异收缩丝空气变形(多重变形)加工成纱结构与性能

摘要

半个世纪以来，变形纱的发展迅速，特别是空气变形加工方法的产生使变形纱走上了化纤长丝短纤维化的道路。近十几年来，单一变形加工方法逐渐发展为多重变形加工方法，使变形纱短纤维化进入了成熟的时代。实践中发现，对异收缩丝进行空气变形加工后再进行热处理完成异收缩变形而制得的异收缩丝空气变形(多重变形)纱，有鲜明的仿短纤纱特色，值得深入研究。为了方便起见，后文中将异收缩丝空气变形(多重变形)纱简称为“异空纱”。 变形纱成形基本理论，经过归纳，提出了四点：第一，“多异性和层次性”是天然短纤维纱线结构的基本特征，也是化纤长丝仿短纤维纱的基本依据。而化纤长丝的适应性则是变形加工的必要条件；第二，经典纺纱方法是依据熵减小的过程设计的，而变形纱则采取了经典纺纱的逆过程设计；第三，阐述了王善元“多重变形加工原理”的新概念；第四，提出了变形纱优化模型和变形加工基础方法的条件。 关于异收缩丝的制备，一般采用两种方法，同板法和混并法，关于采用同板法生产异收缩变形丝的成形机理，本文从纺丝线上温度场和速度场的变化，对异收缩丝的成形在理论上进行了阐述。关于混并法，本文采用涤纶高收缩丝为原料，通过直接热处理方法制取，试样性能优良，工艺简单，易于控制。 关于变形纱的基础结构特征，提出了三项：皮芯结构、紊乱结构和缠结结构。 皮芯结构：由空气变形加工和异收缩空气变形加工方法均可能使原丝束发生长丝片段转移而形成皮芯结构，空气变形加工采用超喂原理，异收缩变形加工采用了热收缩差原理。同时，阐述了皮芯结构参数和结构模型，探讨了皮芯结构对变形纱性能的影响。 紊乱结构，变形纱的成形过程采用了经典成纱逆过程的理论和方法，使纤维束或纤维片段集合体从有序到无序、由规则到紊乱，即熵增大的过程。本文利用坐标系推导了任一长丝片段的空间密度分布函数；对变形纱的紊乱结构进行了表征，对其测试方法进行了设计。 缠结结构，研究发现空气变形纱异常高的抗弯刚度与变形纱的缠结程度呈线性关系，本文进一步对变形纱缠结结构的形成机理进行的研究。采用粒子—弹簧模型对变形纱的力学状态进行了描述，对变形纱缠结结构进行了定义和表征，对其测试方法进行了设计。 关于异空纱结构，首先，对异空纱的成形过程进行了描述，其次对异空纱的结构和模型进行了探讨，对多组分异空纱的结构特性进行了分析。本章做了三组结构实验，第一组实验，测定了空气变形纱和异空纱皮芯结构的参数：表观平均直径、总体直径、圈弧幅度；第二组实验，测定了空气变形纱和异空纱紊乱结构的紊乱度；第三组实验测定了空气变形纱和异空纱缠结结构的缠结度。总的来看，异空纱是在空气变形加工的基础之上进行异收缩变形加工完成的。因此异空纱的结构是以空气变形纱的结构为基础建立起来的，从皮芯结构和紊乱结构的角度来看，均得到了加强。纱线外观和手感得到了进一步改善，仿短纤维纱化更加逼真。但从缠结结构角度来看，随机性加强，异收缩的作用可能因纤维直径增大而使缠结结构内部空隙更为狭小，纤维片段间约束加强，从而强化缠结结构、加剧缠结程度；也可能因径向的收缩而造成纤维缠结部分纤维间的相对滑移而使缠结点松动甚至完全松解，这就增大了纱线缠结结构的不均匀分布，宏观体现为实验测试过程中抗弯刚度的CV值变大。 关于异空纱的形态结构与性能，其中膨松性能，设计了统一的膨松度指标，测定得到了各种纱线的膨松度阈值；毛羽特征的测定，主要是数据稳定性问题，本文以投影计算法为基础，采用了Uster4、EIB和YG172型毛羽仪，结果表明Uster4和EIB法接近，YG172型毛羽仪不适于变形纱毛羽的测定；异空纱中的条干均匀度，对于变形纱而言，其表观条干(EIB条干)CV值和质量条干(Uster条干)CV值是两个各自独立的指标，不可通用或相互取代。 关于异空纱热收缩动力学，对纱线特别是变形纱做收缩动力学分析尚属首次，本文首先分析了异空纱纤维的沸水收缩机理：其次论述了异空纱的热收缩动力学基础，然后设计了异收缩丝沸水收缩动力学试验。依据粘弹性理论建立了双指数方程式，并和动力学曲线得到很好的拟合。实验结果探讨了异收缩纱沸水收缩动力学特征，并进一步对异空纱的结构进行了分析。对异空纱各组分的动态热收缩应力(DMA)进行了测定，对异空纱的各组分进行了差示扫描量热(DSC)分析 关于变形纱仿短纤纱效果性能指标及其测试方法，在大量实验工作基础上，提出如下9项。即线密度、膨松度、毛羽指数、表观条干CV值、光泽度、断裂强度和断裂伸长、抗弯刚度、残余沸水收缩率、结构稳定度。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

第一节变形纱发展概况

1单一变形方法

2多重变形方法

第二节纱线结构研究

第三节变形纱基础理论

1多异性和层次性

2经典成纱方法的逆过程

3多重变形加工原理

4变形纱优化结构模型和基础变形加工方法

第四节本文研究内容

第五节本文创新点

本章小结

参考文献

第二章异收缩丝空气变形(多重变形)纱的制备

第一节异收缩丝的制备

1异收缩丝的制备方法

2异收缩丝的设计

3异收缩丝制备

4异收缩丝各组分的性能

第二节变形加工

1原料

2设备

3工艺设计

4纱线样品代码及成纱线密度

本章小结

参考文献

第三章变形纱基础结构

第一节短纤维环锭纱结构

第二节变形纱结构

1皮芯结构

2紊乱结构

3缠结结构

本章小结

参考文献

第四章异收缩丝空气变形(多重变形)纱结构

第一节成形原理

第二节结构模型

第三节实验

1实验一：皮芯结构参数测定

2实验二：紊乱度测定

3实验三：缠结度测定

本章小结

参考文献

第五章异收缩丝空气变形(多重变形)纱形态结构

第一节膨松度

1膨松度研究的回顾

2纱线膨松性能的表征

3实验条件

4、结果与讨论

5结论

第二节异收缩丝空气变形(多重变形)纱的毛羽特征

1纱线毛羽研究的回顾

2实验条件

3测试结果与讨论

4影响异空纱毛羽特性的实验

5结论

第三节直径粗细变化及表观条干均匀度、质量条干均匀度

1实验条件

2结果与讨论

3工艺参数对异空纱条干均匀度的影响

4结论

第四节表层结构与光泽性能

1 GP-1型二维变丝光泽仪概述

2异空纱的光泽特性

3变形加工工艺参数与异空纱光泽的关系

4结论

本章小结

参考文献

第六章异收缩丝空气变形(多重变形)纱的机械性能

第一节拉伸性能

1强度和强度损失率

2粘弹性能

3结论

第二节抗弯刚度

1纱线抗弯刚度测试理论和方法

2实验

3讨论

4影响异空纱抗弯刚度因素实验

5结论

第三节结构稳定性

1实验条件

2结果与讨论

3结论

本章小结

参考文献

第七章异收缩丝空气变形(多重变形)纱的热收缩动力学分析

第一节异收缩丝空气变形(多重变形)纱纤维沸水收缩机理

第二节异收缩丝空气变形(多重变形)纱热收缩动力学基础

第三节异收缩丝空气变形(多重变形)纱热收缩动力学实验

本章小结

参考文献

第八章变形纱仿短纤纱性能指标及其测试方法

1形态结构指标

2机械性能指标

3品质指标

本章小结

参考文献

结语

攻读学位期间发表论文论文目录

致谢