潘曉娣，賈君君，雷青松，嚴(yán) 巖,2

(1. 中國(guó)石化儀征化纖有限責(zé)任公司研究院，江蘇儀征 211900； 2. 江蘇省高性能纖維重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇儀征 211900)

夏季人們對(duì)淺色輕薄面料青睞有加，但淺色面料的遮蔽性遠(yuǎn)不如深色面料，特別是白色面料普遍存在內(nèi)衣和體膚曝露、著裝者外觀不雅等問(wèn)題，而夏季衣物的遮蔽問(wèn)題，不宜采用深色、厚重的面料來(lái)解決，于是，防透視纖維及紡織品應(yīng)運(yùn)而生。

為獲得良好的防透視效果，可以從增大紡織品對(duì)可見(jiàn)光的反射、吸收、散射，減少對(duì)可見(jiàn)光的透射等方面入手解決，具體實(shí)現(xiàn)方法包括改變纖維的截面形狀、相關(guān)助劑的添加、涂層后整理、織物結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)置等[1]。但是，對(duì)于輕薄化面料，涂層后整理會(huì)導(dǎo)致其具有手感偏硬、不耐洗滌、熱濕舒適性差等缺陷；而改變織物的組織結(jié)構(gòu)對(duì)可見(jiàn)光透射率的降低程度極小，因?yàn)閷?duì)于任何織物而言，無(wú)論孔隙率多么小，其尺寸對(duì)可見(jiàn)光的波長(zhǎng)而言均相差5個(gè)數(shù)量級(jí)以上[2]；增加織物厚度，雖然可以顯著降低可見(jiàn)光的透射率，但是織物太厚又不符合輕薄化的要求。無(wú)機(jī)微粒通常具有較高的折射率，而纖維的相對(duì)折射率較無(wú)機(jī)微粒要低得多，從而可以大大增加光線在纖維內(nèi)部的反射界面，達(dá)到提高遮蔽性的目的[3]。

將制備異型結(jié)構(gòu)聚酯纖維和添加高含量TiO2相結(jié)合，開(kāi)發(fā)防透視面料的研究較多，但各有特點(diǎn)：如中國(guó)專利201510289564.6[4]公開(kāi)了一種橘瓣防透視復(fù)合纖維及其制備方法，纖維截面為圓形，雙組份均以圓心為起點(diǎn)呈扇形交替分布，雙組份分別為高聚物和含有質(zhì)量含量5%～16%TiO2的另一種高聚物，橘瓣防透視復(fù)合纖維的防透視效果較好，但TiO2含量相對(duì)過(guò)高，成本增加。本文主要從纖維層面出發(fā)，將制備皮芯復(fù)合結(jié)構(gòu)聚酯纖維和在纖維皮層組分中添加一定含量的TiO2的方法相結(jié)合，增加纖維的反射界面，以提高纖維的反射效果，制備防透視纖維及面料。

1 試 驗(yàn)

1.1 原料

半消光聚酯切片：中國(guó)石化儀征化纖有限責(zé)任公司，TiO2含量 0.30%，特性黏度0.630 dL/g。

消光母粒：廈門鷺意彩色母粒有限公司，TiO2含量60%。

1.2 儀器設(shè)備

主要儀器如表1所示。

表1 儀器與設(shè)備匯總表

續(xù)表-1

1.3 防透視短纖維制備

采用復(fù)合紡絲技術(shù)(圖 1)，利用同心圓皮芯復(fù)合紡絲組件紡制了不同 TiO2含量的防透視UDY纖維。

圖1 復(fù)合紡絲技術(shù)路線示意圖

具體紡絲方案如表2所示。主要工藝參數(shù)：紡絲速度1 200 m/min，箱體溫度285～290 ℃，噴絲板孔數(shù)144 孔，孔徑0.25 mm，長(zhǎng)徑比2。

表2 皮芯組分中TiO2含量

采用紡制的UDY纖維進(jìn)行后牽伸操作制備防透視短纖維，后牽伸生產(chǎn)路線如下：導(dǎo)絲機(jī)→浸油槽→第一牽伸機(jī)→牽伸浴槽→第二牽伸機(jī)→蒸汽加熱箱→第三牽伸機(jī)→緊張熱定型機(jī)→上油裝置→第四牽伸機(jī)→張力輥→卷曲預(yù)熱箱→卷曲機(jī)→松弛熱定型機(jī)→曳引張力機(jī)→切斷機(jī)。

主要工藝參數(shù)：牽伸速度100 m/min，牽伸總牽倍4.2，三牽溫度130～190 ℃，緊張熱定型溫度190 ℃，松弛定型溫度70～75 ℃。

1.4 防透視紗線制備

紡紗工藝流程：短纖維→清梳聯(lián)工序→并條工序→粗紗工序→細(xì)紗工序→防透視紗線。主要紡紗工藝如下：

清梳聯(lián)工序中，輸出棉條定量4.0 ktex；并條工序中，采用兩道并條，并合根數(shù)均為8根，出條速度350 m/min，其中一道并條棉條定量4.2 ktex，棉條重量CV值0.416%；二道并條棉條定量4.1 ktex，棉條重量CV值0.372%；粗紗工序中，粗條定量430 tex，錠轉(zhuǎn)800 r/min，落紗速度500 r/min；細(xì)紗工序中，紗線線密度15.6 tex，錠速11 000 r/min。

1.5 防透視面料制備

工藝流程：紗線→漿紗工序→整經(jīng)工序→機(jī)織工序→防透視面料。

主要工藝參數(shù)：門幅20 cm，經(jīng)紗密度228根/cm，緯紗密度152根/cm。

1.6 分析測(cè)試

1.6.1 流變性能

采用毛細(xì)管流變儀對(duì)消光母粒和半光PET切片的共混切片(TiO2含量10%)、半光PET切片分別進(jìn)行流變性能測(cè)試，測(cè)試不同溫度(280、285、290、295 ℃)下不同剪切速率(1 000、2 000、4 000、6 000、8 000 s-1)的流變性能。測(cè)試前需干燥切片。

1.6.2 短纖維力學(xué)性能

采用短纖強(qiáng)伸儀按《GB/T 14337—2008化學(xué)纖維 短纖維拉伸性能試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法測(cè)試短纖維的力學(xué)性能。

1.6.3 紗線力學(xué)性能

采用全自動(dòng)單紗強(qiáng)力儀按《GB/T 3916—2013紡織品卷裝紗單根紗線斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定》標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法測(cè)試紗線的力學(xué)性能。

1.6.4 條干值測(cè)試

采用USTER條干儀測(cè)試紗線、粗紗和棉條的條干均勻度，紗線測(cè)試速度400 m/min，測(cè)試時(shí)間1 min，粗紗和棉條測(cè)試速度50 m/min，測(cè)試時(shí)間5 min。

1.6.5 紗線與金屬摩擦系數(shù)測(cè)試

采用摩擦儀測(cè)試紗線與金屬的摩擦系數(shù)，測(cè)試速度200 m/min，每個(gè)樣品的測(cè)試時(shí)間30 s。

1.6.6 透射率測(cè)試

采用紫外-可見(jiàn)光分光光度計(jì)對(duì)織物在300～800 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行透光率測(cè)試，波長(zhǎng)掃描間隔2 nm。測(cè)試過(guò)程中，不要拉扯織物，盡量減小織物組織結(jié)構(gòu)的變化。采用人眼最為敏感的550 nm處光波的透過(guò)率來(lái)評(píng)價(jià)織物的可見(jiàn)光遮蔽性能[5]。紫外-可見(jiàn)光分光光度計(jì)的定量分析依據(jù)是朗伯-比爾(Lambert-Beer)定律。即透射率為

T=(IT/I0)×100

式中IT為透射光的輻射強(qiáng)度，cd；I0為從某標(biāo)準(zhǔn)表面反射回來(lái)的輻射強(qiáng)度，cd。

2 結(jié)果與討論

2.1 流變性能分析

紡制雙組份復(fù)合纖維對(duì)兩種高分子原料有兩項(xiàng)基本要求：其一是組分之間應(yīng)該有足夠的黏結(jié)力，確保在紡絲過(guò)程中不會(huì)發(fā)生兩相剝離。本實(shí)驗(yàn)的原料都是 PET，不存在兩相相容性的問(wèn)題；其二是兩種組分的流變性能應(yīng)盡可能接近，以便在同一條件下紡絲，防止熔體流出噴絲孔時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重彎頭或黏板，導(dǎo)致無(wú)法成纖。

紡絲溫度是紡絲過(guò)程中的關(guān)鍵因素，溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致熔體黏度降增大，組件壓力下降，纖維凝固點(diǎn)波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)甚至無(wú)法成纖；溫度過(guò)低，會(huì)導(dǎo)致熔體黏度增高，熔體從噴絲孔噴出時(shí)受到的剪切應(yīng)力增大，導(dǎo)致熔體擠出破裂，使可紡性變差[6]。

研究消光母粒和半光PET切片的共混切片(TiO2含量10%)、半光PET切片的流變行為，可以對(duì)其復(fù)合紡絲溫度起到一定的指導(dǎo)作用。如圖2所示，從表觀黏度與剪切速率的關(guān)系來(lái)看，熔體均為切力變稀型流體，即表觀黏度隨剪切速率的增加而降低。相同溫度條件下，共混切片的熔體黏度較PET熔體的表觀黏度低，這是由于TiO2納米粒子均勻地分散在PET熔體間，起到增塑劑的作用，對(duì)分子鏈的運(yùn)動(dòng)起潤(rùn)滑作用，有效地減弱了分子鏈的相互纏結(jié)，使黏度下降[7-8]。當(dāng)剪切速率在6 000～8 000 s-1時(shí)，兩種熔體的表觀黏度趨于一致，說(shuō)明紡絲工藝窗比較寬，容易實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定紡絲。考慮復(fù)合纖維紡絲的要求，即兩種組分在一定的紡絲溫度下，熔體表觀黏度應(yīng)盡可能接近，以減少紡絲彎頭，從而確定合適的紡絲溫度在285～ 290 ℃之間。

圖2 流變性能(毛細(xì)管孔徑0.5 mm，長(zhǎng)徑比2)

2.2 纖維的可紡性及力學(xué)性能分析

在設(shè)定的紡絲工藝條件下考察纖維的可紡性，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)皮層組分中TiO2含量為1.5%～8.0%時(shí)，紡絲正常，無(wú)飄絲無(wú)斷頭現(xiàn)象，而當(dāng)皮層組分中TiO2含量為10%時(shí)，出現(xiàn)2根飄絲，可紡性變差。

制備的防透視短纖維指標(biāo)如表3所示?？刂菩緦咏M分中TiO2含量保持0.3%不變，當(dāng)皮層組分中TiO2含量為1.5%～8.0%時(shí)，纖維的斷裂強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)，但降幅不大，約1.85%，當(dāng)皮層組分中TiO2含量為10%時(shí)，纖維的力學(xué)性能明顯降低，降幅約8.89%，這一方面可能是由于TiO2位于纖維皮層，隨著含量的逐漸增加，粒子分散的愈發(fā)集中，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中體而導(dǎo)致纖維的破壞和應(yīng)力的降低，另一方面可能是因?yàn)槔w維中TiO2含量過(guò)多，導(dǎo)致PET大分子鏈的運(yùn)動(dòng)受阻，距離也隨之增大，分子間的作用力相應(yīng)減小，強(qiáng)度降低[9-10]。

表3 防透視短纖維指標(biāo)

2.3 纖維的紡紗性能分析

防透視紗線的性能指標(biāo)如表4所示，隨著皮層組分中TiO2含量的增加(1.5%～10.0%)，紗線的斷裂強(qiáng)度逐漸降低(2.86～2.50 cN/dtex)，這種現(xiàn)象與防透視短纖維力學(xué)性能降低的原因相同，都是由于TiO2含量過(guò)多，產(chǎn)生應(yīng)力集中體以及纖維大分子鏈活動(dòng)受阻，分子間作用力較小，導(dǎo)致強(qiáng)度降低。

表4 防透視紗線性能指標(biāo)

從表4數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)皮層組分中TiO2含量為1.5%～10.0%時(shí)，防透視紗線的條干不勻率均大于常規(guī)滌綸紗線；同時(shí)，防透視紗線的千米粗節(jié)數(shù)和千米棉結(jié)數(shù)也明顯多于常規(guī)滌綸紗線[11]，說(shuō)明防透視細(xì)紗的成紗質(zhì)量相對(duì)常規(guī)滌綸紗線差，這可能是由于纖維皮層組分中添加了TiO2粒子，纖維表面不是很光滑，造成細(xì)紗工序中毛羽增多。

紗線摩擦系數(shù)主要取決于纖維的表面形態(tài)和紗線的加捻程度，通常而言，較大的摩擦系數(shù)將有助于提高纖維在紡紗過(guò)程中的抱合力，使成紗更容易[12]。但是紡制防透視細(xì)紗過(guò)程中出現(xiàn)了白粉，且綜合考慮紗線對(duì)設(shè)備的磨損情況，特別是紡紗設(shè)備皮輥的磨損情況，最終確定采用皮層組分中TiO2含量為1.5%～8.0%的短纖維進(jìn)行紡紗。

2.4 織物的防透視性能分析

將防透視紗線織成平紋布和斜紋布，測(cè)試織物的透射率。由表5可知，保持芯層組分中TiO2含量不變，逐漸增加皮層組分中TiO2含量(1.5%～8.0%)，面料的透射率逐漸降低，即防透視性能逐漸增加，這主要是由于隨著 TiO2含量的增加，纖維中 TiO2與聚酯基體之間因光學(xué)性質(zhì)的差異而形成了較多的反射界面，一旦光線進(jìn)入纖維內(nèi)部，就會(huì)出現(xiàn)多次反射、散射等相互作用，增加了透射出來(lái)的光線在纖維內(nèi)部所經(jīng)過(guò)的光程，造成更多的衰減和損失[13]，從而相應(yīng)的增加了面料的防透視效果。

當(dāng)皮層組分中TiO2含量為10.0%時(shí)，面料的透射率增加，即面料的防透視性能降低，說(shuō)明過(guò)多的 TiO2反而會(huì)降低面料的防透視性能。這一方面是因?yàn)楫?dāng) TiO2含量大于8.0%，再繼續(xù)增加TiO2含量至10.0%時(shí)，粒子之間發(fā)生團(tuán)聚的機(jī)率大幅提高，從而使得纖維內(nèi)部的反射界面減少，透射率增加；另一方面，隨著纖維皮層中TiO2含量的增加，較小的TiO2粒子會(huì)逐漸填充在較大顆粒的空隙中，從而在纖維的表面產(chǎn)生鏡面排列[14]，使反射界面減少，透射率增加，防透視性能下降。

從表5還可以看出面料的防透視性能與面料組織結(jié)構(gòu)的關(guān)系，即相同TiO2含量條件下，斜紋面料的防透視性能優(yōu)于平紋面料。

表5 織物的防透視性能

綜合考慮防透視效果、成本、可紡性以及后加工過(guò)程中無(wú)機(jī)粒子對(duì)所制備纖維力學(xué)性能的影響和對(duì)設(shè)備的磨損情況，最終確定皮層組分中合適的TiO2添加量為4.0%～8.0%。

3 結(jié) 論

a) 在優(yōu)選的紡絲工藝參數(shù)條件下，防透視纖維的可紡性和牽伸性能良好，成品短纖維的力學(xué)性能滿足紡紗要求。

b) 將防透視紗線經(jīng)漿紗、整經(jīng)和機(jī)織后得到平紋和斜紋面料，將面料退漿和熱定型處理后進(jìn)行透射率測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)皮層組分中TiO2含量4.0%～8.0%，芯層組分中TiO2含量0.3%時(shí)，面料的防透視性能最好，且斜紋面料的防透視性能優(yōu)于平紋面料。