抗紫外纖維多用于制作防護(hù)服，為提高穿著舒適性，就要求對(duì)纖維永久性的抗紫外性能及舒適性進(jìn)行改性。但是把多種功能集于同一纖維，會(huì)影響纖維的可紡性和染色均勻性。本課題選用納米級(jí)抗紫外粉體，采用共聚法制得抗紫外PET切片，然后經(jīng)過細(xì)旦異形紡絲制成抗紫外滌綸POY，再進(jìn)行假捻變形后加工，在后加工的上油過程采用吸濕排汗專用油劑，有效克服了以往抗紫外纖維和吸濕排汗纖維陛能不足的缺點(diǎn)，成功地把多種功能集于一體，制得了共聚型吸濕排汗抗紫外細(xì)旦異形滌綸DTY。
1實(shí)驗(yàn)
1.1主要的試驗(yàn)原料和設(shè)備
VIA：浙江恒逸集團(tuán)寧波逸盛石化有限公司生產(chǎn)，纖維級(jí)；EG：天津石化聯(lián)化公司生產(chǎn)，化學(xué)純；縮聚釜：國(guó)產(chǎn)6OL間歇裝置；抗紫外粉體劑：FP—UV一2，上海顏氏超細(xì)粉體應(yīng)用技術(shù)中心；研磨機(jī)：江陰市精達(dá)化工機(jī)械有限公司SW臥式砂磨機(jī)；北京德厚樸化工技術(shù)有限公司制造的DGD67—1型流化床預(yù)結(jié)晶加充填塔連續(xù)干燥設(shè)備；北京中麗制機(jī)化纖工程技術(shù)有限公司生產(chǎn)JK81.10525-00型長(zhǎng)徑比為25的螺桿；德國(guó)Barmag公司產(chǎn)ACW紡絲卷繞機(jī)；德國(guó)BarmagFK6一1000假捻變形機(jī)。
1.2工藝流程
抗紫外DTY生產(chǎn)的工藝流程如下所示。
2結(jié)果及討論
2.1抗紫外粉體的選擇
抗紫外纖維的制備一般是采用添加紫外線屏蔽劑進(jìn)行紡絲或是表面涂層的方法生產(chǎn)，隨著納米技術(shù)的發(fā)展，共聚法生產(chǎn)抗紫外PET纖維越來越得到重視，但是共聚法生產(chǎn)抗紫外PET對(duì)粉體要求很高，尤其是納米粉體，其分散性能要好，在分散過程中的團(tuán)聚現(xiàn)象要比較容易解決。試驗(yàn)選用上海顏氏超細(xì)粉體應(yīng)用技術(shù)中心生產(chǎn)的FP—uv.2納米級(jí)PET纖維抗紫外粉體。其主要成分CeO2和TiO2，晶粒的尺寸在30～50liFO，紫外線透過率小于2%，比表面積大于1OITl2，pH值為6—8，干燥損失小于1.0%，灼燒損失少于2%，原生粒徑為25nm，微量元素Fe的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20X10-6，Cu的為10×10-6，鈉的為15X10-6，鍶的為30×10-6，鎂的為40×10-6，分散性能良好。
2.2抗紫外漿液的制備
納米級(jí)抗紫外劑比較容易發(fā)生團(tuán)聚效應(yīng)，因此，抗靜電漿液的制備對(duì)它在PET及纖維內(nèi)部的分布均勻性至關(guān)重要，粉體漿液直接采用EG溶劑，由于EG是反應(yīng)所需原料，不會(huì)對(duì)產(chǎn)品造成不良影響。
對(duì)漿液進(jìn)行30min的研磨，然后在2300r/min高速攪拌分散約5h。短時(shí)間的研磨和高速長(zhǎng)時(shí)間的攪拌分散，既避免了對(duì)粉體的破壞，又有效提高了漿液中粉體的分布均勻性。由于粉體與EG溶劑的相容性好，粉體密度適當(dāng)，所制得的漿液分散均勻、儲(chǔ)存穩(wěn)定性好。漿液在使用加入前要再經(jīng)30min的高速攪拌方可加入。
2.3抗紫外劑的添加方式
添加方式?jīng)Q定著抗紫外劑在PET纖維中的分布狀態(tài)，進(jìn)而將影響抗紫外纖維的性能和可紡性能。試驗(yàn)采用在酯化反應(yīng)后的聚合反應(yīng)階段的中后期加人抗紫外漿料的方式加人抗紫外劑，在加人之前再次經(jīng)過在150℃下約30min的高速攪拌分散處理，以避免加入后發(fā)生凝聚現(xiàn)象。
2.4抗紫外劑的添加置
抗紫外劑的添加量對(duì)抗紫外PET纖維的可紡性及常規(guī)物理性能指標(biāo)和功能性指標(biāo)都具有較大的影響�？棺贤鈩┑奶砑恿刻�，抗紫外效果加強(qiáng)，但是可紡性變差，熔體過濾器以及紡絲組件的使用周期明顯縮短，纖維強(qiáng)度有所降低。如果添加量太低，可紡性好，常規(guī)指標(biāo)無明顯影響，但是抗紫外效果變差。抗紫外劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%～1.0%最合適。
2.5抗紫外PET切片物理性能指標(biāo)
抗紫外PET切片的主要物理指標(biāo)可以滿足紡絲需要。具體物理性能指標(biāo)如表2所示
3紡絲工藝
3.1切片的干燥
在縮聚過程中，抗紫外劑分子無規(guī)嵌入PET大分子鏈中，改變了PET大分子鏈結(jié)構(gòu)的有序性和剛性，使切片相應(yīng)的玻璃化溫度、冷結(jié)晶溫度、熔點(diǎn)、特性黏度等較常規(guī)片有所下降，且含表層水也較常規(guī)切片高，切片進(jìn)入預(yù)結(jié)晶器接觸到熱空氣后，極易黏結(jié)，導(dǎo)致結(jié)晶不勻，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生堵料現(xiàn)象。適當(dāng)降低結(jié)晶溫度、延長(zhǎng)結(jié)晶時(shí)間、加大風(fēng)量，同時(shí)降低干燥溫度，延長(zhǎng)干燥時(shí)間是保證結(jié)晶、干燥效果的關(guān)鍵。在切片結(jié)晶干燥過程中，經(jīng)過分子篩處理后的空氣露點(diǎn)必須保持在一85℃以下，送風(fēng)壓力0.15MPa，以保證干切片中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在25×10以下。實(shí)驗(yàn)證明預(yù)結(jié)晶溫度155～165℃，預(yù)結(jié)晶時(shí)間7O一90min。干燥溫度150—155℃，干燥時(shí)間l2—15h，切片干燥效果好，干濕切片的特性黏度降小于0.005dL/g，水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在22×10左右。
3.2過濾條件
功能性改性劑的加入，導(dǎo)致抗紫外切片中灰分明顯增多。紡制相同線密度的常規(guī)絲，選用258um過濾精度的預(yù)過濾器可以達(dá)到較好的效果，而紡制抗紫外纖維使用該精度過濾器時(shí)，組件壓力變化甚微，但熔體過濾性能下降，濾后壓力上升較快，過濾器更換周期縮短。在換用30pxn預(yù)過濾器后，其過濾周期相對(duì)延長(zhǎng)，可持續(xù)20—25d不切換，組件使用時(shí)間稍微縮短，初始?jí)毫刂圃?2～130MPa，偏高選用，以改善熔體流變性能，提高纖維的性能指標(biāo)。
3.3冷卻條件
細(xì)旦異形抗紫外纖維，絲條的比表面積較大，容易冷卻，如果冷卻太快，容易使噴絲頭拉伸不勻，影響后加工性能及染色]。為提高絲條性能，應(yīng)適當(dāng)緩和冷卻條件，為此采用內(nèi)環(huán)吹冷卻方式，降低風(fēng)速，提高風(fēng)溫，延緩冷卻速度，使塑性區(qū)延長(zhǎng)，使凝固點(diǎn)下移，減小噴絲頭拉伸比，降低紡絲張力。試驗(yàn)證明，側(cè)吹風(fēng)風(fēng)溫為24—26℃；風(fēng)速為0.3m/s；風(fēng)濕85%較為適宜，條干不勻率為1.20%。
3.4紡絲速度
細(xì)旦異形抗紫外POY的生產(chǎn)，由于單絲線密度比較小，內(nèi)外層結(jié)構(gòu)容易使內(nèi)外層差異很大，因此，紡絲速度不宜太高，如果紡絲速度太高，則絲條品質(zhì)不勻，條干不勻率高，后加工比較困難。紡絲速度一般在2600—2700m/min選用。
3.5POY成品物性指標(biāo)
生產(chǎn)的細(xì)旦異形抗紫外POY的性能指標(biāo)如表3所示。
4假捻變形工藝
4.1絲速
細(xì)旦異形抗紫外纖維，在進(jìn)行假捻變形生產(chǎn)時(shí)難度比較大。絲條的運(yùn)行穩(wěn)定性對(duì)成品品質(zhì)影響很大，一旦出現(xiàn)運(yùn)行波動(dòng)絲條極易產(chǎn)生滑移，造成成品外觀毛絲、僵絲并存，因此生產(chǎn)速度不宜太高，在500～550m/min范圍內(nèi)生產(chǎn)較為合適。
4.2拉伸比
拉伸比的選擇使用，對(duì)成品絲條品質(zhì)以及生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)影響很大。拉伸比太高，加工時(shí)易產(chǎn)生毛絲，甚至毛團(tuán)，且易產(chǎn)生過度拉伸條紋；拉伸比太低，絲條易產(chǎn)生逃捻，產(chǎn)生僵絲，僵點(diǎn)、染色段斑，卷曲收縮低，沸水收縮率高，蓬松性太差，易出現(xiàn)斷頭，運(yùn)轉(zhuǎn)困難。通過實(shí)驗(yàn)證明，拉伸比為1.60—1.65效果較好。
4.3速比
速比的選擇應(yīng)偏高選用。速比太低，會(huì)太高，產(chǎn)生毛絲、毛團(tuán)；但速比也不應(yīng)過高，否則太低，絲條運(yùn)行不穩(wěn)，易在假捻器處抖動(dòng)打滑，產(chǎn)生僵點(diǎn)、僵絲，嚴(yán)重時(shí)絲條易纏繞假捻器，斷頭嚴(yán)重，運(yùn)轉(zhuǎn)困難。試驗(yàn)表明，速比選用在1.55～1.65較為合適。
4.4第一熱箱溫度和第二熱箱溫度
為減少毛絲的產(chǎn)生，第一熱箱溫度設(shè)定偏低選用。但太低不能保證拉伸所需熱量，卷曲收縮太差。第二熱箱溫為定型溫度，對(duì)紗線結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和手感都有一定影響，并有利于消除紗線的殘余扭矩，便于織造的順利進(jìn)行。但設(shè)定太高會(huì)使卷曲收縮太低，手感變硬，一般第一熱箱可選擇165—180℃，第二熱箱溫宜選擇在150～165℃。
4.5上油
為使抗紫外纖維具有優(yōu)良的抗紫外性能的同時(shí)，也具有非常好的吸濕排汗性能，采用十字異形細(xì)旦產(chǎn)品的規(guī)格；并在假捻變形加工上油的時(shí)候采用美國(guó)3M的FC一226吸濕排汗整理型油劑進(jìn)行加工后處理。該油劑有效成分具有很強(qiáng)的吸附性，不宜洗掉，吸濕排汗性能持續(xù)時(shí)間久，能夠在增強(qiáng)纖維的吸濕排汗性能的同時(shí)，還有利于改進(jìn)纖維織物染色的均勻性。
4.6抗紫外DTY主要物理性能指標(biāo)
167dtex/144f細(xì)旦異形抗紫外DTY主要物理性能指標(biāo)見表4。
4.7DTY成品功能性指標(biāo)
紫外線防護(hù)系數(shù)UPF：53；UVA透過率：3.2%；UVB透過率：3.6%。
5結(jié)論
(1)選用適當(dāng)?shù)目棺贤夥垠w和加入方式是成功制得抗紫外PET纖維的關(guān)鍵，也是制得該纖維的功眭的根本保證。
(2)采用細(xì)旦異形的產(chǎn)品規(guī)格以及假捻變形加工的吸濕排汗油劑整理使細(xì)旦異形抗紫外纖維吸濕排汗功能性良好。
(3)采用合適的聚合、紡絲以及假捻變形工藝，可以生產(chǎn)出抗紫外和吸濕排汗性能優(yōu)良的細(xì)旦異形抗紫外滌綸長(zhǎng)絲DTY。
來源 張守運(yùn)
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