抗菌复合超细纤维的生产技术探讨

2021-12-20郭永强李东波

山东纺织经济 2021年10期

郭永强，崔河，李东波

（山东省化学纤维研究所，山东潍坊 261036）

用复合纺丝超细纤维为原料生产的面料广泛应用于清洁布、毛巾布、桃皮绒、灯芯条等，用其制成的服装具有更优异的防水透湿和保暖效果，同时抗菌防疫形势下人们对抗菌纤维制品的需求和对产品舒适性要求也不断提高。新型抗菌涤锦复合超细纤维将抗菌母粒、PET、PA原料通过复合纺丝的工艺技术，制得具有良好抗菌持久性的抗菌涤锦复合超细纤维。作为新一代医卫使用的新材料，主要应用于抗菌除臭功能的浴巾、毛巾、床上用品、口罩等产品以及医用防护用品的开发。

1 试验原料与工艺设备

1.1 试验原料指标

恒逸 PET 切片的指标如表1所示。

表1 恒逸PET切片指标

抗菌母粒切片指标如表3所示。

表3 抗菌母粒切片指标

1.2 生产设备

干燥设备：郑州中原BM-400型。

纺丝机卷绕机：上海金玮JW-100型。

母粒干燥装置：高效除湿热空气循环式干燥系统。

母粒添加装置：质量式计量注射机JCW2-203-10-0型。

加弹机：宏源H7。

涤锦复合丝的主要生产过程如图1所示。

图1 涤锦复合丝的生产过程

力宝龙PA6切片指标如表2所示。

表2 力宝龙PA6切片指标

1.3 主要生产工艺参数

抗菌复合超细纤维生产主要工艺参数如表4所示。

表4 抗菌复合超细纤维工艺参数

2 结果与讨论

2.1 抗菌母粒的添加比例与抗菌效果检测

抗菌超细纤维母粒，采用高效银系抗菌剂、树脂载体、分散剂等多组分复配而成，既要求有良好的均匀分散性，又要求有良好的耐热稳定性，因此，多组分的配伍性极为重要。通过实验，采用二次分散的抗菌剂粒径在0.6μm以下，可纺性良好。抗菌母粒添加比例为2.5%-3.5%[1]，可获得优异的抗菌性能。抗菌涤锦复合超细纤维的性能指标见表5。

表5 抗菌涤锦复合超细纤维性能指标

2.2 抗菌母粒的干燥与添加方式

高速纺丝对切片干燥要求很高，若含水率高，影响纺丝的正常进行，造成飘丝、断头，实验中采用烘箱干燥的方式，干燥效果不稳定，最终采用特制高效除湿热空气干燥及质量式计量注射机的方式，保证了干燥效果和高速纺丝的稳定性。[2]

2.3 纺丝和熔体温度的设定

生产中采用了“米字型”和“橘瓣型”两种形式的组件，从切断截面看，涤/锦复合丝两种组分之间有明显的界面，界面处的两种组分的表层分子之间通过相互渗透粘结形成一定的结合力，并且使两种组分在纺丝过程中能够粘结在一起，但是在后续的染整加工剥离开纤时又能够顺利分开。如果两者之间的结合力过大，在剥离开纤时容易出现单丝分散不开，影响复合超细纤维的物理指标和染色均匀性等性能，如果两者之间的结合力过小，后续的加弹或者织造过程中，在机械也会出现提前剥离开纤产生毛丝，影响加工质量，而且也会因为复合超细纤维的部分提前开纤而出现染色不匀。两种组分之间的结合力大小主要是由纺丝时组分的熔体粘度高低以及组件压力的大小决定的。如果两种组分的熔体温度设置偏低，则熔体粘度偏高，涤/锦两部分的熔体分子的界面渗透就不完全，两者之间的粘结力不强，后加工过程中就容易提前剥离开纤，影响加工质量；相反两种组分的熔体温度如果设置偏高，则熔体粘度偏低，两部分熔体造成过量渗透，过强的结合力使复合纤维的后加工难以顺利的剥离开纤，织物染色后就会出现深浅条纹的色差丝，因此在生产过程中要求控制两种组分的熔体粘度尽可能接近。同时由于第三组分抗菌母粒的加入，对熔体的流动性和粘合力也有较大的影响，通过采用特制的高效除湿热空气干燥装置，控制抗菌母粒稳定的含水率，采用质量式计量注射机准确计量并辅助搅拌的方式，在PET组分中计量加入抗菌母粒。经过不断调整，最终确定采用 PET 熔体温度 280℃-285℃，PA 熔体温度 260℃-268℃，纺丝加工过程稳定，成品丝的物理指标、抗菌效果和染色指标均匀性良好。

2.4 复合箱体的保温隔热效果探索

复合纺丝设备采用了主、副箱体的方式，配有各自独立的热媒循环加热系统，主副箱体中间用保温板隔开。在实际生产中螺杆纺丝工艺温度虽然形成了15℃-30℃的温差，但是发现箱体设备主、副箱体仍然存在较大的温度干扰，组件后涤/锦溶体温度实测差值小于10℃，造成PA熔体粘度较低从而影响纤维截面的粘合稳定性，导致不同纺位之间的成品丝之间产生色差。为了保证主、副箱体的隔温效果，在箱体和保温管道部分进行了保温隔板的重新改造，保证涤/锦溶体温度实测差值大于15℃-20℃，复合纤维截面清晰稳定。同时在生产过程中，喷丝板板面温度受到冷却吹风的影响较大，容易出现毛丝和飘丝断头，因此在箱体底部加装了环冷装置，设置环冷温度为255℃-260℃，防止了毛丝和飘丝的产生。

2.5 组件压力的控制

组件使用同心圆双砂腔，输送的PET原料在外圈砂腔，输送PA熔体在组件内圈砂腔。复合丝的组件和喷丝板是两种熔体融合纺丝的关键部件，使用的是卡森组件。组件的主、副熔体压力，使用两种细度的金属砂组合，控制PET 的初始压力在12Mpa～15Mpa之间，PA的初始压力在11Mpa～13Mpa之间。PET的组件初始压力比PA略高 1Mpa～3Mpa，若压差过大或过小，易出现“涤包锦”或“锦包涤”的现象。

同时，由于抗菌母粒的加入，对预过滤器和组件周期也有较大的影响，以正常纺丝组件周期为13-15天计，加入抗菌母粒后组件更换周期缩短为8-10天。

2.6 熔体管道温度的控制及熔体停留时间

如果涤/锦复合丝熔体在管道中停留时间过长，粘度下降较大，则会影响纺丝，同时必须严格控制PET、PA和抗菌母粒的含水率。控制PET干切片的含水≤25ppm-30ppm，切片从螺杆进口到喷丝出口的停留时间≤20min，控制PA干切片的含水≤50ppm，可以满足生产要求。PA在复合纤维中所占的比例较小，纤度更细，停留时间过长对纺丝的影响更大，生产中降低PA 螺杆的各区温度大约 8℃～11℃，并采用从低到高的方式，使PA 熔体在进入主箱体后不会马上升到较高的温度，从一定程度上缓解了高温氧化和降解现象。因此生产过程中的PA设定温度较低，联苯循环系统采用了低温联苯循环加热的效果较好。

2.7 涤/锦复合纤维截面形状的选择

涤/锦复合纤维的截面形状通常有两种，一种为“米”字形截面，另一种为“橘瓣”形截面[3]。相比较“米”字形截面，“橘瓣”形复合纤维由于PET和PA两种组分全部分开，所以织物的手感比较丰满、柔软。PA的含量相对偏高一些，有利于开纤和改善手感，选择PA的比例在 20 %～30 %比较合适，“橘瓣”形复合纤维的工艺控制难度相对较大，如熔体温度设置不当，容易出现低熔体粘度组分在纤维外半径处包围住了高熔体粘度组分，从而影响剥离开纤的效果，出现严重的染色不匀。我们生产了“米”字形和“米”字形“橘瓣”形两种风格的抗菌涤/锦复合纤维产品，根据需要分别应用于多种抗菌清洁和服用用途，“米”字形的质量控制相对容易一些，但织物手感不及“橘瓣”形的产品。“橘瓣”形的产品在加弹加工中的染色均匀性控制相对较难。