防紫外線抗老化丙綸DTY長絲的制備

柯偉斌，江建平，鄭遜潘，陳少群

（廣東蒙泰高新纖維股份有限公司，廣東揭陽 515500）

紫外線是波長為200～400nm的光波，按波長可分為：短波區，UVC:200nm～290nm；中波區，UVB:290nm～320nm；長波區，UVA:320nm～400nm。適量的紫外線輻射具有殺菌、促進維生素合成的作用。人體接受適當的紫外線照射，有利于身體健康，可促進血液循環和新陳代謝，具有恢復體力、消除疲勞及對疼痛癥狀緩解的功能。但是，過度照射紫外線有加速人體皮膚老化、產生皮膚癌變的可能。隨著工業的快速發展，造成大氣污染、臭氧層空洞的出現，使得紫外線輻射強度大增，危害人們的身體健康。因此，關于紡織品的抗紫外線功能開發研究，就成為紡織行業的一項主要課題。20世紀90年代，就有抗紫外線滌綸產品的研究報道[1]。

丙綸纖維，也稱為聚丙烯纖維，是由聚丙烯樹脂為原料的一種合成纖維。丙綸的發展迅速，1957年由意大利科學家納塔（Natta）成功研究等規聚丙烯，1957年開始，意大利蒙特卡蒂尼公司（Montecatini）實現了產業化生產。到2017年年底，我國聚丙烯產能已達到2 247萬噸，同比增加9.02% 。我國的丙綸產業規模日漸擴大，差別化纖維品種如有色丙綸、異形丙綸、高強丙綸工業絲、阻燃丙綸、細旦及超細旦丙綸等產品的研發成功并得以產業化，廣泛的研究證明，丙綸成纖維在服裝領域大有可為。

丙綸纖維具有下列的優點：（1）重量輕，丙綸比棉輕40%，比毛輕32%，比滌綸輕30%，是所有合成纖維中比重最輕的；（2）保溫性好，排氣性優良，熱傳導系數低于棉、滌綸、錦綸、毛和腈綸，具有良好的熱絕緣性；（3）丙綸的回潮率低，使其具有良好的芯吸效應，對水無親和性，人體產生的水分通過丙綸纖維比通過其他纖維織物要快而安全，適合做保暖內衣；（4）抗水性和抗污性優越；（5）抗菌性好，由于丙綸纖維的疏水性，使微生物的生存和繁殖受到抑制[3]。

DTY細旦丙綸絲具有輕盈透氣、導濕排汗、恒溫保暖、抑菌防臭的性能，適合做成內衣褲、T恤服裝、運動服飾等。但是在夏季，由于臭氧層的破壞，紫外線強度的增大，抗紫外線的開發也是丙綸纖維的重要訴求。

但是，由于普通丙綸織物蠟感強，手感硬，且不易染色，不耐高溫燙熨等缺點，服用價值不高。經過國內外幾代科研工作者的潛心努力研究開發，發現當單絲纖度（dpf）小于2D時，丙綸纖維的物理性能發生了質的飛躍，具有良好的服用性能，特別是小于1D時，服用性能極佳。不少企業從事細旦和超細旦丙綸纖維的開發，研制出單絲纖度為1.5D～2.0D的細旦丙綸長絲和細旦短纖維。隨著化纖行業的發展和生產工藝技術的創新，已研究成功并迅速發展，進入服用市場 。

1 實驗

1.1 原料

聚丙烯切片：T30S，MI為35g/10min；防紫外線聚丙烯母粒，MI為35g/10min。

1.2 儀器與設備

雙螺桿擠出機組（CTE50 PLUS）；高速真空干燥機；POY紡絲機（JWM65）；日本帝人加彈機（HDS-EX2）；測試儀器YG086縷紗測長儀；YG023型全自動單絲強力機；UV2 000紫外光老化試驗機；美國進口Q-SUN XE-1-S 氙燈老化試驗箱（耐候噴淋型）。

1.3 POY生產工藝流程及參數

聚丙烯切片 T30S+防紫外線聚丙烯母粒混合造粒→造粒干燥→螺桿擠壓熔融→熔體預過濾→紡絲→冷卻→過油→卷繞→后加工（加彈）→檢驗、包裝。

具體生產工藝參數如下：

（1）防紫外線聚丙烯混合切片，在高速真空烘干機中（80±5）℃烘干，干燥時間應不少于6h，避免產生氣泡造成斷絲，影響紡絲效果。

（2）由于高速紡絲的熔體自噴絲孔的噴出速度高，在紡程上承受的拉伸倍數高，因此，要求熔體有良好的流動性和均勻性。若溫度太低，熔體流動性和均勻性差，容易造成毛絲和斷頭，而且纖維結構的取向部穩定，易造成回縮抱筒，不能正常生產。紡絲溫度過高，則冷卻困難，熔體沒有充分凝固，經過絲路上的油嘴時，容易磨損積聚成聚合物顆粒，并順著絲束帶到導絲鉤上，易造成斷絲、纏輥等現象。紡絲溫度如表1所示。

表1 150dtex/96f紡絲溫度

（3）冷卻過程由側吹風完成，風速為0.5m/s～0.7m/s,風溫為（15±2）℃。

丙綸具有較大的比熱容，由于功能粒子的加入進一步增大了熔體的比熱容，并且高速卷繞絲束在冷卻風道的停留時間短，為確保絲條的冷卻效果，得到均勻的絲束，冷卻速度要快，風溫要比普通常規絲低2℃~3℃。若纖度較細，風速宜偏低，反之則偏高。

（4）油劑濃度12%，上油率0.5%～1.0%。

為了減少側吹風對絲束的擾動，減小條干不勻率，在保證冷卻效果的基礎上，應盡量提高紡絲絲束的上油位置，采用雙面上油系統。

（5）熱輥溫度（110±10）℃，卷繞頭速度21500m/min～2 800m/min,卷繞角度 7° ～8°。

隨著紡絲速度的提高，纖維強度提高，伸長下降，容易造成纖維結構的局部破壞，不利于加彈DTY，因此，熱輥溫度不能太高，紡絲卷繞速度應控制在3 000m/min以下。

1.4 DTY生產工藝

1.4.1 第一熱箱溫度

第一熱箱溫度又稱變形溫度。溫度比較低時，拉伸時易造成絲束單絲斷裂，強度下降；溫度過高，易造成絲束發生軟化，粘連，斷裂強度下降，發生緊點。經實驗證明，150dtex/96f,在140℃時，斷裂強度2.78cN/dtex，斷裂伸長率35.27%，外觀有毛絲；在150℃時，斷裂強度2.91cN/dtex，斷裂伸長率38.37%，外觀良好。所以，第一熱箱的溫度應選擇在（150±5）℃。

1.4.2 第二熱箱溫度

第二熱箱溫度在110℃時，斷裂強度2.88cN/dtex，斷裂伸長率37.07%起不到松弛纖維內應力的作用，絲束松散，抱合性差；在130℃時，絲束內應力徹底釋放，斷裂強度2.96cN/dtex，斷裂伸長率39.53%。所以，第二熱箱的溫度應選擇在（130±5）℃。

2 檢測結果

2.1 實驗標準

根據ISO 150—B04—1994[5]標準進行檢測實驗。

2.2 實驗條件

氙燈光強1.1J/m2，傳感器420nm,標準黑板溫度63℃。

3 結果與討論

實驗250h后，斷裂強度達到92.22%，斷裂伸長率減小4.36%；實驗500h后，斷裂強度達到85.08%，斷裂伸長率減小7.58%；實驗1 000h后，斷裂強度達到72.54%，斷裂伸長率減小11.68%。檢測結果見表2。

圖1 DTY長絲

表2 氙燈抗老化檢驗結果

表3 150dtex/96f細旦丙綸DTY主要物理指標檢測[6]

4 結語

將防紫外線母粒與聚丙烯切片共混造粒，制成防紫外線聚丙烯切片，充分干燥，嚴格控制紡絲溫度、側吹風、紡絲油劑，以及卷繞成型工藝的控制調整，所生產的防紫外線抗老化丙綸DTY長絲產品的抗老化效果，斷裂強度在250h后達到92.22%，在500h后達到85.08%，1 000h后仍然達到72.54%，防護效果良好。