黎 明，高 原

(新會(huì)美達(dá)錦綸股份有限公司,廣東 江門(mén) 529100)

前言

錦綸6纖維具有斷裂強(qiáng)度高，耐磨性?xún)?yōu)異，比重輕和彈性好等特點(diǎn)，所以在衣著、家飾、產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域及國(guó)防軍工上已廣泛使用。但當(dāng)環(huán)境的溫度和濕度達(dá)到一定條件時(shí)，纖維織物很容易滋生微生物而導(dǎo)致纖維變色、脆化、霉變、蟲(chóng)蛀等，在織物遭到破壞的同時(shí)，當(dāng)織物與人體接觸時(shí)，還會(huì)引起人體皮膚感染，危害人們健康，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致疾病發(fā)生。隨著人們健康意識(shí)的增強(qiáng)，纖維制品的抗菌性越來(lái)越受到人們的關(guān)注，特別是在濕熱環(huán)境中使用的漁網(wǎng)、土工布、地毯等化學(xué)纖維，防菌、防霉顯得更為重要。開(kāi)發(fā)抗菌纖維，提高產(chǎn)品的附加值，對(duì)于進(jìn)一步拓寬聚酰胺6纖維的應(yīng)用領(lǐng)域具有重要意義。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原料指標(biāo)

切片：新會(huì)美達(dá)公司尼龍6切片，黏度：2.4; TiO2：0.3%。

抗菌母粒：抗菌劑為載銀納米氧化鋅(n-ZnO/Ag)，母粒含水0.03%～0.06%，紡絲添加量10%。

油劑：德國(guó)科寧原油，有效成分90%。

1.2 主要設(shè)備及測(cè)試儀器

紡絲設(shè)備：北京中麗；

卷繞設(shè)備：日本東麗，TW714型卷繞頭；

加彈設(shè)備：意大利RPR 3DTY/2Z；

測(cè)試儀器：USTER型條干儀，瑞士產(chǎn)；STATIMAT MT強(qiáng)伸儀，德國(guó)產(chǎn)。

1.3 生產(chǎn)工藝流程

1.4 產(chǎn)品指標(biāo)

POY半成品指標(biāo)、DTY成品指標(biāo)分別見(jiàn)表1、表2。

表1 POY半成品指標(biāo)(規(guī)格：83 dtex/48 f)

表2 DTY成品指標(biāo)(規(guī)格：78 dtex/48 f)

2 生產(chǎn)工藝探討

2.1 抗菌母粒制備

2.1.1 抗菌劑的選擇及改性

選擇抗菌劑時(shí)，主要考慮的因素包括：抗菌效果、抗菌范圍、抗菌持續(xù)性、耐熱性、耐候性、安全性和加入后使纖維材料基本性能不變等等。無(wú)機(jī)系抗菌劑大部分不溶或難溶于水，且不揮發(fā)，當(dāng)混入纖維時(shí)能牢固地結(jié)合于基體中，從而保證了抗菌效果的持續(xù)和耐久性。因此選擇的無(wú)機(jī)納米抗菌劑——載銀納米氧化鋅(n-ZnO/Ag)；通過(guò)結(jié)構(gòu)性能的表征分析得知該抗菌劑里銀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約2%；經(jīng)急性毒性試驗(yàn)，n-ZnO/Ag的 LD50>10 000 mg/kg屬實(shí)際無(wú)毒級(jí)產(chǎn)品；對(duì)家兔眼睛和皮膚無(wú)刺激性。綜合結(jié)果表明，該抗菌劑具有很高的安全性。

改性方法采用無(wú)水乙醇作溶劑，經(jīng)修飾劑修飾后的納米ZnO/Ag親油化度值最大，改性效果最為明顯，改性條件為：改性劑用量為5%，改性溫度80 ℃左右，在此條件下改性的納米ZnO/Ag 粉體表面接觸角增大，粒徑明顯減小，一般在500～700 nm，符合紡絲要求，為抗菌劑的表面改性工藝提供了依據(jù)。

2.1.2 抗菌PA6母粒的制備及性能

將改性納米ZnO/Ag粉體與分散劑、PA6切片按一定的質(zhì)量比加入雙螺桿擠壓機(jī)共混擠出，再用切粒機(jī)進(jìn)行切粒，制得抗菌PA6母粒，并對(duì)抗菌劑在母粒中的分散性，抗菌PA6母粒的紅外光譜、熔點(diǎn)、以及流變、結(jié)晶和力學(xué)性能進(jìn)行系統(tǒng)研究。結(jié)果表明：改性后的納米ZnO/Ag抗菌劑在抗菌PA6母粒中分散性良好；抗菌PA6母粒的熔融指數(shù)、熔點(diǎn)和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度略有升高；在同一溫度下抗菌PA6母粒的表觀黏度比PA6切片的低；納米ZnO/Ag的加入能夠使PA6母粒球晶尺寸變小，改善PA6母粒的結(jié)晶性能；動(dòng)態(tài)力學(xué)性能研究發(fā)現(xiàn)，在一定溫度范圍內(nèi)，抗菌PA6母粒的儲(chǔ)能模量和損耗模量均大于PA6母粒，說(shuō)明納米粉體的加入對(duì)共混體系的低溫脆性有一定程度的改善。

2.2 紡絲工藝

2.2.1 紡絲熔融溫度

紡絲溫度直接影響到抗菌母粒在PA6熔體中的分散均勻性。一方面抗菌母粒本身含有的氧化物和銀離子在紡絲熔融高溫狀態(tài)下氧化降解加快，這會(huì)導(dǎo)致紡絲過(guò)程中出現(xiàn)飄絲、斷頭，嚴(yán)重時(shí)絲束出現(xiàn)發(fā)黃現(xiàn)象，因此紡絲溫度不宜過(guò)高和縮短熔體管道停留時(shí)間，但紡絲箱體溫度過(guò)低，熔體黏度上升，流動(dòng)性能下降，抗菌劑粒子容易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，組件壓力升速快和計(jì)量泵負(fù)荷增大。另一方面，高的紡絲溫度能提高熔體流動(dòng)性能，從而有效提升熔體中抗菌母粒均勻分散分布。針對(duì)紡制83 dtex/48 f抗菌纖維具有孔數(shù)多同時(shí)添加抗菌母粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)高的特點(diǎn)，在避免絲束氧化發(fā)生飄絲增多現(xiàn)象的前提下，采用較高的紡絲溫度和聯(lián)苯保溫溫度以提高熔體流動(dòng)性能，有利于提高抗菌劑分散均勻性、減少計(jì)量泵定位銷(xiāo)扭斷現(xiàn)象和延長(zhǎng)組件使用周期，提升正常紡絲穩(wěn)定性，提高生產(chǎn)滿卷率。

表3為不同紡絲溫度對(duì)比表，經(jīng)實(shí)際試驗(yàn)比較，我們實(shí)際采用表1中序號(hào)3的紡絲工藝參數(shù)。

表3 不同紡絲溫度對(duì)比表

2.2.2 組件濾質(zhì)

由于83 dtex/48 f抗菌纖維里添加的抗菌劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)1%，且抗菌劑粒子粒徑小，在熔融分散過(guò)程中易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，容易導(dǎo)致組件壓力上升極快，從而造成組件漏膠、飄絲多，因此在實(shí)際生產(chǎn)中采用以下方法：第一，在組件內(nèi)套容腔設(shè)計(jì)中選擇較大的容腔；第二，在組件過(guò)濾方面，選擇較粗的過(guò)濾砂，減少過(guò)濾網(wǎng)的目數(shù)，以降低組件壓力升速；第三，采用提高紡絲箱體溫度，以減少組件壓力負(fù)荷。采用上述措施后，組件使用周期由9天延長(zhǎng)達(dá)到18天，從而有效地提高了生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

表4為不同組件過(guò)濾工藝對(duì)比，經(jīng)實(shí)際試驗(yàn)比較，我們采用表4中序號(hào)4的紡絲工藝參數(shù)。

表4 不同組件過(guò)濾工藝對(duì)比

2.2.3 冷卻與上油條件

83 dtex/48 f抗菌纖維由于根數(shù)較多，單絲纖度較細(xì)，散發(fā)熱量多。高黏度的聚合熔體從紡絲組件噴出溫度可達(dá)260～270 ℃，通過(guò)冷卻風(fēng)強(qiáng)制對(duì)流后將絲條的熱量散發(fā)出紡絲環(huán)境，使絲條自身的溫度降低，從而得到具有良好拉伸性能的預(yù)取向絲。若側(cè)吹風(fēng)偏小，冷卻風(fēng)的穿透能力弱，因根數(shù)多，內(nèi)層熱量未得到有效散發(fā)，容易造成內(nèi)外層冷卻不均勻，導(dǎo)致后拉伸出現(xiàn)毛絲、斷頭現(xiàn)象增多。 另外在實(shí)際生產(chǎn)中，我們亦發(fā)現(xiàn)抗菌纖維冷卻快時(shí)絲束偏硬，POY斷裂強(qiáng)度下降。 因此選擇較常規(guī)多孔纖維偏低的冷卻風(fēng)速。83 dtex/48 f抗菌纖維表面帶有抗菌粒子，紡絲過(guò)程中與導(dǎo)絲器摩擦增大，因此上油率適當(dāng)增加，以提高絲束張力穩(wěn)定性。

表5為不同冷卻條件對(duì)比，實(shí)際生產(chǎn)中采用表5中序號(hào)2的冷卻工藝參數(shù)。

表5 不同冷卻條件對(duì)比

2.2.4 卷繞速度

對(duì)于83 dtex/48 f抗菌纖維產(chǎn)品，它具備多孔纖維產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，同時(shí)1%抗菌劑的添加量都對(duì)纖維的拉伸性能有重要影響，特別是噴絲頭拉伸比，高速紡絲時(shí)初生纖維的噴絲頭拉伸比高，這對(duì)抗菌母粒分布的均勻性要求很高，若抗菌母粒分布不均勻時(shí)紡絲往往容易出現(xiàn)斷根飄絲現(xiàn)象，生產(chǎn)狀況差；同時(shí)紡程上由于纖維與空氣產(chǎn)生的摩擦阻力增大，而且隨噴絲板孔數(shù)的增加，單絲纖度變小，紡絲張力相應(yīng)明顯增加，整個(gè)紡絲過(guò)程中容易導(dǎo)致大分子取向增加，應(yīng)力誘導(dǎo)結(jié)晶和二次結(jié)晶趨于完善[1]，這會(huì)給二次拉伸和絲餅成形控制帶來(lái)困難。因此實(shí)際生產(chǎn)中，通過(guò)噴絲孔的設(shè)計(jì)嚴(yán)格控制83 dtex/48 f抗菌纖維預(yù)拉伸比倍數(shù)，除降低母粒粒徑和在紡絲熔融時(shí)提高母粒分布的均勻性外，需盡可能將紡速降低，即降低預(yù)拉伸比，以減少紡程張力，提高生產(chǎn)穩(wěn)定性，實(shí)際生產(chǎn)中選擇卷速4 000 m/min。

2.3 加彈工藝

2.3.1 絲速(Ys)

78 dtex/48 f抗菌纖維由于加入抗菌母粒，增加了纖維內(nèi)部的缺陷性，POY條干不勻率偏高，且孔數(shù)多單絲線密度小，因此，如果絲速設(shè)定過(guò)高，張力易出現(xiàn)波動(dòng)，DTY毛絲、緊捻、斷頭增加，從而導(dǎo)致纖維蓬松性差，絲條染色均勻性大大降低。因此，在加工單絲線密度小的抗菌絲時(shí)應(yīng)采用相對(duì)較低的生產(chǎn)速度。根據(jù)原料指標(biāo)，當(dāng)絲速為500 m/min時(shí)生產(chǎn)穩(wěn)定。

2.3.2 拉伸比

拉伸比主要由POY的剩余拉伸比決定。一般隨著拉伸比的增加，纖維的強(qiáng)度及卷曲穩(wěn)定度升高；伸度及卷曲率下降。在適當(dāng)范圍內(nèi)隨著拉伸比的增加，生產(chǎn)穩(wěn)定性提高，絲條的彈性均勻性好。如果拉伸比設(shè)定過(guò)低，則張力變小，易產(chǎn)生張力波動(dòng)，在假捻器處易打滑，產(chǎn)生緊捻。由于78 dtex/48 f抗菌絲的單纖線密度小，伸度低，拉伸比可調(diào)范圍小。根據(jù)原料指標(biāo)，當(dāng)拉伸比設(shè)定為1.20時(shí)，生產(chǎn)穩(wěn)定，DTY無(wú)毛絲、緊捻，彈性均勻性好。DTY強(qiáng)度4.15 cN/dtex。

2.3.3 速比(D/Y)及熱箱溫度(H)

速比的設(shè)定主要影響絲條的彈性。D/Y越高則纖維卷縮越細(xì)而密，解捻后外觀豐滿。但D/Y比過(guò)高，則易造成纖維捻度不勻及出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，且纖維的強(qiáng)伸度下降，毛絲增多，同時(shí)降低D/Y比有助于減少摩擦盤(pán)對(duì)絲條的損傷[2]。78 dtex/48 f抗菌絲主要用于織布，對(duì)彈性要求不高。因此，在錠子組合為1-6-1時(shí)，設(shè)定D/Y比為1.60時(shí)張力比為1∶1，DTY的卷曲率為53%，滿足客戶(hù)的需求。

熱箱溫度的設(shè)定主要影響卷曲率及可染性。其設(shè)定值主要由加工纖維的規(guī)格及絲速?zèng)Q定。當(dāng)加工78 dtex/48 f抗菌絲時(shí)，在絲速為500 m/min，設(shè)定溫度為175 ℃時(shí)，絲條變形充分，蓬松性好，且強(qiáng)度達(dá)到客戶(hù)要求。

3 抗菌PA6纖維性能

我們采用掃描電子顯微鏡、X-衍射法、TG熱失重分析、聲速法以及力學(xué)、染色、抗菌和抗靜電性能測(cè)試等對(duì)抗菌PA6纖維結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。結(jié)果表明：

(1) 抗菌PA6纖維POY強(qiáng)度>3.5 cN/dtex、DTY強(qiáng)度>4.0 cN/dtex ，符合民用絲的力學(xué)性能要求；

(2) 抗菌PA6纖維的上染百分率達(dá)99%，染色均勻性達(dá)到4級(jí)，與常規(guī)錦綸6染色性能一樣；

(3) 抗菌PA6纖維對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌殺菌率>99%；經(jīng)水洗50次后仍能保持原有的抗菌性能。

4 結(jié) 論

(1)采用載銀納米氧化鋅材料作為抗菌劑，具有長(zhǎng)效抗菌效果，當(dāng)抗菌劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%～1%時(shí)，所制得的抗菌PA6纖維具有較好的抗菌性能。

(2)在避免絲束氧化發(fā)黃的情況下，適當(dāng)提高紡絲溫度能有效提高熔體中母粒的均勻分散性；

(3)調(diào)整組件過(guò)濾工藝和紡絲溫度，采用60 μm無(wú)紡布，組件使用周期可從9天延長(zhǎng)到18天；

(4)紡絲過(guò)程中適當(dāng)降低紡絲速度能有效提高生產(chǎn)穩(wěn)定性。

[1] 董紀(jì)震.合成纖維工藝學(xué)(上冊(cè))[M].2版.1991:147-154.

[2] 周召勇.運(yùn)用正交實(shí)驗(yàn)探索高卷縮滌綸DTY生產(chǎn)工藝〔J〕.合成纖維，2007.36(1).41.