原配色絲紡絲技術研究

湯方明，王玉娟，李文剛，甘學輝，汪 軍

(1.江蘇恒力化纖股份有限公司，江蘇 蘇州 215228；2.東華大學 a.紡織學院；b.材料科學與工程學院；c.機械工程學院：上海 201620)

0 引言

隨著化纖行業(yè)和色母粒行業(yè)的發(fā)展，促進了原液著色纖維產量的增長。目前，原液著色只能同時在線紡制一種顏色的絲，制約了該技術的進一步發(fā)展。原配色絲紡絲方法作為一種新的紡絲技術，屬于原液著色纖維，是通過超細纖維混色實現多色化纖的生產。該技術具有原液著色絲色彩艷麗、色牢度高、綠色環(huán)保的特點，又克服了其弊端，將給化纖產業(yè)打開一片新的天地。

1 傳統(tǒng)印染方法的弊端

紡織品染色存在于紡織品生產的各個環(huán)節(jié)，主要包括絲束染色、散纖維染色、條子染色、紗線染色、織物染色和成衣染色。由于混紡產品生產量較大，如果采用先染后紡，即先將不同品種的纖維或絲束染成相同或不同的顏色再混紡，可能會存在色差或沾色問題，且需要庫存多種色纖維，不便管理；而采用先紡后染，即先將不同品種的纖維紡成條子、紗線、織物或制成衣服再染色，則主要存在競染問題。除此之外，傳統(tǒng)印染行業(yè)污染嚴重，生產過程中產生大量的廢水、廢氣[1]，顆粒狀的染料如果保管不善，容易發(fā)潮、氧化、結塊，上色后色澤暗淡且易褪色，如果彌漫到空氣中，對人體健康也會造成損害。

隨著國家對綠色環(huán)保的倡導，出臺了一系列行業(yè)規(guī)范，許多企業(yè)不得不關停整改，印染行業(yè)轉型已迫在眉睫，而勞動力成本、染助劑成本、廢棄物處理成本等均大幅度增加，加大了企業(yè)運營難度[2]。

2 原液著色紡絲技術

原液著色紡絲技術即在化纖生產的溶液或熔體中加入含有染料的色母粒，通過螺桿擠壓機的熔融攪拌，達到充分混合，然后直接紡制出色絲，其色彩艷麗、飽和度高、色牢度高，耐水洗、耐磨損、耐日曬。原液著色絲的生產不產生廢水、廢氣，綠色環(huán)保[3]。色母粒是通過把高濃度的顏料和添加劑包含在熱塑性樹脂中制得，所選樹脂能很好地熔和在被著色的材料中，克服了傳統(tǒng)印染中使用染料的弊端。

2018世界纖維新材料大會暨第24屆中國國際化纖會議中有專家對未來全球纖維增長趨勢做出預判，預計增長率將達到2.6%，而化學纖維的年平均增長率將達到3.2%，整體發(fā)展趨勢如圖1所示[4]。化纖行業(yè)的發(fā)展決定了原液著色絲產量的增長，另一方面，原液著色絲綠色環(huán)保特性也符合生態(tài)發(fā)展的需求，“十三五”期間，國家重點研發(fā)計劃項目“高品質原液著色纖維開發(fā)及應用”正式啟動，進一步推動原液著色產業(yè)的發(fā)展[5]。

通過熔體直紡的方法生產原液著色絲，即在聚合后的聚合物熔體中加入色母粒切片后進行紡絲，目前主要應用于生產需求量較大的黑色絲與半消光商品，品種更換周期長，難以滿足多色多品種的要求。而通過切片紡絲的方法生產原液著色絲，更換品種較為方便，但需要大量的過渡料對設備進行清洗，且存在清洗不徹底的問題，生產成本比熔體直紡高10%～20%，極大地限制了原液著色絲的生產。

圖1 全球纖維需求增長趨勢

3 原配色絲紡絲方法

許多專家學者在努力地解決印染和熔體紡絲中存在的問題，李文剛等利用人眼識別的基本原理，即在一定觀察距離下，人眼無法識別一定線密度纖維的顏色，提出一種新的紡絲方法——原配色絲紡絲方法[6]。該方法基于切片紡絲，得益于超細纖維的發(fā)展，一根復絲中包含多根不同顏色的超細單絲，而單絲線密度足夠小，人眼無法辨別各單絲的色差，從而形成空間混色，得到顏色均一的復絲，層次感細膩，視覺風格獨特，該紡絲技術依據的理論是人眼的分辨本領以及顏色混合原理。

3.1 人眼的分辨本領

人眼的光學系統(tǒng)，如圖2所示，可看成一個凸透鏡，它的前表面有1個孔徑可變的光闌，即瞳孔。透鏡的物空間為空氣(n0≈1)，像空間為玻璃狀液體(n0=1.336)。在圖2中，相鄰兩物點A，B經透鏡折射后在視網膜上生成兩衍射像，它們的中心為A′，B′。A，B和A′，B′對透鏡光心的張角θ和θ′應滿足折射定律，在傍軸近似條件下寫為：

圖2 簡約眼示意

θ=nθ′

(1)

根據瑞利判斷[7]，A和B兩點剛好可以分辨時，A′和B′之間的角距離應等于艾里斑的半角寬度，即：

(2)

式(2)中，λ為入射光在真空中的波長，λn為玻璃狀液體的波長，瞳孔直徑D為2 mm～8 mm。將式(2)代入式(1)得，人眼對兩物點的最小分辨角為：

(3)

在式(3)中，如果將λ取作可見光中平均波長550 nm，D取作2 mm，則得：

即人眼的分辨極限角一般認為是1′，假設瞳孔至視網膜間的距離l為22 mm，則視網膜上剛好可辨的兩點A′，B′之間的距離為：

5×10-3mm=5 μm

對于單根纖維的直徑，如果小于5 μm就超過了人眼的分辨限制。通常情況下單根纖維的直徑小于10 μm，人眼就無法分辨，此時2個單根纖維之間完全融合。

3.2 顏色混合

經過大量的研究發(fā)現，光的混合規(guī)律和顏料的混合規(guī)律是完全不同的。因此，為區(qū)別起見，人們把光的混合稱為加法混色，而把對光具有吸收作用的物質如染料、顏料、濾光片等的混合或疊加稱為減法混色。

所謂加法混色，是指各種不同顏色光的混合，分為直接混合加法混色(或叫做同時加法混色)、繼時加法混色和空間混色(或叫做并列混色)。其中，直接混合即一般所見的色光相加；繼時混色為兩個顏色頻繁交替作用于人眼的同一部位，如轉盤式混色裝置；空間混色為一定距離下兩個光距離非常小時，人眼無法分辨而產生的混色，如彩色電視機呈色、點彩畫或十字繡。光的三原色為紅(R)、綠(G)、藍(B)，將三原色按照一定比例混合，可得到任何一種顏色[8-9]。

所謂減法混色，即有吸光性物體的顯色過程。當一束光照到某種顏色的物體上時，該物體吸收了入射光中一定波長的光，將剩余部分反射或透射出去，此反射或透射光即為該物體的顏色，等于入射光的波長減去吸收光的波長。顏料的三原色為青(C)、品紅(M)、黃(Y)。

一根原配色絲由多根不同顏色的單絲組成，單絲之間的混合符合減法混色，而復絲外表面不同部位呈現出的色光，由于距離較近，又會產生空間混合，符合加法混色。

3.3 原配色絲的優(yōu)勢

通過將原色纖維中兩種或多種在數量上按不同比例混合視覺上獲得幾十種到幾百種等色纖維，特別對于象灰、草綠等敏感色的優(yōu)勢尤其明顯，可根據需求完成小批量、多品種的產品生產。

在性價比方面，紡織品印染噸價為5000元～10 000元，而原配色絲每噸成本為300元～1000元，經濟效益非?？捎^。

4 結語

縱觀整個化纖市場，需求量穩(wěn)中有升。然而化纖及其織物的染色方法，仍以印染和熔體色紡為主，這兩種方法都存在一定弊端，制約了化纖產量的進一步發(fā)展。新型紡絲方法——原配色絲紡絲具有熔體色紡的優(yōu)勢，同時克服了熔體色紡和印染中的問題，僅用幾種顏色的色母粒即可紡出上百種顏色的化纖絲，極大地降低了生產成本，經濟價值和環(huán)保價值較高,且其所紡化纖色牢度高，耐水洗、耐磨損、耐日曬，顏色均勻、層次細膩，視覺風格獨特。