纺丝实例——阳离子染料可染型聚酯长丝

涤纶具有高模量、高强度，弹性、保形性好，不易起皱等特点，是一种较理想的纺织材料。由于涤纶大分子中缺乏能与直接染料、酸性染料、碱性染料等结合的官能团，虽然具有能与分散染料形成氢键的酯基，但涤纶的结晶度高、结构紧密、染料分子不易进入纤维内部，使染色困难、色泽单调。为此，可采用强酸性的磺酸基团或酸度较小的磷酸基团的化合物与PET进行共聚，从而获得良好的阳离子染料可染的共聚酯(CDP)。通过化学改性能用阳离子染料在常压或加压条件下染色的涤纶称为阳离子可染涤纶。

1、改性剂
1、高压型染色改性剂
在PET的共聚酯中，以间苯二甲酸磺酸盐作为改性剂，磺酸基团上的金属离子(如Na+、K+等)易与阳离子染料中的阳离子进行离子交换。阳离子染料以离子键固定在CDP的分子链上，同时释出盐类(如NaCl)。因染色是在水浴中进行，NaCl可被去除，平衡朝着有利于染料固定在纤维上的方向发展、用磺酸盐作为改性剂还可以降低聚酯的结晶度，增大非晶区中分子链的活动性，从而达到改进染色性的目的。其加入量一般为DMT或TPA总量的2.5～4.0mol%。
此外，还有采用对苯二甲酸磺酸盐(STPM)化合物(其加入量为DMT重量的2%～4%)和脂肪族磺酸盐化合物等作为改性剂的，均可得到满意的结果。
2、常压型染色改性剂
用上述方法改性的共聚酯，必须在高压下才能进行阳离子染料染色，因此，再加入第四共聚组分，如脂肪族或芳香族二羧酸及其衍生物、脂肪族或芳香族二元醇及其衍生物、羟基酸类化合物等作为改性剂，就能使其在常压下进行阳离子染料染色。第四组分的加入量不得超过DMT重量的2%～8%；加入芳香族二羧酸时，其加入量为DMT重量的2%～15%。
2、纺丝
CDP共聚酯与PET的大分子结构、性能基本相似，纺丝方法也大体相仿。可以采用与PET同样的纺丝设备和流程，只需部分修改工艺参数，如切片的干燥条件、纺丝温度、后拉伸倍数、热定型条件等。
1、CDP切片的干燥条件应高于PET切片
由于CDP切片的含湿率与回潮率大于PET切片，且与磺酸基团的含量成正比，随着改性剂加入量的增多，吸湿基团(-sO3Na)增加，CDP的结晶温度增高。因此，必须强化干燥条件，才能使CDP切片达到普通PET切片同样的含水率指标。
2、CDP的纺丝温度应略低于PET
由于聚酯大分子链中加入了改性剂，故其结构的规整性被破坏，使它的熔点比PET降低5～10℃，因而它的纺丝温度须低于常规涤纶10～20℃。
3、CDP初生丝的后拉伸倍数低于PET
由于改性剂加入，涤纶规整性结构遭到一定的破坏，因而它的强、伸度降低，后拉伸性能不如PET纤维。故必须降低后拉伸倍数，减弱热处理条件。
3、改性剂对纤维性质的影响
1、对玻璃化温度Tg熔点Tm和结晶化温度Tc的影响
由实验可知，CDP的Tg、Tm均低于PET，而Tc却高于PET。随着改性剂含量的增加，Tc增高。这是由于共聚酯中导入了间苯成分和极性基团(磺酸基)，前者能使内旋转活化能及分子间作用力增加，使Tg升高；后者却使分子间作用力降低、链的柔性增加，使Tg降低，所以仅加入前者的CDP的Tg高于PET的Tg，而同时加入两种改性剂共聚酯的Tg则低于PET。
CDP的Te比PET高，这是因为在共聚酯中加入了极性基团，分子间作用力增加，难以结晶之故。
2、对结晶度的影响
由于大分子中引入了间苯成分和极性基团，不但增大了CDP大分子间的作用力，而且增加了结晶过程的空间位阻。因而CDP的结晶较PET困难，这将有利于熔体的纺丝冷却成形，但纤维的强度却低于PET。
常压型CDP由于加入了“柔性链”的第四组分，进一步破坏了大分子的结构规整性，因而，结晶能力将进一步变差，起到了降低其玻璃化温度、结晶度的效果，即增强了低温下大分子链的活动性，从而提高了染色时，染料分子向无定形区的渗透能力，达到了常压沸染的目的。
4、纺丝实例
1、常规纺丝纺制75dtex/24根的拉伸丝
切片：改性剂为对苯二甲酸磺酸盐；
特性粘数：0.6～0.63；
预结晶干燥温度：120～145℃(转鼓)；
干切片含水率：0.007%；
纺丝速度：800m/min；
纺丝温度：265～275℃；
冷却吹风风速：O.3m/s；
后拉伸倍数：3.94倍；
成品丝主要性质：断裂强度3.4cN/dtex，断裂伸度29%，可用阳离子染料进行常压沸染。
2、高速纺丝纺制167dtex/30根拉伸变形丝
切片：同常规纺丝；
预结晶干燥温度：130～165℃(充填干燥)；
干切片含水率：0.003%～0.004%；
干切片特性粘数：>0.60；
纺丝速度：3000～3200m／min；
纺丝温度：265～280℃；
冷却吹风速度：0.3～0.4m/s；
后拉伸倍数：1.5～1.65。
5、用途
阳离子可染涤纶的长丝和腈纶、常规涤纶、羊毛、粘胶混纺交织一浴染色(同浴染色)，可达到留白、深浅、异色等特殊效果。产品风格独异、品种繁多，适用于毛纺、色织、针织、丝绸等行业。