5D/3F功能性锦纶超细纤维制备与工艺介绍

刘 蓉，龚剑兵，张 伟，张国伟

（1.江苏文凤化纤集团有限公司，江苏 南通 226600；2.南通大学，江苏 南通 226019）

近年来，纺织面料逐渐往质地轻薄、功能多样的方向发展[1]，超薄、轻质、亲肤、柔软、抗菌的织物越来越受到消费者的青睐。轻薄面料的生产需要以超细纤维为原料，目前我国超细纤维产品主要是涤纶和丙纶，极少有锦纶超细纤维。

锦纶超细纤维由于线密度低、比表面积大，制得的织物具有轻薄、光泽柔和、柔软亲肤等特殊的外观和手感，迎合了人们对服饰美观舒适的要求，其服用性远高于涤纶和丙纶等合成纤维[2]。5D/3F功能性锦纶超细纤维是一种较为新型的锦纶长丝，其制品具有轻薄柔软、亲肤、高柔韧性、透气透湿、抗菌防螨等功能，在内衣、运动服、丝袜等产品的应用日益广泛。

1 原料与设备

1.1 原料

尼龙6切片（江苏永通新材料科技有限公司），型号：PA6 FD（全消光），相对黏度：2.500±0.015，含水率：≤6×10-4，可萃取物：≤0.6%，无油丝RV：2.55±0.02；油剂（竹本油脂株式会社），型号：F6258，质量分数：10%。

1.2 仪器与设备

仪器如表1所示。

2 技术方案

2.1 工艺路线

以锦纶6切片、油剂等为原料，在超细旦FDY生产线上纺制5D/3F锦纶超细纤维，工艺流程如图1所示。

2.2 设备及技术改造

（1）通过对料仓和螺杆进行氮气保护，使其具有较高的除气体杂质的效率，使氧化降解减少到最小；避免切片和熔体被空气氧化，保证后道纱线的染色质量。

（2）通过对熔体管道的改进，熔体管道要求熔体到每个纺丝位的滞留时间、温度、流动速率和压力均匀一致，不得有滞留点和死点。一方面减少管道长度，减少熔体在输送过程中裂解为低聚物；另一方面使熔体输送管道等长，避免熔体在熔体管道中停留时间不匀的问题，进一步保证熔体质量。

（3）采用低温纺丝加工工艺技术，减少螺杆内聚酰胺6熔体低聚物的形成以及缩聚反应速率，缩小聚酰胺6熔体的分子量分布范围，提高了超细纤维的熔体质量。

（4）通过改进组件喷丝孔的长径比为3.8和圆底型的组件，尽量多地释放纤维在喷丝孔熔体挤出时的内应力，进而减小卷绕卷取时丝饼对纸管的压力，提高丝饼的满卷率，提高可纺性。

（5）通过电仪控制线路改造，对纺丝计量泵与卷绕的主网络器的开关进行了信号关联，采用计量泵高低速的设置，具体为断丝、网络器关闭状态下，计量泵为高速运行，挂丝生头、网络器自动开启后，计量泵缓慢跳转到正常生产速度，有效提高了生头效率。

2.3 工艺设计优化

2.3.1 纺丝温度及侧吹风温度确定

由于单纤维直径较细，纺丝温度和侧吹风温度对丝束的影响较大，通过在不同纺丝温度下进行纺丝，统计断头次数，结果如表2所示。

表2 不同纺丝温度下的断头次数

同时，还研究了不同侧吹风温度对断头次数的影响，结果如表3所示。

表3 不同侧吹风温度下的断头次数

若侧吹风温度过低，丝条从喷丝板挤出后骤然冷却，单丝的轴向温度梯度增加，流动形变区缩短，丝条的牵伸受限。侧吹风压450 Pa、侧吹风湿88%、侧吹风温17 ℃、露点温度17 ℃、风速0.45 m/s，使丝条断头次数较少、纤度更均匀。

2.3.2 高张力卷取措施

超细纤纺丝卷绕不适宜低张力卷取，若按照常规丝束0.12～0.15倍旦数的方式确定卷绕张力数值，则无法正常生产，最终将5D/3F的卷取张力控制在2.0 g左右。为了提高满卷重量，除了将原先的纸管外径由138 mm增加至140 mm，原纸管抗压强度由250 kg提高到330 kg外，还通过采用组件喷丝孔“长径比3.8”和“圆底型”的组件，从而减小卷绕卷取时丝饼对纸管的压力，提高满卷率。

2.3.3 计量泵高低速自动转化装置

为提高生头成功率，将纺丝泵与卷绕网络器进行信号关联，在断丝状态下计量泵高流量运行，生头后缓慢降至正常转速，大大减少了生头时间，提高了生产效率。

2.3.4 低表面能上油工艺

超细纤维纺丝上油相比于正常的细旦丝上油量少65%，且使用的油剂泵规格也偏小，出油量为0.03 mL/r，油剂在油剂管路流动过程中阻力较大。为了克服油剂泵转速过少，油剂输送不畅导致上油不匀的弊病，添加了DY-ET水溶性有机硅（添加质量分数在0.9%），使上油油剂表现为低表面能，油剂在管道里输送更加顺畅，上油效果好。

2.3.5 抗菌抗紫外功能改性

通过计算机自动控制装置，在螺杆挤出机前端加入具有抗菌抗紫外功能的ZYW氧化锌作为“防紫外+抗菌”多功能添加剂（如用有光切片纺制，则混合添加ZnO及TiO2），最终确定ZYW氧化锌粒子的掺杂比例在1.0%左右可达到较优的抗菌和防紫外线效果。

经工艺优化后，制成的5D/3F锦纶6功能性超细纤维产品，经国家纺织制品质量监督检验中心测试表明：紫外线防护系数（Ultraviolet Protection Factor，UPF）实测156；抑菌率指标“三大常见细菌”实测值≥99。

3 技术先进性

2019年1月，5D/3F锦纶功能性超细纤维技术经中国纺织工业联合会组织的院士专家鉴定，总体技术达到国际先进水平[3]。

4 结语

（1）利用国际先进的超细旦卷绕机（AT i-II615R/8），配套国产多功能纺丝机可以顺利纺制5D/3F功能性锦纶超细纤维。

（2）通过工艺优化，如低温纺丝、低表面能上油、计量泵高低速自动转化等技术，攻克了超分散纳米材料制备和无机杂化添加技术难题，实现超细高性能锦纶丝的制备，满足了部队作训服、消防服等防护服内层材料由于穿着时间较长不易清洗，要求其具有抗菌防螨、抗紫外线、抗老化及亲肤等的要求。