原液着色腈纶纤维性能及可纺性研究

摘要

自上世纪五十年代以来，腈纶就一直以其膨松性、保暖性、柔软的手感、易于染色等优异特性，得到了广泛的应用。然而，目前市场上的腈纶主要是采用有机染料对纤维或织物进行染色，上染要求非常严格，且染料消耗高，对环境污染严重。原液着色腈纶因将颜料直接加入聚合物原液中使纤维着色，避免了后道的染色环节，从而大大减轻了对环境的污染。同时良好的耐光降解性能，在高档遮阳伞、遮阳布等方面得到大量的使用，经济效益及社会效益都极其显著。在国外，原液着色腈纶开发的高档户外用品己得到广泛应用。据统计，世界有色腈纶已占世界腈纶总产量的20％以上。
　　 近年来，由于腈纶在户外用品市场得到大量地应用，使得原液着色腈纶得到了进一步的发展。但目前仅有英国、美国、德国、意大利、日本等几家公司初步掌握了该技术，上海石化股份有限公司腈纶部目前已具备批量工业化生产多种色谱原液着色腈纶的能力。目前关于原液着色腈纶的基础研究报道较少，国内关于原液着色腈纶的开发也仅处于纤维工艺和产品的开发环节，关于原液着色腈纶纤维及后加工的系统研究亟待进行。本文针对原液着色腈纶纤维结构与性能以及纱线性能与工艺关系等进行了系统研究，以期能对原液着色腈纶的生产或理论研究提供参考，主要包括以下几方面的研究内容：
　　 首先，采用X射线、扫描电镜等测试方法对原液着色腈纶的结晶、取向及形态结构进行了研究，并对原液着色腈纶纤维的物理机械性能以及热稳定性等进行了分析。结果表明：颜料的加入对腈纶纤维的结晶取向结构以及形态结构都有一定影响，而且这种结构的变化与颜料结构密切相关。同时发现采用原液着色的方法制备的腈纶纤维的物理机械学性能均得到显著改善，纤维的耐热性增强，而吸湿性能等则变化不大，其整体性能优于常规腈纶纤维。
　　 第二，结合中长原液着色腈纶纤维蓬松性好、长度长，整齐度好等特点，摸索出了适宜中长原液着色腈纶的工艺流程，合理优化各工序的工艺参数，并对所纺纱线进行了性能测试，为生产实践提供了指导依据。结果表明：在纺纱过程中，开清工序应以减少纤维损伤为原则；梳棉工序需调整给棉板长度，采用轻定量、重加压、大隔距工艺；并条工序宜采用重加压、较轻定量、中速、适中的罗拉隔距等工艺原则；粗纱、细纱工序采用大隔距、重加压、小张力、小捻系数的原则；
　　 第三，结合纱线强度的影响因素，针对各工艺参数进行了逐一详细分析，然后采用二次通用旋转组合设计方法，选取细纱后区牵伸倍数和捻系数为考察因素，设计了优化试验方案。最后就是利用得到回归方程进行目标函数规划，选取断裂强度、强度不匀和条干不匀作为目标函数，重量变异系数和伸长率作为约束条件，求出了最优工艺参数，即细纱后区牵伸倍数为1.37，捻系数为379.75，并对最优工艺参数进行了试验验证。试验结果表明，参数优化后的成纱强度明显优于未经优化时的结果，且纱线的综合指标也较优异，达到了开发高强力原液着色腈纶纱的目的，可以满足最终的使用要求。
　　 第四，利用神经网络中的反向传播网络BP以及自适应模糊神经网络ANFIS建立了后纺工艺参数与纱线强伸性能之间的关系预测模型。并与回归方法进行对比，结果表明三种方法的预测结果与实验结果基本一致，神经网络的预测结果要比回归方程的预测结果更接近于实测结果，尤其是ANFIS神经网络，说明采用神经网络预测原液着色腈纶纱线的强伸性能是可行的、有效的。

目录

文摘

英文文摘

1 引言

1.1 原液着色腈纶概述

1.2 原液着色腈纶生产技术

1.3 原液着色腈纶及纱线性能研究现状

1.4 本课题的研究内容及意义

2 原液着色腈纶纤维结构与性能研究

2.1 实验部分

2.2 结果与讨论

2.3 小结

3 原液着色腈纶纱可纺性探索与研究

3.1 纺纱工艺研究

3.2 主要工艺与技术关键

3.3 半制品及成纱质量指标

3.4 小结

4 原液着色腈纶纱的力学性能研究

4.1 纱线力学性能分析

4.2 纱线力学性能的改善措施

4.3 纱线力学性能的工艺优化

4.4 小结

5 原液着色腈纶纱线性能的神经网络预测

5.1 模糊神经网络

5.2 网络模型的建立

5.3 神经网络模型结果分析

5.4 小结

6 结论

参考文献

附录 程序

攻读硕士学位期间发表论文情况

致谢