處產(chǎn)生斷裂。由于其拉伸斷裂點是隨機分布的，斷裂點不在拉伸絲束條的一個截面上，盡管芳砜綸長絲束中的單絲已被拉斷成短纖維狀態(tài)，但整根條子不會斷裂。這樣經(jīng)過牽切直接制條機加工過的長絲束被直接加工成了短纖維的條子。這種采用牽伸拉斷長絲的直接制條方法稱為牽切直接制條法。

牽切制條機由喂入裝置、拉斷機構(gòu)和圈條機構(gòu)三部分組成(見圖1)。

圖1 牽切機的制條過程

芳砜綸長絲束從絲束箱中引出，經(jīng)過絲束架和絲束振動桿喂入第二后羅拉，第一后羅拉和第二后羅拉組成第一個拉伸區(qū)，絲束從第二后羅拉到第一后羅拉接受第一次拉伸。在該拉伸區(qū)，絲束受到的是張力牽伸，牽伸倍數(shù)較小，只有極少部分的長絲可能被牽伸拉斷，其主要作用是使絲束中的絲盡可能平行伸直排列。中羅拉至第一后羅拉之間為第二拉伸區(qū)，在該拉伸區(qū)內(nèi)，幾乎全部纖維因受到強大的牽伸拉力而逐漸斷裂，它是芳砜綸長絲的主要拉斷區(qū)，當然在這個拉伸區(qū)內(nèi)還存在沒有拉斷的纖維。前拉區(qū)為第三拉伸區(qū)，也稱為再割區(qū)，在前羅拉和中羅拉之間。在該區(qū)內(nèi)，第二拉伸區(qū)內(nèi)還沒有拉斷的纖維被拉斷，這個拉伸區(qū)主要是控制牽切條中最長纖維的長度，同時前皮輥與前下羅拉的強制加壓使纖維產(chǎn)生機械卷曲作用。最后拉伸牽切后的芳砜綸條子經(jīng)圈條器進入到條筒中。

2 芳砜綸牽切制條工藝的確定

芳砜綸牽切制條工藝需要確定的主要參數(shù)有出條速度、各拉伸區(qū)的隔距、牽伸倍數(shù)、羅拉加壓、絲束的含油率和回潮率、喂入線密度、出條線密度等，這些工藝參數(shù)不但影響到芳砜綸牽切條中的纖維平均長度、最長纖維長度、最短纖維長度、超長纖維的含量、30 mm短纖維含量等主要質(zhì)量指標，還影響到芳砜綸牽切條生產(chǎn)的正常進行。

(1)芳砜綸長絲束在牽切前的回潮率一般控制在6% ～7%。如果回潮率太低，靜電大，短纖維含量高;反之，回潮率太高，纖維拉斷困難，超長纖維增多，且容易繞皮輥和繞羅拉。

(2)牽伸倍數(shù)的確定。第一拉伸區(qū)為張力牽伸，牽伸倍數(shù)為1.04;第二拉伸區(qū)為主拉斷區(qū)，牽伸倍數(shù)為5～6.5;第三拉伸區(qū)為再割區(qū)，牽伸倍數(shù)為1.5～2。牽伸倍數(shù)過大，纖維在牽伸過程中變速點會前移，從而造成拉斷的纖維長度變短，短纖維含量增加;牽伸倍數(shù)太小，可能拉不斷纖維。

(3)根據(jù)絲束的物理性能，調(diào)節(jié)各區(qū)的牽伸倍數(shù)和各對牽伸羅拉之間的隔距，可以獲得各種不同平均長度的不等長分布的短纖維條子。如圖1所示，第一拉伸區(qū)的隔距在一定范圍內(nèi)變動不致嚴重影響纖維長度的分布，一般在300 mm左右。第二拉伸區(qū)為主拉斷區(qū)，在這個拉斷區(qū)，幾乎所有的纖維受到強大的張力而被分別拉斷。如果該隔距過小，就不能做到每根單絲都在該區(qū)內(nèi)斷裂，同時會造成機械設備的嚴重磨損和損壞;反之，如果該隔距過大，斷裂點相應后移，增加了拉斷單絲的平均長度，加重了第三拉伸區(qū)的負擔。根據(jù)經(jīng)驗，該隔距為910 mm左右。第三拉伸區(qū)的隔距決定了芳砜綸牽切條中纖維的平均長度，也控制了芳砜綸牽切條的最長纖維長度，其關系式為:牽切條最長纖維長度=前隔距×(1+單絲斷裂伸長率)。

(4)喂入線密度太大，牽切機的負擔過重，會造成牽切不開或超長纖維增加等問題;喂入線密度過小，會降低生產(chǎn)效率，降低產(chǎn)量，一般為80～100 g/m。

(5)出條線密度一般為6～8 g/m。如果出條線密度太小，會因條子太細而降低前羅拉的壓力，使前羅拉握持力減小而造成纖維牽拉不開，出現(xiàn)超長纖維，且成條不好。若出條線密度太大，則前羅拉對芳砜綸纖維的牽切力不夠，造成超長纖維增加。

(6)出條速度。出條速度決定了牽切機整臺機器其他部件的運行速度。由于芳砜綸具有良好的絕緣性能，牽切速度高很易在牽切過程中產(chǎn)生靜電，所以牽切速度不宜太高，一般為20 m/min。

3 牽切法制條后芳砜綸纖維性能的變化

3.1 牽切前后芳砜綸纖維直徑的變化

經(jīng)過牽切法制成的短纖維條子稱為牽切條。用X3-213型生物顯微鏡對芳砜綸長絲和牽切條中的纖維進行測試，每種纖維測試50根，經(jīng)過統(tǒng)計計算，得到芳砜綸長絲纖維和牽切纖維的平均直徑和其他統(tǒng)計數(shù)據(jù)，見表1。

表1 牽切前后芳砜綸纖維直徑的變化

由表1可知，芳砜綸長絲經(jīng)過拉伸至斷裂，其直徑變小了，平均直徑減小了13.5%，而從纖維直徑的變異系數(shù)變化看出，直徑不均率降低了。從拉伸斷裂過程分析，芳砜綸纖維在牽切時，原來較粗的纖維在拉伸時首先被拉細，強度降低，再進一步拉伸到纖維斷裂;而原來較細的纖維，強力較低，在拉伸時就較快地直接斷裂了。因此，芳砜綸長絲經(jīng)過牽切斷裂后，纖維的直徑有均勻化趨勢。這種趨勢對后道加工，特別對紡紗工序的順利進行和提高紗線強力非常有利。

3.2 牽切條中芳砜綸纖維的長度分布

芳砜綸長絲經(jīng)過牽切制條后，其條子中的纖維長度呈隨機分布。從圖2的手扯牽切條纖維長度排列可見，芳砜綸長絲牽切后的短纖維條子中，其纖維長度接近于天然羊毛條，因而改善了芳砜綸纖維的紡紗性能，克服了采用切斷法所得的等長纖維導致的牽伸過程周期性不勻的缺點。

圖2 芳砜綸牽切條的手扯纖維

3.3 牽切條中芳砜綸纖維的機械性能

用YG001型電子單纖維強力機對牽切前后的芳砜綸纖維進行強力及其他機械性能測試。測試纖維每種50根，經(jīng)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計，芳砜綸纖維牽切前后的機械性能見表2。

由表2可知，芳砜綸纖維經(jīng)過牽切后，強力雖然從原來的8.6 cN降低到7.2 cN，降低了16.27%，但由于直徑變小，其強度的降低較小，從原來的3.91 cN/dtex降低到 3.73 cN/dtex，僅降低 4.6%，說明芳砜綸纖維經(jīng)過拉伸斷裂后，強度沒有發(fā)生顯著變化。而纖維的斷裂伸長減小了12.6%，初始模量提高了44%，說明芳砜綸纖維經(jīng)過牽切后剛度有所增加，這有利于芳砜綸紗線強力的提高。

表2 芳砜綸纖維牽切前后的機械性能

4 牽切法制條和散纖維制條的紡紗工藝與紗線性能比較

如果采用芳砜綸散纖維紡紗方法，則首先要把芳砜綸長絲束切斷打亂，再經(jīng)過梳理機對纖維進行梳理，制成具有一定方向性、沿軸向較平行伸直的短纖維條子。由于在散纖維制成的條子中，纖維狀態(tài)不好，不能滿足紡紗要求，需經(jīng)過后道的多道并條工序，通過并條過程的牽伸，使纖維平行伸直，排列整齊，以達到紡紗的要求。芳砜綸散纖維的紡紗工藝流程一般為:抓棉機→混棉機→開棉機→給棉機→梳棉機→頭道并條機→二道并條機→粗紗機→細紗機。與芳砜綸散纖維紡紗不同，如果采用牽切紡紗工藝，由于芳砜綸牽切條中纖維已經(jīng)平行伸直排列，只要經(jīng)過一道并條以消除條干不勻，就可以進行紡紗了。芳砜綸長絲牽切紡紗的工藝流程為:牽切制條機→并條機→粗紗機→細紗機。由此可見，采用芳砜綸牽切紡紗工藝，具有設備簡單，工藝流程短，占地少，速度快，產(chǎn)量高，勞動生產(chǎn)率高，成本低等優(yōu)點。

芳砜綸紗線的強力、伸長率、初始模量等物理指標與加工過程中的捻度大小和分布有著密切的關系。經(jīng)過實驗得到芳砜綸牽切紡和散纖維紡的單紗和股線最佳強力捻度系數(shù)后，對比二種不同紡紗工藝生產(chǎn)的紗線性能，紗線設計號數(shù)同為單紗29 tex，股線58 tex，芳砜綸散纖維和長絲的粗細同為2 D，芳砜綸散纖維的長度為51 mm，實際紡得的紗線號數(shù)和用YG(B)021D型紗線強力機測得的芳砜綸散纖維紡紗和牽切紡紗的紗線性能見表3。

由表3可知，經(jīng)過牽切紡紗工藝生產(chǎn)的芳砜綸紗線，無論是單紗還是雙股線，其強度均比散纖維紡紗工藝生產(chǎn)的紗線高，其中單紗強力高29.63%，雙股線強力高34.3%，而且牽切紡的紗線斷裂伸長率較低，初始模量較高。

表3 芳砜綸散纖維紡紗和牽切紡紗的紗線性能對比

5 結(jié)論

(1)牽切制條后，芳砜綸纖維直徑變小，直徑離散度減小。牽切條中的芳砜綸纖維長度分布接近于天然羊毛條的纖維長度分布，克服了采用切斷法所得的等長纖維導致的牽伸過程周期性不勻的缺點，因而改善了芳砜綸纖維的紡紗性能。

(2)在牽切制條過程中，經(jīng)過對芳砜綸長絲的拉伸斷裂，雖然強度稍有降低，但其初始模量的提高和斷裂伸長的下降更有利于芳砜綸紗線強力的提高。

(3)芳砜綸牽切紡與散纖維紡紗比較，其工序簡化，工藝流程短，占地少，設備簡單，產(chǎn)量高，勞動生產(chǎn)率高。

(4)牽切紡與散纖維紡紗的單紗和雙股線的拉伸實驗結(jié)果表明，牽切紡生產(chǎn)的紗線比散纖維生產(chǎn)的紗線強度高、斷裂伸長率低、初始模量大。

［1]任加榮，汪曉峰，張玉華.芳砜綸的市場開發(fā)與應用［J].產(chǎn)業(yè)用紡織品，2007(5):1-6.

［2]汪曉峰，張玉華.芳砜綸的性能及其應用［J].紡織導報，2005(1):19-23.

［3]王付秋，汪曉峰，朱蘇康，等.芳砜綸纖維紡紗工藝與措施［J].上海紡織科技，2005，33(8):46-54.

［4]班燕，張玉華，任加榮.芳砜綸在耐高溫濾料中的應用［J].產(chǎn)業(yè)用紡織品，2006(12):33-36.

Study on directly converting polysulfonamide filament into sliver

He Wenyuan1，Bao Weiguo2(1.Fashion College，Shanghai University of
Engineering Science; 2.Shanghai New Techtextiles Co.，Ltd.)

In this paper，the method for directly silvering of polysulfonamide(PSA)filament was studied.The method was very simple and convenient.After the stretch breaking and silvering，the diameter of PSA fiber and the dispersion decreased.Meanwhile the length of PSA fiber was close to the natural wool tops，and the tensile properties of fiber was so good that the properties of PSA fiber was improved.

PSA，stretch breaking，pull off，fiber properties，spinning

TS104.2

A

1004－7093(2011)04－0023－04

2010－09－20

何文元，男，1957年生，副教授。主要從事紡織工程專業(yè)和企業(yè)管理專業(yè)的教學和科研工作。