防紫外线抗老化丙纶DTY长丝的制备

柯伟斌，江建平，郑逊潘，陈少群

（广东蒙泰高新纤维股份有限公司，广东揭阳 515500）

紫外线是波长为200～400nm的光波，按波长可分为：短波区，UVC:200nm～290nm；中波区，UVB:290nm～320nm；长波区，UVA:320nm～400nm。适量的紫外线辐射具有杀菌、促进维生素合成的作用。人体接受适当的紫外线照射，有利于身体健康，可促进血液循环和新陈代谢，具有恢复体力、消除疲劳及对疼痛症状缓解的功能。但是，过度照射紫外线有加速人体皮肤老化、产生皮肤癌变的可能。随着工业的快速发展，造成大气污染、臭氧层空洞的出现，使得紫外线辐射强度大增，危害人们的身体健康。因此，关于纺织品的抗紫外线功能开发研究，就成为纺织行业的一项主要课题。20世纪90年代，就有抗紫外线涤纶产品的研究报道[1]。

丙纶纤维，也称为聚丙烯纤维，是由聚丙烯树脂为原料的一种合成纤维。丙纶的发展迅速，1957年由意大利科学家纳塔（Natta）成功研究等规聚丙烯，1957年开始，意大利蒙特卡蒂尼公司（Montecatini）实现了产业化生产。到2017年年底，我国聚丙烯产能已达到2 247万吨，同比增加9.02% 。我国的丙纶产业规模日渐扩大，差别化纤维品种如有色丙纶、异形丙纶、高强丙纶工业丝、阻燃丙纶、细旦及超细旦丙纶等产品的研发成功并得以产业化，广泛的研究证明，丙纶成纤维在服装领域大有可为。

丙纶纤维具有下列的优点：（1）重量轻，丙纶比棉轻40%，比毛轻32%，比涤纶轻30%，是所有合成纤维中比重最轻的；（2）保温性好，排气性优良，热传导系数低于棉、涤纶、锦纶、毛和腈纶，具有良好的热绝缘性；（3）丙纶的回潮率低，使其具有良好的芯吸效应，对水无亲和性，人体产生的水分通过丙纶纤维比通过其他纤维织物要快而安全，适合做保暖内衣；（4）抗水性和抗污性优越；（5）抗菌性好，由于丙纶纤维的疏水性，使微生物的生存和繁殖受到抑制[3]。

DTY细旦丙纶丝具有轻盈透气、导湿排汗、恒温保暖、抑菌防臭的性能，适合做成内衣裤、T恤服装、运动服饰等。但是在夏季，由于臭氧层的破坏，紫外线强度的增大，抗紫外线的开发也是丙纶纤维的重要诉求。

但是，由于普通丙纶织物蜡感强，手感硬，且不易染色，不耐高温烫熨等缺点，服用价值不高。经过国内外几代科研工作者的潜心努力研究开发，发现当单丝纤度（dpf）小于2D时，丙纶纤维的物理性能发生了质的飞跃，具有良好的服用性能，特别是小于1D时，服用性能极佳。不少企业从事细旦和超细旦丙纶纤维的开发，研制出单丝纤度为1.5D～2.0D的细旦丙纶长丝和细旦短纤维。随着化纤行业的发展和生产工艺技术的创新，已研究成功并迅速发展，进入服用市场 。

1 实验

1.1 原料

聚丙烯切片：T30S，MI为35g/10min；防紫外线聚丙烯母粒，MI为35g/10min。

1.2 仪器与设备

双螺杆挤出机组（CTE50 PLUS）；高速真空干燥机；POY纺丝机（JWM65）；日本帝人加弹机（HDS-EX2）；测试仪器YG086缕纱测长仪；YG023型全自动单丝强力机；UV2 000紫外光老化试验机；美国进口Q-SUN XE-1-S 氙灯老化试验箱（耐候喷淋型）。

1.3 POY生产工艺流程及参数

聚丙烯切片 T30S+防紫外线聚丙烯母粒混合造粒→造粒干燥→螺杆挤压熔融→熔体预过滤→纺丝→冷却→过油→卷绕→后加工（加弹）→检验、包装。

具体生产工艺参数如下：

（1）防紫外线聚丙烯混合切片，在高速真空烘干机中（80±5）℃烘干，干燥时间应不少于6h，避免产生气泡造成断丝，影响纺丝效果。

（2）由于高速纺丝的熔体自喷丝孔的喷出速度高，在纺程上承受的拉伸倍数高，因此，要求熔体有良好的流动性和均匀性。若温度太低，熔体流动性和均匀性差，容易造成毛丝和断头，而且纤维结构的取向部稳定，易造成回缩抱筒，不能正常生产。纺丝温度过高，则冷却困难，熔体没有充分凝固，经过丝路上的油嘴时，容易磨损积聚成聚合物颗粒，并顺着丝束带到导丝钩上，易造成断丝、缠辊等现象。纺丝温度如表1所示。

表1 150dtex/96f纺丝温度

（3）冷却过程由侧吹风完成，风速为0.5m/s～0.7m/s,风温为（15±2）℃。

丙纶具有较大的比热容，由于功能粒子的加入进一步增大了熔体的比热容，并且高速卷绕丝束在冷却风道的停留时间短，为确保丝条的冷却效果，得到均匀的丝束，冷却速度要快，风温要比普通常规丝低2℃~3℃。若纤度较细，风速宜偏低，反之则偏高。

（4）油剂浓度12%，上油率0.5%～1.0%。

为了减少侧吹风对丝束的扰动，减小条干不匀率，在保证冷却效果的基础上，应尽量提高纺丝丝束的上油位置，采用双面上油系统。

（5）热辊温度（110±10）℃，卷绕头速度21500m/min～2 800m/min,卷绕角度 7° ～8°。

随着纺丝速度的提高，纤维强度提高，伸长下降，容易造成纤维结构的局部破坏，不利于加弹DTY，因此，热辊温度不能太高，纺丝卷绕速度应控制在3 000m/min以下。

1.4 DTY生产工艺

1.4.1 第一热箱温度

第一热箱温度又称变形温度。温度比较低时，拉伸时易造成丝束单丝断裂，强度下降；温度过高，易造成丝束发生软化，粘连，断裂强度下降，发生紧点。经实验证明，150dtex/96f,在140℃时，断裂强度2.78cN/dtex，断裂伸长率35.27%，外观有毛丝；在150℃时，断裂强度2.91cN/dtex，断裂伸长率38.37%，外观良好。所以，第一热箱的温度应选择在（150±5）℃。

1.4.2 第二热箱温度

第二热箱温度在110℃时，断裂强度2.88cN/dtex，断裂伸长率37.07%起不到松弛纤维内应力的作用，丝束松散，抱合性差；在130℃时，丝束内应力彻底释放，断裂强度2.96cN/dtex，断裂伸长率39.53%。所以，第二热箱的温度应选择在（130±5）℃。

2 检测结果

2.1 实验标准

根据ISO 150—B04—1994[5]标准进行检测实验。

2.2 实验条件

氙灯光强1.1J/m2，传感器420nm,标准黑板温度63℃。

3 结果与讨论

实验250h后，断裂强度达到92.22%，断裂伸长率减小4.36%；实验500h后，断裂强度达到85.08%，断裂伸长率减小7.58%；实验1 000h后，断裂强度达到72.54%，断裂伸长率减小11.68%。检测结果见表2。

图1 DTY长丝

表2 氙灯抗老化检验结果

表3 150dtex/96f细旦丙纶DTY主要物理指标检测[6]

4 结语

将防紫外线母粒与聚丙烯切片共混造粒，制成防紫外线聚丙烯切片，充分干燥，严格控制纺丝温度、侧吹风、纺丝油剂，以及卷绕成型工艺的控制调整，所生产的防紫外线抗老化丙纶DTY长丝产品的抗老化效果，断裂强度在250h后达到92.22%，在500h后达到85.08%，1 000h后仍然达到72.54%，防护效果良好。