纺织纤维用油剂介绍优秀课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,合成纤维油剂,1,目录,Contents,04,17,31,36,41,43,Page,概述,1,油剂的,主组分,2,油剂的,副组分,3,4,油剂的,评价方法,5,6,结语,腈纶油剂选用原则,2,概述,一,、,油剂简述,油剂组分,油剂意义,发展概况,1,2,3,4,3,纺丝油剂是用于生产和加工化学纤维的特殊产品。众所周知，在整个纺织生产过程中，如果没有纺丝油剂，就没有化学纤维的生产和加工。在化学纤维行业，这无疑是大家接受的普遍事实，在天然纤维方面亦如此。,油剂简述,丝本身带有保护性润滑成份。,羊毛，带有自身的油脂。,原棉上涂有宝贵的蜡，作为,纤维加工助剂。,4,抗静电剂,润滑剂,乳化剂,表面活性剂,柔软剂,集束剂,PH,值控制剂,其他,抗菌剂,抗氧剂,主组分,副组分,主组分,副组分,添加剂,油剂组分,表面活性剂,5,油剂重要性,作为假发原材料的化学纤维，因其要求纤维具有似人发的优良梳理性、柔顺性及无静电的要求，使得用作假发的化学纤维对油剂的要求更高。,为了顺利进行合成纤维纺丝、纺织加工，减少丝束与导丝钩件摩擦，减少静电，必须人工赋予纤维一定的柔软性、平滑性和抗静电性；,6,发展概况,国外发展现状,国内发展现状,未来发展趋势,2,3,4,1,发展历程,7,1,5,4,3,2,50,年代，,以矿物油为主体，再添加乳化剂和抗静电剂等组成。,60,年代，,提高了对油剂的耐热要求，开发出以脂肪酸,酯,为,主体的第二代油剂。,70,年代初期，,产生了以脂肪酸,酯,和,PO(,环氧丙烷,),/E,O(,环氧,乙烷,),聚醚并用的第三代油剂。,70,年代中后期，,以,PO/EO,聚醚为主的第四代油剂。,80,、,90,年代，,开发了改性,PO/EO,聚醚及具有低摩擦、超耐热、,易润湿等特种功能的成分和添加剂组成的第五代油剂。,发 展 历 程,8,国外研究进展,睛纶油剂主要由表面活性剂和其它非表面活性物质组成，但起主导作用的是表面活性剂。因此，许多科研部门和生产厂家都在积极地不断完善表面活性剂自身以及与非表面活性剂的合理复配，不断更新油剂合成技术。,抗静电剂：,烷基醚磷酸酯盐、烷基硫酸酯盐应用的最多，它们具有良好的抗静电性和平滑性，而且耐热性好，热挥发性小，可以增加油膜强度。,9,烷基磷酸酯盐：,单醋的抗静电效果好于双醋；,烷基链长的摩擦系数低，平滑性好，抗静电性较差；链短的摩擦系数较大，平滑性较差，纤维的抗静电性好，集束性也好。,一般抗静电效果其电阻小于,108,欧姆，生产就可以顺利进行。,10,平滑柔软剂：,调整纤维与纤维或纤维与金属间的摩擦系数,(,静摩擦系数,s,。和动摩擦系数件,d,),、使纤维具有良好的平滑性、集束性和分纤性。,s,的影响最大。,s,大，纤维的集束性好，平滑性差，,s,小，纤维的平滑性好，有利于纤维的牵伸。,降低静摩擦性质的顺序为,:,阳离子,多元醇醋型非离子,阴离子,聚乙二醇型非离子,矿物油、合成润滑油。,11,国外平滑柔软剂组分,12,日本竹本公司利用协同效应原理，推荐出了具抗静电剂和平滑柔钦剂多种性能的新型复台油剂，其品种和性能如下表：,13,国内对于睛纶油剂的研究起步比较晚，近年来，许多科研部门和生产厂家，从油剂的三要素,(,抗静电性、平滑性、柔软性,),出发，积极地研制新型油剂，开发了一些性能比较好的油剂组分，有的已应用于工业生产；,但是，油剂的质量由于受单体质量不稳、品种少、成本高的影响，一直不能在全国各睛纶厂家推广使用，影响了油剂国产化的进程；,合成油剂的主要原料环氧乙烷和高碳醇，由于质量不稳定、数量少，满足不了需求，需要引进。因此，国内既要提高单体质量，又要增加产量。,国内研究进展,14,15,油剂的配方，已由过去的通用型向专业化方向发展，增强了油剂对各种纤维生产工艺技术的适应性，有利于产品质量的提高。,对油剂耐热性能要求越来越高，即油剂的热稳定性好。遇热不分 解，挥发性小，才能有效地消除静电、调整摩擦系数。同时，为使睛纶纤维产品有良好的透明度，应研制渗透性小的油剂。,用于油剂的表面活性剂已由低分子量向中、高分子量发展；,利用协同效应原理，不断完善表面活性剂自身以及与非表面活性剂的合理复配，使合成油剂技术有了新发展，油剂性能更加完善,发展趋势,16,油剂的主组分,二、,抗静电剂,润滑剂,乳化剂,1,2,3,17,1.,静电的产生,电子转移的结果,在正常情况下，物体是不带电的。当两个物体相互摩擦时，电子从一个物体转移到另一个物体上产生电子迁移，一个物体因部分原子失去电子而带正电，另一个物体因得到电子而带负电。,带电量与两物体介电常数之差成正比,:,表面粗糙的带正电，表面平滑的带负电；,受强烈摩擦的物体带正电，摩擦较少的带负电；,导体静电积累少。,抗静电剂,18,2.,常用抗静电剂,吸湿型无机盐：,如,Licl,、,Kcl,这类具有潮解性的无机盐，在低浓度时具有优良的吸湿性。,非离子表面活性剂：,聚乙二醇、聚乙二醇脂肪酸酯和醚、脂肪酸甘油酯、烷基酚等。,阴离子表面活性剂：,脂肪酸金属皂、脂肪酸乙醇胺皂、烷基硫酸盐、烷基磺化盐、烷基硫代丁二酸盐、烷基磷酸盐、聚氧乙烯烷基磷酸盐等。,阳离子表面活性剂：,脂肪胺、聚氧乙烯脂肪胺、季按盐、聚氧乙烯季按盐。,两性表面活性剂：,氨基酸和它的盐、甜菜碱。,抗静电剂,19,3.,抗静电剂消除静电的原理,表面活性剂之所以能起到抗静电作用，是由于表面活性剂能在纤维外层形成界面膜，而界面膜能吸收空气中的湿气并供给离子，离子能在此表面上移动，因此能导电防止静电积聚。,表面活性剂的抗静电效果和其配向性有关。良好的抗静电剂在其使用合理的情况下，纤维表面可生成一连续的导湿膜。阴离子、阳离子表面活性剂都具有较好的抗静电效果。非离子表面活性剂虽然在外层也能维持水层，但没有移动的离子，故其抗静电效果就不如上述两者。,表面活性剂要根据纤维摩擦和带电的情况选用。如果纤维摩擦后带正电，则宜选用能给予电子的表面活性剂，这样可以通过电性中和达到抗静电的目的。,抗静电剂,20,当表面活性剂进入纤维内部，或在纤维表面不能均匀分布，或使用量不够时，在纤维表面不能形成连续的水膜，这样，抗静电效果将会减弱。,强离子系统的无机盐、无机碱,对金属设备有高腐蚀性；,离子系统抗静电剂（如烷基硫酸盐）,要求在一定湿度下起作用，并且易,使纤维发黄，与其他油剂成分配伍,性不佳；,4.,抗静电剂效果分析,效果衰退,纤维表面分子排列愈紧密，抗静电效果愈不易衰退。反之，则容易衰退。,各种抗静电剂效果分析,抗静电剂,21,润滑剂,1.,摩擦理论,摩擦,润滑,当两个固体接触时，,全部负荷加于,接触部分时，造成,的,局部压力使接,触面产生粘合以致凝聚,。,把凝聚了的两面剥离开所需的力就,是摩擦力。,异种物质的凝聚较难，因此拉开它,们所需的力较小,;,同种物质易凝聚，,拉开它们所用的力较大,在两个相对移动的摩擦面间加入油,剂，使摩擦面被一层油膜隔开，这就,是纤维的润滑。,凝聚学说,摩擦力,摩擦理论,润滑,22,2.,摩擦的三种形式,润滑剂,干燥摩擦,干燥摩擦是接触面之间没有任何润滑剂存在时的摩擦。,这时摩擦系数最大。,含油率为,0-0.05%,的纤维摩擦，可近似看成干燥摩擦。,边界摩擦,在接触面中间存在着极薄的油膜，摩擦面被一层不连续的油膜分开。,含油率,0.050.3%,者属于边界摩擦。,边界摩擦的接触模型,流体摩擦,当含油率达,0-,3%,以上时，摩擦面被一层连续的流体膜隔开，摩擦体间不存在固一固接触，这时称为流体摩擦。,流体摩擦模型,介于边界摩擦与流体摩擦之间的过渡状态称为半边界摩擦。,23,边界摩擦的接触模型介绍,润滑剂,式中,:,A,：支承负荷的真正接触面积,;,:,支承负荷的部分与固体接触,(,凝着,),的比率,;,S,1,:,凝着部分的剪切应力,;,S,2,:,油膜的剪切应力。,纤维的边界摩擦程度，主要取决于油剂分子对纤维表面的配向性。配向性好，边界摩擦小。,24,润滑剂,流体摩擦模型介绍,式中,:,F,：剪切力,(,即摩擦力,),，,：润滑剂粘度,;,A,：纤维与导体接触面积，,V,：纺丝速度,;,d,：润滑油膜厚度。,流体润滑长丝纱的摩擦行为,短丝、毛条,边界摩擦（低摩擦系数）；,长丝的卷绕、加捻,流体摩擦（高摩擦系数）,边界摩擦在低速高接触压力下摩擦系数最大,;,流体摩擦在高速时摩擦系数最大,;,半边界摩擦是边界摩擦与流体摩擦的过渡区，在这个区域内摩擦系数呈最低值。,25,润滑剂,3.,影响摩擦系数的因素,纤维含油率,随着纤维含油率和油膜厚度的不同，摩擦方式由干燥摩擦过渡到流体摩擦。,油剂粘度,边界摩擦时，摩擦力与油剂粘度无关,;,流体摩擦时，摩擦力与油剂粘度密切相关，此时，摩擦系数与粘度对数呈线性关系,:,f=Alog,+B,导体和丝束粗糙度,当纺纱速度低于,5m/min,属边界或半边界摩擦时，导体粗糙度增加，摩擦力也增加,;,纺纱速度为,5,一,50m/min,时，光滑导体摩擦力,的增加反而大于粗糙导体。,温度,一,般温度增加，油剂粘度降低，摩擦系数随之降低。但油剂如在高温下分解发，油膜层减少，则摩擦系数上升。,通常利用测定纤维的热摩擦性能来评,价油剂的耐热性。,润湿效果,油剂润湿性好，摩擦力小。,26,润滑剂,4.,常用润滑剂,天然润滑剂,植物油,(,如蓖麻油、椰子油、甘油三酯,),、,矿物油,(,如锭子油、白油,),动物油,(,如抹香鲸油,-,一元脂肪酸酯、牛油,-,脂肪酸甘油酚,),。,合成润滑剂,醋,(,如丁基,/,异丁基硬脂酸酣、癸二酸酯、三经甲基丙烷酯、季戊四醇酯、山梨醇酯,),、,聚氧乙烯脂肪酸酪、聚醚,(,各种系列嵌段和无规聚醚,),、,合成酯,、,有机硅,。,27,(1),耐热性、抗氧性好；,(2),粘度低，而粘度指数高,;,(3),能润湿和扩展在纤维表面,;,(4),吸附在纤维表面而不是进入纤维内部,;,(5),对机械零部件无腐蚀作用；,(6),化学、物理性能稳定,;,(7),乳化性好。,润滑剂,5.,选用润滑剂的条件,28,油剂需通过乳化液形式用到纤维上去，而成布以后表面的油剂又要求易于洗净，以免影响染色，故油剂必须有良好的乳化性能。乳化剂的选择通常是凭经验，一般原则是：,乳化剂,1.,乳化剂选用原则,选用亲水性大的和亲水性小的乳化剂搭配,;,混合后乳化剂的,HLB,值,(,亲水亲油平衡值,),约,等于被乳化物的,HLB,值,;,乳化剂在乳化物中易溶解。这样配制的乳,化剂效果好。,1,）,2,）,3,）,29,乳化剂,2.,常用的乳化剂,阴离子型,脂肪酸皂,(,乙醇胺皂,),、烷基硫酸盐、烷基磺酸盐、烷基硫代丁二酸盐、聚氧乙烯烷基磷酸,酯,盐,等；,脂肪胺、聚氧乙烯脂肪胺、季,铵盐,、聚氧乙烯季,铵盐等；,多元醇,酯,(,甘油脂肪酸,酯,),、长链醇,(,油醇、鲸蜡醉等,),的环氧乙烷缩合物、脂肪酸的环氧乙烷缩合物、环氧乙烷和环氧丙烷嵌段共聚物、脂肪胺的环氧乙烷缩合物、烷基酚,等,。,阳离子型,非离子型,30,油剂的副组分,三、,集束剂,柔软剂,PH,控制剂,其他,1,2,3,4,31,集束剂,集束剂：,集束剂是指提高纤维间抱合性能的助剂。,HJESegrave,理论：,作用：,一般说纤维间平行移动是摩擦，纤维间的垂直作用即是集束。油剂液膜可促进纤维间的集束性提高，同时也增加了纤维间动摩擦系数。,常用集束剂：,三乙醇胺皂、聚醚、聚氧乙烯脂肪酸酯、蓖麻醇环氧乙烷加成物等。,32,柔软剂,纤维表面吸附柔软剂后，可降低纤维摩擦系数，特别对刚性强的纤维，可提高加工性能、织造性能和成品质量。,阳离子表面活性剂处理纤维能产生柔软感。用作柔软剂的大都是具有,16,个以上碳数的疏水基阳离子表面活性剂。,特性,选用原则,33,PH,控制剂,PH,值控制剂是用于油剂合成中控制,pH,值或调节酸碱度的一类添加剂；,常用的,PH,值控制剂：酸性的有柠檬酸、山梨酸等等，碱性的有碳酸氢钠、磷酸氢二钠等等,。,34,其他,根据工艺特殊需要，尚需添加一些助剂：,抗菌剂,防腐剂,抗氧剂,防霉剂,尽管这些添加剂用量很小，但影响极大，往往是油剂成败的关键,。,匀染剂,粘度调节剂,1,2,3,4,5,6,其他添加剂,35,腈纶油剂选用原则,四、,腈纶简介,腈纶油剂组成,腈纶油剂选用原则,1,2,3,36,腈纶,聚丙烯腈纤维,（,PAN,）,腈纶简介,通常是指用,85%,以上的丙烯腈与第二和第三单体的共聚物，经,湿法纺丝,或干法纺丝制得的,合成纤维,。丙烯腈含量在,35%,85%,之间的共聚物纺丝制得的纤维称为,改性聚丙烯腈纤维,。,腈纶的特性,：,1,、弹性极好，似羊毛；,蓬松卷曲、柔软，保暖性,优于羊毛,2,、耐晒性优良；,3,、耐酸、氧化剂及其他有机溶剂性,较强，但耐碱性较差；,4,、易染、色泽鲜艳。,37,腈纶油剂组成,润滑剂、抗静电剂、乳化剂,纤维致密,(,牵仲,),阶段前，都呈现出多孔蓬松的结构，若在纤维致密前添加油剂，就使得有相当量的润滑剂可渗透纤维的孔隙。,在纤维致密状态前加入润滑剂，,孔隙致密状态之后再加入抗静电剂。,38,腈纶油剂的选用原则,腈纶油剂应具备下列使用性能,:,润湿性能佳,润湿速度越快,上油就越容易,.,平滑性,:,油剂应具有良好的平滑性能,上油后调节纤维摩擦系数,改善纤维摩擦特性,.,1.,腈纶油剂主要组分为阳离子和非离子两类表面活性剂,;,2.,配制油剂时组分不宜过多,还必须充分考虑组分间的相溶性,;,3.,阳离子型表面活性剂提供抗静电性和部分柔软性,非离子表面,活性剂提供平滑性、抱和性和部分柔软性,;,选用原则：,39,腈纶短纤维的比电阻在,108,以下,(,温度,20,相对湿度为,65%),就能满足抗静电要求；,从生物降解性和阳离子型表面活性剂中,两方面优选符合国际新标准的抗静电剂；,一般来说,阳离子表面活性剂大约可分为,3,种。胺盐、季铵盐、杂环类阳离子表面活性剂；,而从生物降解性考虑,分解性表面活性剂的分子中一般含有,3,种化学结构,:(1),亲油性基团,;(2),亲水性基团,;(3),连接亲水基及亲油基的具有分解性功能的基团。,抗静电剂的选用原则,40,油剂的评价方法,五、,41,测试指标,测试方法,索氏提取法,纤维含油率,红外光谱分析法,紫外分光光度法,润滑性,纤维摩擦系数测定,纤维,-,金属摩擦测试仪,抗静电性,电阻率测定,接触角及渗透时间,热稳定性,TGA,DSC,油剂性能检测指标,为了确定油剂对纤维性能的影响,并且考虑到纤维加工设备的巨大差异,油剂特性的测试需进行多次重复的实验,而不是采用特殊类型的仪器设备，只简单进行一两次试验得出结论。,注意：,油剂测试方法,纤维油剂的用量一般不超过聚丙烯腈纤维重量的,0.3%,0.5%,。,42,结语,Conclusion,六、,43,各种睛纶所需要的油剂有着极大的不同，这也显示在每一种应用时，需要特别设计的油剂以达到最佳的纤维工艺特性，因此，经由基础研究，广泛的测试能力和长期的经验，需要研究开发的不仅是油剂的化学组成与结构特性，还有纤维表面和油剂组分的相互作用关系，以及对纤维生产中的影响情况等详尽技术，使得每一用途的纤维在使用不同的适当油剂后，都能达到良好纤维特性的目标，满足发用纤维的特殊性能要求。,44,谢谢,Thanks,45,