親膚防護用功能性錦綸超細纖維的研發及應用

劉 蓉，龔劍兵，張 偉，張國偉，張廣宇，孔 宇

（1.江蘇文鳳化纖集團有限公司，江蘇 南通 226600；2.南通大學，江蘇 南通 226019）

部隊作訓服、消防服及個體防護服等防護服內層材料不能像民用內衣一樣經常換洗，更不能根據需要隨時更換，因此防護用服裝應盡可能將多種功能集于一身，以適應多變的戰場環境和復雜的工作環境。材料在滿足服用舒適性的同時，需要具有抗菌防螨、抗紫外線和抗老化等性能，以緩解惡劣環境對人體的傷害。

功能性錦綸超細纖維是一種理想的防護用材料，錦綸纖維具有優于滌綸的耐磨性、吸濕性的特點[1]，能滿足使用條件的要求，具有細質親膚、抗菌、防螨、抗紫外線、抗老化等功能和特點，可用于內衣、襪子、運動服、防護服等紡織面料，具有巨大的市場潛力和較高的產品附加值，錦綸超細纖維受到了越來越多的關注。

常規的錦綸纖維一般通過熔融紡絲技術生產，利用高速紡絲機生產錦綸長絲，具有成本低、效率高的特點。纖維細度的大小與生產原料、設備、工藝密切相關，錦綸超細纖維的生產對設備和工藝都有較高要求[2]。同時，功能性納米粒子極易發生團聚，一方面易堵塞噴絲板，給紡絲帶來困難，另一方面影響纖維功能性的表達。為解決這些問題，應當從工藝和材料入手對紡絲過程進行優化。

1 原料與設備

1.1 原料

尼龍6切片：江蘇永通新材料科技有限公司生產，型號：PA6 FD（全消光），相對黏度為2.500±0.015，含水率≤6×10-4，可萃取物≤0.6%，無油絲RV為2.55±0.02；油劑：竹本油脂株式會社生產，型號F6258，質量分數為10%。

1.2 儀器與設備

儀器與設備如表1所示。

表1 紡絲卷繞機與試驗儀器

2 技術方案

2.1 工藝路線

以錦綸6切片、油劑等為原料，在超細旦FDY生產線上紡制功能性錦綸超細纖維，工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程

2.2 錦綸超細纖維的制備

紡絲溫度控制為262 ℃、側吹風溫度17 ℃、風速0.45 m/s、采用φ90雙腔組件、6層15 μ過濾網、80～120 目金屬砂，卷繞速度4 595 m/min。

采用低溫紡絲加工工藝，無油絲低聚物含量由1.5%降低至1.2%，熔體相對黏度上升幅度從0.10降至0.06以下，極大提升了熔體質量，且滿卷率達到94.8%，與常規旦數品種相當。開發低溫紡絲高品質熔體制備技術，通過設計“圓底型”和“3.8高長徑比噴絲板”，降低熔體內應力，實現錦綸超細纖維的高張力卷取，提高了卷重和生產效率；研發了DY-ET有機硅復配體系及低表面能上油工藝技術，實現超細纖維的均勻上油，保證含油率≥1.3%。

2.3 錦綸超細纖維功能性的實現

2.3.1 功能材料的選用

2.3.1.1 抗菌抗紫外功能

為了增加產品功能性，在消光切片中加入具有抗菌抗紫外雙重功能的ZYW氧化鋅（如用有光切片為原料，則添加“ZnO+TiO2”混合劑），對錦綸超細纖維進行抗菌和抗紫外功能的改性。比例為1%左右時可達到較優的抗菌和防紫外線效果。

2.3.1.2 防螨功能

由于超細纖維直徑較細，在同等克重下，超細纖維制備的織物具有更高的織物密度與緊度，通過緊密結構可以防止螨蟲的侵入，起到物理防螨的效果。

2.3.2 功能材料的添加

通過無機納米材料在線添加和分散技術，在紡絲螺桿前端添加納米ZnO、TiO2等功能納米材料，使得納米材料在纖維中均勻分布，實現錦綸超細纖維的功能性表達。

紡絲擠壓機螺桿前端加入具有抗菌、抗紫外雙重功能的ZYW氧化鋅作為“防紫外+抗菌”多功能添加劑，采用FDY高速紡在線添加、均勻分散技術，計算機自動控制裝置，再使納米材料均勻分散在纖維內部，提高了錦綸纖維制品的抗紫外及抗菌性能，實現了功能性錦綸纖維的制備。無機雜化技術實現了錦綸切片與功能納米粒子高度分散，解決了納米材料與錦綸纖維相容性差和纖維中分散不勻的問題，如圖2所示。

圖2 功能納米粒子添加示意

2.4 舒適性及功能性原理

2.4.1 舒適性

（1）超細纖維通常較為柔軟，可以隨著受力情況發生形變，且質量較輕，上身后不會有明顯的壓迫感。

（2）超細纖維比表面積較大，在相同原材料及條件下，向外熱輻射總量得到相應提升，同時較細的纖維能夠形成較大的孔隙率，提供更多有助于與外環境進行熱交換的空間，不易產生悶熱感。

（3）在芯吸效應的作用下，超細纖維能夠很好地導出及蒸發凝聚態的水分，在此過程中會發生熱傳遞，可以促進蒸發。

2.4.2 功能性

（1）由于纖維直徑較細，在同等克重下，超細纖維制備的織物具有更高的織物密度與緊度，通過緊密結構可以防止螨蟲的侵入，起到物理防螨的效果。

（2）超細錦綸纖維抗紫外、抗菌功能表達，利用氧化鋅的抗紫外反射和光觸媒能力，實現對紫外線的阻隔和織物的抗菌功能。纖維中的納米復合無機粒子能夠有效屏蔽紫外線，而部分吸收的紫外線可驅動納米粒子的光觸媒效應，產生超氧陰離子自由基和活性氫氧自由基，實現對有機污染物、細菌等催化降解清理。同時，納米氧化鋅可以緩釋鋅離子，通過接觸破壞細菌細胞膜起到殺菌作用，從而實現納米復合無機粒子的抗紫外和抗菌的多種協效作用機制。

3 應用前景

3.1 應用領域

功能性超細錦綸纖維可以廣泛應用在防護服裝上，由于作訓條件下單兵負荷的有限性，防護材料的質量和數量都受到一定的限制，要盡可能將多種功能集于一身，如抗菌、透氣、耐磨、輕質等。功能性錦綸超細纖維兼具耐磨、親膚舒適、抗菌防螨、防紫外線及抗老化性能，可以完美匹配該類防護材料的需求。

貼身衣物，如內衣、襪子等要求面料柔軟、吸濕、透氣，功能性錦綸纖維因其細度較低，相對于其他合成纖維具有更高的服用性能。

3.2 市場前景

近年來，我國錦綸生產企業對功能性錦綸超細纖維的重視程度不斷提升，紛紛開發細旦錦綸纖維，并加強產品的市場推廣，國內功能性錦綸超細纖維銷售額和銷量增長迅速。但是，高端的功能性錦綸超細纖維產品市場占比仍然較低，其優異性能尚未被國內大多服裝、家紡、工業紡織品等生產企業所意識到。國內錦綸行業應加強市場推廣力度，針對下游重點領域積極宣傳，提高下游企業對功能性錦綸超細纖維產品的認知程度，擴大產品需求。

4 結語

（1）利用錦綸切片經過熔融紡絲可紡制出錦綸超細纖維，通過功能性納米粒子在線添加和分散可實現錦綸超細纖維的功能化。

（2）功能性錦綸超細纖維具有輕質柔軟、抗菌防螨以及抗紫外功能，可應用于防護服內層材料及高端內衣、襪子、運動服，具有廣闊的市場前景。