原液著色黑色錦綸6纖維生產工藝

劉冰靈

摘要： 通過牽伸倍數、假捻速比、熱箱溫度、第二超喂率、網絡氣壓和網絡噴嘴直徑等工藝條件的優化，將原液著色黑色錦綸6預取向絲（94.44dtex/68F）加工成原液著色黑色錦綸6彈力絲（77.78dtex/68F）。結果表明：牽伸倍數1.38，假捻速比1.58，熱箱溫度170℃，第二超喂率3.80%，網絡氣壓0.08MPa，網絡噴嘴直徑1.2mm，可得到斷裂強度為3.72cN/dtex、卷曲收縮率為17.71%、卷曲穩定度為40.39%的原液著色黑色錦綸6彈力絲，彈性佳、黑度深。

關鍵詞： 原液著色錦綸；錦綸6彈力絲；生產工藝；卷曲收縮率；卷曲穩定度

中圖分類號： TS104.1文獻標志碼： A文章編號： 10017003（2018）02004506引用頁碼： 021108

Effect of production conditions on dope dyed black nylon 6 DTY

LIU Bingling1，2

（1.School of Chemistry and Chemical Engineering， Shanghai Jiaotong University， Shanghai 200240， China；

2.Fujian Jinjiang Technology Co.， Ltd.， Changle 350212， China）

Abstract： Dope dyed nylon 6 POY （94.44 dtex/68F） was processed into dope dyed nylon 6 DTY （77.78 dtex/68F） through the optimization of the draw ratio， D/Y ratio， heater temperature， the second overfeed ratio， network pressure and nozzle diameter. The results show that dope dyed black nylon 6 DTY with the breaking strength of 3.72 cN/dtex， crimp contraction rate of 17.71% and crimp stability of 40.39% could be gained under the following conditions： draw ratio 1.38， D/Y ratio 1.58， heater temperature 170℃， the second overfeed ratio -3.80%， network pressure 0.08 MPa， and nozzle diameter 1.2 mm. Besides， the dope dyed black nylon 6 DTY has good elasticity and high blackness.

Key words： dope dyed nylon； nylon 6 DTY； production condition； crimp contraction rate； crimp stability

錦綸因其優異的物理性能，如強度高、吸濕性好和染色鮮艷等特點，廣泛應用于服飾領域[1]。近年來，隨著國家節能環保政策的實施，環保要求逐年提高，印染行業因染色排放廢水廢氣造成環境污染的問題暴露明顯，環保錦綸6纖維的研究，特別是原液著色錦綸6纖維的研究迅速發展[23]。印染是紡織產業鏈中提高錦綸纖維附加值的關鍵環節，能夠為紡織服裝帶來鮮艷色彩與時尚效果。對錦綸纖維實現原液著色，生產原液著色錦綸6纖維，一方面降低了生產成本，另一方面避免了環境污染，實現了豐富色彩和清潔生產的高度融合。但是，原液著色黑色錦綸6纖維通過碳黑粉體實現著色，碳黑粉體的加入易引起熔體黏度的變化，進而影響熔體的均勻性與穩定性，影響原液著色錦綸6預取向絲生產的連續性和紗線質量。另外，碳黑粉體在紡制原液著色錦綸6彈力絲的過程中會引起張力波動，易造成斷頭或出現毛絲，影響原液著色黑色錦綸6彈力絲生產的連續性和紗線質量。

本文采用原液著色黑色錦綸6預取向絲（94.44dtex/68F）為原料生產原液著色黑色錦綸6彈力絲（77.78dtex/68F），用全自動單紗強力儀、卷曲率測試儀等測試原液著色黑色錦綸6彈力絲的物性指標，探索將原液著色黑色錦綸6預取向絲加工成原液著色黑色錦綸6彈力絲的生產工藝，使其彈性性能優異、蓬松度良好，不經染色可直接應用于服裝、家紡等領域。

1實驗

1.1原料

選取原液著色黑色錦綸6預取向絲（94.44dtex/68F）（福建錦江科技有限公司）為原料生產原液著色黑色錦綸6彈力絲（77.78dtex/68F），原料的相關物性指標如表1所示，原料的顏色特征值為：L*值為0，a*值為31.00，b*值為-12.15。

1.2儀器與設備

EFKPA型加彈機（德國巴馬格公司），Testo 425精密型風速儀（德國儀器國際貿易（上海）有限公司），YG 086型縷紗測長機（常州紡織儀器廠有限公司），烏斯特V型條干儀（烏斯特（上海）貿易有限公司），YG 023BIII型全自動單紗強力機（常州紡織儀器廠有限公司），ETPB100張力儀（德國Schmidt公司），TEXTURMAT全自動線卷縮率測試儀（德國TEXTECHNO公司），織襪設備：HC21K染色試驗編織機（無錫宏成紡織機械電子有限公司），YT48A白度色度儀（杭州研特科技有限公司）。表1原液著色黑色錦綸6預取向絲的主要物性指標

Tab.1Major physical property data of dope dyed black nylon 6 POY

纖度/dtex斷裂強度/（cN·dtex-1）斷裂伸長率/%條干U/%條干CV/%含油率/%94.133.5174.510.660.870.491.3工藝流程

黑色母粒與錦綸切片熔融混合→熔體保溫輸送→計量泵精確計量→組件過濾吐絲→側吹風冷卻→集束上油→網絡交絡→卷裝成形→原液著色黑色錦綸6預取向絲。

原液著色黑色錦綸6預取向絲→導絲器→切絲器→第一冷盤→止捻器→熱箱→冷卻板→假捻器→在線張力儀→第二冷盤→網絡噴嘴→第三冷盤→探絲器→油輪→卷繞→原液著色黑色錦綸6彈力絲。

1.4生產工藝

1.4.1原液著色黑色錦綸6預取向絲的生產工藝

利用母粒在線添加裝置，將黑色母粒7.0份和聚酰胺6半光切片93.0份，經計量加料器計量后分別送至螺桿擠壓機內，充分熔融后混合擠出。其中，黑色母粒中，以色素用碳黑粉體為著色顏料，以錦綸切片為載體，碳黑粉體的含量為30%，熔融過程螺桿各區溫度和箱體溫度分別為256、258、260、262、262、262℃；熔體經計量泵精確計量，進入紡絲組件，經噴絲板噴出形成絲束，噴絲板上噴絲微孔的數量為68F；經單體抽吸的絲束通過側吹風冷卻，側吹風冷卻溫度為22.0℃，濕度為65%，風速為0.5m/s；經側吹風冷卻的纖維經計量的油劑通過油嘴上油集束，所用油劑為5%的錦綸油劑；上油絲束經預網絡器、導絲盤后，卷繞成形，生產速度為4300m/min，制得黑色錦綸6預取向絲。

1.4.2原液著色黑色錦綸6彈力絲的生產工藝

將原液著色黑色錦綸6預取向絲經第一冷盤、止捻器后至熱箱加熱，熱箱溫度為150～180℃；再經冷卻板冷卻后進行假捻，使用巴馬格的摩擦錠組式假捻器，采用161的錠組組合，假捻速比設定在1.48～1.63；再經第二冷盤、第三冷盤進行牽伸，加彈速度為650m/min，牽伸倍數為1.26～1.44，第三冷盤超喂率為（-3.00%）～（-4.20%）；再經過上油、卷繞，網絡氣壓為0.02～0.14MPa，噴嘴直徑為1.1～1.6mm，制得原液著色黑色錦綸6彈力絲。

1.5分析與測試

烏斯特條干值：烏斯特V型條干儀，參照GB/T14346—1993《化學纖維長絲電子條干不勻率試驗方法》進行測試。

拉伸性能：YG023BIII型全自動單紗強力機，參照GB/T14344—2008《化學纖維 長絲拉伸性試驗方法》進行測試。

卷曲性能：TEXTURMAT全自動線卷縮率測試儀，參照GB/T6505—2008《化學纖維 長絲熱收縮率試驗方法》進行測試。

2結果與分析

2.1牽伸倍數

牽伸作用是使原液著色黑色錦綸6纖維中的高分子鏈段在作用力的方向上重新排列，獲得取向。表2為不同牽伸倍數下生產的原液著色黑色錦綸6彈力絲的物性指標。由表2可知，隨著牽伸比（DR）增大，原液著色黑色錦綸6彈力絲的纖度逐漸減小，斷裂強度逐漸增大，斷裂伸長率逐漸減小，原因在于牽伸比的增大使原液著色黑色錦綸6彈力絲的取向度增加，高分子排列更有序，分子間作用力增大[45]。其中，牽伸倍數為1.26時，網絡數僅為19個/m，卷曲穩定性較小，原因在于絲條拉伸不足，造成絲條解捻不足，出現僵絲，纖維僵硬發亮、蓬松性較差，無法在網絡噴嘴處形成纏結結點。牽伸倍數為1.44時，斷裂強度較大，網絡數較多，卷曲穩定性較大，但是由于假捻張力過大，纖維在高速剪切作用下開始出現單纖斷裂，造成彈力絲毛絲。實驗過程中，繼續增大牽伸倍數，原液著色黑色錦綸6彈力絲的加工過程中出現多次斷頭，無法穩定生產。牽伸倍數為1.38時，與牽伸倍數為1.32相比，解捻張力T2的增大幅度大于加捻張力T1的增大幅度，K值增大，卷曲收縮率稍有減小，卷曲穩定性稍有增大，原因在于張力的增大限制了纖維卷曲發展所需的迅速位移，纖維的卷曲較緊密造成，同時，捻度的增加使纖維斷裂強度增大而斷裂伸長率減小，原液著色黑色錦綸6彈力絲生產連續穩定，彈性較好[6]。因此，牽伸倍數選擇1.38。假捻速比是決定彈力絲捻度的主要工藝參數，生產上通過提高假捻速比來提高張力比，增強絲條穩定性，減少僵絲。表3為不同假捻速比下生產的原液著色黑色錦綸6彈力絲的物性指標。由表3可知，假捻速比為1.48～1.63時，隨著假捻速比增大，原液著色黑色錦綸6彈力絲的纖度逐漸減小，加捻張力T1逐漸增大而解捻張力T2逐漸減小，K值減小，假捻速比的增大對纖維的斷裂強度、斷裂伸長率、沸水收縮率等物理指標影響不大。隨著假捻速比的提高，纖維的卷曲收縮率相應增大，原因在于隨著假捻速比的提高，摩擦盤的表面速度增加，傳遞到絲條的力矩也隨著增加，在一定的加彈速度下，絲條的假捻速度增加，絲條蓬松性提高，手感較佳。其中，假捻速比為1.48時，因加捻張力太低而解捻張力太高，造成明顯的張力波動，纖維出現僵絲[7]。假捻速比為1.63時，加捻張力過大使絲束受到摩擦盤擦傷的可能性增大，纖維受到磨損后出現疵點，造成纖維斷頭或出現毛絲。假捻速比為1.58時，生產過程穩定，纖維卷曲收縮率和卷曲穩定性較優，彈性較好，無僵絲或毛絲，手感較好。因此，假捻速比選擇1.58。

2.3熱箱溫度

熱箱提供絲條一定的拉伸溫度，絲條受熱處于塑化狀態，通過假捻器傳遞的捻度使纖維變形，提高纖維的卷曲性能[8]。表4為不同熱箱溫度下生產的原液著色黑色錦綸6彈力絲的物性指標。由表4可知，熱箱溫度對纖度和網絡數影響不顯著。在熱箱溫度為150～170℃時，隨著熱箱溫度的升高，加捻張力T1和解捻張力T2均減小，K值減小，斷裂強度和卷曲收縮率增大，卷曲穩定性稍有波動，原因在于隨著熱箱溫度的升高，纖維內部大分子的活動能力增強，促使拉伸和變形充分，拉伸和變形的效果顯著而持久，纖維彈性較好[910]。但熱箱溫度為180℃時，原液著色黑色錦綸6彈力絲出現毛絲，原因在于過高的熱箱溫度使絲束產生粘連，絲束受到摩擦盤擦傷的可能性增大，造成單線斷裂。因此，選擇熱箱溫度170℃。第二超喂率為第二冷盤轉速與第三冷盤轉速差對于第二冷盤轉速的百分率，表5為不同第二超喂率下生產原液著色黑色錦綸6彈力絲的物性指標。由表5可知，第二超喂率對原液著色黑色錦綸6彈力絲的纖度、斷裂強度、斷裂伸長率、卷曲收縮率影響不顯著。隨著第二超喂率的增大，卷曲穩定度增大，網絡度增多，原因在于第二超喂率影響網絡變形段的張力，第二超喂率增大，絲束較膨松，在高頻氣流的沖擊下，絲束產生的振動較大，絲束內單絲間容易相互纏結形成網絡結，網絡度較高[11]。但超喂率超過-3.80%時，卷曲收縮率和卷曲穩定性出現下降，原因在于網絡點過多且網絡纏結牢度過強時，網絡點在織襪過程中無法完全打開，襪面紋路不均勻。因此，第二超喂率選擇-3.80%。表5不同超喂下原液著色黑色錦綸6彈力絲的物性指標表6為不同網絡氣壓下生產原液著色黑色錦綸6彈力絲的物性指標。由表6可知，網絡氣壓對原液著色黑色錦綸6彈力絲的影響不顯著。隨著網絡氣壓的增大，原液著色黑色錦綸6彈力絲的斷裂強度和斷裂伸長率略有增大，卷曲穩定性和網絡度增大，卷曲收縮率則減小，表明網絡氣壓的增大使原液著色黑色錦綸6彈力絲的網絡點數量和牢度增加，絲條抱合性提高，但是網絡度過大時會導致纖維蓬松性變差，襪帶手感僵硬發澀。網絡氣壓為0.02MPa時，原液著色黑色錦綸6彈力絲無網絡，隨著網絡壓力的增加，彈力絲的網絡度迅速增加；當壓縮空氣壓力在0.11MPa以上時，網絡度的增加逐漸緩慢，直至不再增加。原因在于網絡氣壓增加，噴射氣流對絲條的撞擊增加，絲條產生的高頻振動頻率增加，絲束的交纏抱合作用增大，絲條的網絡度隨之增加[12]；壓力增加到0.11MPa后，絲條的高頻振動頻率接近臨界值，因而網絡度的增加緩慢，直至平衡，此時繼續增加網絡氣壓不僅無法增強網絡效果，反而可能引起絲條被吹斷，造成毛絲。對于原液著色黑色錦綸6彈力絲，因其單絲纖維度較小，適當的網絡度能夠改善其退繞性能，但過高的網絡度則會影響織物風格[13]。綜合各項物性指標與織物風格考慮，選擇網絡氣壓0.08MPa。表6不同網絡氣壓下原液著色黑色錦綸6彈力絲的物性指標

表7為不同網絡噴嘴直徑下生產原液著色黑色錦綸6彈力絲的物性指標。由表7可知，網絡噴嘴直徑的改變對纖維的纖度、斷裂強度、斷裂伸長率和卷曲收縮率影響不大，對卷曲穩定性和網絡度影響較大。相同的網絡壓力下，網絡直徑增大，原液著色黑色錦綸6彈力絲的網絡數減少，原因在于絲道氣壓一定時，流體噴射孔直徑過小會使絲條高頻振動的頻率過小，造成網絡結點的牢度不足，纖維抱合性較差，經后道織造，容易出現單纖斷裂掛針，造成襪面疵點。當流體噴射孔的直徑增大時，噴射氣流對絲條的撞擊幅度較小，絲束的交纏抱合作用減小，絲條的網絡度減小，結點和結點間距變大，在外力作用下易松散，達不到織造要求[14]。實驗過程中，網絡噴嘴直徑過大時，彈力絲開始出現脫網，因此，選擇網絡噴嘴直徑1.2mm。表7不同網絡噴嘴直徑下原液著色黑色錦綸6彈力絲的物性指標

2.7工藝與物性指標

表8為經工藝優化后生產的原液著色黑色錦綸6彈力絲與本白錦綸6彈力絲物性指標。因碳黑粉體是相對分子質量較小的無機物，加入高分子熔體體系中，經熔融紡絲生產原液著色黑色錦綸6預取向絲，再加工成原液著色黑色錦綸6彈力絲。在拉伸測試或卷曲性能測試的過程中，因無機粉體與高分子熔體的不相容性，易造成原液著色黑色錦綸6預取向絲和原液著色黑色錦綸6彈力絲的斷裂強度和卷曲收縮率降低。由表8可知，通過工藝條件的優化，獲得原液著色黑色錦綸6彈力絲的斷裂強度與本白錦綸6彈力絲的物性指標相近，斷裂強度、卷曲穩定性和卷曲收縮率較高，可滿足后道加工要求。原液著色黑色錦綸6預取向絲生產原液著色黑色錦綸6彈力絲后，其顏色特征值為：L*值為0，a*值為0，b*值為0，即黑度與標準試樣相同，黑度深，可滿足下游客戶免染的需求，直接應用于服裝、家紡等領域，達到原液著色錦綸6纖維免染、環保的效果。

參考文獻：

[1]宋超，文夢君，余毅.聚酰胺纖維生產現狀及發展展望[J].合成纖維工業，2012，35（1）：4953.

SONG Chao， WEN Mengjun， YU Yi. Status and outlook of polyamide fiber production [J]. China Synthetic Fiber Industry，2012，35（1）：4953.

[2]張榕.抗紫外兼具抗菌聚酰胺6纖維的開發[D].上海：東華大學，2015.

ZHANG Rong. The Development of UV Resistant and Antibacterial Polyamide 6 Fibers [D]. Shanghai： Donghua University，2015.

[3]禚昌亞.尼龍6負離子纖維的制備與性能研究[D].廣州：華南理工大學，2011.

ZHUO Changya. Processing and Performance of PA6 Negative Ions Fiber [D]. Guangzhou： South China University of Technology，2011.

[4]PREVORSEK D C， HARGET P J， SHARMA R K， et al. Nylon 6 fibers： Changes in structure between moderate and high draw ratios [J]. Journal of Macromolecular Science Part B： Physics，1973，8（1）：127156.

[5]NARISAWA I， ISHIKAWA M， OGAWA H. The fatigue process in highly oriented nylon 6 fibers [J]. Journal of Polymer Science Polymer Physics Edition，1977，15（6）：10551066.

[6]SENGUPTA A K， GULRAJANI M L. Influence of draw ratio and drawing temperature on false twist textured nylon 6 multifilament yarns [J]. Golden Research Thoughts，1979，1（6）：4550.

[7]周方穎，賀婕，曹雪蓮.海島合股DTY絲加彈工藝探索[J].絲綢，2017，54（2）：2024.

ZHOU Fangying， HE Jie， CAO Xuelian. Technology exploration of drawtexturing processing for seaisland wrapped DTY filament [J]. Journal of Silk，2017，54（2）：2024.

[8]MURTHY N S， MINOR H， LATIF R A. Effect of annealing on the structure and morphology of nylon 6 fibers [J]. Journal of Macromolecular Science Part B，1987，26（4）：427446.

[9]SENGUPTA A K， KGULRAJANI A， GULRAJANI M L. Influence of draw ratio and drawing temperature on false twist textured nylon 6 multifilament yarns [J]. Golden Research Thoughts，1979，1（6）：4550.

[10]GUO H L， CAI Z W， SUN L M， et al. Temperature dependent mechanical properties and structure of nylon 6 [J]. Acta Polymerica Sinica，2015（10）：11751179.

[11]吳金亮，盧慶豐，丁國軍，等.83dtex/36f輕網高彈滌綸DTY生產工藝[J].絲綢，2016，53（6）：1114.

WU Jinliang， LU Qingfeng， DING Guojun， et al. Production process of 83 dtex/36f high elasticity PET DTY [J]. Journal of Silk，2016，53（6）：1114.

[12]DINCMEN M G， HAUSER P J， CIGDEMi G N. Atmospheric pressure plasma treatment of nylon 6，6 and polyester fabric for enhancing antistatic properties [J]. Aatcc Journal of Research，2016，3（4）：3646.

[13]雷新，祝成炎，沈惠英，等.滌綸網絡絲生產工藝對其網絡牢度及M率的影響[J].絲綢，2016，53（4）：812.

LEI Xin， ZHU Chengyan， SHEN Huiying， et al. Study on impact of polyester interlaced yarn production process on its interlacing intensity and M rate [J]. Journal of Silk，2016，53（4）：812.

[14]陳士南，李萍，沈富強，等.滌綸1380dtex/384f粗旦多孔家紡毛絨纖維加彈工藝探討[J].聚酯工業，2013，26（4）：2931.

CHEN Shinan， LI Ping， SHEN Fuqiang， et al. Texturing process discussion of PET 1380 dtex/384 f coarse denier porous textile fiber [J]. Polyester Industry，2013，26（4）：2931.GB/T3920—1997100%121℃500mg·mL-1）[12]%）， 48h（24hXDS＼|1B（a）對照組；（b）S1；（c）S2；（d）S3

（a）control group； （b）S1； （c）S2； （d）S3