原液著色黑色滌綸纖維黑度影響因素研究

嚴(yán) 巖，潘曉娣，薛 斌

(1. 中國石化儀征化纖有限責(zé)任公司，江蘇儀征 211900； 2. 江蘇省高性能纖維重點實驗室，江蘇儀征 211900)

滌綸纖維著色技術(shù)有常規(guī)成纖著色和紡前原液著色兩種，常規(guī)成纖著色包括高溫高壓染色、熱熔染色、載體染色、偶氮染料染色和改性染色法。紡前原液著色，即在制備纖維時添加顏料或染料，從而直接得到有色纖維。該方法將顏料或染料分散在纖維內(nèi)部，具有色牢度高、顏色均勻、工藝簡單的優(yōu)點[1-2]。原液著色技術(shù)縮減了印染設(shè)備和多道纖維或織物的染色工藝，減少了原材料的消耗和印染污水排放，從而節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境。目前，大多數(shù)原液著色纖維生產(chǎn)技術(shù)采用母粒紡前著色方式，將色母粒熔融后在線添加到常規(guī)熔體中進(jìn)行混合，然后擠出紡絲。黑色聚酯纖維是產(chǎn)量和用量最大的有色滌綸，廣泛應(yīng)用于服裝面料、家紡面料、遮光窗簾和汽車內(nèi)飾等領(lǐng)域[3-4]。

原液著色黑色聚酯纖維通過添加炭黑制備黑色纖維，但是受炭黑染色深度以及滌綸本身較高折光率的影響[6]，要得到與印染相當(dāng)?shù)暮谏纫约疤睾谏容^困難。原液著色聚酯纖維加工生產(chǎn)的黑色織物光澤暗淡、不鮮艷，目前對原液著色黑色纖維的顏色與纖維結(jié)構(gòu)性能之間關(guān)系等方面的研究較少，因此研究原液著色黑色聚酯纖維顯深色原理和提高其黑度具有理論和實踐意義。

本文使用特定炭黑母粒，研究原液著色黑色聚酯纖維顯深色性和黑度的影響因素，以控制工業(yè)化生產(chǎn)中黑色聚酯纖維的產(chǎn)品黑度，提高原液著色黑色滌綸纖維產(chǎn)品品質(zhì)。

1 試 驗

1.1 原料

本實驗所用原料如表1所示。

表1 試驗原料

1.2 儀器設(shè)備

所用儀器設(shè)備如表2所示。

表2 試驗儀器設(shè)備

1.3 試驗過程

1.3.1 切片和母粒干燥

將PET切片和一定比例的黑色母粒進(jìn)行充分混合干燥。PET切片及黑色母粒的干燥條件為：常溫下3 h升溫至110 ℃，保溫2 h；1 h升溫至170 ℃，保溫9 h；4 h降溫至60 ℃，充氮保護(hù)。

1.3.2 紡絲

進(jìn)料螺桿和熔體管道溫度287 ℃，紡絲箱體溫度為287 ℃。紡絲組件為144孔，噴絲孔孔徑和長度為0.25 mm×0.50 mm；紡絲速度為1 200 m/min。

1.3.3 牽伸

牽伸水浴槽(DB槽)：56 ℃；二牽蒸汽熱箱：100 ℃；三牽六輥溫度：130～190 ℃；緊張熱定型溫度：190 ℃；SE松弛鏈板溫度：60 ℃/70 ℃/70 ℃。

1.3.4 測試

稱取2 g短纖維，進(jìn)行開松梳理，裝入纖維夾中。使用Datacolor 850分光測色儀，光源采用D65光源，測試紡制的黑色短纖維的L、a、b值。明度L表示物體表面明亮程度的一種屬性，L值的范圍從0到100變化，表明顏色的灰度由黑到白的變化。在非彩色系列中，白色的明度L值最高，黑色的明度L值最低[5]。

2 結(jié)果與討論

2.1 顯色原理

光線照射到物體上以后，會產(chǎn)生吸收、反射、透射等現(xiàn)象。不同物體選擇性地吸收、反射、透射色光。物體吸收了照射它的可見光的大部分，然后把特定波長的光反射或透射出來，這些反射和透射出來的更加單一波長的光被我們的眼睛感應(yīng)到，然后把信息傳遞給大腦，產(chǎn)生的一種對光的視覺效應(yīng)，就形成了色彩的感受和概念。

如果一個物體幾乎能反射陽光中的所有色光，那么該物體就是白色的。反之，如果一個物體幾乎能吸收陽光中的所有色光，那么該物體就呈黑色。

如圖1所示，光線經(jīng)過黑色聚酯纖維，外表面形成，鏡面反射光是入射光的顏色，影響纖維黑度，纖維內(nèi)部反射光和透射光經(jīng)過纖維內(nèi)部炭黑粒子吸收，顯示出纖維黑色。所以降低人眼觀察到的纖維表面反射光、增大內(nèi)部反射光和透射光的量或使纖維內(nèi)部吸收更多的光線，可以提高纖維黑度。

圖1 黑色纖維光線軌跡示意圖

2.2 炭黑含量對纖維黑度的影響

添加不同比例的黑色母粒，紡制不同炭黑含量的1.33 dtex滌綸纖維。不同炭黑含量的短纖維表面電鏡照片如圖2所示。短纖維采用分光測色儀測試顏色數(shù)據(jù)見表3。

表3 不同炭黑含量纖維顏色測試

人眼觀察纖維顏色包括纖維表面反射光和纖維內(nèi)部射出的光線。纖維的表面反射光波長等于入射光波長，所以纖維的表面反射光一般為自然界的白光，不顯示顏色。而由纖維內(nèi)部射出的光線被纖維中的物質(zhì)選擇吸收過，會顯示纖維的顏色[7]。

從圖1看出，炭黑顆粒比較均勻分散在纖維中，炭黑含量高，纖維表面炭黑分布明顯變多。從表3中測試數(shù)據(jù)來看，纖維中炭黑含量越高，L值越低，說明纖維顏色越黑。纖維a、b值基本沒變化，說明炭黑添加對纖維a、b值幾乎沒有影響。當(dāng)纖維中炭黑含量超過2%時，增加炭黑含量，L值下降較少，說明繼續(xù)增加炭黑含量對纖維黑度提升效果不明顯。因為纖維中炭黑含量高，纖維內(nèi)部射出的各波長的光線均被炭黑吸收，表現(xiàn)為黑色。

顏料的顆粒尺寸越小，同樣濃度的顏料著色深度越大。炭黑顆粒一般由尺寸為幾納米的炭黑顆粒呈葡萄狀聚集而成，但紡絲過程中，炭黑在熔體中會出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，影響著色效果。另外，含有團(tuán)聚炭黑的聚酯熔體經(jīng)過組件過濾網(wǎng)和過濾砂時，有炭黑粉體殘留造成組件壓力上升快，使組件使用周期縮短，所以避免炭黑團(tuán)聚，使炭黑均勻分散十分重要。炭黑含量越高，大尺寸聚集粒子越多，炭黑添加量應(yīng)控制在2%～2.5 %為宜。

2.3 纖維粗細(xì)對纖維黑度的影響

添加黑色母粒，紡制不同纖度的2%炭黑含量滌綸短纖維。不同纖度的短纖維采用分光測色儀測試數(shù)據(jù)見表4。

表4 不同纖度纖維顏色測試

從表4可以看出，纖維纖度越大，纖維顏色越黑。線密度越大，即纖維越粗，纖維比表面積越小，纖維表面反射的白光越少，白光會影響纖維的黑色度，使纖維光澤不夠深純，帶有灰白色特征。同時隨著纖維直徑增大，經(jīng)纖維內(nèi)部反射出的光線經(jīng)過更長的路徑，被炭黑吸收，亮度減弱，黑色度增加。纖維粗細(xì)對纖維a、b值沒有影響。

2.4 纖維截面形狀對纖維黑度的影響

添加黑色母粒，紡制不同截面形狀的2%炭黑含量滌綸短纖維。不同截面短纖維示意圖如圖3所示，采用分光測色儀測試數(shù)據(jù)見表5。

圖3 三角形、扁平形、圓形短纖維截面形狀示意圖

表5 不同截面形狀纖維顏色測試

由表5可以看出三角形纖維亮度最小，黑度最高。因為三角形纖維絲束每根纖維之間的間空隙大，光線穿過三角形纖維以及在空隙處反射、折射，所以光線經(jīng)過纖維的平均光程大于圓形和扁平型纖維，光線被炭黑吸收概率更大，纖維表現(xiàn)出更黑的顏色。纖維截面形狀對纖維a、b值沒有影響。

2.5 二氧化鈦含量對纖維黑度的影響

采用大有光聚酯和半消光聚酯進(jìn)行調(diào)配，紡制不同的TiO2含量的黑色纖維，纖維中炭黑添加含量2%，利用測色儀進(jìn)行測色，測試數(shù)據(jù)見表6。

表6 不同TiO2添加量纖維顏色測試

從表6可以看出，隨著纖維中TiO2含量的增加，纖維L值變化不大，說明TiO2含量對纖維黑度幾乎沒有影響。二氧化鈦作為滌綸消光劑使用，添加二氧化鈦后，光線向各方向漫反射，使纖維光澤變暗，由于黑色纖維中含有大量炭黑粒子，內(nèi)部光線被吸收，消光劑對其光澤影響很小。

2.6 卷曲度對纖維黑度的影響

添加黑色母粒紡制纖維，后紡牽伸過程中調(diào)節(jié)卷曲機(jī)壓力，制備不同卷曲度的滌綸短纖維。不同卷曲度的短纖維和卷曲前纖維采用分光測色儀測試數(shù)據(jù)見表7。

表7 不同卷曲度纖維顏色測試

纖維卷曲度越小，纖維黑度越高。纖維卷曲度增大，相鄰纖維間接觸面積減少，表面反射光增多，光線在纖維內(nèi)部有效光程減小，被炭黑吸收的光線減少，表面反射光比例提高著色纖維的亮度，使黑度降低。為了提高纖維黑度，可適當(dāng)降低纖維卷曲度。纖維卷曲度對纖維a、b值沒有影響。

3 結(jié) 論

a) 纖維中炭黑含量越高，纖維顏色越黑。當(dāng)纖維中炭黑含量超過2%時，繼續(xù)增加炭黑含量對纖維黑度提升效果不明顯。相同炭黑含量下，三角形截面比圓形截面纖維的黑度更高。

b) TiO2含量在0～1%范圍中，TiO2含量對纖維黑度沒有明顯的影響。纖維纖度在1.00～2.22 dtex范圍，纖維纖度越大，纖維卷曲度越小，纖維黑度越高。