共混法一步紡生產高強抗紫外型錦綸6工業絲

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，產業用纖維及制品的發展速度越來越快，聚酰胺（錦綸）纖維是世界上最早實現工業化生產的纖維[1]，是僅次于聚酯纖維的主要戶外用品原料。錦綸6工業絲具備優良的綜合性能，包括強度高、耐磨性優異、耐溶劑腐蝕性好、摩擦阻力小和回彈性好等，被廣泛用于生產輪胎簾子布、工業濾布、輸送帶、建筑用膜結構材料、吊裝帶、安全帶和其他增強材料等[2-4]，是中高端高性能纖維產品。由于長期暴露于陽光下，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重影響。為了維持錦綸6工業絲的使用性能和使用壽命，推動高強抗紫外型錦綸6工業絲的穩定生產是大勢所趨。

錦綸6纖維主要對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有較強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結合后，會通過自身的氫鍵屏蔽紫外線照射產生的引發自由基反應的高頻能量，然后通過自身的還原將這種能量轉換為熱量。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的揮發性低且具有良好的熱穩定性，不僅能有效吸收UV-B范圍內的紫外線，為錦綸6帶來高效的光穩定作用，其自身的酰胺基團也能使其和尼龍6熔體良好地相容。

對錦綸6工業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，但是經過長時間的風吹雨淋，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出高強抗紫外型錦綸6工業絲。

1 試驗

1.1 主要試驗原料

高黏錦綸6切片：紡絲級，相對黏度為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。熱氧穩定劑：SEED，白色結晶粉末，熔點275 ℃，純度不低于99.0%，來自上海源葉生物科技有限公司。

1.2 主要儀器與設備

螺桿擠出機（12E10/24型，德國Barmag公司）、紡絲卷繞機（ACW41Y-1200/4型，德國Barmag公司）、微機控制拉伸試驗機（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，東莞市天一環境檢測儀器有限公司）。

1.3 抗紫外錦綸6工業絲制備

按照設定的比例，先將UV-5粉體和SEED粉體預先均勻混合，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加熱熔融，經熔體過濾、側吹風冷卻、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高強抗紫外型錦綸6工業絲。將UV-5添加量分別為0、0.1‰、0.3‰、0.5‰、0.7‰、0.9‰時制得的高強抗紫外型錦綸6工業絲分別編號為PA6-0、PA6-0.1、PA6-0.3、PA6-0.5、PA6-0.7、PA6-0.9，設計配方如表1所示。根據表1的設計配方，設置生產工藝參數：螺桿擠出機各區溫度分別為272、290、302、302、279、279 ℃；側吹風溫度為16 ℃，風速為0.41 m/s，風濕度為85.0%；紡絲速度為2 900 m/min，拉伸倍數為4.9，拉伸溫度為205 ℃。

表1 樣品的配方設計

一步紡生產工藝流程：原材料→螺桿熔融→熔體過濾→紡絲組件→側吹風→集束上油→多級牽伸熱定型→卷繞→成品絲。

1.4 分析與測試

生產穩定性：在相同的試驗時間和工藝條件下，統計每組配方的機位斷頭次數、廢絲質量和滿筒率進行數據對比，以評估生產的穩定性。

1.4.1 力學性能

參照FZ/T 54044—2011《錦綸6工業長絲》中的方法，采用拉伸試驗機對試樣的力學性能進行測試。測試條件：夾持長度為500 mm，拉伸速度為500 mm/min，每組樣品20個，每個樣品測試2次。

1.4.2 抗紫外性能

紫外光老化箱使用波長峰值為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行紫外光老化加速試驗，以預先設定的時間照射后，取出各組樣品并檢測紫外光老化樣品的強力，計算強力保持率。

2 結果與討論

2.1 UV-5對錦綸6可紡性的影響

在試驗過程中，在相同的紡絲工藝條件下，對不同組配方上機后的機位斷頭數、廢絲質量、滿筒率等生產情況進行跟蹤統計，數據如表2所示。

表2 不同配方的生產數據統計

在表2中，斷頭數、廢絲質量和滿筒率代表高強抗紫外型錦綸6工業絲的生產穩定性。斷頭次數越少、廢絲質量越小、滿筒率越高，說明錦綸6的可紡性越好，生產越穩定。由表2可知，當UV-5添加量低于0.3‰時，機位斷頭次數少、廢絲質量小、滿筒率高，說明生產很穩定；當UV-5添加量高于0.3‰時，斷頭數明顯增加、廢絲質量越來越大且滿筒率逐漸降低，說明紡況差，生產狀況不穩定。總之，UV-5的添加量不宜過多，否則會影響生產穩定性。

2.2 UV-5對高強錦綸6工業絲力學性能的影響

各組錦綸6工業絲樣品的物理性能數據如表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工業絲的斷裂強度。隨著UV-5添加量的提高，纖維的斷裂強度逐漸降低，斷裂伸長率逐漸提高。當UV-5添加量低于0.3‰時，高強抗紫外型錦綸6工業絲的斷裂強度不低于8.2 cN/dtex；當UV-5添加量達到0.9‰時，PA6-0.9的斷裂強度僅有7.4 cN/dtex，與PA6-0相比，降低了10.8%左右，斷裂強度過低不足以滿足客戶需求。斷裂伸長率和干熱收縮率可以根據下游應用的需要進行相應的工藝調整。

表3 高強錦綸6工業絲的物理性能

2.3 UV-5對高強錦綸6工業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行照射，經過各時間段處理后，采用拉伸試驗機對各組樣品的強度進行測試并計算出強度保持率，進而評估錦綸6工業絲的抗紫外性能，數據如表4所示。

表4 不同UV-5添加量高強錦綸6工業絲的抗紫外性能

由表4可以發現，對待測樣品進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工業絲的抗紫外性能。在相同時間紫外光照射處理下，UV-5添加量越高，錦綸6工業絲的斷裂強度保持率越高。其中，當UV-5添加量達到0.3‰時，經過192 h的紫外光照射后，樣品PA6-0.3的斷裂強度保持率依然高達91.9%，具有優異的抗紫外性能。

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

3 結論

（1）在進行高強抗紫外型錦綸6工業絲生產試驗時，UV-5添加量越少，可紡性越好，生產越穩定。

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

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

（4）UV-5添加量為0.3‰的高強抗紫外型錦綸6工業絲的生產穩定性、斷裂強度和抗紫外能力等綜合性能最佳。