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本文作者：余曉華楊蘊敏作者單位：常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學院

熔融紡纖維的紡前著色

熔融紡纖維主要指聚酰胺、聚酯和聚丙烯纖維等。一般熔融紡纖維紡前著色的工藝流程如圖1所示。一直以來，影響熔融紡纖維紡前著色技術(shù)發(fā)展進程的關(guān)鍵主要在于化纖母粒生產(chǎn)技術(shù)及母粒注射、混合技術(shù)。

1色母粒生產(chǎn)技術(shù)

熔紡纖維紡前著色技術(shù)規(guī)模化發(fā)展的關(guān)鍵是色母粒生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和成熟。現(xiàn)階段，全球色母粒市場體系基本呈壟斷經(jīng)營狀態(tài)，其生產(chǎn)集中于幾個超級大公司中。例如壟斷世界炭黑生產(chǎn)的超級大公司卡博特也壟斷了全球30%黑色母粒的生產(chǎn)；其他主要色母粒生產(chǎn)商還包括Clarian（t科萊恩）、漢納、休門等。而國內(nèi)色母粒生產(chǎn)企業(yè)則主要集中在廣東、江蘇、浙江、上海、山東等地。目前，國內(nèi)的色母粒企業(yè)也已開始走出小規(guī)模、低產(chǎn)能的生產(chǎn)方式，逐漸向大型化、規(guī)模化發(fā)展。目前以聚乳酸為載體的色母粒也已開發(fā)出來，這為聚乳酸纖維的紡前著色提供了可能。顏（染）料品質(zhì)高低決定色母粒品質(zhì)檔次。國產(chǎn)顏（染）料可達到國外中檔顏（染）料水平，但與國外高檔產(chǎn)品相比，其在產(chǎn)品純度，特別在顏（染）料表面處理上還有一定差距。目前國內(nèi)彩色顏（染）料、鈦白粉和炭黑，都有了較高品質(zhì)的產(chǎn)品，基本能夠滿足色母粒的要求；國內(nèi)白色母粒中顏料含量一般也能達到70%。目前全球80%的高濃度色母粒用顏料市場被國外公司占領。顏（染）料的發(fā)展方向是研制環(huán)保的著色力高、分散性能好的無機顏（染）料和穩(wěn)定性更好的有機顏（染）料。美國SunChemical公司推出一種類似于顏料分散體的產(chǎn)品——色砂，色砂中顏料含量最高可達90%，分散效果好，可直接使用，也可以與樹脂混合制備高濃度的色母粒。色母粒加工技術(shù)的核心在于顏（染）料、載體和分散劑的相互兼容，關(guān)鍵在于：提高顏（染）料的分散性，提高色母粒中顏（染）料含量和著色效率，提高顏（染）料的高效、微細化、無毒和穩(wěn)定性；顏（染）料的各項色牢度指標優(yōu)良；色母粒應具有一定的粘度；色母粒的一致性優(yōu)良。其發(fā)展趨勢是開發(fā)高濃度、顏色鮮艷、色譜齊全、色澤均勻、色牢度好的著色母粒和多功能母粒，如阻燃、抗靜電、抗菌、保溫、導電母粒等。隨著數(shù)字紡織技術(shù)的迅猛發(fā)展，通過電腦測配色和色母粒復配技術(shù)，可實現(xiàn)色母粒多色系無限彩配色效果。

2色母粒注射、混合技術(shù)

色母粒注入是將不同的料以不同的百分比、系數(shù)和密度注入到不同的螺桿擠壓機中，然后以不同的速度和壓力將不同的量擠入計量泵中，從而紡出不同規(guī)格品種的纖維。在這一過程中，最容易出現(xiàn)的問題就是纖維著色不勻、產(chǎn)生色差，尤其是當色母粒的添加量越小，計量、混合越不均勻，纖維就越易產(chǎn)生色差，在紡淺色時更是明顯。因此，通過對色母粒的注射、混合設備進行改善，就可有效改善色母粒與高分子聚合物的共混性，減少色絲的色差。色母粒注射、混合工藝的關(guān)鍵是根據(jù)產(chǎn)品的要求進行色母粒準確計量、色母粒與高分子聚合物的均勻混合以及設備的穩(wěn)定運行。色母粒注射、混合設備的發(fā)展推動了纖維紡前著色技術(shù)的裝備水平，大大提高了生產(chǎn)效率。（1）人工添加目前在一些產(chǎn)量較小、產(chǎn)品要求較低的非織造布和短纖維企業(yè)，色母粒注入仍采用人工計量的方式，偏差較大，導致產(chǎn)品與預期效果有較大差異，產(chǎn)品品質(zhì)較低。（2）瑞士K-TRON公司等的T-21減量注射器采用單位時間內(nèi)小料斗中色母粒重量逐步減少的計量法來控制母粒的加入量，計量單元直接安裝在擠壓機的進料口上，在進入擠壓過程的前一刻，色母粒進入并與聚合物切片進行混合。該方法屬于重量計量型，在低用量時準確度較高，可滿足有色短纖維和普通有色長長絲紡前著色要求。（3）小螺桿注射器使用程控小螺桿擠壓機將色母粒干燥后精確計量并連續(xù)注入大螺桿擠壓機入料口中心，使色母粒與聚合物切片混合，連續(xù)進入螺桿擠壓區(qū)，在螺桿擠壓熔融過程中充分混合均勻。該項技術(shù)需要注意以下幾點：一是色母粒從小螺桿輸至大螺桿時通道要暢通，防止粘連；二是若大螺桿的輸出量發(fā)生變化，小螺桿的輸出量要作同步調(diào)整，才能保證色母粒的加入比例。該裝置屬于體積計量，裝置制造成本低，可滿足有色短纖維和普通有色長絲的紡前著色要求，產(chǎn)品可用于有色縫紉線、非織造布、色織物等中。（4）天津愛尼公司等的轉(zhuǎn)盤式注射器采用計量盤分別對色母粒和聚合物切片進行體積計量，在下面的小料倉進行初步的攪拌混合，然后再一同進入螺桿擠壓機混合和熔融。該裝置由于增加了一道混合工序，使色母粒和聚合物的混合均勻性提高，從而可獲得更好的染色均勻性。該裝置可用于著色均勻性要求較高的有色長絲的生產(chǎn)。生產(chǎn)過程中需要注意計量盤規(guī)格的選擇，不能用紡色母粒添加比例大的計量盤紡添加比例比較小的纖維，反之也不要用紡色母粒添加比例小的計量盤紡添加比例比較大的纖維，否則會造成色差。（5）EMS公司的紡前添加系統(tǒng)該系統(tǒng)可添加母粒、粉末甚至液態(tài)染料，其中在添加母粒時可對色母粒進行熔融、計量并將其直接加入到紡絲箱體中。聚合物和添加劑的混合是在一個特殊的熔體混合泵中發(fā)生的。在紡絲染色前直接加入添加劑，避免了色母粒在高溫區(qū)長時間的停留，著色后的纖維顏色比較鮮艷。該設備價格相對昂貴，生產(chǎn)出的有色長絲著色均勻性較好、色牢度高、可織造性能高，其產(chǎn)品織物耐磨性好、強度高，產(chǎn)品可用于高附加值的汽車內(nèi)飾和著色均勻要求較高的軍需產(chǎn)品等中。（6）德國吉瑪公司的在線色料混合添加裝置德國吉瑪公司在20世紀90年代推出在線色料混合添加裝置，該裝置是將輸出的熔體與精確計量的色料粉末添加劑按比例喂入，通過動態(tài)混合設備均勻混合，然后再注射到管線上，熔體經(jīng)靜態(tài)混合器進行兩次混合后，直接紡絲。該裝置為直紡生產(chǎn)工藝帶來了紡前著色的可能性。

3紡前著色產(chǎn)品及其應用領域

有色聚酯短纖維可用于針刺、水刺、化學粘合法的非織造布中，其產(chǎn)品廣泛用于過濾材料、電池隔膜材料、電器的隔熱材料、土工材料等。有色聚酯短纖維也可紡成紗線，做成織物，應用于服裝、裝飾產(chǎn)品中。有色聚酯長絲可用于色織產(chǎn)品，包括服裝（如軍衣、軍褲）、裝飾（如窗簾、汽車內(nèi)飾）、產(chǎn)業(yè)用（如蓬蓋布、汽車安全氣囊、土工布）等；或制成有色縫紉線（如皮革、制鞋業(yè)和繡花用）、工業(yè)用網(wǎng)繩和線帶；也可作為體育器材材料等。有色聚酰胺纖維具有較好的防沾污性，并經(jīng)得起化學劑清洗而不褪色，可用于汽車簇絨地毯、安全帶、充氣安全袋、降落傘材料、體育器材材料等。聚丙烯染色極困難，只能采用紡前著色的方法進行著色。有色聚丙烯短纖維可應用于服裝、床上用品、地毯等，有色聚丙烯長絲可應用于包裝材料、過濾布、工作服、水龍帶等，有色聚丙烯紡粘非織造布產(chǎn)品可應用于醫(yī)療領域的一次性手術(shù)服和手術(shù)帽、非織造布袋、過濾材料等。熔融紡纖維的紡前著色產(chǎn)品開發(fā)趨勢是開發(fā)功能性有色纖維（如抗靜電有色、阻燃有色、高吸濕有色、抗菌有色）、超細有色、有色聚乳酸纖維、有色再生纖維等。

溶液紡纖維的紡前著色

溶液紡纖維的紡前著色是將固體顏（染）料混入聚合物溶液中，經(jīng)紡絲和后處理而制成有色纖維，一般工藝流程如圖2所示。溶液紡纖維紡前著色的優(yōu)點是具有優(yōu)良的耐光和耐氣候的色牢度，但也存在著明顯的缺點：（1）有色原液需經(jīng)脫泡、過濾后方可紡絲，污染紡絲系統(tǒng)，更換顏色需進行很好的清潔，花費人力和成本，不適合小批量生產(chǎn)；（2）顏（染）料對溶液中溶劑的穩(wěn)定性要好，且在溶液中的分散性要好，目前符合要求的顏（染）料種類較少；（3）顏色不夠鮮艷、色譜不齊全。近年來國外溶液紡纖維的紡前著色采用原液著色專用劑先制成濃縮母粒（即色母粒），再在紡絲時按一定比例加入，或者在接近紡絲時加入色母粒，縮短有色原液行程，可減少污染，縮短色種變換時間。目前多色系的有色腈綸已得到開發(fā)，其應用領域包括絨線、地毯、人造毛皮、野營帳篷、遮陽篷布、車篷、旗幟、戶外用品等。有色維綸可與棉花混紡制成服裝，也可制成針織內(nèi)衣、床上用品、裝飾用布、工作服、魚網(wǎng)等。氯綸染深色極困難，紡前著色為其提供了一條很好的著色途徑。氯綸本身具有很好的化學穩(wěn)定性、阻燃性和保暖性，但不耐熱。有色氯綸主要應用于耐化學藥劑工作服，過濾布，防燃沙、床墊布等室內(nèi)裝飾用品，保暖絮填材料等。間位芳香族聚酰胺纖維（芳綸1313）染色困難，可采用紡前著色。有色芳綸1313主要用于制作阻燃隔熱防護服和阻燃裝飾布等。溶液紡纖維的紡前著色產(chǎn)品開發(fā)趨勢是高性能有色纖維、有色再生纖維素纖維等的開發(fā)，并豐富有色溶液紡纖維的產(chǎn)品色系。

紡前著色技術(shù)由于生產(chǎn)過程中“三廢”少、成本低，產(chǎn)品著色均勻、色牢度高等越來越受青睞。紡前著色技術(shù)的發(fā)展關(guān)鍵在于：一是高品質(zhì)、分散性好、多色系、環(huán)保的顏（染）料；二是高濃度、顏色鮮艷、色譜齊全、色澤均勻的著色母粒和多功能色母粒（如阻燃、抗靜電、抗菌、保溫、導電母粒）；三是顏（染）料或色母粒與聚合物均勻混合；四是要依據(jù)產(chǎn)品機械性能、耐光性能、著色均勻性和生產(chǎn)成本的要求選擇不同品質(zhì)的顏（染）料、色母粒和混合設備，并注意生產(chǎn)工藝和條件的控制，生產(chǎn)出適合不同領域產(chǎn)品要求的多色系有色纖維。在環(huán)保要求越來越高的當前，國內(nèi)的顏料、色母粒、色母粒注射設備生產(chǎn)企業(yè)和纖維生產(chǎn)商均面臨著很大的發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)。建議相關(guān)企業(yè)積極利用國內(nèi)科研院所的研發(fā)平臺，加強國內(nèi)紡前著色技術(shù)的一條龍研究開發(fā)，開發(fā)出高品質(zhì)顏料、新型分散劑、高濃度的彩色母粒和功能母粒，并進行有色纖維的差別化、系列化、品牌化開發(fā)，提升整個產(chǎn)業(yè)的綜合實力和國際影響力。