崔 河，郭永強,2，李東波,2

（1.山東省化學(xué)纖維研究所；2.濰坊美珂新材料有限公司，山東 濰坊 261035）

1 概述

用傳統(tǒng)方法制造的剝離型超細[2]纖維必須再經(jīng)過染色，而且染色性能較差。雖然可以用分散性染料染色，但通常需要高溫高壓或載體存在的條件下才能進行，對纖維損傷大、還使染色后的耐洗牢度和耐光牢度變差，染色色譜范圍比較窄，更為重要的是這些染色過程都會產(chǎn)生大量的三廢，嚴重污染環(huán)境[3]。另外為了解決超細纖維染色的深度淺和色牢度低等問題，國內(nèi)外業(yè)界同仁作了大量卓有成效的研究與開發(fā)工作，并取得很大進展。研究者通過單體共聚、聚合物共混或嵌段共聚的方法來改變合成纖維的化學(xué)組織和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，達到易染色的目的。但該方法成本太高，對纖維材料的選擇面太窄，同樣也污染環(huán)境。

日本東麗公司研發(fā)了著色的海島型纖維[4]，該纖維是通過在共軛紡絲過程中加入有機或無機顏料制成的。但在這個方法中，由于在共軛紡絲時，有機或無機顏料被直接加入島組分聚合物中，所以分散程度不夠。采用生產(chǎn)海島型超細纖維的工藝方法，存在著一定的問題：一是由于后道染整處理需要用大量的堿液來溶解海組分，因此會產(chǎn)生大量的工業(yè)廢水，由于廢水內(nèi)存在有大量較為穩(wěn)定的苯環(huán)，在工業(yè)上對其進行徹底的處理及回收就較為困難，一旦處理不完全達標(biāo)就排放，會對環(huán)境造成污染；二是由于海島纖維中海組分的比例在20%左右，要將這20%左右的海組分溶解掉后才能制得海島超細纖維，所以其原材料損耗比較大，生產(chǎn)的原料成本就偏高，不經(jīng)濟。

美國Hills司在20世紀末就開展了原液染色超細纖維生產(chǎn)及產(chǎn)品應(yīng)用的研究工作，近幾年成功開發(fā)出高色牢度彩色剝離型超細纖維，得到廣泛應(yīng)用，具有世界領(lǐng)先水平。

近年來，我國復(fù)合超細纖維的生產(chǎn)技術(shù)得到了快速發(fā)展，在差別化纖維中占有相當(dāng)高的比重。但是，在解決超細纖維染色的深度淺和色牢度低等問題上與國外相比 尚有一定差距。2007年，某公司研究了“原液染色合成革的制造方法”，該方法中使用了著色的海島型超細纖維作為合成革基布。利用原液紡絲制造高色牢度彩色超細纖維的技術(shù)幾乎為空白。因此，這就迫切需要對彩色母粒及高色牢度彩色超細纖維制備技術(shù)進行不斷創(chuàng)新與發(fā)展，為市場提供技術(shù)先進、功能優(yōu)良、工藝簡單、成本低廉、易于工業(yè)化的生產(chǎn)技術(shù)，以促進紡織工業(yè)持續(xù)發(fā)展，滿足功能性高檔紡織品加工的需求。

2 試驗

2.1 項目使用的原料 、設(shè)備（見表1、表2）

表1 實驗原料

表2 實驗設(shè)備

2.2 工藝路線

高色牢度彩色復(fù)合超細纖維生產(chǎn)工藝（如圖1）。

圖1 工藝路線圖

2.3 試驗數(shù)據(jù)

實驗小試品種（見表3）、中試品種（見表4）。

表3 小試品種

表4 中試品種

3 結(jié)果與討論

3.1 色母粒的干燥

由于色母粒加入比例很小，不適合用較大的設(shè)備進行干燥，而色母粒的干燥又十分關(guān)鍵，彩色復(fù)合超細纖維生產(chǎn)中要求滌綸干燥水分在30ppm以下，錦綸干燥水分在小于100ppm以下，因色母粒的添加量較少，因此色母粒的干燥水分在100ppm左右，即能滿足要求。

色母粒中含有顏料、分散劑，其熔點很低，干燥中極易軟化、粘連、變色、掉色，影響顏色的準確性、色牢度，為此必須小心、謹慎。我公司選用兩種小型干燥設(shè)備進行對比試驗，試驗結(jié)果（見表5）。

表5 干燥工藝

從以上試驗數(shù)據(jù)中可以看出，隨著干燥時間的延長干燥后的水分逐漸下降，但用普通熱風(fēng)循環(huán)烘箱，盡管干燥30小時也達不到小于100ppm的紡絲要求，而采用自制通入干空氣的熱風(fēng)循環(huán)烘箱僅12小時就基本滿足要求，因此我公司采用自制通入干空氣熱風(fēng)循環(huán)烘箱可滿足生產(chǎn)要求。

3.2 紡絲中色差的控制

彩色復(fù)合超細纖維生產(chǎn)中最易出現(xiàn)的問題是染色不均勻，出現(xiàn)色差。由于色母粒的比重、粒度與原料切片不同，很難混合均勻，下料時易出現(xiàn)色母粒局部集中下料，造成纖維局部過深產(chǎn)生色差或螺桿飛車，為此我公司對色母粒的加料裝置進行了專門研究。選擇了三種裝置進行試驗對比，一種是上海小螺桿式、一種是天津愛尼機電公司羅盤體積注入式、還有一種是日本松井重量注入式。對比結(jié)果如下：

3.2.1 上海小螺桿注入式

通過改變注入位置、注入口角度可確保色母粒按比例地準確注入，這是目前國內(nèi)生產(chǎn)色絲普遍采用的方式，但作為生產(chǎn)彩色復(fù)合超細纖維卻極易產(chǎn)生色差。由于小螺桿喂料量是隨時根據(jù)下料的重量按比例加入，沒有色母粒與原料切片的充分混合過程，僅僅依靠螺桿熔融加熱混合，極難混合均勻而產(chǎn)生色差。

3.2.2 天津愛尼機電公司羅盤體積注入式

本裝置解決了色母粒與原料切片的充分混合過程，又經(jīng)過螺桿熔融加熱混合，混合均勻、不易產(chǎn)生色差。但操作麻煩，需要將每種色母粒在加熱的狀態(tài)下，將羅盤孔體積人工稱出重量，換算成重量再進行充分混合，人工稱量多一道工序，易產(chǎn)生稱量誤差，很難保證精確的比例，易造成批與批之間的色差。

3.2.3 日本松井重量注入式

日本松井重量注入裝置很科學(xué)，本身自帶稱量裝置，計量準確，且能保證色母粒與原料切片的充分混合，混合時間可自行設(shè)定，作為生產(chǎn)彩色復(fù)合超細纖維非常合適。

3.3 復(fù)合紡絲組件的選擇、過濾介質(zhì)的配比

3.3.1 復(fù)合紡絲組件的選擇

彩色復(fù)合超細纖維是單根纖維中含有兩種成分，兩種成分按不同比例復(fù)合在同一根纖維上，在以后的加工中，同一根纖維還要剝離分裂成八分之一或更多，才能制成超細纖維，且要求在加彈過程和制成織物的過程中不剝離分裂，制成織物以后再剝離分裂成為超細纖維，這個過程很復(fù)雜，要求非常高，為此選擇復(fù)合紡絲組件很重要。

我公司采用的是世界上最先進的日本卡森化纖設(shè)備制造公司生產(chǎn)的滌錦復(fù)合專用組件，將兩種不同熔點的熔體準確的復(fù)合在同一根纖維上，且復(fù)合截面的兩種熔體接觸之界面清晰，剝離分裂性能好，制成的超細纖維性能優(yōu)越。

3.3.2 過濾介質(zhì)的配比

由于色母粒中顏料、分散劑粒子紡絲時易造成單絲斷裂，產(chǎn)生飄絲、毛絲等，如何將顏料均勻分散在纖維中，選擇組件前的過濾介質(zhì)及過濾砂配比很重要。經(jīng)過多次試驗我們選擇20、40目，40、60目，60、80目金屬砂對各種金屬砂不同重量的合理搭配，其過濾性能好，過濾后的顏料粒子微細、分散均勻性好，可以滿足彩色復(fù)合超細纖維的要求。

3.4 紡絲工藝參數(shù)的確定

3.4.1 紡絲溫度對比（見表6）

表6 常規(guī)超細纖維與彩色超細纖維紡絲溫度對比

3.4.2 紡絲溫度的確定

由于色母粒熔點較低加入色母粒生產(chǎn)超細纖維色絲時一定要控制好紡絲溫度，一般溫度要比白絲低一些，從圖2中可以看出，棕色彩色纖維中滌綸的熔融轉(zhuǎn)變溫度為258.52℃，錦綸的熔融轉(zhuǎn)變溫度為230.53℃，兩者相差28℃，為了使彩色超細纖維有良好的可紡性和較適宜的剝離性，選擇紡絲溫度時應(yīng)掌握：PA6熔融溫度應(yīng)略高，而PET的熔融溫度略低，以使兩種熔體進入主箱體時溫度偏差縮小，因此兩高聚物熔體溫度的控制十分關(guān)鍵，從復(fù)合紡絲實驗中得出經(jīng)驗：PA6在比其熔點高40℃，PET在比其熔點高30℃，兩種熔體的溫差最好在20℃左右可紡性和剝離性良好，最好的方法是通過顯微鏡觀察其截面的情況為判斷其選用的熔體溫度是否合適。

圖2 棕色滌錦復(fù)合超細纖維dsc熱分析譜圖

3.4.3 油劑濃度及含油率（見表7）

表7 油劑濃度及含油率

由于色母粒的加入，染料粒子對聚酯高分子鏈的內(nèi)旋轉(zhuǎn)運動產(chǎn)生阻力，從而使大分子鏈的柔性變差、鋼性增加、導(dǎo)致單根纖維手感發(fā)硬、絲束間抱合性差、絲束發(fā)散最終導(dǎo)致DTY加工時易產(chǎn)生毛絲、斷頭現(xiàn)象，因此在紡彩色超細纖維時應(yīng)適當(dāng)提高油劑濃度增加集束性，適當(dāng)提高上油量改善含油均勻性。經(jīng)多次試驗確定POY的油劑濃度控制在11%，含油率控制在0.57%左右性能良好。

3.4.4 冷卻成形的控制

上油豎直方向集束位置變化對原絲伸長不勻率的影響（見表8）。

表8 豎直方向集束位置變化對原絲伸長不勻率的影響

上油水平方向集束位置變化對原絲伸長不均率的影響（見表9）。

表9 水平方向集束位置變化對原絲伸長不均率的影響

側(cè)吹風(fēng)風(fēng)速對原絲強度的影響（見表10）。

表10 風(fēng)速對原絲強度的影響

冷卻成形條件是控制條干均勻性和染色均勻的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，這里主要控制上油集束位置和側(cè)吹風(fēng)風(fēng)速、溫度及風(fēng)濕。

上油集束位置：豎直方向（離噴絲板的距離）保持在1.2m-1.4m較合適；水平方向（離側(cè)吹風(fēng)窗距離）保持在220-230mm較合適；風(fēng)速0.4m/s-0.5m/s,風(fēng)溫18℃-20℃，風(fēng)濕70%-80%較合適。

冷卻成形條件控制得當(dāng)，復(fù)合熔體細流冷卻充分、絲條凝固點固定、初生絲條條干均勻、圓態(tài)度好、彩色纖維均勻性好。

3.4.5 加彈工藝拉伸倍數(shù)的選擇（見表11）由于色母粒的加入，使POY強度低、伸度增大給拉伸加捻工序帶來了困難。拉伸倍數(shù)過低時造成拉伸不均勻，易造成色差僵絲。拉伸倍數(shù)過高時，毛絲斷頭增多而影響DTY產(chǎn)品質(zhì)量，所以選擇合適的拉伸倍數(shù)對彩色超細纖維的生產(chǎn)是非常關(guān)鍵的，經(jīng)試驗后認為后拉伸倍數(shù)選擇在1.60-1.63之間比較合適。

表11 拉伸倍數(shù)選擇

3.4.6 彩色超細纖維顏料粒子分散性能分析

從圖3、圖4兩個掃描電鏡圖中均可以看出，復(fù)合彩色超細纖維兩種組分明顯的待剝離狀態(tài)。

圖3 復(fù)合超細纖維縱向電鏡圖

圖4 復(fù)合超細纖維截面電鏡圖

從圖4纖維截面來看，顏料顆粒均勻地分散于纖維內(nèi)部，看不到明顯的顏料顆粒及其聚集。

由于普通染色為織物后整理染色，經(jīng)多次洗滌后易掉色，染色牢度低，而本項目研制的高色牢度彩色超細纖維，由于顏料顆粒均勻地熔入于纖維內(nèi)部，經(jīng)多次洗滌后顏料粒子不可能洗掉，從而不掉色，色牢度可達4級以上。

4 項目的創(chuàng)新點

本項目的創(chuàng)新點為開發(fā)一種原液著色生產(chǎn)高色牢度彩色滌錦復(fù)合超細纖維及剝離型共軛紡絲制造方法，以解決傳統(tǒng)超細纖維不宜染深色、染色后耐洗牢度和耐光牢度變差、色譜范圍較窄等問題，重要的是消除了纖維染色給環(huán)境造成的嚴重污染。

4.1 原液著色滌錦復(fù)合超細纖維及剝離型共軛紡絲方法；產(chǎn)品填補國內(nèi)空白，已申請國家發(fā)明專利。

4.2 線密度（纖度）：167dtex/72F-16P，單絲纖度0.1-0.2dtex，僅為普通纖維的1/20。

4.3 解決了顏料粒子細度及分散，工業(yè)化生產(chǎn)高色牢度彩色剝離型超細纖維，自行研制的通入除濕干空氣小型熱風(fēng)循環(huán)干燥裝置，節(jié)約能源，非常適用于色母粒的干燥，屬國內(nèi)首創(chuàng)。

4.4 超細纖維織物色牢度≥4級。

5 產(chǎn)品主要指標(biāo)

纖維指標(biāo)（見表12）。

表12 纖維指標(biāo)

6 結(jié)論

6.1 系統(tǒng)分析了色母粒干燥、色母粒注入方式、復(fù)合紡絲組件及過濾介質(zhì)等對可紡性及彩色復(fù)合超細纖維色差等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)的影響，并確定了合適的方式及參數(shù)。

6.2 詳細分析了紡絲溫度、上油率、冷卻成型條件對纖維質(zhì)量的影響，確定了合適的紡絲工藝參數(shù)。

6.3 通過熱分析手段，確定紡絲溫度參數(shù)，并應(yīng)用掃描電鏡準確、直觀地反應(yīng)出顏料粒子在纖維中的均勻分布形態(tài)。6.4 高色牢度彩色超細纖維產(chǎn)品經(jīng)省級權(quán)威機構(gòu)檢測，各項指標(biāo)達到合同要求。