林 海，李雪梅，黃潔希，王增喜，郭銘信

（廣東省化學(xué)纖維研究所，廣東 廣州510245）

科研與實(shí)踐

聚酯/聚丙烯皮芯型復(fù)合纖維的紡制*

林 海，李雪梅，黃潔希，王增喜，郭銘信

（廣東省化學(xué)纖維研究所，廣東 廣州510245）

探討了紡制聚酯/聚丙烯皮芯型復(fù)合纖維的生產(chǎn)工藝技術(shù)，分析了皮芯型復(fù)合纖維的物理指標(biāo)。結(jié)果表明，采用48孔皮芯結(jié)構(gòu)噴絲組件，紡絲速度2 600～3 700 m/min，生產(chǎn)169 dtex/48 f聚酯/聚丙烯皮芯型復(fù)合纖維DTY時(shí)，側(cè)吹風(fēng)風(fēng)速為 (0.4～0.6)土0.02 m/s，風(fēng)溫為12～20℃， 濕度為60%～80%；加彈紡速400～500 m/min，B/Y比1.3～1.5，變形溫度120～135℃，定型溫度125～140℃，牽伸比1.3～1.5，可紡制出性能優(yōu)良的復(fù)合型地毯纖維。

聚酯；聚丙烯；皮芯復(fù)合纖維； 側(cè)吹風(fēng)；紡絲工藝

丙綸是當(dāng)今合成纖維中發(fā)展較快的一個(gè)品種，由于它質(zhì)地輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕、耐磨損、價(jià)格便宜，因此被廣泛應(yīng)用于制作地毯。但其突出的缺點(diǎn)是易倒伏、阻燃性差、易老化，另外丙綸和其他高分子聚合物的相容性也較差，因此高檔次地毯很少使用丙綸纖維[1]。高檔地毯一般采用具有吸濕、阻燃、彈性好等性能的羊毛纖維，但其價(jià)格昂貴，目前市場(chǎng)趨勢(shì)是開(kāi)發(fā)高性能的復(fù)合型纖維代替羊毛纖維。皮芯型復(fù)合纖維由皮層聚合物組分沿纖維軸向持續(xù)均勻包裹芯層聚合物組分形成， 皮芯結(jié)構(gòu)的復(fù)合纖維對(duì)兩組分聚合物之間的黏附力要求較低，選取的皮芯兩種聚合物組分之間即使沒(méi)有黏附力，都可以紡制成物理性能穩(wěn)定的復(fù)合纖維，選擇高分子材料組分對(duì)纖維進(jìn)行改性的范圍變得更廣[2]。

滌綸熔點(diǎn)257℃遠(yuǎn)高于丙綸的169℃，且在燃燒時(shí)熔化而自己熄滅，阻燃性好；PET的彈性模量 ≥90 cN/dtex，遠(yuǎn)高于丙綸的27 cN/dtex；除了阻燃性好、剛性大、模量高，還具有很好的抗老化等性能。因此，本實(shí)驗(yàn)采用聚丙烯為芯層組分聚酯為皮層組分，研制具有抗老化、阻燃、不易倒伏等性能的皮芯型復(fù)合地毯纖維，并對(duì)復(fù)合紡絲的工藝技術(shù)進(jìn)行探討。

1 試驗(yàn)

1．1 試驗(yàn)原料

PET，SD2010，熔點(diǎn)257℃，特性黏度0.64 dL/g，廣東泰寶聚合物有限公司生產(chǎn)。

PP，Z30S，熔點(diǎn)169℃，熔融指數(shù)25～30 g/10 min，中煤陜西榆林能源化工有限公司生產(chǎn)。

1．2 試驗(yàn)設(shè)備與儀器

ROSIN干燥機(jī)，張家港萬(wàn)盛機(jī)械有限公司；雙螺桿熔融紡絲機(jī)，蘇州帝達(dá)化纖機(jī)械制造有限公司；皮芯型噴絲板，中山太鼎精密機(jī)械有限公司；BAW835T-1200卷繞機(jī)，北京中麗制機(jī)工程技術(shù)有限公司；33H型加彈機(jī)，日本村田機(jī)械有限公司；YG061A電子單紗強(qiáng)力儀，萊州市電子儀器有限公司；BM-1000型雙目顯微鏡，常州二紡精密機(jī)械有限公司。

1.3 紡絲工藝

1.3.1 干燥工藝

PET切片的結(jié)晶溫度為175℃ ，干燥溫度為170℃，干風(fēng)露點(diǎn)-80℃， 干燥風(fēng)量72 m3/h，干燥時(shí)間8 h。

PP切片干燥溫度120℃，干燥時(shí)間6 h。

1.3.2 技術(shù)路線(xiàn)

聚酯切片皮層組分經(jīng)結(jié)晶干燥，螺桿熔融擠壓，計(jì)量泵計(jì)量，經(jīng)獨(dú)立熔體管、主箱體保溫，經(jīng)皮芯型復(fù)合組件和聚丙烯芯層組分匯合。

聚丙烯切片芯層組分經(jīng)干燥，螺桿熔融擠壓，計(jì)量泵計(jì)量，經(jīng)獨(dú)立熔體管、副箱體保溫，進(jìn)入主箱體經(jīng)皮芯型復(fù)合組件和聚酯皮層組分匯合，經(jīng)皮芯型復(fù)合噴絲板噴出形成絲束。

絲束經(jīng)冷卻成形、上油、熱輥牽伸，進(jìn)入卷繞機(jī)卷繞，成為FDY產(chǎn)品；或絲束經(jīng)冷卻成形、上油、卷繞機(jī)卷繞成為POY產(chǎn)品，POY經(jīng)牽伸、假捻、網(wǎng)絡(luò)、定形、卷繞成為DTY產(chǎn)品。

1．3．3 工藝流程

工藝流程如圖1。

圖1 聚酯/聚丙烯皮芯復(fù)合纖維工藝流程示意圖

1.3.4紡絲工藝參數(shù)

熔融紡絲工藝參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 熔融紡絲工藝參數(shù)

2 結(jié)果與討論

2.1 干燥

PET切片含的水份對(duì)復(fù)合紡絲影響極大，切片中的水分使聚酯高分子在紡絲時(shí)產(chǎn)生劇烈的水解，從而使分子質(zhì)量降低，導(dǎo)致絲的質(zhì)量下降，且紡程飄絲斷頭增加。干燥工藝對(duì)PET干切片含水率的影響如表2。

從表1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出，適當(dāng)降低干燥風(fēng)量時(shí)干風(fēng)露點(diǎn)相應(yīng)低些；提高結(jié)晶、干燥溫度對(duì)降低PET干切片含水率影響最大；影響干燥效果的因素從大到小排列為：溫度＞時(shí)間＞風(fēng)量。但PET干燥溫度不能過(guò)高，過(guò)高的干燥溫度使PET切片發(fā)生氧化、黏度下降，不利于紡絲。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，確定PET干燥工藝為結(jié)晶溫度175℃，干燥溫度170℃，干風(fēng)露點(diǎn)-80℃，干燥風(fēng)量72 m3/h，干燥時(shí)間8 h。干燥后 PET干切片含水率降到3.0×10-5，皮芯復(fù)合紡POY試紡順利。

表2 PET切片干燥工藝及干切片含水率

聚丙烯分子不具有吸濕結(jié)構(gòu)，但其外表面的水分影響復(fù)合紡絲的滌綸組分，也需要干燥，與聚酯切片干燥不同的是聚丙烯切片的干燥不需要進(jìn)行預(yù)結(jié)晶，直接投入干燥塔干燥；干燥溫度120℃，干燥時(shí)間4～6 h，PP切片含水率降到5.0×10-5以下時(shí)皮芯復(fù)合紡POY紡絲順利。

2.2 復(fù)合比例的選擇

皮層聚合物與芯層聚合物兩組分之間的質(zhì)量比選擇范圍在70/30～50/50之間 ；若皮/芯組分質(zhì)量比低于50/50，則皮層穩(wěn)定性差；若皮/芯質(zhì)量比超過(guò)70/30，則芯層聚合物占比太少，難以達(dá)到纖維改性要求的效果，所以綜合考慮復(fù)合纖維的物理性能和改性要求，選擇皮芯組分質(zhì)量比為50/50。圖2為聚酯/聚丙烯皮芯組分質(zhì)量比為50/50的纖維截面照片。

圖2 質(zhì)量比為50/50的聚酯/聚丙烯皮芯型纖維截面照片

從圖2可看出，聚酯/聚丙烯皮芯組分質(zhì)量比為50/50時(shí)，皮芯結(jié)構(gòu)成形良好，皮層均勻性好，沒(méi)有偏芯和皮層破裂的現(xiàn)象。

2.3 紡絲溫度的選擇

合適的紡絲溫度對(duì)復(fù)合紡絲影響很大。若溫度偏高，熔體黏度偏小，因?yàn)槿垠w自重產(chǎn)生的拉伸大于噴頭拉伸，紡絲難以進(jìn)行；若溫度偏低，熔點(diǎn)高的組分切片難以充分熔融，且熔體黏度偏大，流動(dòng)性變差，會(huì)引起熔點(diǎn)高的組分物料在熔體管或紡絲組件中產(chǎn)生阻塞，不能保證纖維的均勻性，阻塞情況嚴(yán)重時(shí)復(fù)合噴絲板噴出單組分纖維。

根據(jù)兩組分切片原料熔點(diǎn)、黏度等物理指標(biāo)和紡程是否順利等因素選擇紡絲溫度[3-4]。本實(shí)驗(yàn)中，結(jié)合PET/PP切片熔點(diǎn)、黏度檢測(cè)數(shù)據(jù)及相關(guān)參考文獻(xiàn)[5]的分析，選擇PET的紡絲溫度至少要高于其熔點(diǎn)20～30℃，選擇PP的高速紡絲溫度至少要高于其熔點(diǎn)80～100℃，結(jié)合兩組分熔體流變分析[6]，且經(jīng)多次紡絲試驗(yàn)，確定復(fù)合紡主箱體紡絲溫度為285℃。

2.4 側(cè)吹風(fēng)條件

冷卻成形是PET/PP復(fù)合紡絲的重要過(guò)程之一。皮層PET易冷卻，凝固點(diǎn)在離噴絲板40～60 cm的區(qū)域內(nèi)；芯層PP難冷卻，凝固點(diǎn)在離噴絲板80～120 cm的區(qū)域內(nèi)。由于兩組分凝固距離不一至，皮層與芯層之間形成微小間隙。外界條件的變化會(huì)影響初生復(fù)合纖維的內(nèi)在質(zhì)量，而冷卻條件的變化對(duì)絲條均勻性影響更大。均勻性在宏觀(guān)上主要是指絲條的直徑、強(qiáng)力、延伸度等；微觀(guān)上則是指絲條的取向度和結(jié)晶度。因此，維持外界條件的穩(wěn)定性對(duì)紡絲過(guò)程非常重要[7]。

2.4.1 側(cè)吹風(fēng)風(fēng)速的選擇

在側(cè)吹風(fēng)風(fēng)速、風(fēng)溫、相對(duì)濕度三個(gè)因素中，以風(fēng)速及其均勻性穩(wěn)定性對(duì)POY條干不勻率、伸長(zhǎng)率、伸長(zhǎng)不勻率影響最大。增大冷卻風(fēng)速，熔體細(xì)流的凝固加快，絲束凝固點(diǎn)與噴絲板的距離變小，形變區(qū)變短，熔體固化成形前受到的拉伸取向作用變?nèi)酰依鋮s速度較快和取向度較弱使結(jié)晶時(shí)間減少，纖維的結(jié)晶度較低，POY的拉伸性能得到提高和改善。但冷卻風(fēng)速提高過(guò)大，會(huì)形成湍流，引起絲條振動(dòng)，影響纖維條干均勻度。另外側(cè)吹風(fēng)風(fēng)速不均勻和不穩(wěn)定，也會(huì)造成纖維的條干不勻率升高。風(fēng)速適當(dāng)，氣流的層流性好的冷卻條件對(duì)紡絲十分重要， 選擇風(fēng)速在 (0.4～0.6)土 0.02 m/s。側(cè)吹風(fēng)的風(fēng)壓要穩(wěn)定，風(fēng)壓降低引起風(fēng)速降低，風(fēng)速偏低時(shí)影響冷卻效果；反之風(fēng)壓增大引起風(fēng)速增大，風(fēng)速偏大時(shí)將引起絲條的振動(dòng)，實(shí)踐表明風(fēng)壓在450～550 Pa、風(fēng)壓變化△P≤5 Pa時(shí)，風(fēng)速穩(wěn)定，波動(dòng)小。

2．4．2 風(fēng)溫、風(fēng)濕的選擇

聚酯熔點(diǎn)約257℃，玻璃化溫度64℃，190℃左右結(jié)晶速度最快；聚丙烯熔點(diǎn)約170℃， 玻璃化溫度 -35℃，120℃左右結(jié)晶速度最快。復(fù)合熔體從噴絲板噴出時(shí)溫度在260℃左右，絲條芯層PP冷卻比皮層滌綸困難，需要較低的風(fēng)溫，使絲條停留在120～190℃區(qū)間的時(shí)間越短越好，這樣取向和結(jié)晶程度減小，有利于POY的后加工。風(fēng)溫的控制要穩(wěn)定，本實(shí)驗(yàn)選擇在12～20℃范圍內(nèi)。

濕度對(duì)芯層聚丙烯沒(méi)什么影響。冷卻風(fēng)相對(duì)濕度對(duì)皮層PET的冷卻有影響，冷風(fēng)的濕度增大時(shí)冷風(fēng)的比熱容和熱容量將會(huì)增加，熱吸收量隨之增加，從而提高冷卻效果，并且減小絲條產(chǎn)生的靜電，所以要求恒定的相對(duì)濕度。相對(duì)濕度控制在60%～80%。

2.5 紡絲速度的選擇

選擇3 000 m/min速度進(jìn)行紡制POY，兩組份質(zhì)量比為50/50，計(jì)量泵供膠量相同，兩組分計(jì)量泵供膠量選擇30 g/min時(shí)，復(fù)合紡絲紡程順利；計(jì)量泵供膠量為20 g/min，紡絲速度不變，復(fù)合紡絲紡程順利；計(jì)量泵供膠量為15 g/min，紡絲速度不變，出現(xiàn)斷頭現(xiàn)象，復(fù)合紡絲無(wú)法進(jìn)行。在計(jì)量泵供膠量不變的條件下，如20 g/min，將紡絲速度降到2 500 m/min以下時(shí)，紡制的POY強(qiáng)度≤1.6 cN/dtex，該P(yáng)OY經(jīng)33H加彈機(jī)加工DTY時(shí)斷頭很多，無(wú)法正常加工；計(jì)量泵供膠量不變將紡絲速度升到3 800 m/min以上時(shí)，POY紡程飄絲斷頭很多，無(wú)法正常生產(chǎn)。紡絲速度選擇在2 600～3 700 m/min的范圍內(nèi)，POY復(fù)合紡絲紡程順利，POY強(qiáng)度在1.7～2.2 cN/dtex，加工DTY紡程順利。

3 DTY加彈工藝

織造地毯用料要求絲束旦數(shù)粗且要抗倒伏， 選用加工粗旦絲束有優(yōu)勢(shì)的33H加彈機(jī)加工DTY，芯組分丙綸熔點(diǎn)低 （169℃）且成品纖維卷曲個(gè)數(shù)少抗倒伏性更好，因此變形溫度不能高，B/Y、皮圈角都不能大，定型溫度相比變形溫度要高，粗旦絲加彈易起毛絲，紡速不能高，根據(jù)這些因素制定滌/丙復(fù)合纖維加彈工藝。經(jīng)過(guò)多次反復(fù)試驗(yàn)，最后確定滌/丙復(fù)合纖維主要加彈工藝參數(shù)如表3。

表3 滌/丙復(fù)合纖維主要加彈工藝參數(shù)

4 復(fù)合纖維的主要物理指標(biāo)

采用上述紡絲工藝紡出的復(fù)合纖維主要物理性能指標(biāo)如表3。

表4 滌/丙皮芯復(fù)合纖維主要物理性能指標(biāo)

從表4中纖維的物理指標(biāo)可知，纖維的強(qiáng)伸度能滿(mǎn)足使用要求，且纖維的均勻性很好。

5 結(jié)語(yǔ)

選用PET為皮層PP為芯層，使用熔融紡絲工藝紡制出聚酯/聚丙烯皮芯結(jié)構(gòu)纖維，并確定了適當(dāng)?shù)碾p組分紡絲工藝條件：復(fù)合紡絲主箱體溫度為285℃ ，皮芯組分質(zhì)量比例為50/50，在16～30 g/min范圍內(nèi)選擇計(jì)量泵供膠量，在2 600～3 700 m/min范圍內(nèi)選擇紡絲速度;加彈紡速400～500 m/min，B/Y比1.3～1.5，變形溫度120～135℃，定型溫度125～140℃，牽伸比1.3～1.5。

針對(duì)地毯纖維要求的抗倒伏性能，制定了后紡加彈工序中 “定型溫度高于變形溫度”的特定工藝。

PET/PP皮芯復(fù)合纖維為地毯纖維多一個(gè)選擇品種，其價(jià)格低廉且具有阻燃、抗老化、抗倒伏等優(yōu)良使用性能。

[1] 趙梓年，沈惠玲，劉敏江.高模量彈性體對(duì)PP結(jié)晶行為及力學(xué)性能的影響 [J].現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用，1999，11（2）:13-16.

[2] 崔衛(wèi)國(guó)，吳峰.PE/PP皮芯型復(fù)合纖維 [J].化纖與紡織技術(shù)，2005（4）:18-22.

[3] 趙敏，高俊剛.改性聚丙烯新材料 [M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2002:304.

[4] 楊旭儉，王學(xué)晨.EVA/PP共混物皮芯復(fù)合中空纖維的熔融紡絲工藝 [J].天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，26（1）:15-19.

[5] 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)高分子物理教研室.高聚物的結(jié)構(gòu)與性能 [M].北京：科學(xué)出版社，2004.

[6] 李傳，王燕萍，王依民.茂金屬聚烯烴彈性體及其纖維的性能研究 [J].合成纖維工業(yè)，2006，29（5）:31-34.

[7] 魏大昌.化纖機(jī)械設(shè)計(jì)原理 [M].北京.紡織工業(yè)出版社1984.

國(guó)外消息

美國(guó)科學(xué)家制造出了一件太陽(yáng)能衣服用衣服給手機(jī)充電

在X-Men系列電影的啟發(fā)下，美國(guó)中佛羅里達(dá)大學(xué) （UCF）納米科學(xué)技術(shù)中心副教授JayanThomas和他的團(tuán)隊(duì)制造出了一件能夠吸收和儲(chǔ)存太陽(yáng)能的衣服。JayanThomas教授一直致力于利用納米技術(shù)研發(fā)高密度的超級(jí)電容器。1989年的電影 《回到未來(lái)2》中，主角馬丁有一雙可以自動(dòng)系鞋帶的耐克鞋。Thomas受此啟發(fā)，在新的研究中嘗試?yán)眉{米技術(shù)制造太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的衣物。

他在新聞稿中稱(chēng)： “這部電影啟發(fā)了我，我想如果在衣物中加入自動(dòng)充電裝置，便可以實(shí)現(xiàn)電影里的場(chǎng)景，這會(huì)相當(dāng)酷?！痹谶@篇發(fā)表在Nature Communications的研究中，Thomas和他的同事通過(guò)納米技術(shù)制造出了一個(gè)被稱(chēng)為 “銅帶”的帶狀材料，這種 “銅帶”薄而柔軟，可以嵌入到衣物中，并且能夠同時(shí)吸收和儲(chǔ)存太陽(yáng)能。每一塊 “銅帶”由共享電極的一個(gè)太陽(yáng)能電池板和一塊能儲(chǔ)存能量的超級(jí)電容器組成，用紗線(xiàn)可以將這些 “銅帶”編織在一起，從而實(shí)現(xiàn)可穿戴。

據(jù)了解，現(xiàn)有的便攜太陽(yáng)能電池板通常無(wú)法儲(chǔ)存能量，因此電池板吸收的太陽(yáng)能如果無(wú)法立即連接到用電設(shè)備，便需要額外的體積較大的蓄電池來(lái)存儲(chǔ)能量。Thomas的這一創(chuàng)造性研究大大提高了太陽(yáng)能電池的便攜性。因此，除了用來(lái)制造自動(dòng)系鞋帶的耐克鞋，或是讓衣服給手機(jī)充電之外，這一研究成果將在電子科技甚至軍事領(lǐng)域得到更大的應(yīng)用。

關(guān)于眼前 “太陽(yáng)能衣物”的這一構(gòu)想，Thomas和他的團(tuán)隊(duì)也在進(jìn)一步研究如何更好地調(diào)整 “銅帶”里電池和電容器的組合結(jié)構(gòu)，使其更靈活。目前它還不能實(shí)現(xiàn)很好的彎折，同時(shí)作為一件衣服怎么去清洗也會(huì)是一件麻煩事?？磥?lái)，要想真正把太陽(yáng)能電池穿上身，我們還得等上一段時(shí)間。

（摘自中國(guó)紡織網(wǎng)）

PRODUCTION OF PET/PP CORE-SHEATH COMPOUND FIBER

LIN Hai，LI Xue-mei，HUANG Jie-xi，WANG Zeng-xi，GUO Ming-xin
(Guangdong Province Chemical Fiber Research Institute，Guangzhou Guangdong 510245，China)

Discussed the producing technology of PET/PP core-sheath compound fiber，analyzed the corresponding products performance testing items.Results show that，when using 48 holes spinning pack，spinning speed 2 600～3 700 m/min，cross-air blasting speed（0.4～0.6）±0.02 m/s，cross-air blasting temperature 12～20℃，humidity 60～80%，draw texturing speed 400～500 m/min，B/Y ratio 1.3～1.5，texturingtemperature120～135℃，settingtemperature125～140℃，drawratio1.3～1.5，169dtex/48 f PET/PP core-sheath DTY fiber was got.Product has fine properties，could be used as composite carpet fiber.

polyester，polypropylene，core-sheath compound fiber，cross air blow，spinning process

TQ342.94

B

10.3969／j.issn.1672-500x.2016.04.001

1672-500X(2016)04-0001-05

2016-10-31

林海 (1967-)，男，廣東高州人，工程師，主要從事紡織化纖產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)管理工作。

廣東省屬科研機(jī)構(gòu)改革創(chuàng)新領(lǐng)域項(xiàng)目 （2014B070706029）。