熔體直紡仿棉滌綸長絲的開發

戴 杰

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熔體直紡仿棉滌綸長絲的開發

戴 杰

錦興（福建）化纖紡織實業有限公司

利用在線添加裝置在聚酯熔體中引入高親水易染母粒，經紡絲織造得仿棉聚酯長絲及加工為織物。引入的母粒主要成分聚醚與熔體具有較好的相容性，可以實現對纖維的無定型區域調控。分別利用織物回潮率、表面接觸角及芯吸高度等測試手段對織物的氣態、液態親水性進行了表征，母粒在線添加法可以明顯改善聚酯的親水性能。在改善聚酯纖維吸濕基礎上，母粒中無機粉體與聚醚發揮協同效應可以實現織物的長久抗靜電效果，大大提升了聚酯纖維在服裝工業領域應用的舒適性。

高親水易染母粒 仿棉滌綸 吸濕性 抗靜電

聚酯纖維以其優異的性能，自工業化以來得到了迅速的發展，聚酯纖維已成為我國最大的化學纖維品種，2015年1～12月，全國累計生產化學纖維超過3500萬t，其中聚酯纖維占比達79%，聚酯廣泛應用在服裝與家紡。但是常規的聚酯纖維由于分子結構排列規整，結晶度高達40%～60%，同時大分子中缺乏極性親水基團，在標準環境下（溫度20℃，相對濕度65%）普通聚酯纖維的回潮率僅有0.4%，使得纖維吸濕性與天然纖維相比較差，易產生靜電現象，影響了其舒適性。目前圍繞改善纖維吸濕性的研究主要集中在通過細旦異形改善聚酯纖維的吸濕性；在紡紗階段，常規聚酯纖維與天然纖維或吸濕性較好的纖維進行混紡，通過混紡比例的調整可以改善紗線的吸濕性；通過在織物后整理階段在織物表面涂覆親水性整理劑，使得織物具有一定的吸濕性。從改善聚酯纖維吸濕性的效果來看，在織物表面涂覆整理劑的方法技術較簡單且工藝已成熟，但是存在整理劑的耐水洗牢度的問題。從工業化實施來看，在線添加裝置的普及共混技術的發展為高親水母粒在線添加與熔體共混制備親水性聚酯纖維提供了快速方法。

本文利用高親水母粒，通過一種新型的在線注入技術，將高親水母粒與聚酯熔體進行共混制備出親水易染滌綸長絲，再將織造成織物。對織物的回潮率進行了氣態水分的測試，芯吸高度、水滴擴散時間及織物的表面接觸角對液態水分進行了表征。

1 實驗

1.1 原料

（1）高親水母粒。福建廈門鷺意色母粒公司研制，特性粘度[η]=1.202dL/g。高親水母粒的主要成分為聚酯、聚醚及無機納米粉體。

（2）聚酯熔體。特性粘度[η]=0.642dL/g。

1.2 儀器及設備

（1）紡絲設備：德國Barmag ACW 卷繞機；DTY設備：德國Barmag EFK 加彈機。

（2）在線注入設備。

（3）縷紗測長儀：常州紡織儀器廠--，YG086型。

（4）紗線強伸儀：瑞士烏絲特公司，UTR4 - C型強伸儀。

（5）電熱恒溫鼓風干燥箱：南通三思機電科技有限公司，9070A型。

（6）視頻接觸角測量儀：德國Data physics公司，OCA40M型。

（7）恒溫恒濕箱：廣東東莞貝爾實驗設備有限公司，BE-TH-80型。

（8）織物摩擦帶電電荷量測試儀：青島山紡儀器有限公司---， M403A型。

1.3 在線添加

1.3.1高親水母粒的干燥

親水母粒切片干燥，采用河南中原連續塔式干燥設備，先將除濕后干空氣升溫到105~110℃之間，保持干燥溫度在105±2℃，干燥6~8h，確保其含水率≤50×10-6。

1.3.2在線注入

熔體在線添加生產色絲及功能性纖維技術，裝置包括：母粒干燥機、螺桿擠出機、紡絲箱體、母粒輸送管道與熔體管道、計量注射泵、三通閥、動態混合攪拌器、靜態混合器等。動態混合器上設有母粒熔體入口與聚酯熔體入口，母粒干燥機的輸出口連接在螺桿擠出機。螺桿擠出機的出口通過母粒輸送管道連接到動態混合攪拌器的母粒熔體入口。

1.3.3親水易染聚酯纖維及織物制備

在線添加紡絲→ POY纖維→DTY→加捻→熱定型→整經編織→織物。

表1 POY紡絲工藝

1.4 測試

1.4.1纖維強度測試

纖度測試：卷繞100圈纖維，在分析天平上稱出其質量。預加張力3cN，拉伸速度200mm/min，夾持距離200mm。

1.4.2氣態水分測試

稱取試樣50g，精確至0.01g，放入20℃下不同溫度濕度0～90%，分別平衡24h記錄為烘前質量；開啟烘箱電源開關和分源升溫開關，并將烘箱的溫度計調整到所需控制溫度（105±3°C），然后關閉分源升溫開關；將試樣放入烘箱時校正質量并以此為準，待烘箱內溫度升至規定溫度時記錄時間，烘至1h后開始稱量，以后每隔10min稱量一次，烘至恒重，將后一次稱重的質量記為烘后質量，稱量應關閉電源后約30s進行，每次稱量8個試樣不應超過5min。

式中，m為織物烘前重量，為織物烘后重量。

1.4.3液態水分測試

1.4.3.1 表面接觸角測試

采用德國Data physics公司OCA40Micro型號視頻接觸角測量儀進行測試。在20°C，65%的條件下測試，滴加的水量2μL，滴加速度1μL/s，接觸后10s內完成靜態接觸角的測試，平均偏差不超過±2°，重復10次，取平均值。

1.4.3.2 織物表面擴散時間測試

面料裁取5塊試樣，每塊試驗尺寸10cm×10cm，試樣平整無褶皺。將試樣放入大氣中調濕平衡。用滴管將0.2mL的水輕輕滴在試樣上，滴管口距離試樣應不超過10cm。記錄水滴接觸試樣表現至完全擴散所需時間，精確至0.1s。如果水滴擴散較慢，300s停止。

1.4.3.3 芯吸高度測試

面料裁取6塊試樣，3塊經線方向，3塊緯線方向。每塊試驗尺寸30mm×300mm，試樣平整無褶皺。將試樣放入大氣中調濕平衡。在試樣下端8～10mm處裝上適當質量的張力夾，使試樣保持垂直；使試樣靠近并平行于標尺，下端位于零位以下15mm±2mm處；使液面位于標尺的零位，此時記時開始。測30min芯吸高度的最大值和最小值。計數平均值，精確到小數點后一位。

1.4.4抗靜電測試

先將測試樣品洗滌5次，洗滌后的樣品在50℃預烘0.5h，并在20±2℃，相對濕度35%±5%環境下調濕平衡，再隨機裁取6塊試樣（經向3塊，緯向3塊），尺寸為250mm×400mm，將長向一端縫制為套狀，未被縫部分長度為270mm，再將絕緣棒插入縫好的套內，放置于墊板上。雙手持纏有標準布的摩擦棒兩端，約1s摩擦一次試樣，連續5次，然后握住絕緣棒的一端，使棒與墊板保持平行地由墊板上揭離，并在1s內迅速投入法拉第筒，讀取靜電壓。每塊試樣進行三次測試，每次測試后應消電，直至確認試樣不帶電時再進行下一次測試。讀取的靜電電壓值，可根據下式計算電荷面密度：

== ()/

式中，其中為電荷面密度，μC/m2；為電荷量測定值，μ C；為法拉第系統總電容量，F；為電壓值，V；為試樣摩擦面積，m2。

2 結果與討論

2.1 纖維的力學性能

對于改性的聚酯纖維在賦予功能化的同時，其力學性能要滿足后道的織造要求。常規滌綸與仿棉滌綸力學性能測試結果見表2。仿棉滌綸力學強度較常規的滌綸相比，由2.51cN·dtex-1下降到2.17cN·dtex-1，斷裂伸長增加。這主要是由于仿棉滌綸中引入的親水母粒與熔體具有良好的相容性，主要分布在纖維的無定形區域，無定性區域的增加導致了其力學性能發生了相應的變化，通過控制母粒的添加量保證纖維的力學性能滿足后道的織造要求。

表2 纖維力學性能測試

2.2 織物的氣態吸濕性

將織物的親水性分為對氣態水分的吸濕與對液態水分的吸收，這不僅與織物對不同水分吸濕機理存在差異，所吸附的不同水分在人體舒適性中起到的作用也不是完全相同的。其吸附大小一般用回潮率進行表征。對于織物的氣態吸濕而言，其更多地體現人體在靜態狀態下對水分的吸附，常規滌綸織物在標準環境下（溫度20℃、相對濕度為65%）的回潮率僅為0.45%，遠低于天然纖維所制備的織物（如棉等）。利用在線添加母粒制備的仿棉滌綸織物回潮率測試如圖1所示，仿棉滌綸織物與常規滌綸織物在相對濕度0～90%下回潮率測試結果。顯然，仿棉滌綸織物氣態水分的吸濕性高于常規滌綸織物，在65%相對濕度下，仿棉滌淪織物的氣態吸濕性為1.3%，遠高于常規滌綸的0.45%，提高了人體穿著舒適性。

圖1 常規滌綸織物與仿棉滌綸織物氣態吸濕性隨相對濕度大小變化

2.3 織物的液態親水性

織物的表面接觸角大小可以反映織物的表面潤濕性，如圖2所示，將仿棉滌綸織物與常規滌綸織物進行表面接觸角測試。顯然，仿棉滌綸織物具有良好的潤濕性，水滴0.2s后接觸角為0°，而常規滌綸織物表面接觸角為95°，0.2s后基本無變化，說明常規滌綸織物的潤濕性較差。

圖2 常規滌綸與仿棉滌綸織物表面接觸角測試

(a)～(c)為仿棉滌綸織物水滴時間分別為0、0.1、0.2s的接觸角，(d)～(f)為常規滌綸織物水滴時間分別為0、0.1、0.2s的接觸角。

從織物對水滴潤濕的實物圖片（見圖3）可以看出，水滴在仿棉聚酯織物上迅速擴散，比常規聚酯織物有明顯改善。說明仿棉共聚酯織物對水的潤濕已由傳統的疏水性變成親水性。

(a)、(b)為常規滌綸織物水滴0.8s與2.0s擴散，(c)、(d)為仿綿滌綸織物水滴0.8s與2.0s擴散。

表3為仿棉織物芯吸高度的測試值，從表3得到仿棉織物芯吸高度的平均值為16.1cm，與常規的聚酯織物相比，仿棉共聚酯的液相吸濕速率和吸濕量都有了明顯改善。這是由于織物的材料本身是由多組分共聚得到，母粒組分的引入使得聚酯分子鏈增加了無定型區域與極性官能團，進而改變了共聚酯織物的吸濕性。

表3 仿棉織物芯吸高度的測試值

2.4 織物的抗靜電性

常規的滌綸織物由于聚酯分子鏈排列規整，結晶度高、缺乏極性親水基團，導致其電荷在表面大量積聚無法逸散，靜電現象嚴重，嚴重影響了穿著的舒適性。本研究在對仿棉滌綸織物的親水性評價的基礎上進一步對織物的抗靜電性進行了測試。按照GB/T12703.2-2009測試方法，對制備的仿棉滌綸織物與常規滌綸織物的抗靜電性進行了測試，結果如表4所示。一般認為，織物的摩擦電荷面密度小于7μC/m2就具有抗靜電性能。從表4可以看出，常規POY的平均電荷面密度為7.356μC/m2，而經過改性的仿棉長絲的平均電荷面密度為0.505μC/m2，其電荷面密度大大下降，達到理想的抗靜電效果，這充分顯示出織物具有很好的抗靜電性能。

表4 織物的抗靜電測試 單位：μC·m-2

3 結論

利用在線添加的方式在聚酯熔體中引入高親水母粒進行共混熔融紡絲成型，纖維再經織造了仿棉滌綸織物。高親水母粒中主要為柔性大分子鏈及無機納米粉體，所制得的織物具有良好的氣態水分吸濕性與液態水分吸水性，對于改善人體在靜態與動態的水分調控具有明顯的改善作用。在親水性評價基礎上進一步對仿棉織物的抗靜電性進行了測試評價，結果表明，仿棉滌綸織物具有良好的抗靜電效果和耐洗性。

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