浆膜性能及其主要影响的因素

认识浆液在经纱表面的成膜过程，探索浆料的成膜机理，明确成膜过程对浆膜性能的影响，了解浆膜性能与浆纱织造生产之间的内在关系，掌握影响浆膜性能的主要因素，认清目前浆膜试验所存在的主要问题，对于制定合理的浆纱工艺，改善浆纱质量，提高织造效率和匹布质量，都具有重要的实际意义。 一、浆膜的形成与作用 众所周知，经纱上浆的目的是为了提高经纱强度，贴伏毛羽，增大经纱的耐磨性，并尽可能地保持经纱的弹性，以便提高经纱的可织性，使之能够承受织造过程中数千次的反复拉伸、冲击、弯曲和摩擦等外部机械作用，减少断头的发生，以便顺利和高效率地完成织造生产。 在经纱上浆过程中，当浆液与经纱接触后，借助于压浆辊的压力和纤维之间孔隙的毛细管作用，一部分浆液浸透到经纱的内部，另一部分浆液则会被覆在经纱表面。但无论是哪一部分浆液，当它们与纤维相接触时，都会对纤维表面产生润湿作用，在纤维表面铺展开来，形成由浆料大分子堆砌而成的吸附层。由于润湿、铺展和吸附作用，这种吸附层与纤维之间形成了分子级的紧密接触，产生了分子间作用力。粘附于纤维之间的浆液，烘干之后便在纤维之间形成粘合性的胶层，实现了对纤维的粘合，增大了经纱的强度。而被覆在经纱表面的浆液，在烘干之后便在经纱表面形成浆膜。 浆料的成膜能力又称为成膜性，是浆纱工程对浆料材料最重要的基本要求之一，与浆纱质量密切相关。利用这种成膜性，浆料在经纱外表面形成保护膜（浆膜）。浆膜与纱体之间可以借助于浆料的粘合作用，将二者紧密地粘合在一起，使浆膜被覆于经纱表面。这种覆于浆纱表面的浆膜，显然是摩擦外力的主要承受者，抵抗着织造过程中外部对经纱的摩擦及磨损，所以浆膜对经纱具有保护作用。通过这层浆膜的保护，可以使经纱避免直接受到外界的磨损，直到这层浆膜被破坏为止，这显然提高了浆纱的耐磨性能。此外，浆料在纱体表面形成浆膜的过程中，还对经纱毛羽起到了贴伏作用。由此可见，浆料材料必须具备良好的成膜性。浆膜性能会影响到包括浆纱耐磨和浆纱毛羽等性能指标在内的浆纱质量，在一定程度上决定着浆纱的可织性，并影响到织机生产效率和坯布质量，所以浆膜性能目前受到了普遍关注。从浆膜方面考虑，上浆工程对浆料的主要要求是：浆料应具有良好的成膜能力；所形成的浆膜要有良好的耐磨性；浆膜的拉伸性能应尽量与上浆所使用的经纱相接近。只有这样，才能使浆纱获得承受织造过程中各种外部机械作用的能力。 二、影响浆膜性能的主要因素 影响浆膜性能的因素很多，也很复杂，并且它们可以通过各自的途径来影响浆膜性能。影响浆膜性能的主要因素有：成膜方法及条件、浆料的化学组成、分子量、分子形状、分子极性、结晶能力、浆膜内应力、力学状态以及所含有的增塑剂等。 1 成膜方法 聚合物薄膜的性能，特别是力学性能与薄膜的形成方法密切相关，所以浆膜性能也会随着浆膜制备方法的不同而发生变化。目前，浆膜制备方法已经被规范化，请务必注意采用这种成膜方法所制备的浆膜，在性能方面是有别于其他成膜方法，对此应予以特别注意，以免引起混乱和不必要的麻烦。 2 成膜条件 制备条件不同，浆膜的力学性能会有很大差异，这对浆膜性能的影响是与浆膜制备方法相似的。无论是单一组分的浆液，还是由多组分浆料所组成的混合浆液，成膜过程中的外部条件往往都会影响到材料的聚集态结构，使浆膜的结晶结构、取向结构及织态结构发生变化。众所周知，聚合物材料的性能，与聚合物的各层次结构（如近程结构、远程结构、聚集态结构）都有密切的关系，任何一个层次结构的改变都会影响材料的性能。准确地说，不同的成膜条件完全有可能通过改变浆膜的聚集态结构来影响浆膜性能。对此，在分析浆膜性能以评估浆料性能或浆料配方时，应给予充分的考虑。 3 化学组成 浆膜的化学组成是由浆料配方所决定的，不仅涉及到主浆料的种类及其配比，还与辅助浆料的种类和用量有关。一般来说，增加淀粉类浆料的用量，浆膜的强度较大但韧性较差；聚丙烯酯类浆料有利于改善浆膜的断裂伸长和韧性；PVA浆料能够大幅度改善浆膜的强伸度、耐屈曲性和耐磨性等指标。辅助浆料对浆膜性能不尽相同，尽管用量很小，但有时对浆膜性能的影响是非常明显的。 4 内应力 在成膜过程中，随着水分的不断蒸发，浆液的体积会逐渐收缩，浆液最终将失去流动性，在经纱表面形成浆膜。如果浆膜此时与经纱是彼此分离的，那么当浆膜中所剩余的水分继续蒸发时，浆膜就能够自由收缩，并不会在浆膜与经纱之间的界面上产生内应力。然而由于粘合作用，浆膜已经被固接在经纱的表面，不可能自由地进行收缩运动。所以，当水分继续蒸发引起浆膜体积收缩时，浆膜沿平面各方向的收缩运动，必然会在纤维-浆膜界面上形成收缩内应力。此外，鉴于浆膜与纤维的弹性模量、热膨胀系数一般是不同的，所以温度变化以及浆纱受力等也会在界面上产生内应力。浆膜的内应力对于浆膜的力学性能而言是有害的，浆膜的内应力越大，浆膜强度和断裂伸长也就越差。 5 分子量 浆膜强度与浆料的分子量密切相关。随着聚合度的增加，浆膜强度增大，但这种状况不是无限度的，最后浆膜强度都有一个极限值。当超过了这个极限值之后，浆膜强度就不再随聚合度的增加而增大了。 目前在浆纱生产中所使用的浆料，其聚合度大多还没有达到使浆膜强度出现饱和的极限值。仅从浆膜性能来看，提高浆料的分子量，还可以进一步改善浆膜的力学性能，但在经纱上浆过程中，我们还必须考虑到浆液粘度以及由此而引起的众多问题。增大浆料的分子量，往往会使浆液的粘度明显增加，不利于 “两高一低”上浆工艺的实施，不利于浆液对经纱的浸透与被覆平衡。如果浆液的粘度过大，通常会造成表面上浆及落浆过多等一系列问题。 对淀粉进行适度降粘，或采用低聚合度的PVA，都可以提高浆液的流动性。这虽然会使浆膜的机械性能有所降低，但由于提高了浆液的流动性，上浆效果反而有可能会更好。因此，在浆纱生产过程中，不仅要考虑到浆膜性能，还要注意其它各种因素的影响。 6 分子形状 高分子化合物的分子形状，会影响大分子链的柔顺性和热运动，因而会影响到大分子链的扩散和缠结，所以也会影响到浆膜性能。仅从分子形状方面考虑，带有长支链或具有规则结构的长链分子，一般具有较好的成膜性。其原因在于这种分子链具有良好的柔顺性，有利于分子间的相互扩散。其次，这种形状的分子易于定向排列，成膜性好，浆膜的力学性能一般也比较高。与此相反，带有大量短支链的分子，或是带有笨重支链的高聚物，由于空间位阻较大，分子的柔顺性较差，所以成膜能力显著下降。 影响淀粉浆膜力学性能的因素很多，如淀粉的种类、直链淀粉与支链淀粉的比例、分子量等，其中直链淀粉与支链淀粉的比例对浆膜性能的影响比较大。在淀粉的这两种组分中，直链淀粉具有良好的成膜性，而支链淀粉的成膜能力较差。直链淀粉的含量越高，薄膜的力学性能一般也就越好。 7 极性 在常温下，只有非极性和弱极性高聚物才具有比较的成膜能力。对于极性很高的高聚物，其分子间的作用力很大，而这种作用力阻碍了大分子链段的热运动，所以成膜性不好，浆膜性能通常也不会很好。 8 增塑剂 在浆料配方中加入增塑剂，可以改善浆膜的韧性，降低了浆膜的弹性模量，使浆膜的断裂伸长提高。增塑剂对于降低浆膜的内应力也是有效的，仅从降低浆膜的内应力方面考虑，增塑剂有利于提高浆膜强度，但存在于浆料大分子之间的增塑剂，增大了这些大分子之间的距离，降低了它们之间的相互作用，使浆膜的内聚力下降，所以使用增塑剂往往又会使浆膜强度下降。 三、目前浆膜性能试验所存在的问题 将一种或多种浆料通过调浆制成浆液，浇注成单组分浆膜或共混浆膜，然后进行力学性能、吸湿及水溶性等试验，从浆膜性能方面进行评估，以评价某种浆料或某一浆料配方的好坏，是浆膜性能试验的主要内容。 现行的浆膜试验是将塑料薄膜（一般为聚酯薄膜）平铺在玻璃板上，以水平仪校好水平，再将浆料调制成一定浓度的浆液（通常为6%），量取400mL浆液缓慢倒在塑料薄膜上，待自然晾干成膜后，将浆膜仔细剥下，裁成规定尺寸的条形试样，然后在规定条件下进行浆膜性能试验，获取浆膜的各项性能指标。 以现行的浆膜试验来评估浆纱表面的浆膜性能是不够完善的，这种实验方法是有缺陷的，它在方法的充分性和数据的可靠性等方面受到质疑。其原因在于薄膜类材料的性能与成膜条件及薄膜状态密切相关，也就是说薄膜类材料的性能，随着它的成膜条件和状态的不同，往往存在很大差异。除此之外，薄膜的力学性能还与薄膜的内应力有关。仅从浆膜的成膜条件、状态及内应力方面考虑，在实验室中所制备的浆膜，若与经纱上浆过程中在经纱表面所形成的浆膜相比，至少在以下几个方面是有显著区别的： （1）成膜条件：浆膜性能测试时所制备的浆膜，是在20℃、65%RH的条件下缓慢干燥形成的；而经纱上浆过程中所形成的浆膜，是在热空气中或烘筒上，在高热条件下快速干燥而成的。 （2）成膜基材：浆膜性能测试时所制备的浆膜，通常是在聚酯薄膜表面上形成的；而经纱上所形成的浆膜，是在经纱上或是在纤维表面上完成成膜过程的。浆液无论是按照乳胶粒子分散液的成膜机理成膜，还是按照高分子溶液以大分子链缠结的方式形成浆膜，都会在成膜过程中受到成膜基材分子的作用，从而对浆膜性能产生一定的影响。到目前为止，有关成膜基材与浆膜性能之间内在联系的研究尚未充分展开，因此要进行系统的介绍是十分困难的。 <