摘要:利用德国SGL CARBON GROUP公司生产的360K预氧化纤维长丝，合理制定牵切、并条、粗纱、细纱工艺，纺制预氧化纤维的纱线，并织成了相应织物。测试了产品的力学性能、阻燃性能及保暖性能。结果表明:选择合适的工艺流程和工艺参数,可以在传统的环锭纺纱机上纺制预氧化纤维纱,其产品具有优异的阻燃性能。
关键词：预氧化纤维；阻燃纤维；纺纱；织造；工艺
聚丙烯腈预氧化纤维又称预氧化纤维(PAN- OF),具有高阻燃性,极限氧指数大于45%，其耐高温性能高于一般的阻燃纤维如Kevlar、Nomex及芳矾纶等纤维,在300℃下纤维性能稳定、500℃下10min后强度保持率可达65%,具有优良的热稳定性,在燃烧中纤维不融、不软化收缩，无熔滴,属准不燃产品；隔热效果好；耐酸碱腐蚀、耐化学环境、耐辐射性能好；具有适宜的纺织加工性能,织物质轻、柔软、吸水性好,可用于纯纺、混纺各种制品和工业材料。但由于该材料无卷曲、静电大、纤维光滑，因此纺纱有一定的难度,织造断头率高。本试验采用牵切直接制条的方法,选用合适工艺参数,成功地利用环锭纺纺出预氧化纤维的纱线,并织成织物。
1 原料性能及工艺流程
原料采用德国SGL CARBON GROUP公司生产的360K 预氧化纤维长丝。采用普通生物显微镜测得平均单丝直径；采用YG-003型电子式单纤维强力仪测得预氧化纤维平均断裂强力、平均断裂伸长率、平均拉伸强度和平均初始模量；采用 Y153型纤维摩擦因数测定仪测出摩擦因数；采用 YG-322型纤维比电阻仪测出体积比电阻和质量比电阻。测试结果为:细度1.7dtex，平均直径13 μm，密度1.39 g/cm3，平均吸湿率6.5%，断裂伸长率21.7%平均拉伸强度2.46 cN/dtex，平均初始模量16.8cN/tex，静摩擦因数0.246,体积比电阻1.95 x1010Ω·cm。预氧化纤维具有纤维较细、摩擦因数及初始模量较大、纤维没有卷曲等特点,给纺织加工造成了一定的困难。
考虑到该材料加工的难度，特别是梳理成网的难度,采用牵切直接制条,工艺流程如下:
牵切制条(自制)→头并(FA302)→二并(FA302)→三并(FA302)→粗纱(A454E)→细纱(FA506)→并线(1381)→捻线(A631C)→络筒(1332M)→整经(SHGA215C)→穿经（G177-180）→织造(1511M-75″)
2 工艺设置及织物性能测试
2.1 牵切制条
牵切机采用四区牵伸,分别是两个预牵伸区、一个主牵伸区和一个后再割区，总牵伸倍数为4.68 倍，利用牵切直接制条法，将长丝在牵切机上直接制得短纤条。采用逐根测长法,测量其中1000 根纤维长度,纤维平均长度为54.26 mm。
2.2 并条工序
采取“大隔距、小张力、多并合”的三道并条工艺,主要工艺参数见表1。
表1 并条主要工艺参数
项目 |
并合数 /根 |
定量/g.(5m)-1 |
牵伸倍数 /倍 |
牵伸后区 /倍 |
圈条张力牵伸/倍 |
导条张力牵伸/倍 |
一并 |
8 |
21.29 |
8.796 |
1.286 |
1.016 |
1.011 |
二并 |
8 |
20.72 |
8.434 |
1.236 |
1.016 |
1.011 |
三并 |
8 |
21.14 |
8.049 |
1.187 |
1.016 |
1.011 |
2.3 粗纱工序
粗纱工序采用“重加压、大隔距、小张力”的工艺,定量8.41g/10 m,捻度28.8捻/m,总牵伸倍数5.18倍,后区牵伸1.19倍。
2.4 细纱工序
由于纤维的平均长度较长,因此采用“重加压,滑溜牵伸”的工艺路线,中罗拉采用滑溜牵伸,细纱定重9.38g/100m,总牵伸倍数9.799倍,后区牵伸1.15 倍,捻度 35.34 捻/10cm。
2.5 股线指标
织物采用股线织造，在YG061型电子单纱强力仪上测得股线的各项指标为:细度93 tex x2、S捻、捻度 31 捻/10 cm、捻度CV9.36%、断裂强力1618.5 cN、强力CV6.98%、强度8.70 cN/tex、强度 CV7.07%。
2.6 织造工序
2.6.1 织物规格设计
织物的性能与其结构密不可分,织物的组织结构、重量、厚度等都会影响织物的燃烧性能，如纱线的捻度高、织物的组织结构紧密就不易与周围空气充分接触，阻燃性能就好；同类组织结构单位面积重量越重，产品阻燃性能相对较好。因此，本设计中织物规格为:93x2/93x 2 138/64 163，山形斜纹,匹长30m,平方米质量421 g/m。
2.6.2 上机工艺
预氧化纤维纱线耐磨性能较差、强力较低，在织造过程中易磨毛纠缠，因此，要适当增加车间温湿度，上机张力不宜过大，以能开清梭口为宜。具体上机工艺为：综平度170 mm ±10 mm，标准齿轮/变换齿轮1.97，开关侧投梭时间240mm±10 mm，开关侧投梭力250mm±15mm，换梭侧投梭力260±15mm。
2.7 织物性能测试
在YG065 型电子织物强力测试仪测得阻燃布的力学性能见表2。
表2 织物力学性能
项 目 |
断裂强力 /N |
断裂伸长/mm |
伸 长 率 /% |
断裂功 /J |
断裂时间/s |
经 向 |
214.92 |
23.42 |
16.67 |
16.68 |
10.02 |
纬 向 |
564.49 |
23.34 |
11.77 |
7.00 |
6.87 |
在LFY-606型氧指数仪上测得阻燃布极限氧指数为47.5%;利用垂直法在LLY-07A型织物阻燃仪上测得续燃时间0s，阴燃时间0s，平均损毁长度经向32mm、纬向24 mm，GB/T5463-2018规定点火时间为12s,本测试延长点火时间为24s；在YG606型平板式保暖仪上测试织物保温率为31.72%。测试结果表明:阻燃布的阻燃指标远远大于阻燃防护服(GB8997-2016)和森林防火服(LD59-2016)的相关标准,同时,预氧化纤维阻燃布还具有良好的隔热性能，织物经长时间浸泡与洗涤后，阻燃性能没有变化。
3 结论
(1)采用牵切直接制条的方法，选用适当的工艺参数，即可在环锭纺纱机上纺制出预氧化纤维纱，其纱线性能可以满足织造要求。
(2)预氧化纤维织物属准不燃产品，不仅具有优异的阻燃性能，而且具有良好的保暖性能，阻燃性能长久，是一种有前景的新型阻燃纺织材料。
