【摘要】：聚酯纖維因具有斷裂強度高、彈性好、熱穩(wěn)定性優(yōu)異、耐溶劑性及耐水洗性好等優(yōu)異的性能而被廣泛應用于各個領(lǐng)域,生活中常見的記號筆頭所用的纖維大多是聚酯纖維。美國、日本等制筆強國已具有一套完整的記號筆匹配、設(shè)計、制造及評價標準體系,而我國無論是在生產(chǎn)工藝還是理論研究方面,同美日歐等制筆強國都有較大差距。因聚酯分子鏈中無親水基團,導致用聚酯纖維制備的纖維筆頭與環(huán)保型的水性墨水的親和性較差。目前,國產(chǎn)聚酯纖維筆頭普遍存在飲水時間長、吸水率低、書寫穩(wěn)定性較差、墨水殘留量大等問題,而纖維筆頭是決定記號筆性能最為關(guān)鍵的一個部件,因此對于高品質(zhì)聚酯纖維筆頭的開發(fā)及記號筆工作機理的研究對提升國產(chǎn)記號筆的品質(zhì)具有重要意義。本課題設(shè)計了不同卷曲收縮率、纖度的聚酯拉伸變形絲(DTY),研究了加工工藝對纖維卷曲收縮率的影響;分析了纖維熱性能對筆頭棒料加工溫度的影響;同時,采用表面活性劑對纖維筆頭進行親水改性,運用模型分析了筆頭的飲水過程,構(gòu)建了墨水在記號筆中的流動模型;分析了纖維結(jié)構(gòu)、性能與筆頭性能之間的關(guān)系。為高品質(zhì)記號筆頭的開發(fā)提供研究基礎(chǔ)。(1)筆頭用聚酯DTY的制備及性能研究:以聚酯纖維為研究對象,設(shè)計了不同卷曲收縮率及纖度的聚酯纖維。研究了加彈過程中加工溫度對纖維卷曲收縮率的影響,分析了纖維的物理機械性能,探討了纖維熱性能對筆頭定型溫度的影響;同時使用膠黏劑和表面活性劑對聚酯纖維進行表面改性,研究了聚酯纖維在改性前后與水的接觸角變化。研究表明:加彈時變形溫度的增大及定型溫度的降低會使纖維的卷曲收縮率增大;膠黏劑的使用會增大纖維與水的接觸角,而表面活性劑的使用可以降低纖維與水的接觸角,經(jīng)表面活性劑AEO-5處理后的浸膠纖維的接觸角從85.6°下降到了63.8°。(2)聚酯纖維筆頭的制備及性能研究:以聚酯DTY為原料,設(shè)計并制備了尺寸規(guī)格為φ4.1×30.5 mm的聚酯纖維筆頭。借助單毛細管垂直芯吸模型描述了筆頭的飲水過程;研究了表面活性劑對聚酯纖維筆頭飲水時間的影響,分析了不同種類表面活性劑在筆頭內(nèi)的耐水洗性能;探討了不同種類筆頭內(nèi)部的最可幾孔徑及孔徑分布情況;研究了纖維卷曲收縮率、纖維纖度、纖維并股數(shù)、膠黏劑含量對筆頭飲水時間、吸水率、表面硬度及筆頭橫截面形貌的影響。研究表明:經(jīng)單毛細管垂直芯吸模型分析發(fā)現(xiàn),筆頭的飲水時間隨著筆頭內(nèi)毛細孔徑的增大先減小后增大,在理論臨界當量半徑R~*處,筆頭的飲水時間達到最小,實驗制備的筆頭的理論R~*在84μm左右;隨纖維卷曲收縮率及纖維纖度的增加,筆頭內(nèi)部整體孔徑變大,筆頭的飲水時間縮短,實驗制備的筆頭樣品飲水時間最短的低至3.02 s,筆頭吸水率隨纖維卷曲收縮率的增大而增大,纖維卷曲收縮率為41%時,筆頭吸水率高達69%;隨纖維并股數(shù)的減小,筆頭內(nèi)孔徑增大,當筆頭內(nèi)毛細孔當量半徑超過實際臨界當量半徑R~#后,飲水時間隨并股數(shù)的減小而增大,同時筆頭吸水率增大;筆頭內(nèi)膠黏劑含量的增多,使筆頭吸水率下降、飲水時間增大、硬度增大、耐磨性能增強。(3)纖維筆頭匹配卷包芯后的書寫性能研究:在毛細管垂直芯吸模型的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了墨水在記號筆中的流動模型;分析了實驗所用卷包芯內(nèi)部的最可幾孔徑及孔徑分布情況;系統(tǒng)研究了筆頭纖維卷曲收縮率、纖維纖度、纖維并股數(shù)、膠黏劑含量以及卷包芯纖維密度對記號筆出墨量、書寫線跡、墨水殘留量以及筆頭耐磨性能的影響。研究表明:隨著所用卷包芯密度的增大,記號筆的出墨量減小,墨水殘留量增大。記號筆的出墨量同時受墨水在筆頭內(nèi)的流速、筆頭毛細孔數(shù)及孔徑等多個因素的影響。筆頭內(nèi)毛細孔徑越小,筆頭與卷包芯形成的毛吸壓強差越大,墨水的殘留量就越少。隨著纖維纖度及卷曲收縮率的減小、纖維并股數(shù)的增大,記號筆的墨水殘留量減少。
【學位授予單位】：東華大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TS951.1
【圖文】：

圖 1-1 記號筆內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖析圖在用于制備記號筆纖維筆頭的纖維中消耗量最大的是聚酯纖維，聚酯纖維耐溶劑性能好，可適用于匹配各類墨水。聚酯纖維又稱滌綸，是由二元酸和二元醇或二元醇和 ω-羥基酸等通過縮合聚合反應成高聚物后，經(jīng)紡絲工藝形成。自 20世紀五十年代起，由于其在作為紡織用品上耐磨、易吸易干、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)勢，發(fā)展極其迅速。1960 年全球滌綸的產(chǎn)量超過了丙綸，到 1972 年其產(chǎn)量超過了腈綸，成為世界上產(chǎn)量最大的化學纖維。我國滌綸工業(yè)絲的產(chǎn)量自 2007 年來增長迅猛，從 2007 到 2010 年，國內(nèi)滌綸年產(chǎn)量從 1917.7 萬噸增加到 2513.3 萬噸，產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)日益成熟，成品質(zhì)量日益提高。迫于生產(chǎn)成本的壓力，國外滌綸化纖產(chǎn)品市場份額在逐步減小。截止到 2017 年底，我國聚酯纖維產(chǎn)量大約在 4000萬噸/年，占據(jù)了全球滌綸工業(yè)絲產(chǎn)量的 80%以上。且我國是滌綸出口第一大國，近年出口量在 300 萬噸/年左右[6~8]。隨著人們生活水平的提高，消費結(jié)構(gòu)的復雜化，人們對紡織產(chǎn)品的要求也越來越高，這要求企業(yè)制造的產(chǎn)品具有多樣性、功能性。國內(nèi)一些在化纖產(chǎn)品上較有實力的公司，如浙江古纖道公司近年來根據(jù)市場的需求，一直致力于開發(fā)各種

聚酯分子結(jié)構(gòu)圖

【參考文獻】

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本文編號：2719755