黑色高強錦綸6長絲的制備和分析

廣東新會美達錦綸股份有限公司， 廣東 江門 529100

錦綸是美國杜邦公司于20世紀30年代發明，并于1939年正式商業化生產的合成纖維，它具有強度高、回彈性好、耐磨和耐疲勞等優點，廣泛用于服裝、裝飾、紡織品、工業絲和地毯用絲等領域。尤其是高強錦綸6長絲，其已在民用、軍用等多個領域推廣應用，用于制作戶外帳篷、繩纜、運輸帶、漁網等產品，應用范圍不斷拓寬。隨著國家對環保要求的加強，黑色高強錦綸6長絲的需求將逐步增加。

1 試驗

1.1 原料

錦綸6切片：紡絲級，型號M32800，含水率≤0.04%，廣東新會美達錦綸股份有限公司生產。

母粒：紡絲級，黑色，型號XMB-1，有效濃度30%(質量分數)，外購。

1.2 試驗設備

紡絲機：北京中麗HY2型。

1.3 測試儀器

強伸度測試儀：USTER TENSORAPID 3型。

條干均勻度儀：USTER TESTER 5型。

織襪機：無錫永新GE588-3型。

電腦測色儀：愛色麗CI7800型。

2 結果與討論

2.1 母粒

生產黑色高強錦綸6長絲所用的原料中，母粒尤其關鍵，其水分偏高會使熔體質量受損，拉伸過程中絲條易產生缺陷而斷頭，無法進行高倍拉伸。因此，母粒添加量雖然不多，但母粒對黑色高強錦綸6長絲的生產及其產品的性能有重要影響。本試驗中，外購的黑色母粒的含水率較高，需進行干燥，使其含水率下降到0.05%左右再進行紡絲。

另外，黑色母粒的有效成分為炭黑，其顆粒大小、分布均勻性等會直接影響黑色高強錦綸6長絲的紡絲過程的平穩性、組件壓力，以及黑色高強錦綸6長絲的物理力學性能和顏色。

2.1.1 母粒質量分數對黑色高強錦綸6長絲的明度和色相的影響

黑色高強絲的黑度，一直是客戶較關注的指標。本試驗采用不同的母粒質量分數(2%、 3%、 4%、 5%)，分別紡制黑色高強錦綸6長絲，其明度和色相見表1。

表1 不同母粒質量分數時黑色高強錦綸6長絲的明度和色相

分析表1中的數據發現，隨著母粒質量分數從2%增加到5%，L值依次下降，表明黑色高強錦綸6長絲的明度逐步減弱，即其黑度增加；提高母粒質量分數，a值增大而b值減小，表明黑色高強錦綸6長絲的色相逐步趨向于偏紅和偏藍。

2.1.2 母粒質量分數對黑色高強錦綸6長絲的物理力學性能的影響

在其他紡絲工藝參數不變的情況下，改變母粒添加量，考察母粒質量分數與黑色高強錦綸6長絲的物理力學性能的關系，結果見表2。

表2 母粒質量分數與黑色高強錦綸6長絲的物理力學性能的關系

表2中的數據顯示，隨著母粒質量分數提高，黑色高強錦綸6長絲的斷裂強度不勻率、斷裂伸長率不勻率和條干不勻率都逐漸增大，斷裂強度則逐步下降，這是因為炭黑會破壞錦綸6大分子的規整性；黑色高強錦綸6長絲的斷裂伸長率有所上升，這是因為加入少量球狀炭黑能起到一定的潤滑作用，從而提高錦綸6大分子中鏈段的運動能力；黑色高強錦綸6長絲的含油率也逐漸增加，這主要是因為加入的炭黑增多會增強炭黑表面吸附油劑的能力。

2.1.3 母粒質量分數對黑色高強錦綸6長絲的紡絲加工性能的影響

母粒質量分數與黑色高強錦綸6長絲的紡絲加工性能也密切相關，其測試結果見表3。

表3 母粒質量分數對黑色高強錦綸6長絲的紡絲加工性能的影響

從表3可見，隨著母粒質量分數增大，聚合物熔體中炭黑含量相應增加，因此炭黑越容易形成團聚，導致組件壓力上升，斷頭增多趨勢明顯。

綜合以上分析，認為黑色高強錦綸6長絲的產業化生產中應選擇母粒質量分數為4%。

2.2 切片

制備高性能錦綸6長絲的關鍵在于提高錦綸6大分子鏈的拉伸倍數，目前可行的方法主要有區域拉伸和區域熱處理等。理想的高強纖維微觀結構為大分子鏈無限長且纖維中僅含伸直鏈結晶體，這樣在紡絲過程中對初生纖維進行牽伸時，大分子鏈可以沿纖維軸向伸展，非晶區的大分子鏈發生取向，纖維強度提高[1]。相對黏度較高的錦綸6切片具有較高的相對分子質量，這利于纖維強度的提升[2]。因此，本試驗選用相對黏度為2.78的錦綸6切片，其含水率在0.04%以下。

2.3 紡絲工藝

2.3.1 紡絲溫度

對于黑色高強錦綸6長絲的紡絲加工，需選擇合適的紡絲溫度。紡絲溫度過高會導致材料發生降解，使纖維力學性能下降[3]。但紡絲溫度過低時熔體的流動性差，這會導致纖維條干不勻率提高，甚至出現陣發性熔體壓力波動而發生斷頭。黑色高強錦綸6長絲的紡絲溫度一般比常規錦綸6長絲高5～10 ℃。

2.3.2 紡絲速度

在黑色高強錦綸6長絲的紡絲過程中，因添加了炭黑成分，紡絲速度過高易使紡程上的摩擦力增加；再者，黑色高強錦綸6長絲的總牽伸大于常規錦綸6長絲，絲束與牽伸輥的接觸壓力和摩擦力也較大，絲條較容易受到損傷，影響纖維力學性能。紡絲速度還與纖維取向度相關。黑色高強錦綸6長絲的紡絲過程采用高倍拉伸，第一道牽伸輥的速度一般較低，若紡絲速度過低，纖維取向度會受影響[4]。因此，綜合考慮各相關因素的影響，同時兼顧產能，選擇紡絲速度為4 100 m/min。

2.3.3 拉伸比

在其他紡絲工藝參數確定的情況下，采用不同的拉伸比進行紡絲，考察拉伸比對黑色高強錦綸6長絲的物理力學性能的影響，結果見表4。

表4 拉伸比對黑色高強錦綸6長絲的物理力學性能的影響

從表4中的數據可見，黑色高強錦綸6長絲的斷裂強度與拉伸比呈正比關系，斷裂伸長率與拉伸比呈反比關系。拉伸比增加時，錦綸6大分子鏈的排列更加有序[5]，纖維結晶度同步增加，導致斷裂強度增加而斷裂伸長率減小，紡絲加工過程穩定性變差，斷頭率增加。因此，在黑色高強錦綸6長絲的生產中，拉伸比以采用4.25為好。

3 結論

(1) 對于生產黑色高強錦綸6長絲所用的母粒和錦綸6切片，應嚴格控制水分含量，母粒含水率要求在0.05%以下，錦綸6切片的含水率要求在0.04%以下。

(2) 生產黑色高強錦綸6長絲時，其紡絲溫度應比常規錦綸6長絲高5～10 ℃。

(3) 綜合考慮黑色高強錦綸6長絲的物理力學性能、紡絲加工性能等因素，生產中母粒質量分數應選擇4%，紡絲速度應選擇4 100 m/min，拉伸比以4.25為好。