陳素蘭，王贊華，邵 雷，陳 可

（1.江蘇無錫遠(yuǎn)紡工業(yè)有限公司，江蘇 無錫 214028；2.江南大學(xué)，江蘇 無錫 214122）

陽離子可染聚酯纖維（CDPET）的纖維相對分子質(zhì)量、結(jié)晶度、強(qiáng)度低于普通聚酯纖維[1]，其織物的抗起毛起球特性也優(yōu)于普通聚酯纖維，在之后的加工中可以得到具有羊毛般柔軟、手感豐滿的織物。采用陽離子染料對CDPET進(jìn)行染色時(shí)，纖維大分子中所含有的磺酸基與陽離子染料以離子鍵結(jié)合并進(jìn)行交換，從而使纖維著色，其實(shí)質(zhì)上是兩個(gè)離子交換的過程，是一種化學(xué)變化[2]。實(shí)際生產(chǎn)中，CDPET純紡面料較普通面料容易出現(xiàn)色花、色點(diǎn)、橫檔等瑕疵，且因陽離子染色是一個(gè)離子交換的過程，所以其成品布具有比較強(qiáng)的不可逆性以及較高的修復(fù)難度。本研究主要從CDPET的生產(chǎn)制作過程及物理性能等角度，分析其對陽離子纖維染色性能的影響，解決實(shí)際生產(chǎn)中的難題。

1 CDPET纖維生產(chǎn)中影響其染色性能的外在因素

CDPET由對苯二甲酸、乙二醇和酸性改性劑縮聚制成。常用的第三單體改性劑是間苯二甲酸二酯-5-磺酸鈉（SIPM）、對苯二甲酸二酯磺酸鈉和間苯二甲酸雙羥乙酯-磺酸鈉（SIPE）[3]，改變了分子的結(jié)構(gòu)，降低了結(jié)晶能力，提高了染色性能。不管采用的第三單體是間苯二甲酸-5-磺酸鈉（SIPA）、SIPM還是SIPE，生產(chǎn)過程中第三單體添加量的變化都會使紡絲過程中紡絲液的黏度發(fā)生變化。

國內(nèi)幾家CDPET生產(chǎn)商在紡絲過程中一直存在并絲現(xiàn)象。并且所有的并絲都會對后道工序產(chǎn)生影響：一是影響梳理，容易產(chǎn)生較多紗疵，切紗數(shù)明顯升高；二是染色后的布面出現(xiàn)深色點(diǎn)，甚至殘留比較硬的紗疵，嚴(yán)重降低面料仿毛仿絲的柔軟親膚特性。某批次CDPET原料并絲現(xiàn)象如圖1所示，其織物成品在超景深下的效果如圖2所示。圖2中，（a）圖深色點(diǎn)經(jīng)過放大后，一根纖維的直徑是普通纖維的數(shù)倍，手感硬，有毛刺感。根據(jù)圖像分析可知，此深色點(diǎn)應(yīng)為纖維并絲所致，在紡紗工序中無法完全去除。

表1為正常原料切疵統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，表2為高含量并絲纖維切疵統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。經(jīng)表1、表2對比分析可知，并絲纖維含量高的紗線總切紗數(shù)是正常的6倍，尤其是短粗切紗數(shù)表現(xiàn)最明顯。

圖1 某批次CDDET原料并絲現(xiàn)象

圖2 超景深下并絲效果

表1 正常原料切疵統(tǒng)計(jì)

表2 高含量并絲纖維切疵統(tǒng)計(jì)

如果并絲原料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在5×10-6以下，切紗數(shù)不會有明顯影響，成品布面的色點(diǎn)密度也不會過多，但大于這個(gè)數(shù)值就很難保證成品布面完好。CDPET在生產(chǎn)過程中有兩個(gè)外在因素會引起并絲原料質(zhì)量濃度的變化：其一，噴絲板穿孔，這會導(dǎo)致噴出細(xì)度異常的纖維；其二，牽切輥發(fā)生故障，卡死或者過熱，會導(dǎo)致長絲發(fā)生黏連、脆化以及機(jī)器修復(fù)后瑕疵品無法處理干凈等[4-5]。因此，要想獲取染色均勻的成品布料，對于CDPET生產(chǎn)過程中工藝的把控至關(guān)重要。

2 CDPET纖維的生產(chǎn)中影響其染色性能的內(nèi)在因素

由于CDPET是在生產(chǎn)CDP過程中分別添加第三單體SIPE、SIPA或者SIPM經(jīng)縮聚而制成，其特性黏度會隨著生產(chǎn)過程中第三單體添加量的變化而變化[6]。隨著SIPE或SIPA添加量的增加，黏度降速度常數(shù)呈上升趨勢，但隨著降解時(shí)間的延長，樣品的特性黏度下降明顯。

工業(yè)生產(chǎn)中，采用添加SIPE的PTA路線合成陽離子染料可染聚酯（CDPET），其工藝已經(jīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)。但是在實(shí)際生產(chǎn)中，由于管壁和過濾器管口長期使用后會產(chǎn)生較多的積聚物，影響裝置的長期穩(wěn)定使用[7]。例如，某個(gè)時(shí)間內(nèi)參與共聚的單體含量發(fā)生變化，在給生產(chǎn)帶來不便的同時(shí)，也會使成品的品質(zhì)出現(xiàn)差異。多種色系的成品布面出現(xiàn)明暗寬窄不一的橫條瑕疵，如圖3所示。

圖3 布面橫檔

圖3中，橫檔有深有淺，有的單根，有的一指寬，也有2～3根交替出現(xiàn)的情況。由于全色系均陸續(xù)出現(xiàn)起橫狀況，故對起橫一系列布板和原料留樣進(jìn)行比較全面的分析測試。通過拆布實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)起橫布面深色處出現(xiàn)紗支略偏粗。具體數(shù)據(jù)如表3所示。該品種在生產(chǎn)過程中保持穩(wěn)定分批投料，但連續(xù)多個(gè)批次階段性出現(xiàn)此現(xiàn)象，就需要對此起橫現(xiàn)象深入研究。首先，鑒于深橫條區(qū)紗支往往偏重的現(xiàn)象，對深色處紗線（Deep color）和淺色處紗線（Light color）進(jìn)行差示掃描量熱計(jì)（Differential Scanning Calorimetry，DSC）值檢測，結(jié)果如圖4所示。

在溫度比較低的時(shí)候，結(jié)構(gòu)規(guī)整性低的晶體先熔融，然后規(guī)整性高的晶體再熔融。從圖4可以看出，深色處紗線出現(xiàn)類似“雙駝峰”熔融現(xiàn)象，與淺色處紗線相比熔程明顯較長，說明深色處纖維的晶體結(jié)構(gòu)不完整或者有缺陷。

CDP通常用磺酸鹽做改性劑（三單體）來制備，在常規(guī)聚酯的大分子中引入磺酸鹽基團(tuán)，其金屬正離子易與陽離子染料中的正離子進(jìn)行離子交換，達(dá)到陽離子染料染色的目的。以往，工業(yè)上采用添加第三單體SIPM的DMT法生產(chǎn)CDP。目前，利用PTA法生產(chǎn)CDP的合成路線和工藝已經(jīng)相當(dāng)成熟，產(chǎn)量也較大，所用改性劑都是利用SIPM經(jīng)酯交換得到的SIPE[8]。此外，SIPA也可以作為改性劑合成CDP，可以在酯化時(shí)與PTA一起加入。但CDP纖維中磺酸基質(zhì)量分?jǐn)?shù)對生產(chǎn)所造成的影響以及差異很難控制和了解，而磺酸基質(zhì)量分?jǐn)?shù)的多少意味著染色過程中離子交換的多少，直接影響纖維染色后成品的色差。

表3 陽離子橫檔布樣測試

圖4 深色處紗線和淺色處DSC值

在某批次樣布中存在一個(gè)比較復(fù)雜的案例。結(jié)合上述因素，初步分析可能原因如下：（1）CDP原料的分子結(jié)構(gòu)（合成時(shí)引入的第三組分的含量或種類）不同；（2）紡絲條件不同。因此，企業(yè)對留樣的原料進(jìn)行跟蹤測試，分別取無異常的留樣樣本1和出現(xiàn)異常的樣本2和3。

測試DSC值和磺酸基質(zhì)量分?jǐn)?shù)。3個(gè)樣本的DSC值如圖5所示，通過測試可以看出，3個(gè)樣本的熔融曲線也存在很大的差異。

由核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）積分值計(jì)算莫爾數(shù)比，得出SIPA（磺酸基）質(zhì)量分?jǐn)?shù)，如表4所示。

圖5 3種樣本的DSC值

表4 3個(gè)樣品SIPA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

根據(jù)分析結(jié)果，原料本身SIPA質(zhì)量分?jǐn)?shù)內(nèi)在差異很大是布面出現(xiàn)橫檔的主要原因。因此，本實(shí)驗(yàn)對新投料產(chǎn)出的梳棉條進(jìn)行磺酸基質(zhì)量分?jǐn)?shù)和DSC值的跟蹤測試，結(jié)果如表5和圖6所示。

由圖6可以看出，樣品C3的熱含量偏低，熔點(diǎn)也偏低，所以內(nèi)在存在一定差異，但通過后續(xù)紡紗過程中的多道混合工藝，后續(xù)產(chǎn)品中不會出現(xiàn)太明顯的差異。然而，磺酸基質(zhì)量分?jǐn)?shù)是無法通過肉眼和簡單的物理測試判別的，而需要通過對纖維進(jìn)行染色來跟蹤監(jiān)控。

通過對散纖維進(jìn)行染色發(fā)現(xiàn)，磺酸基質(zhì)量分?jǐn)?shù)低的纖維染色后明顯泛白（圖7），捻成紗線兩者色差也很大。因此，CDPET生產(chǎn)過程中原料的選取非常關(guān)鍵，就要求廠家對向反應(yīng)釜中喂入磺酸基的流程加以重視；對于已經(jīng)生產(chǎn)出的原料也需要通過纖維染色實(shí)驗(yàn)來確定其是否適用于純紡，以提高成品布面的完好性。

表5 新原料中SIPA質(zhì)量分?jǐn)?shù)

圖6 新原料中DSC值

圖7 纖維染色效果

3 CDPET物理性質(zhì)對其染色性能的影響

對于CDPET，如果干熱收縮率差異較大，那么很有可能在之后的過程中因?yàn)榭s率變化而產(chǎn)生幅寬變化。如果紡廠或者織廠沒有進(jìn)行良好的批次管理，就會出現(xiàn)布平方米克重變化，還會導(dǎo)致橫檔等布面瑕疵。干熱收縮率不同的紗交叉混織則會出現(xiàn)規(guī)律或不規(guī)律性的起橫狀況[9]。對5個(gè)不同批次的同種CDPET進(jìn)行的物理性能指標(biāo)測試，結(jié)果如表6所示。

表6 各個(gè)批次物理性能指標(biāo)

從表6可以看出，第3批原料起，干熱收縮率出現(xiàn)較為明顯的變化，且強(qiáng)度和伸度都有較大程度上的差異。雖然紗廠嚴(yán)格區(qū)分批次，但是由于織廠掃尾工作沒有做好，布面還是出現(xiàn)兩種情況：一是幅寬明顯變化，布平方米克重出現(xiàn)差異；二是尾紗和新批次出現(xiàn)交叉混織性橫條。如果發(fā)現(xiàn)纖維物性能出現(xiàn)明顯變化，就需要落實(shí)分批次使用并對尾紗進(jìn)行掃清，同時(shí)每一批次的原料都要留樣，以防出現(xiàn)問題時(shí)無法追根溯源[10]。

關(guān)于胚紗縮率，也可以用測試單紗或縷紗沸水收縮率的方式進(jìn)行預(yù)判。本實(shí)驗(yàn)用單紗，加1 g砝碼預(yù)加張力，讓其自然伸長后測試其負(fù)重紗長；用燒杯沸水燒20 min后取出烘干，測出處理后的長度。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表7所示。

表7 陽離子縮率實(shí)驗(yàn)

通過上述實(shí)驗(yàn)，棉紡廠可以掌握干熱收縮率的偏差范圍，當(dāng)收縮率出現(xiàn)明顯變化時(shí)，就需要提醒后續(xù)生產(chǎn)工序留意使用狀況，保證成品布面完好。

4 結(jié)語

CDPET抗起毛起球特性優(yōu)于普通聚酯纖維，在后加工中可以得到具有羊毛般柔軟、手感豐滿的織物，服用性很好。但因陽離子染色是一個(gè)離子交換的過程，在實(shí)際生產(chǎn)中，CDPET純紡面料較普通面料容易出現(xiàn)色花、色點(diǎn)、橫檔等瑕疵，影響成品布面的完好性。對CDPET生產(chǎn)過程及其自身性能進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)設(shè)備的穩(wěn)定性、生產(chǎn)工藝的準(zhǔn)確性、生產(chǎn)原料的選取以及生產(chǎn)出的CDPET的物理性能都會對最終成品布面的完好性產(chǎn)生一定的影響。在實(shí)際生產(chǎn)中，每一個(gè)環(huán)節(jié)都需要精準(zhǔn)把控。