6.0 dtex毛皮用滌綸中空纖維產品的生產工藝探討

沈 欣,姚 翔，陳 培，滕官洋

(中國石化儀征化纖有限責任公司，江蘇儀征 211900)

三維卷曲中空滌綸纖維具有蓬松性能好、回彈性高，有類似于天然毛皮的卷曲波峰，目前在人造毛皮領域備受關注。人造毛皮具有動物毛皮的外觀，材料面寬幅度大，便于染色與縫制，加工簡便，易于保養，符合很多消費者的消費喜好，具有較為廣闊的市場前景[1]。

纖維纖度影響毛皮的成氈性和手感。卷曲能提高纖維的覆蓋，可一定程度上改善皮毛的保暖性和表面光澤度。纖維回彈性能越好，纖維的強度不勻率愈小，毛皮加工進程順利，毛皮耐磨性越好。使用不同長度的纖維進行混紡，可實現毛皮絨毛的豐滿度[2]。毛皮在生產過程中，為了達到與天然毛皮的視覺感，通常會對其進行染色，毛皮纖維的疵點含量對染色的效果有著較為重要的影響[2]。

6.67 dtex中空滌綸短纖維常用于填充材料和人造毛皮材料，但在混紡時三維卷曲中空存在纖維偏粗的不足，與條紡相比，紡造難度增加。本研究通過改進公司成熟的6.67dtex中空工藝技術，將纖度變細，提高纖維回彈性，另外賦予纖維不等長的規格，提高產品附加值的同時，使其能夠更好應用于人造毛皮領域。

1 試 驗

1.1 試驗原料

熔體：儀化聚酯一單元R05.1熔體，其熔體特性黏度為(0.678±0.010)dL/g。

油劑：紡絲油劑(一油)YCD-1065，紡紗油劑(二油)HC152A/152B。

1.2 試驗設備和分析測試儀器

試驗設備：2萬噸/年HV452紡絲裝置、改進的LHV902后處理聯合機和松弛定型機，日東洋紡本。

分析測試儀器：纖維強伸度儀，XQ-1B型，東華大學；顯微鏡，YS100型，日本尼康公司；壓縮彈性儀，E2型，日本Nakayama Electric公司。

1.3 工藝流程

熔體紡中空短纖維的主要流程如下：

熔體輸送→增壓泵→熔體過濾器→靜態混合器→紡絲箱體→計量泵→噴絲組件→環吹冷卻筒→卷繞上油→落桶→導絲集束→油劑浴槽→第一牽伸機→牽伸浴槽→第二牽伸機→蒸汽加熱箱→第三牽伸機→緊張熱定型機→疊絲機→蒸汽預熱箱→卷曲機→冷卻輸送機→曳引機→切斷機→松弛定型機→打包機。

1.4 測試儀器及方法

1.4.1 倍半伸長率(EYS1.5)

加持20 mm長的纖維，在纖維強伸儀上，按照60 mm/min的拉伸速度進行拉伸，讀取拉伸應力為屈服應力1.5倍時的數值。

1.4.2 原絲線密度

將浸濕長絲條一端固定，另一端預加張力30 s后，取1 m長絲束進行烘干冷卻后稱其質量，根據下面的公式計算原絲線密度：

式中D為單纖維密度，dtex；W為干絲束的質量，g；H為噴絲板孔數；P為紡絲部位數；L為絲束長度，m。

1.4.3 成品線密度

在標準大氣條件下，從伸直的纖維束上切取中段纖維，測定該中段纖維束的質量和根數，并根據下面的公式計算成品線密度：

式中F為成品線密度，dtex；L為中段纖維長度，mm；n為纖維根數；G為中段纖維重量，mg。

1.4.4 疵點

用人工手揀的方法，將試樣逐一扯松挑出疵點，然后在天平上稱量，精確到0.1 mg，并根據下面的公式計算疵點含量：

式中Q為疵點含量，mg/100 g；m1為疵點質量，mg；m為試樣質量，g。

1.4.5 膨松性能及壓縮彈性測定

用梳棉機將隨機取的25 g左右試樣進行梳理，按著樣板形狀剪成厚度均勻的4塊100 cm2正方形中空棉塊。靜置10 min后，加60 g輕負荷壓塊在試樣上，1 min后測試樣塊高度h1；繼續加500 g重負荷壓塊在試樣上，1 min后測試樣塊高度h2；去除所有負荷，靜置3 min后，再加壓60 g輕負荷，1 min后測試樣塊高度h3。按下式計算膨松特性：

式中V1為輕負載下纖維的膨松度，cm3/g；h1為輕負載下試樣塊的高度，cm；V2為重負載下纖維的膨松度，cm3/g；h2為重負載下試樣塊的高度，cm；S為棉塊的面積，取100 cm2；m為棉塊的重量，取25 g，E為壓縮彈性回復率，%。

“我們一連是兵的種，是將的魂，好樣的！”馬國平順著隊列，一一拍打著站出來的戰士，“我們這次要采用強攻，冒著槍林彈雨向躲在寺廟的日軍發動最后的沖擊，打垮他們，你們敢嗎？”

1.4.6 滑爽性能

經過梳棉機梳理的試樣與滑爽級數為4.0級的標準樣品進行手摸比較，若手感與標樣一樣則滑爽性定為4.0級，若比標樣差，則根據實際手感，以0.5級依次遞減進行定級。

2 結果與討論

2.1 紡絲工藝優化方向的確定

纖維纖度影響毛皮的成氈性和手感[3]，通過降低纖維的纖度，可改善原6.67 dtex中空纖維制成毛皮的手感，但是纖維過細會影響摩擦力、抱合力、纖維的撓曲度，影響毛皮成品的成氈性和回彈性。通過與用戶多次溝通，最終確定改進產品名義纖度為6.0 dtex，利用原有噴絲板通過降低負荷16.7%進行試驗。

噴絲頭拉伸比公式如下：

式中DR為噴絲頭拉伸比；V1為第一卷繞輥的速度，m/min；V2為噴絲速度，m/min；D為噴絲孔的直徑，cm；Z為噴絲板孔數，840；ρ為滌綸熔體密度，取1.18 g/cm3；Q為泵供量，g/min。

表1為不同負荷下的噴絲頭拉伸比。

表1 不同負荷下的噴絲頭拉伸比

由表1可知，其他工藝條件不變，降低負荷16.7%后，噴絲頭拉伸比會有一定提高。噴絲頭拉伸比增加，初生纖維的結晶度和晶區取向度均增大，纖維斷裂強度隨之提高。噴絲頭拉伸比過大，原絲的徑取向度增大，延伸度則相應減小，因此需要進一步優化紡絲工藝來保證原絲的牽伸性能。

2.2 冷卻工藝的選擇

表2 不同風速對原絲指標的影響

從表2中可以看出，原絲的截面破裂絲個數隨環吹風速不斷降低而減少，表面環吹冷卻速度比較合適，出口膨大效應比較適中。環吹風速不斷降低，原絲EYS1.5有逐漸提高的趨勢，即原絲的可拉伸性能提高。原絲的斷面不勻率DVC隨環吹風速不斷降低而降低，表明原絲的表面均勻性提高。當風速控制在2.8～3.0 m/s時，原絲的牽伸性能較好。

2.3 紡絲溫度的選擇

將風速在2.8～3.0 m/s下生產的原絲進行后紡牽伸，牽伸運行情況如表3所示。

表3 不同牽伸總倍率下運行情況

由表3已知風速2.8～3.0 m/s時，后牽伸時需降低拉伸倍數，才能滿足毛皮纖維低疵點的要求，降低牽伸倍率會影響纖維目標性能，因此還需進一步提高原絲的拉伸性能[6]。

根據EYS1.5的經驗公式：

EYS1.5=K-0.25(TQC-20)-500(IVf-0.6)-0.15(Vsp-1300)+1.4(Tp-287)-0.7(60-LNZ)+14(VQC-1.1)

式中TQC為環吹風溫度，℃；IVf為原絲特性黏度，dL/g；Vsp為紡速，m/min；Tp為計量泵出口溫度，℃；LNZ為冷卻風吹出口距離噴絲板面的高度，mm；VQC為環吹風速，m/s。

調整熔體黏度會對同一聚合單元的其他生產線造成影響，所以將熔體黏度控制在0.680 dL/g左右。吹風口頂部離噴絲板越遠，原絲的斷面不勻率越大，但隨著冷卻吹風區離噴絲板距離減小，板面溫度會下降，阻礙紡絲的順利進行，所以本研究的冷卻吹風區距離還是沿用6.67 dtex中空的參數。

計量泵出口熔體溫度和原絲EYS1.5呈正相關，查閱相關文獻可知，特性黏度為0.620～0.680 dL/g時，紡絲溫度一般控制在284～290 ℃為好[7]。紡絲溫度的調整試驗情況見表4。

表4 不同紡絲溫度下的EYS1.5及運行情況

表4中紡絲溫度和EYS1.5呈正相關的關系，這主要是因為紡絲溫度越高，熔體黏度減小，高分子的流動性越好，熔體紡絲過程中原絲同一截面各向異性減小，EYS1.5增大；但是當溫度升高至289 ℃時，前紡漿塊會增多，因此將紡絲溫度確定為285～287 ℃，前紡運行良好，且原絲EYS1.5提高，原絲可牽伸性能進一步改善，后紡可維持2.960 4總倍率進行牽伸。

2.4 牽伸倍率的分配

通過適當優化前紡工藝，后紡可保持原牽伸倍率，但是中空纖維后牽伸有兩段拉伸，通過設定牽伸機不同的速比來控制，實際生產時需要分配合適的兩段倍率，且確保拉伸總倍率大于自然拉伸倍率[8]。在總倍率保持不變的前提下，采用不同拉伸倍率分配對同一批原絲運行拉伸，試驗結果如表5。

表5 不同拉伸倍率分配對纖維指標的影響

由表5可知，一段倍率過高，纖維內部結構缺陷會增多，性能也會變差，斷絲和毛絲含量會增加，疵點隨之提高。反之則未能達到纖維拉伸點，未拉伸絲被帶入第三牽伸機，易造成三牽的纏輥。試驗結果表明總倍率保持一致，適當提高二段倍率，降低一段倍率，可得到疵點含量較低且膨松性能較高的成品纖維。

2.5 纖維的卷曲外觀和回彈性能的改善

回彈性是指一定量的纖維在撤除規定負荷后體積的恢復能力。纖維彈性好，彈性回復能力大，賦予毛皮尺寸穩定性好，毛皮在使用過程中很少變形，絨毛松散，毛皮成氈性小。另外由于卷曲的幾何形態，使彈性能夠通過纖維與纖維的相互作用傳遞給整個集體，增加纖維的抱合力和彈性，提高毛皮手感的柔軟性。卷曲能提高覆蓋，對人造皮毛的保暖性和表面光澤有一定改善[1]，6.67 dtex和6.0 dtex成品的壓縮彈性回復率如表6。

表6 后紡生產運行情況和成品回彈指標

由表6可知，6.0 dtex成品的壓縮彈性回復率和6.67 dtex成品相比，仍有差距，為了滿足用戶對產品高回彈性能的需求，本研究在中空卷曲機上添加背壓薄膜氣缸，以增加纖維的機械卷曲，通過松弛熱定型將這種兼具常規三維化學卷曲和二維機械卷曲的形態固定下來，從而進一步提高回彈性能。另外二維機械卷曲的加入有利于纖維后道毛紡加工的梳理和混紡效果。施加背壓后6.0 dtex 成品回彈性能顯著提高，但外加的背壓太大，纖維回彈過高影響打包，減小包重又會影響后紡運行，所以背壓選擇0.1 MPa既保證纖維的高回彈又能夠穩定生產。另外與常規三維化學卷曲形態的纖維相比，改進后的產品回彈性能提高了17.9%左右，也比較接近6.67 dtex 回彈水平，可以滿足用戶高回彈的需求。

2.6 滑爽性能

針織人造毛皮具有天然毛皮手感柔軟滑爽、輕散自如以及優雅的飄逸感，從各個方向上揉動絨面后，只要輕輕地順毛方向一捋，就能立即恢復原來平順的絨面[9]。在保證絲束二油上油率為0.4%～0.5%的基礎上，考察相同松弛溫度下二油上油量對纖維滑爽性能的影響，如表7所示。

表7 后紡上油情況對成品滑爽性能的影響

由表7可知，隨著疊絲機油輪轉速不斷提高，上曲量不斷增加，成品纖維的滑爽性能越好，當疊絲機油輪轉速在20～23 r/min時，成品纖維滑爽性能可以達到6.67 dtex有硅中空纖維3.5的水平。

2.7 纖維長度的選擇

紡織加工時，長短不同的纖維交錯排列，部分較長的纖維能夠突出于布面，增加了布面層次感，使得后道產品能夠更加接近于天然毛皮的效果。本研究設計了不等長刀盤，該刀盤具有76和102 mm兩種長度的刀距，成品纖維具有不等長長度，用于織物時，纖維束或毛絨紗的頭端露出于織物表面，形成絨毛狀，長短不一的絨毛，類似動物毛皮的“剛毛”和“絨毛”[9]，因此紡織產品更近似有天然毛皮的視覺效果。

3 結 論

通過優化紡絲、冷卻、牽伸和卷曲等工藝條件，在現有噴絲板和前后紡設備基礎上，可順利生產出6.0 dtex高品質毛皮用滌綸中空纖維，且產品纖度指標、回彈性能和疵點含量滿足用戶需求。

a) 紡速不變的前提下，適當降低16.7%負荷可得到較細纖度的成品絲，達到改善纖維手感的目的，但原絲牽伸性能會有所下降。

b) 環吹溫度控制在18～24 ℃，吹風風速保持2.8～3.0 m/s，提高紡絲溫度至285～287 ℃，原絲牽伸性能較好。

c) 后紡保持總牽伸倍率不變的前提下，探討了不同倍率分配對纖維指標的影響，合理分配牽伸倍率，適當提高二段倍率后紡運行良好，成品滿足毛皮產品低疵點和高膨松性的要求。

d) 在現卷曲機上增加背壓薄膜氣缸，背壓選擇0.1 MPa，通過機械卷曲，使纖維兼具三維和二維的卷曲形態，且回彈能可提高17.9%左右，也比較接近6.67 dtex的回彈水平。

e) 保證絲束二油上油率為0.4%～0.5%的基礎上，相同松弛溫度下適當提高二油上油量。當疊絲機油輪轉速在20～23 r/min時，成品纖維滑爽性能可以達到6.67 dtex有硅中空纖維的水平。

f) 設計不等長刀盤，賦予纖維兩種規格的長度，長短不同的纖維交錯排列，可保證人造毛皮產品更接近于天然毛皮的形態。