摘 要：为了生产PBO帐篷纱，对比分析了PBO纤维的物化性能，探讨18.5tex纯PBO短纤维成纱工艺过程及纺纱工艺要点，结果表明：PBO纤维的断裂强度为32 cN/dtex，极限氧指数为68%，初始模量为240 cN/dtex，是一种高强度、高模量、高阻燃合成纤维，其成纱各项性能指标较优，能满足军用帐篷用纱的需要。

关键词：PBO纤维；阻燃；高强度；纺纱；质量

中图分类号：TQ342.739 文献标识码：C 文章编号：1674-2346（2017）02-009-04

1 前言

帐篷纱线要求强度高、阻燃性好，选用的纤维要具有较高的强度和初始模量、耐热性好、耐疲劳性能和耐冲击负荷优异，尺寸稳定。目前制作帐篷纱的材料有棉花、粘胶纤维、聚酰胺纤维和聚乙烯醇纤维等，但性能各有不同。棉花和粘胶是上世纪50年代中期的主导产品，有易吸湿、吸湿后强度降低的缺点，制作的帐篷强度、耐热、耐疲劳较差，已不能满足需要；到70年代合成纤维的聚酰胺帐篷纱逐步取代了棉花和粘胶，主要用于民用帐篷用纱，虽然聚酰胺帐篷纱强度高、耐冲击、耐疲劳性好，但尺寸稳定性差；芳香族聚酰胺帐篷纱是 80年代开发的帐篷纱，具有强度高、模量大等特点，耐高温和尺寸稳定性更好，适用于对性能要求高的军用帐篷纱。本文以芳香族聚合物PBO为原料，研究了其性能，开发了PBO短纤维18.5tex帐篷纱，并探讨了其工艺过程及纺纱要点。[1]

PBO是聚对苯撑苯并双噁唑纤维的简称，是一种含芳香杂环的苯氮聚合物，其商品名为Zylon（柴隆），也被誉为“21世纪的超级高性能纤维”，化学结构式如图1所示。[2]

这种结构具有高度取向规整的二维或三维结构，使得PBO纤维具有特殊的物理性能，几种常用纤维性能对比如表1所示。

表中：PSA为芳砜纶，P84为芳香族聚酰亚胺纤维， POD为宝德纶，聚芳噁二唑。

由表1可知，PBO纤维的断裂强度最大，高达32 cN/dtex，是其他合成纤维的10倍左右，是钢纤维和碳纤维的20倍左右，而断裂伸长和其他纤维相当，分析其原因，是由于PBO大分子中刚性的苯环及杂环是几乎与链轴共轴的，在拉伸变形时，应变能直接由刚性对位键和环的变形而消耗，以及分子链在液晶纺丝过程中形成的高度取向的有序结构，因此使得PBO纤维的尺寸稳定性好，即使断裂强力很大，而断裂伸长率也较小。[3-4]此外，PBO纤维的裂解温度达到620℃，极限氧指数高达68%，在现有的化学纤维中最高。另外，在火焰中不燃烧、不收缩，耐热性和难燃性高于其它任何一种纤维。由表还可知，PBO纤维的初始模量较高，与碳纤维相当，纺纱性能较差。总之，PBO纤维的主要特点是高强度、耐热性好和初始模量较高，由于其密度远远低于碳纤维，因而PBO纤维可用于制造更轻的高强复合材料，而其优秀的耐高温性能使其应用更加广泛。

2 PBO纤维帐篷纱纺纱工艺

2.1 原料选择和预处理

选用东洋纺织株式会社PBO短纤维（1.7D？4mm），其物理性能如下：

纤维细度： 1.7D 品质长度： 44mm 断裂强度：32.8 cN/dtex 断裂伸长：3.0%

比重：1.56g/cm3 比电阻：1.32？10/ 熔点：620℃

由于PBO纤维回潮率较低，约为3.15%，所以在纺纱前需经过加湿预处理，加湿液配方为平平加0.2%、硅油0.8%、JFC渗透剂2.0%，用45℃左右温水搅拌均匀后，将纤维分层铺放，层层加湿，养生48h，回潮率控制在7%左右，车间的温度控制在20～25℃、相对湿度控制在70%～75%。

2.2 纺纱工艺流程

PBO纤维包→A002C型自动抓棉机？→A035E型混开棉机→FA106C型梳针式开棉机→A092A型双棉箱给棉机？→A076F型单打手成卷机？→A186F型梳棉机→FA317A型并条机→FA317A型并条机→FA423A型粗纱机→FA506型细纱机→No.7-Ⅱ型村田自动络筒机。

2.3 各工序的工艺要点及注意事项

2.3.1 开清工艺

針对PBO纤维细而长、含杂少的特点，开清棉工序应采用“多松少打、薄层快喂、低速度、大隔距”的工艺原则，车间温湿度适当偏大掌握，以减少纤维损伤和棉结的产生而造成成纱条干不匀率提高和细节的增加。[5]

主要工艺参数为：抓棉打手伸出肋条的距离为2mm，开棉机采用平行打手，同时适当降低平行打手的速度；开棉机打手采用梳针式，梳针打手速度为450 r/min；综合打手速度700r/min；成卷罗拉速度10r/min，成卷定量250g/m。[6]

2.3.2 梳棉工艺

由于PBO纤维是由众多微纤结构组成，极容易微纤化，[8-10]所以梳棉工序减少对纤维的损伤是关键技术，也是整个纺纱过程的重点工作，为此，采用了“轻定量、低速度、紧隔距、快转移、少损伤”的工艺原则，适当增加分梳板的工艺长度，降低了锡林和道夫的速度，增加了纤维的转移率，保证纤维的充分梳理和顺利转移，提高棉网清晰度，对主要隔距进行了调整，[6]调整后的主要隔距如表2所示。

主要工艺参数为：生条定量15g/5m，锡林转速350r/min，刺辊转速580r/min，道夫转速16r/min。选用针布的型号为：锡林针布为AC2030？1550、道夫针布为AD4030？1890。

2.3.3 并条工艺

针对PBO纤维静电大，条子容易缠罗拉和胶辊的现象，因此采用二道并合，避免条子过熟过烂，采用“大牵伸、重加压、大隔距、轻定量”的工艺原则。为了保证条干质量，并条干重控制在15g/5m左右，前区罗拉握持距为50mm，后区牵伸倍数为1.8。需要注意的问题是，头道并条总牵伸易小，以提高生条的条干均匀度，后区牵伸倍数宜稍大，有利于纤维的平行，从而为条干均匀度打下良好的基础。另外，加压不宜过大，防止造成的纤维绕罗拉、绕胶辊和条干不匀。[7]

2.3.4 粗纱工艺

采用“轻定量、低速度、高捻度、重加压”的工艺原则，粗纱定量控制在3g/5m左右，牵伸倍数不宜超过8倍，后区牵伸倍数在1.2左右，捻系数为70，采用大的捻系数有利于纤维间抱和，减少粗纱意外伸长而恶化成纱条干，粗纱工艺参数如表3所示。

2.3.5 细纱工艺

细纱工序主要工艺参数如表4所示，钢领选用PG1/2-3854型，钢丝圈选用FU40型，罗拉使用同和纺机生产无牵伸波罗拉，胶辊选用不处理软弹胶辊，[8]温度控制在23℃～26℃，相对湿度控制在70%～75%。

2.3.6 络筒工艺

由于PBO纤维的初始模量较高，在实际生产中存在接头难、接头率低、接头质量差等问题，为了保证成纱质量和接头质量，减少毛羽，在No.7-Ⅱ型自动络筒机上采用“小压力、慢退捻、快捻接、小张力”的工艺原则，加捻气压调至0.50Mpa，捻接长度在第4位置上，另外将S1凸轮向后旋半格，并将从动杆螺栓位置向内旋4圈，夹纱距离选择3.5～4.2位置，经过上述调整后，结头质量最佳。同时还要保证纱线通道的光洁和顺畅，减少毛羽的产生，保证成纱质量。[9]

3 PBO纤维帐篷纱成纱质量

在温度23℃、相对温度65%的测试环境下，采用宁波纺仪YG020D型单纱强力仪；长岭纺电YG136型条干均匀度仪（速度为400m/min，时间为1min，量程为100%），对PBO18.5tex的筒子单纱进行检验，其成纱质量如下：条干CV 为13.40%，单纱断裂强力高达CV 12.81 N/dtex ，重量偏差CV ？.0%，-50%细节≤6（个/km），+50%粗节≤12（个/km），+200%棉结≤32（个/km）/g。成纱质量达到GB/T 27735-2011《帐篷布用纱》优等品标准。

4 结语

随着现代科学技术的不断进步，尤其是产业用纺织品的迅猛发展，工业用帐篷需求越来越大，对帐篷综合性能也提出了更高的要求。PBO帐篷纱具有断裂强度高、伸长率低、耐高温阻燃、耐化学腐蚀性好性能，PBO纤维以其优良的性能在军用国防科技等领域具有广阔的应用前景。

参考文献

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[2]刘光彬，谈青豹，宋于清.小批量PBO纤维针织股线的试制[J]. 棉纺织技术，2015，43（10）：72-75.

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[4]李仲伟，宋永生.PBO缝纫线的生产及性能研究[J].纺织导报，2013（10）：70-74.

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[6]姚穆.纺织材料学：第三版[M].北京：中国纺织出版社，2009：234.

[7]任家智.纺织工艺与设备[M].北京：中国纺织出版社，2006：154-158.

[8]《棉纺基础》编委会.棉纺基础：第三版[M].北京：中国纺织出版社，2011：658-662.

[9]王显方，纪惠军，杨建民，等.竹漿/毛精纺轻爽花呢的开发[J].山东纺织科技，2014（03）：10-13.

On the Performance of PBO Fiber and the Developing Practice of Military Tent Yarn

WANG Xian-fang

（Shaanxi Institute of Industry Technology，Xianyang，Shaanxi 712000390）

Abstract： This paper comparatively analyzes the physical and chemical properties of PBO fiber and explores the yarn spinning of 18.5 tex pure PBO short fiber and the points of the process.The results show that：the fracture strength of PBO fiber is 32 cN / dtex，the limiting oxygen index is 68%，and the initial modulus is 240 CN / dtex.It is a kind of synthetic fiber with high strength，high modulus，and high flame retardant.The excellent performance of the yarn can meet the needs in military tents.

Key words： PBO fiber； flame retardant； high strength； spinning； quality