氨綸沸水收縮率影響因素探討

孫迎春，張斌，王寶總，高久林，魏良云

氨綸沸水收縮率影響因素探討

孫迎春，張斌，王寶總，高久林，魏良云

（連云港杜鐘新奧神氨綸有限公司，江蘇連云港 222047）

探討了后處理條件、紡絲工藝、結晶成核劑含量，對氨綸沸水收縮率（boiling water shrinkage）的影響，并生產出了具有低沸水收縮率的氨綸纖維。試驗表明：隨后處理溫度升高和時間延長，沸水收縮率降低；提高紡絲溫度、降低預牽伸、降低紡速可以有效降低沸水收縮率；結晶成核劑添加量1%時，沸水收縮率較低。

沸水收縮率；結晶度；取向；預牽伸；氨綸

0 前言

沸水收縮率（BWS）是氨綸纖維的一個重要指標，BWS的大小及穩定性影響著加工工藝的制定和加工產品的質量。高BWS的氨綸纖維通常斷裂強度低，織造過程中容易斷絲，與其它纖維（如錦綸）織造后，會造成織物毛坯或染后成品起泡；BWS穩定性差的氨綸會由于個別絲卷BWS偏大，造成吸色偏深，導致染后布面出現橫條或者縱條。針對以上缺陷，本文討論了不同后處理條件和紡絲工藝對氨綸沸水收縮率的影響，為生產低沸水收縮率的氨綸纖維提供參考方案。

1 BWS偏大原因

氨綸是聚氨基甲酸酯纖維的簡稱，其分子結構中同時含有硬鏈段和軟鏈段，主鏈上的重復單元包括氨基甲酸酯基團(-NH-COO-)和脲基 (-NH-CO-NH-)，凝聚態同時含有晶態結構和非晶態結構。造成氨綸沸水收縮率偏高的原因主要有兩個因素：非晶分子鏈的解取向，在高溫時尤為顯著，取向態的非晶區變成無規狀態，造成收縮，這是一個快過程[1]；纖維內部的內應力，在高溫時，內應力緩慢釋放，尺寸變得更加穩定，造成收縮。氨綸在生產過程中，紡絲原液先從噴絲板中噴出進入紡絲甬道，經過溶劑揮發、固化后，上油，再通過羅拉的牽伸，最后在卷繞機上卷取，得到固定卷重的絲餅。在上述過程中，氨綸纖維內部的分子結構已基本形成，但由于有些分子鏈段處于松弛狀態，而另一些鏈段處于緊張狀態，故纖維內部存在著不均勻的內應力，另一方面由于在甬道中停留的時間短，纖維內晶態部分的結晶區不完善，甚至部分成型的纖維中，還有大小不等的孔穴。不完善的結晶區不能夠很好地抑制住非晶區的解取向，故纖維的沸水收縮率較高。提高結晶度，纖維內部晶區增大，結構更為穩定，不易收縮，故沸水收縮率低；提高取向度，纖維內部分子排列較為整齊，大分子鏈段活動性不高，結構穩定，不易收縮，故沸水收縮率較低[2]。因此釋放內應力，提高纖維取向度和結晶度，使纖維的形狀更加穩定，是降低BWS的有效方法。

2 試驗部分

2.1 原料

聚氨酯紡絲原液（粘度6000poise，固含量35%）

2.2 生產設備

紡絲卷繞機，型號TMT ATi-459，濕熱處理機（CUR）。

2.3 測試

沸水收縮率的測試參照6505-86《合成纖維長絲及變形絲沸水收縮率試驗方法》所述的方法測試。在試驗條件下，取特定長度的樣品絲并用紗布包好，置于100℃的水浴鍋中沸煮30 min。然后取出晾干，打開紗布，測量樣品絲的長度，則樣品絲的沸水收縮率為：

式中：L0—煮前長度，cm

L1—煮后長度，cm

2.4紡絲工藝流程

3 結果與討論

3.1 紡絲后的后處理條件對BWS的影響

由于紡絲過程中的急劇形變，纖維表面溶劑揮發和內部的溶劑擴散速度會存在差異，導致氨綸絲內部存在著內應力[3]，結構不穩定。表1和圖1表明：沸水收縮率隨濕熱處理溫度的提高和處理時間的增加，有變小趨勢，這是因為隨著處理溫度的提高和處理時間的增加，促進了應力松弛，纖維內部的內應力緩慢的得到釋放，所以BWS呈下降趨勢。但當濕熱處理（CUR）的時間由120min延長到180min時，對BWS的降低幫助不明顯，而且能耗相對較高，不利于生產成本的控制；另外，隨著濕熱處理（CUR）溫度的提高，加劇了纖維的老化，同時改變了氨綸油劑的物理及化學性能，最終導致使絲卷的卷曲張力變大，表面變澀，纖維間的摩擦力變大，直接影響氨綸的后道織造過程。

表1 不同濕熱處理條件下的BWS

圖1 不同濕熱處理條件下的BWS

3.2 紡絲工藝對BWS的影響

3.2.1 不同噴絲板孔數對BWS的影響

表2為相同條件下，用2孔和3孔噴絲板生產的氨綸絲對應的BWS數據。數據表明：在相同濕熱處理條件下，2孔的沸水收縮率要大于3孔。這應是由于2H的單絲直徑大于3孔的單絲直徑，造成纖維表面溶劑的揮發速度與內部的擴散速度差更大，產生了更大的內應力，而且單絲越粗，溶劑在甬道中揮發相對變慢，固化性能降低，結晶度降低，3孔噴出的纖維受熱更均勻，所以使用2孔比3孔生產的纖維的BWS要高。

表2 不同噴絲板孔數對BWS的影響

3.2.2 紡絲溫度

圖2為相同條件下，不同紡絲溫度下生產的氨綸絲的BWS數據。數據表明：隨著紡絲溫度的升高，BWS降低。這是由于提高紡絲溫度，高分子鏈的運動能力加強，硬段可以形成更多的氫鍵作用，結晶速度加快，導致結晶度提高，所以BWS降低。但在實際生產中，還需考慮能耗與安全的問題。

圖2 不同紡絲溫度下的BWS

3.2.3 預牽伸（PR）

預牽伸是纖維被拉伸長度占原長度的百分比。PR的變化對纖維取向影響較大，決定了纖維的拉伸性能，影響著纖維的結晶度。同時，PR的變化對BWS也產生影響。圖3表明：隨著PR的增大，BWS也變大。

圖3 不同PR下的BWS

在氨綸實際生產過程中，制定工藝首先根據設備和生產負荷確定卷繞速度，再根據操作性確定第一羅拉（GR1）和第二羅拉（GR2）的速度，故增大PR，相當于降低第一羅拉GR1的速度，一方面初生纖維取向度降低，不利于晶粒的生長，分子鏈中的硬段與軟段的相分離程度低，結晶度下降，另一方面由于PR大，拉伸張力也越大，所產生的拉伸應力就越大，纖維的內應力也必然大[4]，故BWS上升。所以降低PR，可以有效的降低纖維的BWS。

3.2.4 紡速

表3表明：降低紡速可以有效降低BWS。這應是因為在低紡絲下，纖維在甬道中的停留時間變長，溶劑能夠更多的蒸發，一方面分子鏈在高溫下應力松弛速度快[5]，內應力能夠得到更好的釋放，另一方面纖維的結晶度提高，所以BWS降低。但降低紡速，會造成產量降低，生產成本增加，所以要綜合考慮。

表3 不同紡速下的BWS

4 結論

通過后處理條件和紡絲工藝的調整，討論了對氨綸沸水收縮率的影響，得出以下結論：

（1）提高濕熱處理溫度和處理時間，可以降低沸水收縮率；

（2）相同條件下，提高紡絲溫度、降低預牽伸、降低紡速，可以有效降低沸水收縮率。

[1] 桂在斌.三葉大有光FDY沸水收縮率影響因素探討[J].聚酯工業, 2004, 17(3)： 24-26.

[2] 雷 新, 祝成炎, 沈惠英等. 低沸水收縮率滌綸DTY網絡絲的制備與工藝探討[J].現代紡織技術，2015(4)：4-8.

[3] 姜立軍，沙中瑛，孫金峰等. PAN原絲沸水收縮率影響因素的探討[J]. 合成纖維工業, 2006, 29(4)： 38-42.

[4] 楊西峰, 郭奇林, 華國強. 低沸水收縮率PET FDY的生產[J]. 合成纖維工業, 1999,22(4)： 51-52.

[5] 張玉海. 影響腈綸長絲沸水收縮率工藝探討[J]. 廣西化纖通訊, 2003(1)：2-3.

Discussion of influential factors on the boiling water shrinkage of spandex

SUN Ying-chun, ZHANG Bin,WANG Bao-zong, GAO Jiu-lin, WEI Liang-yun
(LDZ NEW AOSHEN SPANDEX CO., LTD, Jiangsu Lianyungang 222047,China )

This paper discusses the post-processing conditions, spinning process which influence on the boiling water shrinkage of spandex and the production of spandex fiber which have low boiling water shrinkage. The test shows that increase the temperature and time of post-processing, boiling water shrinkage rate decreased; raise the spinning temperature, reduce spinning speed, reduce the pre-draft reduction can effectively reduce the boiling water shrinkage.

boiling water shrinkage；crystallinity；orientation；pre-draft；spandex

TQ341.21

A

投稿日期：2017-02-19

孫迎春（1975—），江蘇省新沂市人；職稱：工程師；研究方向：氨綸的生產技術。