聚酯/聚丙烯皮芯型復合纖維的紡制*

林 海，李雪梅，黃潔希，王增喜，郭銘信

（廣東省化學纖維研究所，廣東 廣州510245）

科研與實踐

聚酯/聚丙烯皮芯型復合纖維的紡制*

林 海，李雪梅，黃潔希，王增喜，郭銘信

（廣東省化學纖維研究所，廣東 廣州510245）

探討了紡制聚酯/聚丙烯皮芯型復合纖維的生產工藝技術，分析了皮芯型復合纖維的物理指標。結果表明，采用48孔皮芯結構噴絲組件，紡絲速度2 600～3 700 m/min，生產169 dtex/48 f聚酯/聚丙烯皮芯型復合纖維DTY時，側吹風風速為 (0.4～0.6)土0.02 m/s，風溫為12～20℃， 濕度為60%～80%；加彈紡速400～500 m/min，B/Y比1.3～1.5，變形溫度120～135℃，定型溫度125～140℃，牽伸比1.3～1.5，可紡制出性能優良的復合型地毯纖維。

聚酯；聚丙烯；皮芯復合纖維； 側吹風；紡絲工藝

丙綸是當今合成纖維中發展較快的一個品種，由于它質地輕、強度高、耐腐蝕、耐磨損、價格便宜，因此被廣泛應用于制作地毯。但其突出的缺點是易倒伏、阻燃性差、易老化，另外丙綸和其他高分子聚合物的相容性也較差，因此高檔次地毯很少使用丙綸纖維[1]。高檔地毯一般采用具有吸濕、阻燃、彈性好等性能的羊毛纖維，但其價格昂貴，目前市場趨勢是開發高性能的復合型纖維代替羊毛纖維。皮芯型復合纖維由皮層聚合物組分沿纖維軸向持續均勻包裹芯層聚合物組分形成， 皮芯結構的復合纖維對兩組分聚合物之間的黏附力要求較低，選取的皮芯兩種聚合物組分之間即使沒有黏附力，都可以紡制成物理性能穩定的復合纖維，選擇高分子材料組分對纖維進行改性的范圍變得更廣[2]。

滌綸熔點257℃遠高于丙綸的169℃，且在燃燒時熔化而自己熄滅，阻燃性好；PET的彈性模量 ≥90 cN/dtex，遠高于丙綸的27 cN/dtex；除了阻燃性好、剛性大、模量高，還具有很好的抗老化等性能。因此，本實驗采用聚丙烯為芯層組分聚酯為皮層組分，研制具有抗老化、阻燃、不易倒伏等性能的皮芯型復合地毯纖維，并對復合紡絲的工藝技術進行探討。

1 試驗

1．1 試驗原料

PET，SD2010，熔點257℃，特性黏度0.64 dL/g，廣東泰寶聚合物有限公司生產。

PP，Z30S，熔點169℃，熔融指數25～30 g/10 min，中煤陜西榆林能源化工有限公司生產。

1．2 試驗設備與儀器

ROSIN干燥機，張家港萬盛機械有限公司；雙螺桿熔融紡絲機，蘇州帝達化纖機械制造有限公司；皮芯型噴絲板，中山太鼎精密機械有限公司；BAW835T-1200卷繞機，北京中麗制機工程技術有限公司；33H型加彈機，日本村田機械有限公司；YG061A電子單紗強力儀，萊州市電子儀器有限公司；BM-1000型雙目顯微鏡，常州二紡精密機械有限公司。

1.3 紡絲工藝

1.3.1 干燥工藝

PET切片的結晶溫度為175℃ ，干燥溫度為170℃，干風露點-80℃， 干燥風量72 m3/h，干燥時間8 h。

PP切片干燥溫度120℃，干燥時間6 h。

1.3.2 技術路線

聚酯切片皮層組分經結晶干燥，螺桿熔融擠壓，計量泵計量，經獨立熔體管、主箱體保溫，經皮芯型復合組件和聚丙烯芯層組分匯合。

聚丙烯切片芯層組分經干燥，螺桿熔融擠壓，計量泵計量，經獨立熔體管、副箱體保溫，進入主箱體經皮芯型復合組件和聚酯皮層組分匯合，經皮芯型復合噴絲板噴出形成絲束。

絲束經冷卻成形、上油、熱輥牽伸，進入卷繞機卷繞，成為FDY產品；或絲束經冷卻成形、上油、卷繞機卷繞成為POY產品，POY經牽伸、假捻、網絡、定形、卷繞成為DTY產品。

1．3．3 工藝流程

工藝流程如圖1。

圖1 聚酯/聚丙烯皮芯復合纖維工藝流程示意圖

1.3.4紡絲工藝參數

熔融紡絲工藝參數見表1。

表1 熔融紡絲工藝參數

2 結果與討論

2.1 干燥

PET切片含的水份對復合紡絲影響極大，切片中的水分使聚酯高分子在紡絲時產生劇烈的水解，從而使分子質量降低，導致絲的質量下降，且紡程飄絲斷頭增加。干燥工藝對PET干切片含水率的影響如表2。

從表1實驗數據可以得出，適當降低干燥風量時干風露點相應低些；提高結晶、干燥溫度對降低PET干切片含水率影響最大；影響干燥效果的因素從大到小排列為：溫度＞時間＞風量。但PET干燥溫度不能過高，過高的干燥溫度使PET切片發生氧化、黏度下降，不利于紡絲。經過多次試驗，確定PET干燥工藝為結晶溫度175℃，干燥溫度170℃，干風露點-80℃，干燥風量72 m3/h，干燥時間8 h。干燥后 PET干切片含水率降到3.0×10-5，皮芯復合紡POY試紡順利。

表2 PET切片干燥工藝及干切片含水率

聚丙烯分子不具有吸濕結構，但其外表面的水分影響復合紡絲的滌綸組分，也需要干燥，與聚酯切片干燥不同的是聚丙烯切片的干燥不需要進行預結晶，直接投入干燥塔干燥；干燥溫度120℃，干燥時間4～6 h，PP切片含水率降到5.0×10-5以下時皮芯復合紡POY紡絲順利。

2.2 復合比例的選擇

皮層聚合物與芯層聚合物兩組分之間的質量比選擇范圍在70/30～50/50之間 ；若皮/芯組分質量比低于50/50，則皮層穩定性差；若皮/芯質量比超過70/30，則芯層聚合物占比太少，難以達到纖維改性要求的效果，所以綜合考慮復合纖維的物理性能和改性要求，選擇皮芯組分質量比為50/50。圖2為聚酯/聚丙烯皮芯組分質量比為50/50的纖維截面照片。

圖2 質量比為50/50的聚酯/聚丙烯皮芯型纖維截面照片

從圖2可看出，聚酯/聚丙烯皮芯組分質量比為50/50時，皮芯結構成形良好，皮層均勻性好，沒有偏芯和皮層破裂的現象。

2.3 紡絲溫度的選擇

合適的紡絲溫度對復合紡絲影響很大。若溫度偏高，熔體黏度偏小，因為熔體自重產生的拉伸大于噴頭拉伸，紡絲難以進行；若溫度偏低，熔點高的組分切片難以充分熔融，且熔體黏度偏大，流動性變差，會引起熔點高的組分物料在熔體管或紡絲組件中產生阻塞，不能保證纖維的均勻性，阻塞情況嚴重時復合噴絲板噴出單組分纖維。

根據兩組分切片原料熔點、黏度等物理指標和紡程是否順利等因素選擇紡絲溫度[3-4]。本實驗中，結合PET/PP切片熔點、黏度檢測數據及相關參考文獻[5]的分析，選擇PET的紡絲溫度至少要高于其熔點20～30℃，選擇PP的高速紡絲溫度至少要高于其熔點80～100℃，結合兩組分熔體流變分析[6]，且經多次紡絲試驗，確定復合紡主箱體紡絲溫度為285℃。

2.4 側吹風條件

冷卻成形是PET/PP復合紡絲的重要過程之一。皮層PET易冷卻，凝固點在離噴絲板40～60 cm的區域內；芯層PP難冷卻，凝固點在離噴絲板80～120 cm的區域內。由于兩組分凝固距離不一至，皮層與芯層之間形成微小間隙。外界條件的變化會影響初生復合纖維的內在質量，而冷卻條件的變化對絲條均勻性影響更大。均勻性在宏觀上主要是指絲條的直徑、強力、延伸度等；微觀上則是指絲條的取向度和結晶度。因此，維持外界條件的穩定性對紡絲過程非常重要[7]。

2.4.1 側吹風風速的選擇

在側吹風風速、風溫、相對濕度三個因素中，以風速及其均勻性穩定性對POY條干不勻率、伸長率、伸長不勻率影響最大。增大冷卻風速，熔體細流的凝固加快，絲束凝固點與噴絲板的距離變小，形變區變短，熔體固化成形前受到的拉伸取向作用變弱，而且冷卻速度較快和取向度較弱使結晶時間減少，纖維的結晶度較低，POY的拉伸性能得到提高和改善。但冷卻風速提高過大，會形成湍流，引起絲條振動，影響纖維條干均勻度。另外側吹風風速不均勻和不穩定，也會造成纖維的條干不勻率升高。風速適當，氣流的層流性好的冷卻條件對紡絲十分重要， 選擇風速在 (0.4～0.6)土 0.02 m/s。側吹風的風壓要穩定，風壓降低引起風速降低，風速偏低時影響冷卻效果；反之風壓增大引起風速增大，風速偏大時將引起絲條的振動，實踐表明風壓在450～550 Pa、風壓變化△P≤5 Pa時，風速穩定，波動小。

2．4．2 風溫、風濕的選擇

聚酯熔點約257℃，玻璃化溫度64℃，190℃左右結晶速度最快；聚丙烯熔點約170℃， 玻璃化溫度 -35℃，120℃左右結晶速度最快。復合熔體從噴絲板噴出時溫度在260℃左右，絲條芯層PP冷卻比皮層滌綸困難，需要較低的風溫，使絲條停留在120～190℃區間的時間越短越好，這樣取向和結晶程度減小，有利于POY的后加工。風溫的控制要穩定，本實驗選擇在12～20℃范圍內。

濕度對芯層聚丙烯沒什么影響。冷卻風相對濕度對皮層PET的冷卻有影響，冷風的濕度增大時冷風的比熱容和熱容量將會增加，熱吸收量隨之增加，從而提高冷卻效果，并且減小絲條產生的靜電，所以要求恒定的相對濕度。相對濕度控制在60%～80%。

2.5 紡絲速度的選擇

選擇3 000 m/min速度進行紡制POY，兩組份質量比為50/50，計量泵供膠量相同，兩組分計量泵供膠量選擇30 g/min時，復合紡絲紡程順利；計量泵供膠量為20 g/min，紡絲速度不變，復合紡絲紡程順利；計量泵供膠量為15 g/min，紡絲速度不變，出現斷頭現象，復合紡絲無法進行。在計量泵供膠量不變的條件下，如20 g/min，將紡絲速度降到2 500 m/min以下時，紡制的POY強度≤1.6 cN/dtex，該POY經33H加彈機加工DTY時斷頭很多，無法正常加工；計量泵供膠量不變將紡絲速度升到3 800 m/min以上時，POY紡程飄絲斷頭很多，無法正常生產。紡絲速度選擇在2 600～3 700 m/min的范圍內，POY復合紡絲紡程順利，POY強度在1.7～2.2 cN/dtex，加工DTY紡程順利。

3 DTY加彈工藝

織造地毯用料要求絲束旦數粗且要抗倒伏， 選用加工粗旦絲束有優勢的33H加彈機加工DTY，芯組分丙綸熔點低 （169℃）且成品纖維卷曲個數少抗倒伏性更好，因此變形溫度不能高，B/Y、皮圈角都不能大，定型溫度相比變形溫度要高，粗旦絲加彈易起毛絲，紡速不能高，根據這些因素制定滌/丙復合纖維加彈工藝。經過多次反復試驗，最后確定滌/丙復合纖維主要加彈工藝參數如表3。

表3 滌/丙復合纖維主要加彈工藝參數

4 復合纖維的主要物理指標

采用上述紡絲工藝紡出的復合纖維主要物理性能指標如表3。

表4 滌/丙皮芯復合纖維主要物理性能指標

從表4中纖維的物理指標可知，纖維的強伸度能滿足使用要求，且纖維的均勻性很好。

5 結語

選用PET為皮層PP為芯層，使用熔融紡絲工藝紡制出聚酯/聚丙烯皮芯結構纖維，并確定了適當的雙組分紡絲工藝條件：復合紡絲主箱體溫度為285℃ ，皮芯組分質量比例為50/50，在16～30 g/min范圍內選擇計量泵供膠量，在2 600～3 700 m/min范圍內選擇紡絲速度;加彈紡速400～500 m/min，B/Y比1.3～1.5，變形溫度120～135℃，定型溫度125～140℃，牽伸比1.3～1.5。

針對地毯纖維要求的抗倒伏性能，制定了后紡加彈工序中 “定型溫度高于變形溫度”的特定工藝。

PET/PP皮芯復合纖維為地毯纖維多一個選擇品種，其價格低廉且具有阻燃、抗老化、抗倒伏等優良使用性能。

[1] 趙梓年，沈惠玲，劉敏江.高模量彈性體對PP結晶行為及力學性能的影響 [J].現代塑料加工應用，1999，11（2）:13-16.

[2] 崔衛國，吳峰.PE/PP皮芯型復合纖維 [J].化纖與紡織技術，2005（4）:18-22.

[3] 趙敏，高俊剛.改性聚丙烯新材料 [M].北京:化學工業出版社，2002:304.

[4] 楊旭儉，王學晨.EVA/PP共混物皮芯復合中空纖維的熔融紡絲工藝 [J].天津工業大學學報，2007，26（1）:15-19.

[5] 中國科學技術大學高分子物理教研室.高聚物的結構與性能 [M].北京：科學出版社，2004.

[6] 李傳，王燕萍，王依民.茂金屬聚烯烴彈性體及其纖維的性能研究 [J].合成纖維工業，2006，29（5）:31-34.

[7] 魏大昌.化纖機械設計原理 [M].北京.紡織工業出版社1984.

國外消息

美國科學家制造出了一件太陽能衣服用衣服給手機充電

在X-Men系列電影的啟發下，美國中佛羅里達大學 （UCF）納米科學技術中心副教授JayanThomas和他的團隊制造出了一件能夠吸收和儲存太陽能的衣服。JayanThomas教授一直致力于利用納米技術研發高密度的超級電容器。1989年的電影 《回到未來2》中，主角馬丁有一雙可以自動系鞋帶的耐克鞋。Thomas受此啟發，在新的研究中嘗試利用納米技術制造太陽能驅動的衣物。

他在新聞稿中稱： “這部電影啟發了我，我想如果在衣物中加入自動充電裝置，便可以實現電影里的場景，這會相當酷。”在這篇發表在Nature Communications的研究中，Thomas和他的同事通過納米技術制造出了一個被稱為 “銅帶”的帶狀材料，這種 “銅帶”薄而柔軟，可以嵌入到衣物中，并且能夠同時吸收和儲存太陽能。每一塊 “銅帶”由共享電極的一個太陽能電池板和一塊能儲存能量的超級電容器組成，用紗線可以將這些 “銅帶”編織在一起，從而實現可穿戴。

據了解，現有的便攜太陽能電池板通常無法儲存能量，因此電池板吸收的太陽能如果無法立即連接到用電設備，便需要額外的體積較大的蓄電池來存儲能量。Thomas的這一創造性研究大大提高了太陽能電池的便攜性。因此，除了用來制造自動系鞋帶的耐克鞋，或是讓衣服給手機充電之外，這一研究成果將在電子科技甚至軍事領域得到更大的應用。

關于眼前 “太陽能衣物”的這一構想，Thomas和他的團隊也在進一步研究如何更好地調整 “銅帶”里電池和電容器的組合結構，使其更靈活。目前它還不能實現很好的彎折，同時作為一件衣服怎么去清洗也會是一件麻煩事。看來，要想真正把太陽能電池穿上身，我們還得等上一段時間。

（摘自中國紡織網）

PRODUCTION OF PET/PP CORE-SHEATH COMPOUND FIBER

LIN Hai，LI Xue-mei，HUANG Jie-xi，WANG Zeng-xi，GUO Ming-xin
(Guangdong Province Chemical Fiber Research Institute，Guangzhou Guangdong 510245，China)

Discussed the producing technology of PET/PP core-sheath compound fiber，analyzed the corresponding products performance testing items.Results show that，when using 48 holes spinning pack，spinning speed 2 600～3 700 m/min，cross-air blasting speed（0.4～0.6）±0.02 m/s，cross-air blasting temperature 12～20℃，humidity 60～80%，draw texturing speed 400～500 m/min，B/Y ratio 1.3～1.5，texturingtemperature120～135℃，settingtemperature125～140℃，drawratio1.3～1.5，169dtex/48 f PET/PP core-sheath DTY fiber was got.Product has fine properties，could be used as composite carpet fiber.

polyester，polypropylene，core-sheath compound fiber，cross air blow，spinning process

TQ342.94

B

10.3969／j.issn.1672-500x.2016.04.001

1672-500X(2016)04-0001-05

2016-10-31

林海 (1967-)，男，廣東高州人，工程師，主要從事紡織化纖產品開發和生產管理工作。

廣東省屬科研機構改革創新領域項目 （2014B070706029）。