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1、P E T 纤维纺丝中采用纳米微粒添加剂 的相关问题 M S e z e nK o r t e k sM e n s u c a tS a n V eT i c 公司( 土耳其) 摘要：在许多市场和用途中采用尺寸更小的微粒材料的趋势正明显增长。在纤维纺 丝中加入整个范围的添加荆( 包含纳米微粒) 开发具有特殊性能纺织品时存 在着一些争论。纤维纺丝中的主要问题是开发低含量的添加荆。 关键词：纳米微粒添加剂，分散，纺丝 1 历史 1 9 9 0 年以来，K o r t e k s 公司在 土耳其一完全集成的工厂的装置 中生产聚酯长丝纱，1 9 9 8 年其产 能由8 0t d 增至5 8 0t d
2、 o 整个生 产包括缩聚、P O Y 、F D Y 的生产、变 形、加捻及染色。K o r t e k s 长丝纱 装置年产聚合物2 0 3 万t 、 P O Y1 4 0 万t 、F D Y3 5 万t 、变形 纱1 2 2 5 万t 、空气变形纱35 0 0t 和加捻花式纱70 0 0t 。2 0 0 3 年， K o r t e k s 公司的研发部门在全球范 围内首次生产出超细聚酯长丝 ( 0 3d t e x ) o 自2 0 0 0 年，K o r t e k s 公司开发了采用将母粒加入P E T 纤维的工艺和其纺前染色的生产， 并在2 0 0 4 年通过投资进一步取得 了母粒配
3、制中的经验。K o r t e k s 公 司采用这一灵活 的方法每年可生 产1 8 万t 纺前染 圈1K o r t e k s 公司全自动落筒和处理设备 色P E T ，公司还开发了一系列具抗 菌、阻燃、抗静电、荧光色彩、抗紫 外线等功能的P E T 纤维oK o r t e k s 公司不仅生产和开发纱线，还生产 开发了自己品牌的高性能织物，如 具有湿度控制功能的D r y t o u c h 织 物( 图1 ) o 2 纳米微粒的分散 目前就纳米微粒在P E T 纤维 中能否适当分散还有争论。为达 到最佳和最有效的加工，控制最终 产品性能，实现纺织纤维应用中的 创新，必须建立P E T
4、 聚合物生产、 纳米微粒生产，以及母粒配制之间 的合作来确定分散、粘度、熔体特 性。在原料开发和合适的加工参 数的开发之间建立相互了解和良 图2 专门知识的相互作用 国际纺织导报2 0 0 8 年第9 期 2 7 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark - _ _ _ _ - - I 纤维生牟_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 一 好的交流才会形成更好的物理、机 械和结构性能( 图2 ) 。因此利用 来自学术和工业平台每一领域的 专门知
5、识，包括化学、材料科学、母 粒配制、纤维纺丝和纺织技术，是 十分重要的。研究和开发应包括 熔体挤出、纺丝、母粒配制、变形技 术及用于聚合物测试、纤维表征和 测试最终纺织品特性的中间装置 ( 图3 和图4 ) o 图3 挤出机及P O Y 和F D Y 的纺丝机 3 纳米添加剂和化学纤 维的优点 纳米微粒加入聚合物基体得 到一种被称为纳米复合物的新品 级材料。研究制成了在汽车、工程 和薄膜等领域某些应用中的新型 聚合物材料。在这些领域中所达 到的性能也为纺织工业提供了新 的机遇。尤其是含有添加剂的化 学纤维的开发，将产生全新性能的 复合纤维。 P E T 纤维纺丝中应用的纳米 微粒主要是纳米尺寸
6、的金属氧化 物和金属离子，如T i O ：，Z n O ，S i 0 2 ， C u O ，A g + ，Z n 2 + 。也正在研究加入 有机改性的纳米粘土、纳米陶瓷及 纳米碳管。纳米添加剂将赋予阻 燃、抗菌、抗静电、自清洁、紫外线 防护、热稳定性、耐磨性、强度、更 快的上染率、深的色强度、更亮的 色彩等一系列性能。由于微粒是 嵌入纤维中的，所以最终纺织品所 要求的性能可保持得更为持久。 纳米添加剂还可以提供加工性能 的优势，但问题关键在于能否和现 有加工状况相协调o 4 纳米微粒的分散 亚微米微粒尺寸的转变与纳 米微粒尺寸的转变差异是引起聚 集的个别微粒的不均衡、较大的相 互作用。这是由于
7、增大了纳米微 粒的比表面积，微粒直径在 2 0 5 0 0n m 之间时，比表面积与微 粒直径成反比。化学纤维上微粒 聚集的程度和分布可采用S E M 结 合E D A X 和F r l R 的分析方法加以 分析( 图5 ) o 目4 纱线外观和动态特性的测试 以使微粒能更容易地加入纤维中 而不降低纺丝特性( 图6 ) 。因此 理想的纳米微粒尺寸应在2 0 0I l i a 以下。 除开发有效工艺外，改进纳米 微粒表面也是一个关键因素。为 了转变纳米微粒，使它们和基体相 容，表面的改进是必需的。表面改 进既可以是在研磨中控制微粒尺 寸的机械方法，也可为采用化学辅 助研磨技术的化学方法。因此制
8、备纳米微粒时，微粒尺寸应保持在 2 0 一5 0n m 范围内。 实际分散情况下，不妨碍均匀 性和微粒分布的聚集是准许的。 纤维纺丝有两个分散阶段，即：在 母粒中的分散和其自身在纤维上 的分散。图7 所示为母粒聚合物 为了在实 际的全球产品 配方中成功地 转变纳米微粒， 必须采用新技 术。包括改进 纳米微粒配制 中的研磨工艺，图5 微粒尺寸和聚集程度的分析 国际纺织导报2 0 0 8 年第9 期 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 中纳米微粒的分散，微
9、粒尺寸在 2 0 0 5 0 0n m 范围内。 纺丝后纳米微粒分散在纤维 中，由于平均尺寸在5 0 2 0 0n m 的微粒的更均匀分布，集聚已经减 少，如图8 所示。较大的微粒是 T i 0 2 的颗粒o 5 母粒的准备和加入 有效的纳米材料是挤出时经 由聚合物母粒加入纤维的。母粒 提供了更好的分散和在聚合物中 的混合，而不干扰纤维的纺丝性 能。为有效地加入母粒，应考虑以 下几方面： 一由于侧向挤出机适合大型 产能的生产，所以重量加料应考虑 用于小型灵活的生产中； 图7 母粒聚合物中纳米微粒的分布 图8 纤维中纳米微粒的分散 一最小 剂量的测定 用于卫生用 材剂量； 一改变 剂量，必须采
10、用计算机控 制加料； 一需加 入几种母粒 的主挤出机 图6 通过喷丝板的纤维纺丝 前。可配有若干台将母粒切片加入 P E T 切片的加料器。 6 纺丝中的争议 纺丝生产应控制以下参数： 一密度； 一粘度； 一熔体温度； 一纺丝泵压力。 粘度强烈地影响压力，特别是 纺丝泵中的压力，并进一步影响纺 丝组件的压力波动。实际纺丝时 必须测出极小的压力水平。由于 某些添加剂的粘度影响，必需进行 调节。添加剂或增强剂都会影响 长丝的最终物理性能，例如强度增 大，带来伸长的降低。然而由于分 子不同，添加剂的影响，这种关系 有时也会改变。随着化学作用，微 料的尺寸和剂量都有极大影响。 卷绕速度的优化选择取决于
11、添加 齐扩增强剂对长丝物理和摩擦性能 的影响。 7 变形和其他纺织加工 添加剂的采用不应脱离常规 下游加工所要求参数的允许限度。 变形中，和空气喷射变形( 图9 ) 中 图9P E T 长丝加工时承受着各种张力、伸长和温度 国际纺织导报2 0 0 8 年第9 期 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ I 缉维生牟_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ l 标准的拉伸比、速度、加热器温度该加以测定，以
12、便达到最终纺织品以上对纳米复合纤维可行性的 ( 1 5 0 4 0 0 ) 、摩擦盘形式相兼所要求的性能。 所有讨论是基于开发低含量纳米微 容是很困难的。加捻中，在不降低粒纤维，用于所有新型功能纺织品 加工参数的情况下，很易达到8结论 细旦和微细旦长丝( 具有较低的线 5 15 0 0r r a i n 的加捻水平。加添 密度) 的熔体纺丝的。 加剂后纱的摩擦性能、强度、伸长微粒尺寸的均匀性和由混合成功开发的关键因素包括：选 性能都必须能经受织造和针织加母粒的载体纺丝时纳米微粒到聚择正确的纳米微粒；选择正确的加 工中的各种力。在染色和整理中，酯基体的化学结合质量是纺丝中工工艺以得到良好分散；正
13、确选择 温度、收缩率和化学品的影响都应问题的关键。纤维性能的功能作用。 C h a l l e n g i n gi s s u e sf o rt h eu s e o fn a n o - p a r t i c l ea d d i t i v e s _-一- i nP E Tf i b e rs p i n n i n g 一 M u t l uS e z e n ，K o r t e k sM e n s u c a tS a n V eT i c A S ，B u r s a T u r k e y A b s t r a c t ：T h et r e n dt ol l s
14、ee v e l - s m a l l e rs i z ep a r t i c l e s o ft h em a t e r i a l si s a p p a r e n t l yg r o w i n gi n m a n ym a r k e t sa n da p p l i c a t i o n s T h e r ea r e c h a l l e n g i n gi s s u e si n v o l v e di nf i b e rs p i n - n i n gd u r i n gi n c o r p o r a t i o no faw h o
15、l er a n g e o fa d d i t i v e si n c l u d i n gt h en a n o - p a r t i c l e s ， w h i c hh a v eb e e nd e v e l o p e df o rt e x t i l ea p - p l i c a t i o n sw i t hs p e c i f i cp r o p e r t i e s I nf i b e r s p i n n i n gt h em a i ni s s u ei st od e v e l o pf i b e r s 而t hl o wc o n t e n to fa d d i t i v e s K e y w r o d s ：n a n o p a r t i c l ea d d i t i v e ，d i s p e r s i o n ，f i b e r s p i n n i n g 国际纺织导报2 0 0 8 年第9 期 3 l 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark