共混法一步紡生產(chǎn)高強(qiáng)抗紫外型錦綸6工業(yè)絲

林生根，朱涼偉

（江蘇弘盛新材料股份有限公司，南通 海安 226600）

目前，產(chǎn)業(yè)用纖維及制品的發(fā)展速度越來越快，聚酰胺（錦綸）纖維是世界上最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的纖維[1]，是僅次于聚酯纖維的主要戶外用品原料。錦綸6工業(yè)絲具備優(yōu)良的綜合性能，包括強(qiáng)度高、耐磨性優(yōu)異、耐溶劑腐蝕性好、摩擦阻力小和回彈性好等，被廣泛用于生產(chǎn)輪胎簾子布、工業(yè)濾布、輸送帶、建筑用膜結(jié)構(gòu)材料、吊裝帶、安全帶和其他增強(qiáng)材料等[2-4]，是中高端高性能纖維產(chǎn)品。由于長(zhǎng)期暴露于陽(yáng)光下，錦綸6纖維及制品易熱氧老化和紫外光老化[5-8]，外觀和使用壽命受到嚴(yán)重影響。為了維持錦綸6工業(yè)絲的使用性能和使用壽命，推動(dòng)高強(qiáng)抗紫外型錦綸6工業(yè)絲的穩(wěn)定生產(chǎn)是大勢(shì)所趨。

錦綸6纖維主要對(duì)UV-B（290～315 nm）波段紫外光敏感，因此，需要選用在此波段范圍內(nèi)有較強(qiáng)吸收的紫外線吸收劑改性錦綸6。UV-5是一種草酰苯胺類紫外線吸收劑，與錦綸6結(jié)合后，會(huì)通過自身的氫鍵屏蔽紫外線照射產(chǎn)生的引發(fā)自由基反應(yīng)的高頻能量，然后通過自身的還原將這種能量轉(zhuǎn)換為熱量。與二苯甲酮類、苯并三唑類和水楊酸酯類紫外線吸收劑相比，UV-5的揮發(fā)性低且具有良好的熱穩(wěn)定性，不僅能有效吸收UV-B范圍內(nèi)的紫外線，為錦綸6帶來高效的光穩(wěn)定作用，其自身的酰胺基團(tuán)也能使其和尼龍6熔體良好地相容。

對(duì)錦綸6工業(yè)絲及其制品的防紫外措施主要是在其表層附著抗紫外涂層，雖然最初也能起到很好的抗紫外效果，但是經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)吹雨淋，這些涂層很快脫落，逐漸失去抗紫外的能力[9-10]。本研究采用共混添加的方式，將紫外線吸收劑UV-5、熱氧穩(wěn)定助劑SEED與錦綸6切片混合均勻，然后通過一步紡拉伸工藝生產(chǎn)出高強(qiáng)抗紫外型錦綸6工業(yè)絲。

1 試驗(yàn)

1.1 主要試驗(yàn)原料

高黏錦綸6切片：紡絲級(jí)，相對(duì)黏度為3.40，來自江蘇弘盛新材料股份有限公司。紫外線吸收劑：UV-5，白色粉末，290～315 nm紫外線吸收波段范圍，來自上海源葉生物科技有限公司。熱氧穩(wěn)定劑：SEED，白色結(jié)晶粉末，熔點(diǎn)275 ℃，純度不低于99.0%，來自上海源葉生物科技有限公司。

1.2 主要儀器與設(shè)備

螺桿擠出機(jī)（12E10/24型，德國(guó)Barmag公司）、紡絲卷繞機(jī)（ACW41Y-1200/4型，德國(guó)Barmag公司）、微機(jī)控制拉伸試驗(yàn)機(jī)（WGL-2500 ST型，桂林奧峰電器制造有限公司）、紫外線老化箱（T-UV1型，東莞市天一環(huán)境檢測(cè)儀器有限公司）。

1.3 抗紫外錦綸6工業(yè)絲制備

按照設(shè)定的比例，先將UV-5粉體和SEED粉體預(yù)先均勻混合，再將混合后的粉體與錦綸6切片均勻混合，最后通過螺桿擠出機(jī)加熱熔融，經(jīng)熔體過濾、側(cè)吹風(fēng)冷卻、上油、牽伸定型、卷繞等過程制得不同UV-5添加量的840 D/140 F高強(qiáng)抗紫外型錦綸6工業(yè)絲。將UV-5添加量分別為0、0.1‰、0.3‰、0.5‰、0.7‰、0.9‰時(shí)制得的高強(qiáng)抗紫外型錦綸6工業(yè)絲分別編號(hào)為PA6-0、PA6-0.1、PA6-0.3、PA6-0.5、PA6-0.7、PA6-0.9，設(shè)計(jì)配方如表1所示。根據(jù)表1的設(shè)計(jì)配方，設(shè)置生產(chǎn)工藝參數(shù)：螺桿擠出機(jī)各區(qū)溫度分別為272、290、302、302、279、279 ℃；側(cè)吹風(fēng)溫度為16 ℃，風(fēng)速為0.41 m/s，風(fēng)濕度為85.0%；紡絲速度為2 900 m/min，拉伸倍數(shù)為4.9，拉伸溫度為205 ℃。

表1 樣品的配方設(shè)計(jì)

一步紡生產(chǎn)工藝流程：原材料→螺桿熔融→熔體過濾→紡絲組件→側(cè)吹風(fēng)→集束上油→多級(jí)牽伸熱定型→卷繞→成品絲。

1.4 分析與測(cè)試

生產(chǎn)穩(wěn)定性：在相同的試驗(yàn)時(shí)間和工藝條件下，統(tǒng)計(jì)每組配方的機(jī)位斷頭次數(shù)、廢絲質(zhì)量和滿筒率進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，以評(píng)估生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

1.4.1 力學(xué)性能

參照FZ/T 54044—2011《錦綸6工業(yè)長(zhǎng)絲》中的方法，采用拉伸試驗(yàn)機(jī)對(duì)試樣的力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試條件：夾持長(zhǎng)度為500 mm，拉伸速度為500 mm/min，每組樣品20個(gè)，每個(gè)樣品測(cè)試2次。

1.4.2 抗紫外性能

紫外光老化箱使用波長(zhǎng)峰值為310 nm的UV-B型紫外光線燈管。將各組樣品放入紫外光老化箱中進(jìn)行紫外光老化加速試驗(yàn)，以預(yù)先設(shè)定的時(shí)間照射后，取出各組樣品并檢測(cè)紫外光老化樣品的強(qiáng)力，計(jì)算強(qiáng)力保持率。

2 結(jié)果與討論

2.1 UV-5對(duì)錦綸6可紡性的影響

在試驗(yàn)過程中，在相同的紡絲工藝條件下，對(duì)不同組配方上機(jī)后的機(jī)位斷頭數(shù)、廢絲質(zhì)量、滿筒率等生產(chǎn)情況進(jìn)行跟蹤統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 不同配方的生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

在表2中，斷頭數(shù)、廢絲質(zhì)量和滿筒率代表高強(qiáng)抗紫外型錦綸6工業(yè)絲的生產(chǎn)穩(wěn)定性。斷頭次數(shù)越少、廢絲質(zhì)量越小、滿筒率越高，說明錦綸6的可紡性越好，生產(chǎn)越穩(wěn)定。由表2可知，當(dāng)UV-5添加量低于0.3‰時(shí)，機(jī)位斷頭次數(shù)少、廢絲質(zhì)量小、滿筒率高，說明生產(chǎn)很穩(wěn)定；當(dāng)UV-5添加量高于0.3‰時(shí)，斷頭數(shù)明顯增加、廢絲質(zhì)量越來越大且滿筒率逐漸降低，說明紡況差，生產(chǎn)狀況不穩(wěn)定。總之，UV-5的添加量不宜過多，否則會(huì)影響生產(chǎn)穩(wěn)定性。

2.2 UV-5對(duì)高強(qiáng)錦綸6工業(yè)絲力學(xué)性能的影響

各組錦綸6工業(yè)絲樣品的物理性能數(shù)據(jù)如表3所示。由表3可以看出，UV-5的加入在一定程度上影響了錦綸6工業(yè)絲的斷裂強(qiáng)度。隨著UV-5添加量的提高，纖維的斷裂強(qiáng)度逐漸降低，斷裂伸長(zhǎng)率逐漸提高。當(dāng)UV-5添加量低于0.3‰時(shí)，高強(qiáng)抗紫外型錦綸6工業(yè)絲的斷裂強(qiáng)度不低于8.2 cN/dtex；當(dāng)UV-5添加量達(dá)到0.9‰時(shí)，PA6-0.9的斷裂強(qiáng)度僅有7.4 cN/dtex，與PA6-0相比，降低了10.8%左右，斷裂強(qiáng)度過低不足以滿足客戶需求。斷裂伸長(zhǎng)率和干熱收縮率可以根據(jù)下游應(yīng)用的需要進(jìn)行相應(yīng)的工藝調(diào)整。

表3 高強(qiáng)錦綸6工業(yè)絲的物理性能

2.3 UV-5對(duì)高強(qiáng)錦綸6工業(yè)絲抗紫外性能的影響

將制備的各組樣品放入紫外光老化箱中進(jìn)行照射，經(jīng)過各時(shí)間段處理后，采用拉伸試驗(yàn)機(jī)對(duì)各組樣品的強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試并計(jì)算出強(qiáng)度保持率，進(jìn)而評(píng)估錦綸6工業(yè)絲的抗紫外性能，數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 不同UV-5添加量高強(qiáng)錦綸6工業(yè)絲的抗紫外性能

由表4可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行相同條件下的紫外燈光照射處理后，UV-5的添加顯著提高了錦綸6工業(yè)絲的抗紫外性能。在相同時(shí)間紫外光照射處理下，UV-5添加量越高，錦綸6工業(yè)絲的斷裂強(qiáng)度保持率越高。其中，當(dāng)UV-5添加量達(dá)到0.3‰時(shí)，經(jīng)過192 h的紫外光照射后，樣品PA6-0.3的斷裂強(qiáng)度保持率依然高達(dá)91.9%，具有優(yōu)異的抗紫外性能。

上述所有結(jié)果表明：當(dāng)UV-5添加量為0.3‰時(shí)，高強(qiáng)抗紫外型錦綸6工業(yè)絲的可紡性、斷裂強(qiáng)度和抗紫外能力等綜合性能最佳。

3 結(jié)論

（1）在進(jìn)行高強(qiáng)抗紫外型錦綸6工業(yè)絲生產(chǎn)試驗(yàn)時(shí)，UV-5添加量越少，可紡性越好，生產(chǎn)越穩(wěn)定。

（2）UV-5的添加使錦綸6工業(yè)絲的斷裂強(qiáng)度有所下降，但在UV-5添加量低于0.3‰的情況下，工業(yè)絲的斷裂強(qiáng)度不低于8.2 cN/dtex，具有較高的斷裂強(qiáng)度。

（3）與未添加UV-5的高強(qiáng)錦綸6工業(yè)絲相比，添加UV-5的高強(qiáng)錦綸6工業(yè)絲抗紫外線性能得到顯著提升。

（4）UV-5添加量為0.3‰的高強(qiáng)抗紫外型錦綸6工業(yè)絲的生產(chǎn)穩(wěn)定性、斷裂強(qiáng)度和抗紫外能力等綜合性能最佳。