PA6/PE海島型復合超細纖維的開纖工藝研究

何淑霞，胡國樑，李　霞

(浙江理工大學材料與紡織學院，杭州　310018)

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PA6/PE海島型復合超細纖維的開纖工藝研究

何淑霞，胡國樑，李霞

(浙江理工大學材料與紡織學院，杭州310018)

摘要：文章以錦綸6/聚乙烯(PA6/PE)海島型復合超細纖維為研究對象，借助掃描電鏡(SEM)和差示掃描量熱儀(DSC)兩種表征手段分析了處理溫度和時間對纖維開纖效果的影響。結果表明：在一定的條件下，隨著處理溫度和時間的增加，復合纖維的開纖程度呈現增加的趨勢。從而得到了PA6/PE復合超細纖維的最佳開纖工藝，為PA6/PE海島型復合超細纖維在生產上的加工應用提供了理論依據。

關鍵詞：聚酰胺；聚酯；超細纖維；開纖工藝

超細纖維是近年來發展迅速的差別化纖維的一種，具有強度高、質地輕、環境適應性好等諸多優點；目前，國內外普遍應用的超細纖維生產方式主要有共混紡絲法、直接紡絲法以及復合紡絲法[1-3]。其中，共混紡絲是應用比較多的生產方法，對設備要求比較低。開纖是共混法生產超細纖維的關鍵，直接決定超細纖維成品的各項性能。

PA6/PE海島復合纖維將PA6和PE兩種聚合物流體以并列型或者皮芯型的方式形成復合流，然后匯聚在一起從噴絲孔擠出，同時在高溫作用下瞬間接觸，相互粘結擴散，從而得到雙組份海島型超細纖維，然后通過物理或化學作用，將雙組份復合纖維裂解為單組分島嶼形截面的PA6超細纖維，稱之為開纖過程[4-5]。其中溶解抽出剝離是一種常用的化學開纖方法[6]，因PE能夠溶于二甲苯而PA6不溶，利用其在二甲苯中溶解性的不同，可以得到真正的超細纖維。

本文以PA6/PE海島型纖維非織造布為研究對象，以二甲苯為開纖劑，對不同工藝條件下的開纖效果進行了研究。

1實驗材料及方法

1.1材料

PA6/PE(60/40)海島型復合纖維絮片，禾興可樂麗超纖皮有限公司生產，554.81g/m2；

二甲苯，化學純，杭州雙林化工試劑廠生產。

1.2開纖處理工藝

準確稱取調濕平衡的一定重量(記為m1)的PA6/PE海島纖維絮片，用二甲苯(浴比1∶30)在不同溫度下處理不同時間。水洗，烘干，調濕平衡后稱重(記為m2)備用。

1.3測試

1.3.1失重率測試

采用FA2104型電子天平分別稱取歷次處理前后的纖維重(m1和m2)，用公式計算失重率。

1.3.2表面形態觀察

采用JCM-6000型掃描電子顯微鏡觀察纖維表面形態。加速電壓：15kV；分辨率：20nm。

1.3.3纖維的熱性能分析

采用型號Q20差示掃描量熱儀對處理前后的纖維絮片進行DSC分析。氣氛：N2，流速50.0mL/min，DSC分析，升溫速率：10℃/min，參比物:Al2O3。

2結果和討論

2.1PA6/PE海島型復合超細纖維的開纖工藝

2.1.1溫度和時間對PA6/PE海島型復合超細纖維失重率的影響

根據復合纖維中兩種組分在二甲苯中溶解能力的不同，選用二甲苯為開纖劑，開纖的程度可用纖維的失重率來定量地衡量。

海島型PA6/PE復合纖維失重率和二甲苯處理工藝條件的關系如圖1所示。

圖1　溫度和時間與PA6/PE海島型復合超細纖維的失重率關系

由圖1可以看出，在同樣處理時間下，溶解溫度為50℃和60℃時，絮片試樣的失重率很低，失重率隨著溫度的增加，逐漸增大，當處理溫度從60℃升高到70℃再升高至80℃，失重率明顯增大，開纖效果有了顯著的改善；而當溫度從80℃升高到90℃時，失重率的增大量有了一定的減小，可見此時開纖效果與溫度的關系不是十分密切。同時，也可以看出，在一定溫度下，開纖率隨著溶解時間的延長而逐漸增大，當溶解時間大于70min時，時間對于開纖效果的影響已經不是十分明顯。

這是因為二甲苯對PE的萃取是一個包括二甲苯的滲透、PE的溶解和PE大分子的擴散三個階段的動態過程[7-8]。未處理的纖維較粗，纖維間孔隙數量較少，二甲苯的滲透不充分，在溫度較低如50℃時，PE分子鏈的運動受到低溫條件的限制，不容易遷移到二甲苯中去，即使處理相對較長時間，開纖也不能完全；隨著溫度的逐漸升高，分子運動加快，因PA6與PE在熱溶劑中的熱收縮和溶脹性存在較大差異，從而在兩種組分之間產生剪切力，PE溶解析出，從而裂解出PA6超細纖維，隨著裂解的超細纖維數量的增多，孔隙數量會增加，滲透會更加的充分，從而加快了裂解速率，加速了PE的萃取過程。當溫度升高到80℃時，在較短的時間內，二甲苯對PE的萃取過程就可以達到一個穩定平衡狀態。

2.1.2不同溶解時間和溫度下海島復合纖維的表面形態

以上的開纖效果可以由掃描電鏡照片定性地說明。圖2是不同處理溫度下海島纖維的掃描電子顯微鏡照片。

從圖2可以看出，未處理的復合纖維表面光滑，在50℃時，纖維的表面受到二甲苯的溶蝕，有了表面剝皮的現象，而因為PE分子鏈的運動受到低溫條件的限制，不容易遷移到二甲苯中去；當溫度升高時，分子熱運動加劇，有利于PE分子鏈的運動以及二甲苯的滲透。在70℃時，二甲苯已經完全滲透纖維，表層PE開始溶解，依稀可見部分剝離的超細纖維；80℃時，表面已經完全剝離，開纖已經進入內層，PA6超細纖維的結構能夠清晰地看到。

圖3是海島纖維處理不同時間后的掃描電子顯微鏡照片。

從圖3可以明顯看出，溶解時間在20min時，可以清晰的看到復合纖維的形態，纖維表面受到小部分的溶蝕，隨著溶解的繼續，二甲苯的不斷滲透及其分子的擴散，到40min時，表面大部分PE已經溶解，黏附在纖維上；70min時，大部分PE溶解到二甲苯中，超細纖維能夠清晰可見，開纖基本達到完全。

2.1.3海島型PA6/PE復合纖維的熱性能分析

圖4為PA6/PE復合纖維在80℃處理不同時間后的DSC曲線。

圖2　不同溶解溫度的PA6/PE海島型復合超細纖維的形態(處理時間：70min)

圖3　不同溶解時間的PA6/PE海島型復合超細纖維的形態(處理溫度：80℃)

圖4　不同處理時間PA6/PE復合纖維的DSC分析曲線(T=80℃)

由圖4可知，隨著處理時間的增加，在104℃位置(PE熔融溫度90～130℃)的熔融峰面積不斷減小，熔融熱從-43.12J/g減小到-11.71J/g。這是因為在處理時間較短時，大部分的PE還沒有溶解，隨著處理時間的增加，開纖程度加劇，纖維中PE的含量越來越少，當溶解時間達到70min時，二甲苯幾乎將PE完全萃取，得到單一組分的PA6超細纖維。從而表現為幾乎看不到PE的熔融峰。

3結論

a) 二甲苯是PA6/PE海島型復合超細纖維的有效開纖劑，選擇合適的工藝條件，可以順利制得PA6超細纖維。

b) PA6/PE海島型復合超細纖維的開纖程度主要受溶解溫度以及時間的影響：溫度較低時，PE分子鏈運動受限，不容易遷移到二甲苯中，萃取效果不明顯。在一定范圍內，開纖率隨著溫度及時間的延長而增大，最后達到平衡。最佳開纖工藝條件為：溫度80℃，時間70min。

c) 根據處理條件和失重率關系，結合DSC分析、掃描電鏡觀察，生產上可采用測試失重率來控制開纖程度。

參考文獻：

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[2] 岡本三宜.超細纖維的紡絲[J].國外紡織技術，1997(6):15-23.

[3] 趙會錦，張逢生，段樹軍.改進側吹風方式紡制POY超細纖維的探討[J].現代紡織技術，2012，20(4):5-7.

[4] 薛元，王潮霞，曹艷，等.超細滌/錦復合絲剝離機理與研究工藝[J].紡織學報，1998,19(4):196-199.

[5] LIU H, WU Q, ZHANG Q.Preparation and properties of banana fiber-reinforced composites based on high density polyethylene (HDPE)/Nylon-6 blends[J].Bioresource Technology,2009(60):6088-6097.

[6] 朱志國，王銳，張大省.PA6/PE基體-微纖型纖維溶解抽出過程的研究[J].合成纖維工業，2002,25(2):21-24.

[7] 于文祥，曲建波.聚酰胺6/低密度聚乙烯海島型纖維萃取分離的研究[J].合成纖維，2011,11(3):10-12.

[8] 王銳，張大省.相容劑對PA6/PE基體-微纖型纖維形態結構的調控[J].高分子材料科學與工程，2002,18(5):345-346.

(責任編輯：陳和榜)

收稿日期：2015-06-09

作者簡介：何淑霞(1989-)，女，甘肅定西人，碩士研究生，主要從事紡織材料結構性能方面的研究。

中圖分類號：TS174.2

文獻標志碼：B

文章編號：1009-265X(2016)02-0004-00

Study on Splitting Process of PA6/PE Sea-Island Composite Superfine Fiber

HEShuxia,HUGuoliang,LIXia

(College of Materials and Textiles, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China)

Abstract：With PA6/PE sea-island composite superfine fiber as research object, this paper analyzes the influence of treatment temperature and time on fiber splitting process with SEM and DSC. The result shows that the splitting degree of composite fiber shows an increasing trend with the increase of treatment temperature and time under certain conditions. This paper obtains optimal splitting process of PA6/PE composite superfine fiber and provides theoretical basis for the processing and application of PA6/PE sea-island composite superfine fiber in production.

Key words：polyamide; polyester; superfine fiber; splitting process