6.0 dtex毛皮用滌綸中空纖維產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝探討

沈 欣,姚 翔，陳 培，滕官洋

(中國石化儀征化纖有限責(zé)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(lǐng)域備受關(guān)注。人造毛皮具有動(dòng)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(yǎng)，符合很多消費(fèi)者的消費(fèi)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(qiáng)度不勻率愈小，毛皮加工進(jìn)程順利，毛皮耐磨性越好。使用不同長度的纖維進(jìn)行混紡，可實(shí)現(xiàn)毛皮絨毛的豐滿度[2]。毛皮在生產(chǎn)過程中，為了達(dá)到與天然毛皮的視覺感，通常會(huì)對其進(jìn)行染色，毛皮纖維的疵點(diǎn)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(shí)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(jìn)公司成熟的6.67dtex中空工藝技術(shù)，將纖度變細(xì)，提高纖維回彈性，另外賦予纖維不等長的規(guī)格，提高產(chǎn)品附加值的同時(shí)，使其能夠更好應(yīng)用于人造毛皮領(lǐng)域。

1 試 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)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(yàn)設(shè)備和分析測試儀器

試驗(yàn)設(shè)備：2萬噸/年HV452紡絲裝置、改進(jìn)的LHV902后處理聯(lián)合機(jī)和松弛定型機(jī)，日東洋紡本。

分析測試儀器：纖維強(qiáng)伸度儀，XQ-1B型，東華大學(xué)；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(tài)混合器→紡絲箱體→計(jì)量泵→噴絲組件→環(huán)吹冷卻筒→卷繞上油→落桶→導(dǎo)絲集束→油劑浴槽→第一牽伸機(jī)→牽伸浴槽→第二牽伸機(jī)→蒸汽加熱箱→第三牽伸機(jī)→緊張熱定型機(jī)→疊絲機(jī)→蒸汽預(yù)熱箱→卷曲機(jī)→冷卻輸送機(jī)→曳引機(jī)→切斷機(jī)→松弛定型機(jī)→打包機(jī)。

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(qiáng)伸儀上，按照60 mm/min的拉伸速度進(jìn)行拉伸，讀取拉伸應(yīng)力為屈服應(yīng)力1.5倍時(shí)的數(shù)值。

1.4.2 原絲線密度

將浸濕長絲條一端固定，另一端預(yù)加張力30 s后，取1 m長絲束進(jìn)行烘干冷卻后稱其質(zhì)量，根據(jù)下面的公式計(jì)算原絲線密度：

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

1.4.3 成品線密度

在標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)量和根數(shù)，并根據(jù)下面的公式計(jì)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(shù)；G為中段纖維重量，mg。

1.4.4 疵點(diǎn)

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

式中Q為疵點(diǎn)含量，mg/100 g；m1為疵點(diǎn)質(zhì)量，mg；m為試樣質(zhì)量，g。

1.4.5 膨松性能及壓縮彈性測定

用梳棉機(jī)將隨機(jī)取的25 g左右試樣進(jìn)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(fù)荷壓塊在試樣上，1 min后測試樣塊高度h1；繼續(xù)加500 g重負(fù)荷壓塊在試樣上，1 min后測試樣塊高度h2；去除所有負(fù)荷，靜置3 min后，再加壓60 g輕負(fù)荷，1 min后測試樣塊高度h3。按下式計(jì)算膨松特性：

式中V1為輕負(fù)載下纖維的膨松度，cm3/g；h1為輕負(fù)載下試樣塊的高度，cm；V2為重負(fù)載下纖維的膨松度，cm3/g；h2為重負(fù)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(fù)率，%。

“我們一連是兵的種，是將的魂，好樣的！”馬國平順著隊(duì)列，一一拍打著站出來的戰(zhàn)士，“我們這次要采用強(qiáng)攻，冒著槍林彈雨向躲在寺廟的日軍發(fā)動(dòng)最后的沖擊，打垮他們，你們敢嗎？”

1.4.6 滑爽性能

經(jīng)過梳棉機(jī)梳理的試樣與滑爽級數(shù)為4.0級的標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行手摸比較，若手感與標(biāo)樣一樣則滑爽性定為4.0級，若比標(biāo)樣差，則根據(jù)實(shí)際手感，以0.5級依次遞減進(jìn)行定級。

2 結(jié)果與討論

2.1 紡絲工藝優(yōu)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(xì)會(huì)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(jìn)產(chǎn)品名義纖度為6.0 dtex，利用原有噴絲板通過降低負(fù)荷16.7%進(jìn)行試驗(yàn)。

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(shù)，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(fù)荷下的噴絲頭拉伸比。

表1 不同負(fù)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(fù)荷16.7%后，噴絲頭拉伸比會(huì)有一定提高。噴絲頭拉伸比增加，初生纖維的結(jié)晶度和晶區(qū)取向度均增大，纖維斷裂強(qiáng)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(yīng)減小，因此需要進(jìn)一步優(yōu)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(fēng)速對原絲指標(biāo)的影響

從表2中可以看出，原絲的截面破裂絲個(gè)數(shù)隨環(huán)吹風(fēng)速不斷降低而減少，表面環(huán)吹冷卻速度比較合適，出口膨大效應(yīng)比較適中。環(huán)吹風(fēng)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(huán)吹風(fēng)速不斷降低而降低，表明原絲的表面均勻性提高。當(dāng)風(fēng)速控制在2.8～3.0 m/s時(shí)，原絲的牽伸性能較好。

2.3 紡絲溫度的選擇

將風(fēng)速在2.8～3.0 m/s下生產(chǎn)的原絲進(jìn)行后紡牽伸，牽伸運(yùn)行情況如表3所示。

表3 不同牽伸總倍率下運(yùn)行情況

由表3已知風(fēng)速2.8～3.0 m/s時(shí)，后牽伸時(shí)需降低拉伸倍數(shù)，才能滿足毛皮纖維低疵點(diǎn)的要求，降低牽伸倍率會(huì)影響纖維目標(biāo)性能，因此還需進(jìn)一步提高原絲的拉伸性能[6]。

根據(jù)EYS1.5的經(jīng)驗(yàn)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(huán)吹風(fēng)溫度，℃；IVf為原絲特性黏度，dL/g；Vsp為紡速，m/min；Tp為計(jì)量泵出口溫度，℃；LNZ為冷卻風(fēng)吹出口距離噴絲板面的高度，mm；VQC為環(huán)吹風(fēng)速，m/s。

調(diào)整熔體黏度會(huì)對同一聚合單元的其他生產(chǎn)線造成影響，所以將熔體黏度控制在0.680 dL/g左右。吹風(fēng)口頂部離噴絲板越遠(yuǎn)，原絲的斷面不勻率越大，但隨著冷卻吹風(fēng)區(qū)離噴絲板距離減小，板面溫度會(huì)下降，阻礙紡絲的順利進(jìn)行，所以本研究的冷卻吹風(fēng)區(qū)距離還是沿用6.67 dtex中空的參數(shù)。

計(jì)量泵出口熔體溫度和原絲EYS1.5呈正相關(guān)，查閱相關(guān)文獻(xiàn)可知，特性黏度為0.620～0.680 dL/g時(shí)，紡絲溫度一般控制在284～290 ℃為好[7]。紡絲溫度的調(diào)整試驗(yàn)情況見表4。

表4 不同紡絲溫度下的EYS1.5及運(yùn)行情況

表4中紡絲溫度和EYS1.5呈正相關(guān)的關(guān)系，這主要是因?yàn)榧徑z溫度越高，熔體黏度減小，高分子的流動(dòng)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(dāng)溫度升高至289 ℃時(shí)，前紡漿塊會(huì)增多，因此將紡絲溫度確定為285～287 ℃，前紡運(yùn)行良好，且原絲EYS1.5提高，原絲可牽伸性能進(jìn)一步改善，后紡可維持2.960 4總倍率進(jìn)行牽伸。

2.4 牽伸倍率的分配

通過適當(dāng)優(yōu)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(shè)定牽伸機(jī)不同的速比來控制，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)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(yùn)行拉伸，試驗(yàn)結(jié)果如表5。

表5 不同拉伸倍率分配對纖維指標(biāo)的影響

由表5可知，一段倍率過高，纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷會(huì)增多，性能也會(huì)變差，斷絲和毛絲含量會(huì)增加，疵點(diǎn)隨之提高。反之則未能達(dá)到纖維拉伸點(diǎn)，未拉伸絲被帶入第三牽伸機(jī)，易造成三牽的纏輥。試驗(yàn)結(jié)果表明總倍率保持一致，適當(dāng)提高二段倍率，降低一段倍率，可得到疵點(diǎn)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(guī)定負(fù)荷后體積的恢復(fù)能力。纖維彈性好，彈性回復(fù)能力大，賦予毛皮尺寸穩(wěn)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(tài)，使彈性能夠通過纖維與纖維的相互作用傳遞給整個(gè)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(fù)率如表6。

表6 后紡生產(chǎn)運(yùn)行情況和成品回彈指標(biāo)

由表6可知，6.0 dtex成品的壓縮彈性回復(fù)率和6.67 dtex成品相比，仍有差距，為了滿足用戶對產(chǎn)品高回彈性能的需求，本研究在中空卷曲機(jī)上添加背壓薄膜氣缸，以增加纖維的機(jī)械卷曲，通過松弛熱定型將這種兼具常規(guī)三維化學(xué)卷曲和二維機(jī)械卷曲的形態(tài)固定下來，從而進(jìn)一步提高回彈性能。另外二維機(jī)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(huì)影響后紡運(yùn)行，所以背壓選擇0.1 MPa既保證纖維的高回彈又能夠穩(wěn)定生產(chǎn)。另外與常規(guī)三維化學(xué)卷曲形態(tài)的纖維相比，改進(jìn)后的產(chǎn)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(yōu)雅的飄逸感，從各個(gè)方向上揉動(dòng)絨面后，只要輕輕地順毛方向一捋，就能立即恢復(fù)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(chǔ)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(jī)油輪轉(zhuǎn)速不斷提高，上曲量不斷增加，成品纖維的滑爽性能越好，當(dāng)疊絲機(jī)油輪轉(zhuǎn)速在20～23 r/min時(shí)，成品纖維滑爽性能可以達(dá)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(shí)，長短不同的纖維交錯(cuò)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(chǎn)品能夠更加接近于天然毛皮的效果。本研究設(shè)計(jì)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(shí)，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(dòng)物毛皮的“剛毛”和“絨毛”[9]，因此紡織產(chǎn)品更近似有天然毛皮的視覺效果。

3 結(jié) 論

通過優(yōu)化紡絲、冷卻、牽伸和卷曲等工藝條件，在現(xiàn)有噴絲板和前后紡設(shè)備基礎(chǔ)上，可順利生產(chǎn)出6.0 dtex高品質(zhì)毛皮用滌綸中空纖維，且產(chǎn)品纖度指標(biāo)、回彈性能和疵點(diǎn)含量滿足用戶需求。

a) 紡速不變的前提下，適當(dāng)降低16.7%負(fù)荷可得到較細(xì)纖度的成品絲，達(dá)到改善纖維手感的目的，但原絲牽伸性能會(huì)有所下降。

b) 環(huán)吹溫度控制在18～24 ℃，吹風(fēng)風(fēng)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(biāo)的影響，合理分配牽伸倍率，適當(dāng)提高二段倍率后紡運(yùn)行良好，成品滿足毛皮產(chǎn)品低疵點(diǎn)和高膨松性的要求。

d) 在現(xiàn)卷曲機(jī)上增加背壓薄膜氣缸，背壓選擇0.1 MPa，通過機(jī)械卷曲，使纖維兼具三維和二維的卷曲形態(tài)，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(chǔ)上，相同松弛溫度下適當(dāng)提高二油上油量。當(dāng)疊絲機(jī)油輪轉(zhuǎn)速在20～23 r/min時(shí)，成品纖維滑爽性能可以達(dá)到6.67 dtex有硅中空纖維的水平。

f) 設(shè)計(jì)不等長刀盤，賦予纖維兩種規(guī)格的長度，長短不同的纖維交錯(cuò)排列，可保證人造毛皮產(chǎn)品更接近于天然毛皮的形態(tài)。