PP/PET皮芯型熱熔單絲紡絲成型工藝研究

邵小群，馬海軍，張書勤，孫飛宇

（南通新帝克單絲科技股份有限公司，江蘇 南通 226003）

PP纖維最大的優點在于質地輕、保暖性好、耐化學腐蝕且強度和耐磨性好，但也有易積聚靜電、難染色、蠟感強、手感偏硬等缺點[1]，運用PET纖維復合紡絲，可以很好地彌補纖維的某些缺點。PP和PET復合紡在一起可以很好地相容并且物理性能之間相互彌補，制備出取長補短、性能好的PP/PET雙組分皮芯型復合纖維，充分地結合PP纖維和PET纖維的各種優點，不僅可以擁有良好的染色性及耐磨性，而且強度與滌綸相比更加柔軟[2]。

1 實驗部分

1.1 主要原料

（1）PP切片（中石化蘭州分公司）：熔點為164～176 ℃；玻璃化溫度為-30～25 ℃，密度為0.90～0.92 g/cm3。

（2）PET切片（江蘇三房巷集團有限公司）：熔點為256～265 ℃；玻璃化溫度為67～81 ℃，密度為1.335～1.455 g/cm3。

1.2 儀器和設備

掃描電子顯微鏡（KYKY-EM6000C型，無錫創輝測量技術有限公司），差熱掃描量熱儀[TY-Q200型，沃特世（上海）科技有限公司]，電子單紗強力儀（YM061F-5000型，萊州元茂儀器有限公司），復合紡絲機組（D50-1型，連云港祥美機械有限公司）。

1.3 實驗工藝

分別對PP、PET切片進行干燥熔融擠出，通過計量泵進行復合紡絲后冷卻、拉伸、定型、上油和卷取；PP的擠出溫度為275，280，282，282，282 ℃。PET的擠出溫度為280，286，286，286，286 ℃。分別研究不同的復合比例及冷卻條件、后拉伸工藝和熱定型溫度對PP/PET熱熔單絲力學性能的影響。

2 結果與討論

2.1 復合比例對PP/PET熱熔單絲力學性能的影響

根據不同PP和PET的皮芯復合比例制作直徑為0.15、0.22、0.30 mm的熱熔單絲（表1）。

表1 復合比例對熱熔單絲力學性能的影響

由表1可以看出，PP和PET的皮芯復合比例對熱熔單絲的斷裂強度影響很大，皮層PP組分多，單絲強度高。圖1顯示，PP/PET熱熔單絲皮芯界面空隙較大，這是因為PP、PET相容性不好，皮芯界面空隙的存在，導致單絲在進行力學性能測試時，皮芯層滑移，降低了熱熔單絲的力學性能。為使PP/PET熱熔單絲具有一定的力學性能及尺寸穩定性，接下來的實驗主要研究PP和PET的復合比例為50∶50的熱熔單絲[3-5]。

圖1 PP/PET熱熔單絲的截面（50∶50）

2.2 冷卻條件對PP/PET熱熔單絲力學性能的影響

由表2可知，PP/PET皮芯單絲紡絲過程中的冷卻水溫度對熱熔單絲的斷裂強度影響很大，這是因為冷卻溫度會影響皮層PP的結晶方式，同時PP、PET兩者的熱傳遞系數不一樣也對熱熔單絲的力學性能造成影響。由測試數據可知，當冷卻水溫度為20 ℃時，3種直徑的PP/PET熱熔單絲具有較好的力學性能[6-10]。

表2 冷卻水溫對熱熔單絲力學性能的影響

2.3 后拉伸工藝對PP/PET熱熔單絲力學性能的影響

通過液體冷卻成形制得的PP/PET初生熱熔單絲結構還不完善，取向度低，單絲斷裂強度差，斷裂伸長率低，需要進行后拉伸，實驗主要在二級拉伸方式下進行，主要討論二級拉伸倍率、拉伸溫度（熱水溫度、熱風溫度）對不同直徑PP/PET熱熔單絲力學性能的影響（圖2）。

圖2 拉伸倍率對PP/PET熱熔單絲斷裂強度的影響

由圖2可知，拉伸倍率對PP/PET皮芯型熱熔單絲的斷裂強度影響很大，是決定熱熔單絲力學性能的最主要因素，熱熔單絲斷裂強度隨著拉伸倍率的提高而增大，但是當拉伸倍率超過一定數值時，熱熔單絲的斷裂強度下降，當二級拉伸倍率為6倍時，PP/PET熱熔單絲的力學性能較好[11-12]。

由圖3～4可知，拉伸溫度影響PP/PET熱熔單絲的斷裂強度。在一定的范圍內，PP/PET熱熔單絲的斷裂強度隨溫度的上升而增加，特別是熱水拉伸溫度影響效果明顯，這是因為一道拉伸在總拉伸倍率中占比較大，熱水拉伸后的PP/PET單絲已經具有一定的取向度和力學性能，熱風拉伸影響效果減弱。當熱水拉伸溫度從90 ℃升到95 ℃時，單絲強度的增加變化不明顯，出于節能降耗的考慮，實驗中的熱水拉伸溫度設定為90 ℃；當熱風拉伸超過一定溫度時，熱熔單絲的斷裂強度出現下降趨勢，熱風拉伸溫度設定為90 ℃[13]。

圖3 熱水拉伸溫度對PP/PET熱熔單絲斷裂強度的影響

圖4 熱風拉伸溫度對PP/PET熱熔單絲斷裂強度的影響

2.4 熱定型溫度對PP/PET熱熔單絲力學性能的影響

由表3可知，熱定型溫度對PP/PET熱熔單絲斷裂強度具有一定的影響，從110 ℃到160 ℃，單絲斷裂強度呈現上升趨勢，當達到170 ℃時，PP/PET熱熔單絲斷裂強度減弱。這是因為PP熔點為167 ℃，當熱定型溫度超過了熔點時，表皮熔融，導致熱熔單絲強度減弱；當熱定型溫度為160 ℃時，制得的3種直徑PP/PET單絲力學性能較好[14-16]。

表3 熱定型溫度對PP/PET熱熔單絲斷裂強度的影響

3 結語

（1）PP和PET的皮芯復合比例對熱熔單絲的斷裂強度影響很大，皮層PP組分多，單絲強度高；當冷卻水溫度為20 ℃時，3種直徑的PP/PET熱熔單絲具有較好的力學性能。這是因為冷卻溫度會影響皮層PP的結晶方式，同時PP、PET兩者的熱傳遞系數不一樣也對熱熔單絲的力學性能造成了影響。

（2）拉伸倍率是決定PP/PET皮芯型熱熔單絲斷裂強度的主要因素，當二級拉伸倍率為6倍時，PP/PET熱熔單絲的力學性能較好；熱熔單絲的斷裂強度在一定范圍內隨拉伸溫度的上升而增加；當拉伸溫度超過一定數值時，熱熔單絲斷裂強度開始下降，熱水拉伸溫度為90 ℃；當熱風拉伸溫度為160 ℃時，PP/PET熱熔單絲力學性能較好。

（3）熱定型溫度對PP/PET熱熔單絲斷裂強度具有一定的影響，從110 ℃到160 ℃，單絲斷裂強度呈現增加趨勢；當達到170 ℃時，熱定型溫度超過熔點，表皮熔融，導致熱熔單絲強度下降；當熱定型溫度為160 ℃時，制得的3種直徑PP/PET單絲力學性能較好。