【摘要】：聚酯纖維因具有斷裂強(qiáng)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(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域,生活中常見的記號(hào)筆頭所用的纖維大多是聚酯纖維。美國、日本等制筆強(qiáng)國已具有一套完整的記號(hào)筆匹配、設(shè)計(jì)、制造及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)國都有較大差距。因聚酯分子鏈中無親水基團(tuán),導(dǎo)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(shí)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(hào)筆性能最為關(guān)鍵的一個(gè)部件,因此對(duì)于高品質(zhì)聚酯纖維筆頭的開發(fā)及記號(hào)筆工作機(jī)理的研究對(duì)提升國產(chǎn)記號(hào)筆的品質(zhì)具有重要意義。本課題設(shè)計(jì)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(duì)纖維卷曲收縮率的影響;分析了纖維熱性能對(duì)筆頭棒料加工溫度的影響;同時(shí),采用表面活性劑對(duì)纖維筆頭進(jìn)行親水改性,運(yùn)用模型分析了筆頭的飲水過程,構(gòu)建了墨水在記號(hào)筆中的流動(dòng)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(hào)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(duì)象,設(shè)計(jì)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(duì)纖維卷曲收縮率的影響,分析了纖維的物理機(jī)械性能,探討了纖維熱性能對(duì)筆頭定型溫度的影響;同時(shí)使用膠黏劑和表面活性劑對(duì)聚酯纖維進(jìn)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(shí)變形溫度的增大及定型溫度的降低會(huì)使纖維的卷曲收縮率增大;膠黏劑的使用會(huì)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(jì)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(xì)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(duì)聚酯纖維筆頭飲水時(shí)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(duì)筆頭飲水時(shí)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(xì)管垂直芯吸模型分析發(fā)現(xiàn),筆頭的飲水時(shí)間隨著筆頭內(nèi)毛細(xì)孔徑的增大先減小后增大,在理論臨界當(dāng)量半徑R~*處,筆頭的飲水時(shí)間達(dá)到最小,實(shí)驗(yàn)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(shí)間縮短,實(shí)驗(yàn)制備的筆頭樣品飲水時(shí)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(shí),筆頭吸水率高達(dá)69%;隨纖維并股數(shù)的減小,筆頭內(nèi)孔徑增大,當(dāng)筆頭內(nèi)毛細(xì)孔當(dāng)量半徑超過實(shí)際臨界當(dāng)量半徑R~#后,飲水時(shí)間隨并股數(shù)的減小而增大,同時(shí)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(shí)間增大、硬度增大、耐磨性能增強(qiáng)。(3)纖維筆頭匹配卷包芯后的書寫性能研究:在毛細(xì)管垂直芯吸模型的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了墨水在記號(hào)筆中的流動(dòng)模型;分析了實(shí)驗(yàn)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(duì)記號(hào)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(hào)筆的出墨量減小,墨水殘留量增大。記號(hào)筆的出墨量同時(shí)受墨水在筆頭內(nèi)的流速、筆頭毛細(xì)孔數(shù)及孔徑等多個(gè)因素的影響。筆頭內(nèi)毛細(xì)孔徑越小,筆頭與卷包芯形成的毛吸壓強(qiáng)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(hào)筆的墨水殘留量減少。
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TS951.1
【圖文】：

圖 1-1 記號(hào)筆內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖析圖在用于制備記號(hào)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(yīng)成高聚物后，經(jīng)紡絲工藝形成。自 20世紀(jì)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(shì)，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(xué)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(chǎng)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(fèi)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化，人們對(duì)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(shí)力的公司，如浙江古纖道公司近年來根據(jù)市場(chǎng)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(xiàn)】

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本文編號(hào)：2719755