設(shè)備參數(shù)與聚酰胺全牽伸絲性能的關(guān)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(jù)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(guān)注：較高的工業(yè)化生產(chǎn)效率與可變的纖維物理性能。該領(lǐng)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(jié)構(gòu)的纖維。

研究人員通過研究高速紡絲過程中的現(xiàn)象及纖維結(jié)構(gòu)的變化，發(fā)現(xiàn)高速紡絲具有兩方面特點(diǎn)：由大分子取向誘導(dǎo)結(jié)晶；紡絲過程中出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象。

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

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(xué)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(xù)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(jié)果和討論

FDY的生產(chǎn)工藝與預(yù)取向絲(POY)類似，不同的是，F(xiàn)DY的紡絲速度更高，牽伸比更大，從而可以通過取向和結(jié)晶實現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)。FDY適合各種場合的應(yīng)用，如用作汽車工業(yè)中的輪胎簾子線。PA FDY適于對纖維強(qiáng)度、斷裂伸長率與收縮率有均一性要求的各種工業(yè)應(yīng)用。大多數(shù)接結(jié)紗、工業(yè)縫紉線及軟管增強(qiáng)材料等都是采用PA FDY制成的。

2.1 牽伸比對PA 66生產(chǎn)的影響

牽伸比對FDY長絲的每噸纖維斷頭率產(chǎn)生影響。牽伸比指兩個加熱輥的速度之比。較低的導(dǎo)絲盤速度和較高的卷繞速度有利于增加分子鏈間結(jié)合力并降低分子遷移性，影響長絲的取向和結(jié)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(qiáng)度增加，每噸纖維斷頭率降低。纖維強(qiáng)度和斷裂伸長率試驗是纖維生產(chǎn)中重要的測試，是了解紗線結(jié)構(gòu)變化的重要手段。研究發(fā)現(xiàn)，牽伸比與纖維強(qiáng)度成正比，隨著牽伸比的增大，纖維強(qiáng)度提高，但纖維強(qiáng)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(chǎn)的影響

試驗表明，卷繞速度在2 000～6 000 m/min范圍內(nèi)，所得PA 66 FDY會隨卷繞速度的不同而呈現(xiàn)出不同的物理結(jié)構(gòu)。為得到適當(dāng)取向的纖維，F(xiàn)DY的卷繞速度通常要高于常規(guī)紗線。低速卷繞會在長絲中形成無定形區(qū)，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(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。基于所得測試結(jié)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(jié)果與取向誘導(dǎo)結(jié)晶的其他研究結(jié)果進(jìn)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(shè)備產(chǎn)量。

3 結(jié)論

牽伸比和卷繞速度影響纖維的強(qiáng)度、斷裂伸長率與收縮率。牽伸比增大，導(dǎo)致長絲中出現(xiàn)結(jié)晶區(qū)，這有助于增加長絲的分子取向，因而纖維強(qiáng)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(chǎn)設(shè)備的產(chǎn)量提高。