親膚防護用功能性錦綸超細纖維的研發(fā)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(nèi)層材料不能像民用內(nèi)衣一樣經(jīng)常換洗，更不能根據(jù)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(zhàn)場環(huán)境和復雜的工作環(huán)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(huán)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(yōu)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(zhì)親膚、抗菌、防螨、抗紫外線、抗老化等功能和特點，可用于內(nèi)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(chǎn)品附加值，錦綸超細纖維受到了越來越多的關注。

常規(guī)的錦綸纖維一般通過熔融紡絲技術生產(chǎn)，利用高速紡絲機生產(chǎn)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(chǎn)原料、設備、工藝密切相關，錦綸超細纖維的生產(chǎn)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(fā)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(yōu)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(chǎn)，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(chǎn)，型號F6258，質(zhì)量分數(shù)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(chǎn)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(cè)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(wǎng)、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(zhì)量，且滿卷率達到94.8%，與常規(guī)旦數(shù)品種相當。開發(fā)低溫紡絲高品質(zhì)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(nèi)應力，實現(xiàn)錦綸超細纖維的高張力卷取，提高了卷重和生產(chǎn)效率；研發(fā)了DY-ET有機硅復配體系及低表面能上油工藝技術，實現(xiàn)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(xiàn)

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(chǎn)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(yōu)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(jié)構(gòu)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(xiàn)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(nèi)部，提高了錦綸纖維制品的抗紫外及抗菌性能，實現(xiàn)了功能性錦綸纖維的制備。無機雜化技術實現(xiàn)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(fā)生形變，且質(zhì)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(huán)境進行熱交換的空間，不易產(chǎn)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(fā)凝聚態(tài)的水分，在此過程中會發(fā)生熱傳遞，可以促進蒸發(fā)。

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(jié)構(gòu)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(xiàn)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(qū)動納米粒子的光觸媒效應，產(chǎn)生超氧陰離子自由基和活性氫氧自由基，實現(xiàn)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(xiàn)納米復合無機粒子的抗紫外和抗菌的多種協(xié)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(zhì)量和數(shù)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(zhì)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(nèi)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(chǎn)企業(yè)對功能性錦綸超細纖維的重視程度不斷提升，紛紛開發(fā)細旦錦綸纖維，并加強產(chǎn)品的市場推廣，國內(nèi)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(chǎn)品市場占比仍然較低，其優(yōu)異性能尚未被國內(nèi)大多服裝、家紡、工業(yè)紡織品等生產(chǎn)企業(yè)所意識到。國內(nèi)錦綸行業(yè)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(yè)對功能性錦綸超細纖維產(chǎn)品的認知程度，擴大產(chǎn)品需求。

4 結(jié)語

（1）利用錦綸切片經(jīng)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(xiàn)錦綸超細纖維的功能化。

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