設備參數與聚酰胺全牽伸絲性能的關系

S. Amrutkar, L. Patil, R. Turukmane

MPSTME NMIMS 紡織功能中心(印度)

纖維成型方法根據紡絲形式通常分為熔融紡絲、干法紡絲、濕法紡絲及干濕法紡絲。這些紡絲方法中，對于熱塑性樹脂而言，熔融紡絲是最簡單的方式。近期，高速紡絲在兩個方面受到廣泛的關注：較高的工業化生產效率與可變的纖維物理性能。該領域近期許多的研究主要聚焦于通過熔融紡絲法在高于5 000 m/min的紡絲速度下紡制含聚酰胺結構的纖維。

研究人員通過研究高速紡絲過程中的現象及纖維結構的變化，發現高速紡絲具有兩方面特點：由大分子取向誘導結晶；紡絲過程中出現頸縮現象。

在高速紡絲領域的早期研究中，研究人員探究了大分子的取向結晶，他們的研究主要集中在取向結晶過程中大分子的形貌變化及結晶動力學的變化方面。大分子的取向結晶對聚酰胺 66(PA 66)長絲每噸纖維斷頭率及其最終產量有顯著的影響。PA 66的高速生產采用類似的工藝，并在生產過程中整合了中間拉伸工序，從而可以通過取向和結晶實現穩定化生產。

1 材料與方法

PA 66屬于一種主要通常采用石油化工原料制成的化學纖維，其主要成分中的酸和醇都是從石油中提煉出來的。

以己二胺和己二酸為原料，采用不連續的熔融紡絲工藝，通過熔融PA切片制備PA 66 全牽伸絲(FDY)。

2 結果和討論

FDY的生產工藝與預取向絲(POY)類似，不同的是，FDY的紡絲速度更高，牽伸比更大，從而可以通過取向和結晶實現穩定生產。FDY適合各種場合的應用，如用作汽車工業中的輪胎簾子線。PA FDY適于對纖維強度、斷裂伸長率與收縮率有均一性要求的各種工業應用。大多數接結紗、工業縫紉線及軟管增強材料等都是采用PA FDY制成的。

2.1 牽伸比對PA 66生產的影響

牽伸比對FDY長絲的每噸纖維斷頭率產生影響。牽伸比指兩個加熱輥的速度之比。較低的導絲盤速度和較高的卷繞速度有利于增加分子鏈間結合力并降低分子遷移性，影響長絲的取向和結晶。此外，在加熱輥的溫度作用下，纖維分子沿長絲軸向固定，因而纖維強度增加，每噸纖維斷頭率降低。纖維強度和斷裂伸長率試驗是纖維生產中重要的測試，是了解紗線結構變化的重要手段。研究發現，牽伸比與纖維強度成正比，隨著牽伸比的增大，纖維強度提高，但纖維強度增大至一定值后又會逐漸下降。

2.2 卷繞速度對PA 66生產的影響

試驗表明，卷繞速度在2 000～6 000 m/min范圍內，所得PA 66 FDY會隨卷繞速度的不同而呈現出不同的物理結構。為得到適當取向的纖維，FDY的卷繞速度通常要高于常規紗線。低速卷繞會在長絲中形成無定形區，而高速下紡制的纖維則由低遷移性的分子組成，從而形成緊密堆砌的分子晶體。本文通過差示掃描量熱法、X-射線衍射法、密度測量及脈沖傳播測量等多種測試方法，對纖維結構進行表征。基于所得測試結果，得出各種纖維中分子的排列方式，這種緊密排列可以用于解釋試驗中觀察到的纖維收縮行為極大的變化。此外，將測試結果與取向誘導結晶的其他研究結果進行了對比。研究還得出，提高卷繞速度可大幅降低PA 66 FDY的每噸纖維斷頭率，提高設備產量。

3 結論

牽伸比和卷繞速度影響纖維的強度、斷裂伸長率與收縮率。牽伸比增大，導致長絲中出現結晶區，這有助于增加長絲的分子取向，因而纖維強度增大且纖維斷裂伸長率減小。因分子取向度增大，長絲的熱空氣收縮率隨著牽伸比的增大而減小。此外，提高卷繞速度可使FDY生產設備的產量提高。