錦綸6抗菌纖維生產工藝探討

黎 明，高 原

(新會美達錦綸股份有限公司,廣東 江門 529100)

前言

錦綸6纖維具有斷裂強度高，耐磨性優異，比重輕和彈性好等特點，所以在衣著、家飾、產業等領域及國防軍工上已廣泛使用。但當環境的溫度和濕度達到一定條件時，纖維織物很容易滋生微生物而導致纖維變色、脆化、霉變、蟲蛀等，在織物遭到破壞的同時，當織物與人體接觸時，還會引起人體皮膚感染，危害人們健康，嚴重的甚至會導致疾病發生。隨著人們健康意識的增強，纖維制品的抗菌性越來越受到人們的關注，特別是在濕熱環境中使用的漁網、土工布、地毯等化學纖維，防菌、防霉顯得更為重要。開發抗菌纖維，提高產品的附加值，對于進一步拓寬聚酰胺6纖維的應用領域具有重要意義。

1 實 驗

1.1 原料指標

切片：新會美達公司尼龍6切片，黏度：2.4; TiO2：0.3%。

抗菌母粒：抗菌劑為載銀納米氧化鋅(n-ZnO/Ag)，母粒含水0.03%～0.06%，紡絲添加量10%。

油劑：德國科寧原油，有效成分90%。

1.2 主要設備及測試儀器

紡絲設備：北京中麗；

卷繞設備：日本東麗，TW714型卷繞頭；

加彈設備：意大利RPR 3DTY/2Z；

測試儀器：USTER型條干儀，瑞士產；STATIMAT MT強伸儀，德國產。

1.3 生產工藝流程

1.4 產品指標

POY半成品指標、DTY成品指標分別見表1、表2。

表1 POY半成品指標(規格：83 dtex/48 f)

表2 DTY成品指標(規格：78 dtex/48 f)

2 生產工藝探討

2.1 抗菌母粒制備

2.1.1 抗菌劑的選擇及改性

選擇抗菌劑時，主要考慮的因素包括：抗菌效果、抗菌范圍、抗菌持續性、耐熱性、耐候性、安全性和加入后使纖維材料基本性能不變等等。無機系抗菌劑大部分不溶或難溶于水，且不揮發，當混入纖維時能牢固地結合于基體中，從而保證了抗菌效果的持續和耐久性。因此選擇的無機納米抗菌劑——載銀納米氧化鋅(n-ZnO/Ag)；通過結構性能的表征分析得知該抗菌劑里銀的質量分數約2%；經急性毒性試驗，n-ZnO/Ag的 LD50>10 000 mg/kg屬實際無毒級產品；對家兔眼睛和皮膚無刺激性。綜合結果表明，該抗菌劑具有很高的安全性。

改性方法采用無水乙醇作溶劑，經修飾劑修飾后的納米ZnO/Ag親油化度值最大，改性效果最為明顯，改性條件為：改性劑用量為5%，改性溫度80 ℃左右，在此條件下改性的納米ZnO/Ag 粉體表面接觸角增大，粒徑明顯減小，一般在500～700 nm，符合紡絲要求，為抗菌劑的表面改性工藝提供了依據。

2.1.2 抗菌PA6母粒的制備及性能

將改性納米ZnO/Ag粉體與分散劑、PA6切片按一定的質量比加入雙螺桿擠壓機共混擠出，再用切粒機進行切粒，制得抗菌PA6母粒，并對抗菌劑在母粒中的分散性，抗菌PA6母粒的紅外光譜、熔點、以及流變、結晶和力學性能進行系統研究。結果表明：改性后的納米ZnO/Ag抗菌劑在抗菌PA6母粒中分散性良好；抗菌PA6母粒的熔融指數、熔點和玻璃化轉變溫度略有升高；在同一溫度下抗菌PA6母粒的表觀黏度比PA6切片的低；納米ZnO/Ag的加入能夠使PA6母粒球晶尺寸變小，改善PA6母粒的結晶性能；動態力學性能研究發現，在一定溫度范圍內，抗菌PA6母粒的儲能模量和損耗模量均大于PA6母粒，說明納米粉體的加入對共混體系的低溫脆性有一定程度的改善。

2.2 紡絲工藝

2.2.1 紡絲熔融溫度

紡絲溫度直接影響到抗菌母粒在PA6熔體中的分散均勻性。一方面抗菌母粒本身含有的氧化物和銀離子在紡絲熔融高溫狀態下氧化降解加快，這會導致紡絲過程中出現飄絲、斷頭，嚴重時絲束出現發黃現象，因此紡絲溫度不宜過高和縮短熔體管道停留時間，但紡絲箱體溫度過低，熔體黏度上升，流動性能下降，抗菌劑粒子容易發生團聚現象，組件壓力升速快和計量泵負荷增大。另一方面，高的紡絲溫度能提高熔體流動性能，從而有效提升熔體中抗菌母粒均勻分散分布。針對紡制83 dtex/48 f抗菌纖維具有孔數多同時添加抗菌母粒質量分數高的特點，在避免絲束氧化發生飄絲增多現象的前提下，采用較高的紡絲溫度和聯苯保溫溫度以提高熔體流動性能，有利于提高抗菌劑分散均勻性、減少計量泵定位銷扭斷現象和延長組件使用周期，提升正常紡絲穩定性，提高生產滿卷率。

表3為不同紡絲溫度對比表，經實際試驗比較，我們實際采用表1中序號3的紡絲工藝參數。

表3 不同紡絲溫度對比表

2.2.2 組件濾質

由于83 dtex/48 f抗菌纖維里添加的抗菌劑質量分數達1%，且抗菌劑粒子粒徑小，在熔融分散過程中易發生團聚現象，容易導致組件壓力上升極快，從而造成組件漏膠、飄絲多，因此在實際生產中采用以下方法：第一，在組件內套容腔設計中選擇較大的容腔；第二，在組件過濾方面，選擇較粗的過濾砂，減少過濾網的目數，以降低組件壓力升速；第三，采用提高紡絲箱體溫度，以減少組件壓力負荷。采用上述措施后，組件使用周期由9天延長達到18天，從而有效地提高了生產和產品質量的穩定性。

表4為不同組件過濾工藝對比，經實際試驗比較，我們采用表4中序號4的紡絲工藝參數。

表4 不同組件過濾工藝對比

2.2.3 冷卻與上油條件

83 dtex/48 f抗菌纖維由于根數較多，單絲纖度較細，散發熱量多。高黏度的聚合熔體從紡絲組件噴出溫度可達260～270 ℃，通過冷卻風強制對流后將絲條的熱量散發出紡絲環境，使絲條自身的溫度降低，從而得到具有良好拉伸性能的預取向絲。若側吹風偏小，冷卻風的穿透能力弱，因根數多，內層熱量未得到有效散發，容易造成內外層冷卻不均勻，導致后拉伸出現毛絲、斷頭現象增多。 另外在實際生產中，我們亦發現抗菌纖維冷卻快時絲束偏硬，POY斷裂強度下降。 因此選擇較常規多孔纖維偏低的冷卻風速。83 dtex/48 f抗菌纖維表面帶有抗菌粒子，紡絲過程中與導絲器摩擦增大，因此上油率適當增加，以提高絲束張力穩定性。

表5為不同冷卻條件對比，實際生產中采用表5中序號2的冷卻工藝參數。

表5 不同冷卻條件對比

2.2.4 卷繞速度

對于83 dtex/48 f抗菌纖維產品，它具備多孔纖維產品的結構特點，同時1%抗菌劑的添加量都對纖維的拉伸性能有重要影響，特別是噴絲頭拉伸比，高速紡絲時初生纖維的噴絲頭拉伸比高，這對抗菌母粒分布的均勻性要求很高，若抗菌母粒分布不均勻時紡絲往往容易出現斷根飄絲現象，生產狀況差；同時紡程上由于纖維與空氣產生的摩擦阻力增大，而且隨噴絲板孔數的增加，單絲纖度變小，紡絲張力相應明顯增加，整個紡絲過程中容易導致大分子取向增加，應力誘導結晶和二次結晶趨于完善[1]，這會給二次拉伸和絲餅成形控制帶來困難。因此實際生產中，通過噴絲孔的設計嚴格控制83 dtex/48 f抗菌纖維預拉伸比倍數，除降低母粒粒徑和在紡絲熔融時提高母粒分布的均勻性外，需盡可能將紡速降低，即降低預拉伸比，以減少紡程張力，提高生產穩定性，實際生產中選擇卷速4 000 m/min。

2.3 加彈工藝

2.3.1 絲速(Ys)

78 dtex/48 f抗菌纖維由于加入抗菌母粒，增加了纖維內部的缺陷性，POY條干不勻率偏高，且孔數多單絲線密度小，因此，如果絲速設定過高，張力易出現波動，DTY毛絲、緊捻、斷頭增加，從而導致纖維蓬松性差，絲條染色均勻性大大降低。因此，在加工單絲線密度小的抗菌絲時應采用相對較低的生產速度。根據原料指標，當絲速為500 m/min時生產穩定。

2.3.2 拉伸比

拉伸比主要由POY的剩余拉伸比決定。一般隨著拉伸比的增加，纖維的強度及卷曲穩定度升高；伸度及卷曲率下降。在適當范圍內隨著拉伸比的增加，生產穩定性提高，絲條的彈性均勻性好。如果拉伸比設定過低，則張力變小，易產生張力波動，在假捻器處易打滑，產生緊捻。由于78 dtex/48 f抗菌絲的單纖線密度小，伸度低，拉伸比可調范圍小。根據原料指標，當拉伸比設定為1.20時，生產穩定，DTY無毛絲、緊捻，彈性均勻性好。DTY強度4.15 cN/dtex。

2.3.3 速比(D/Y)及熱箱溫度(H)

速比的設定主要影響絲條的彈性。D/Y越高則纖維卷縮越細而密，解捻后外觀豐滿。但D/Y比過高，則易造成纖維捻度不勻及出現打滑現象，且纖維的強伸度下降，毛絲增多，同時降低D/Y比有助于減少摩擦盤對絲條的損傷[2]。78 dtex/48 f抗菌絲主要用于織布，對彈性要求不高。因此，在錠子組合為1-6-1時，設定D/Y比為1.60時張力比為1∶1，DTY的卷曲率為53%，滿足客戶的需求。

熱箱溫度的設定主要影響卷曲率及可染性。其設定值主要由加工纖維的規格及絲速決定。當加工78 dtex/48 f抗菌絲時，在絲速為500 m/min，設定溫度為175 ℃時，絲條變形充分，蓬松性好，且強度達到客戶要求。

3 抗菌PA6纖維性能

我們采用掃描電子顯微鏡、X-衍射法、TG熱失重分析、聲速法以及力學、染色、抗菌和抗靜電性能測試等對抗菌PA6纖維結構和性能進行了系統的研究。結果表明：

(1) 抗菌PA6纖維POY強度>3.5 cN/dtex、DTY強度>4.0 cN/dtex ，符合民用絲的力學性能要求；

(2) 抗菌PA6纖維的上染百分率達99%，染色均勻性達到4級，與常規錦綸6染色性能一樣；

(3) 抗菌PA6纖維對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌殺菌率>99%；經水洗50次后仍能保持原有的抗菌性能。

4 結 論

(1)采用載銀納米氧化鋅材料作為抗菌劑，具有長效抗菌效果，當抗菌劑質量分數為0.8%～1%時，所制得的抗菌PA6纖維具有較好的抗菌性能。

(2)在避免絲束氧化發黃的情況下，適當提高紡絲溫度能有效提高熔體中母粒的均勻分散性；

(3)調整組件過濾工藝和紡絲溫度，采用60 μm無紡布，組件使用周期可從9天延長到18天；

(4)紡絲過程中適當降低紡絲速度能有效提高生產穩定性。

[1] 董紀震.合成纖維工藝學(上冊)[M].2版.1991:147-154.

[2] 周召勇.運用正交實驗探索高卷縮滌綸DTY生產工藝〔J〕.合成纖維，2007.36(1).41.