第三章 纺织浆料(1)

第三节 浆料的性能
水溶性
流变性
粘附性
成膜性
一、浆料的水溶性及其溶液的特性
（一）浆料的溶解性 溶剂的选择: （1）相似相容原则， 氢键 （2）溶解度参数（δ）相近原则。 良好的水溶性 溶液的稳定性 亲水性基团 分子量分布宽 柔顺性好 非结晶
（二）高聚物溶解特点：分部进行，慢 高聚物溶液的特点： 粘度大 能拉丝或成膜
假塑性流体的切力变稀性质对于经纱上浆是很有利的。
？
◆经纱在浆槽中浸浆后，浆液粘度较高，都粘在纤维表面；
◆经过压浆辊时，浆液受剪切应力后粘度变小，可以快速渗 入经纱内部； ◆经纱移出压点以后，剪切应力被释放，浆液很快又恢复到 初始粘度，被保留在经纱内部。
（四）影响浆液粘度的因素
1、分子结构 相对分子质量越大 ，粘度越大; 支链较短时，浆料粘度比直链分子低; 随着支链的增长，粘度增大; 分子量分布宽的浆料粘度小，随切变速率的大小变化较大。 2、温度 温度升高 ，粘度降低 水在室温时每当温度上升1℃，水的粘度将减少2% 测定粘度时必须严格控制温度，在引用粘度值时必须注明温 度。 升温可以增加了链段运动能力，分子链更容易顺着外力方向 运动。
对于粘滞流体 ，液面之间会产生内摩擦力，造成各层流 速不同，形成一个“速度梯度”D。
“速度梯度”D：又称切变速率，是剪切应变（ γ ）对时间 的导数， 根据剪切应力和切变速率的相互关系，可将流体分为两类： 一是牛顿流体，剪切应力与切变速率成正比。 式中η：粘度 D 粘度：又称为内摩擦力或粘滞力，是流体内部阻碍其相对运 动的一种特性。
二是非牛顿流体 ，剪切应力与切变速率间没有一个恒定关
系 ：τ=K· a 1、牛顿流体：a＝1 2、假塑性流体 ：a<1 3、胀塑性流体 ：a>1
高聚物溶液大多是假塑性流体 ，切力变稀流体。即粘度η随着 的增大 而减小。 原因：高分子链互相缠结，粘度较大，在剪切力作用下取向，粘度降低。
胀塑性流体也称切力增稠流体。即粘度η随着 的增大而增大。 原因：分子间形成交联。 非牛顿流体的粘度不是一个常数而是切变速率的函数，同一种流体在 不同切变速率下测得不同的粘度值，只能采用表观粘度（ηa）。 表观粘度:给定切变速率下流体的粘度值。
四、相对分子质量及其分布
1、一定的相对分子量： 过大则流动性差，扩散、润湿困难，粘附力下降； 过小，弹性和强度小，粘附力不够； 满足足够的机械强度的前提下尽可能使相对分子质量低一 些 ，在2万-20万为宜。
2、分子量分布：要求适当宽一些为好 流动性好，浆膜柔软 。
五、聚集态结构
要求非晶态为主的高聚物，赋予浆料的水溶性、柔顺性、粘 附性、浆膜柔软性和弹性。 聚醋酸乙烯、聚丙烯酸酯
浆料与纤维之间的作用力
(a) 范德华力。 (b) 特殊化学相互作用：极性相互作用、氢键或酸碱相互作 用、盐键等。 (c)扩散粘附作用：浆料与纤维相容性好，渗透进入纤维内部， 形成扩散粘附层。高分子链相互缠结。 例如：淀粉浆料与棉纤维，浆料在水和热的作用下向棉纤 维本体相渗透，显著提高粘附强度。 (d)两个表面间的物理或机械咬合：棉纤维的天然扭曲截面 和表面微隙有利于浆料的渗透，形成机械咬合；异形截面 纤维与浆料的物理咬合优于圆形截面纤维。 与其他机理共同起作用时，这种情况通常产生最强的实际 粘接。
凝胶现象
二、浆液的流变性及粘度
（一）基本概念
流变性：溶液受切应力作业时所表现出来的流动和形变的特性。 流体在剪切应力作用下发 生形变，形变大小以剪切 应变γ表示。 对于理想流体，剪切应变 （ γ ）和剪切应力（ τ ） 成正比：
F τ＝ G A

F 剪切作用力（N） A 剪切作用面积 γ 剪切应变
3、浆液对纤维的润湿 浆液必须有效地润湿纤维和纱线，才能得到较高的粘附强度。 纤维材料为低能表面，表面张力比较小，合成高分子浆料具 有一定的表面活性，能有效地润湿纤维或纱线表面。 淀粉浆或醇解度较高的 PVA水溶液表面张力较高，可能会影 响对纤维的润湿。需要加入浆纱油剂、表面活性剂， 上浆过程中的高温和压浆辊的挤压作用，具有提高浆液对经 纱的润湿作用。 粗糙有利于润湿和铺展。
F/A η＝ / D X / z
粘度单位为泊（P），1P=100CP 1P：表示相隔单位距离1cm的两层流体，以单位速度差 （1cm/s）流动时，在单位面积1cm2上所受的力为1达因。 国际单位制中，粘度单位为帕斯卡· 秒（帕· 秒或Pa· s） 1P=0.1Pa· s
（三）浆液的流变性
都属于a＜1的切力变 稀的非牛顿流体 提及浆液粘度值的同 时必须注明其切变速 率值 在高速搅拌或浆纱机 高速运转时，浆料粘 度因切变速率的增大 而下降。
常用浆料的粘度随切变速率的变化（85℃）
淀粉、CMC等浆料的粘度随切变速率的增大而明显下降； PVA、聚丙烯酸类合成浆料受高速搅拌的影响较小。
浆液在流动过程中，大部分浆料粘度下降后可以恢复。
第二节 浆料的结构
浆料结构应是具有一定量的极性基团(极性较弱)、柔 顺的、线型长链的、分子质量适中的非晶态高聚物。
一、主链结构 1、对浆料分子柔顺性的影响： 柔顺性差，Tg高，刚性，形成的浆膜硬脆 柔顺性好，利于纤维间的粘附和浆膜的形成，浆膜柔软 2、对浆料化学和热稳定性的影响： 碳链高聚物 ，热稳定性好 杂链高聚物，易受热和化学试剂、酶分解 二、大分子链形状 要求为线型或带有较少短支链的长链分子； 柔顺性好，容易成膜，水溶性好。
四、浆料的发展
公元1300年 ，我国用小麦淀粉作浆料； 二十年代英国开始使用糊精作浆料； 四十年代，使用淀粉，动物胶； 五十年代，合成纤维使用变性浆料及合成浆料，CMC、PVA等； 七十年代，聚丙烯酸类浆料； 九十年代，变性淀粉、变性PVA、改性聚丙烯酸类浆料； 目前：现成浆料（即用浆料）、喷水织机用浆料； 主要是淀粉、PVA和聚丙烯酸三大类 ，用量达几十万吨。 上浆技术方面： 1、1955年前后，其标志是开始使用熟浆、变性淀粉、纤维素衍生物，并 开始使用聚乙烯醇等合成浆，使得合成纤维的上浆问题迎刃而解。 2、1968年左右，出现了双浆槽，主要用于高密度织物，解决了高经密织 物上浆质量及烘干速度的问题。使用全烘筒式烘房。 3、1980年左右，高压上浆技术，其主要目的是解决浆纱快速烘干、提高 浆纱车速的问题。高压上浆不但节约能源，而且能使毛羽贴伏性好、浆 纱耐磨度提高，为细特高密织物的顺利生产提供条件。 目前技术：“两高一低”，即高压上浆、高浓度、低粘度浆液。
四、浆料的成膜性及浆膜性能
（一）成膜机理
成膜过程可以看成同种高分子链之间的扩散过程。 成膜的三个阶段： 1、水分挥发，浓度加大，大分子链开始接近和接触； 2、大分子链变形，形成紧密堆积，接触面积增加； 3、大分子链相互渗透和相互扩散，形成浆膜。
（二）浆膜的主要性能
1、具有较大的强伸度
浆膜本身的断裂强度都小于原纱，要求弹性好一些:浆膜的弹 性变形率高些为好，而永久变形率低些为好。 短纤纱来说，浆纱的强力比原纱的强力提高10-25%，伸度则 降低10-25%。 对于长丝纱来说，上浆后强度增加很少，伸度变化也不大。 浆纱强度的提高不取决于浆膜的强度，主要与浆液和纱线的 润湿、粘附有关。
一些非牛顿性的表观粘度还表现出强烈的时间依赖性 ： 一类是触变性流体：这种流体的粘度随流动时间延长而下 降；泥石流 另一类为流凝性流体： 这种流体的粘度随流动时间延长而 增加。
以糯玉米淀粉（一种１００％支链淀粉 ）为例表 示浆料的流动性能。 触变性流体，切力增稠流体
（二）粘度定义及单位
粘度：又称为内摩擦力或粘滞力，是流体内部阻碍其相对运 动的一种特性。
（三）影响浆料粘附强度的因素
1、浆料的结构对粘附强度的影响 分子量太低，粘度低，流动性好，有利于润湿，浆膜强度 不高，粘附强度差 分子量太高，粘度高，不利于润湿，粘附强度差 选择浆料时要考虑到“相似相容”原则 分子链的柔顺性
2、影响粘附强度的其它因素 被粘物表面的清洁 表面的粗糙程度 粘附层厚度 湿度 P122
第三章 纺织浆料
浆料是用于经纱上浆的粘着剂和辅助材料。 暂时性: 在加工之前施加于纤维或纱线上，在染 色或后整理之前必须去除。 “浆纱一分钟，布机一个班”，一分钟的经纱上 浆能影响织布一个轮班。 纺织工人也将浆纱称为“老虎口”。
大多数经纱在织造前都需要上浆。
第一节
一、上浆目的
浆料概述
织造时，经纱处于一定的张力下，纱线与纱线之 间、纱线与金属之间反复摩擦，纱线还受到反复 拉伸、弯曲和冲击，这些力的共同作用是纱线起 毛、断裂的根源。 目的：使经纱能承受织造时弯曲、拉伸和摩擦等 机械作用，提高经纱的可织性，最大限度地降低 织造过程中的经纱断头率，从而提高织造效率和 减少织物的疵点。
（二）长丝纱的上浆(目的与要求 ) :
1、使长丝中各单纤相互粘合成束，以防单纤松散、分离与缠结； 2、在长丝表面形成强韧而柔软的浆膜，防止单纤在织造过程中 断裂。 长丝纱的上浆率一般在3-8% 长丝用浆料需具有足够的粘附力和内聚力，以及柔韧性与弹 性。
二、浆料必备的性能
浆料具有良好的水溶性或水分散性； 浆液的粘度必须适当和稳定； 具有良好的渗透性； 对纤维具有较强的粘附性； 具有良好的成膜性能，良好的机械性能； 具有适当的吸湿性； 容易退浆，无臭无味、对人体无害、价格便宜、调浆上浆 操作简单。
浆料的粘附机理可用扩散理 论来分析说明： 首先是经纱浸浆，表面润湿、 吸浆的过程； 然后压浆辊的挤压促进润湿 和吸附，加速浆液与纤维分 子互相扩散和浸透形成扩散 层； 最后烘干，形成浆膜。
粘附破坏机理
(a)是由于润湿不良造成的。 (b)是真正的粘附破坏，是浆纱选择时不希望发生的。可能由 于浆料的粘附力不够，或者在界面上的杂质影响，或者浆膜 的强力太高。 (c)是纤维的内聚破坏。 (d)是浆料的内聚破坏。
三、侧链基团
浆料的侧链基团以体积小、极性较弱（酰基和酯基）、位 置分布均匀为好。 1、一定的极性，增加水溶性；满足水溶性前提下，极性不可过 强 极性太强，柔顺性差，Tg高。 2、非极性基团体积小，空间位阻小，柔顺性好。 3、侧链基团位置分布均匀（如对称）为好。 聚丙烯酸酯的Tg随酯基中烷基的增长而降低，浆膜的柔软 性提高，如：甲酯、乙酯、丁酯的Tg分别为10℃、-30℃、 -70℃。