中空橘瓣型PET/PA6雙組分紡粘纖維生產(chǎn)工藝研究

梁肖肖，錢曉明，王俊南，張 恒，甄 琪，任海華

(1.天津工業(yè)大學 紡織學院，天津300387；2.浙江金三發(fā)集團有限公司，浙江 湖州 313100；3.廊坊中紡新元無紡材料有限公司，河北 廊坊 065000)

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中空橘瓣型PET/PA6雙組分紡粘纖維生產(chǎn)工藝研究

梁肖肖1，錢曉明1，王俊南1，張 恒1，甄 琪2，任海華3

(1.天津工業(yè)大學 紡織學院，天津300387；2.浙江金三發(fā)集團有限公司，浙江 湖州 313100；3.廊坊中紡新元無紡材料有限公司，河北 廊坊 065000)

以聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚己內(nèi)酰胺(PA6)切片為原料，制備了中空橘瓣型PET/PA6雙組分紡粘纖維，研究了熔體單孔擠出速度(Vm)和拉伸風壓(P)對纖維直徑、力學性能和結晶度的影響。研究結果表明：當Vm一定時，纖維直徑和中空直徑均隨P增加而逐漸減?。划擯一定時，纖維直徑和中空直徑均隨Vm增加而增大；當Vm一定時，隨著P增加，纖維斷裂強度增加，斷裂伸長率降低，結晶度增大；當Vm為1.2 g/min，P從0.10 MPa增加到0.35 MPa時，纖維直徑由31.2 μm減小到19.8 μm，結晶度從4.32%增大到27.81%。

聚對苯二甲酸乙二醇酯 聚己內(nèi)酰胺 雙組分纖維 紡粘法 中空橘瓣型 生產(chǎn)工藝

雙組分紡粘纖維作為超細纖維非織造材料的一種纖維，具有生產(chǎn)速度快、產(chǎn)品強力高、產(chǎn)品性能優(yōu)良等特點，已經(jīng)成為了非織造技術的研究熱點[1]。其中，聚對苯二甲酸乙二醇酯/聚己內(nèi)酰胺(PET/PA6)中空橘瓣型雙組分纖維具有較易開裂的結構特性，在超細纖維非織造材料的生產(chǎn)領域中被廣泛應用，是目前最重要的商業(yè)化超細纖維非織造材料之一，如廊坊中紡新元無紡材料有限公司的Finetex 產(chǎn)品[2]。PET/PA6中空橘瓣型雙組分紡粘材料的纖維特性對材料的結構和性能有顯著的影響。張恒等[3]探究了PET/PA6中空橘瓣型雙組分紡粘非織造材料的結構特性與過濾性能的關系，研究表明雙組分纖維的直徑和開纖率對過濾效率、過濾阻力及孔徑分布有顯著的影響。雙組分紡粘非織造材料特性的差異主要受到雙組分紡粘生產(chǎn)工藝的影響。趙義俠等[4]闡述了PET/PA6中空橘瓣型雙組分生產(chǎn)工藝，為探究PET/PA6中空橘瓣型雙組分紡粘生產(chǎn)工藝與纖維特性的關系提供了參考依據(jù)。作者探究了PET/PA6中空橘瓣型雙組分紡粘的生產(chǎn)工藝如噴絲單孔熔體擠出速度(Vm)、拉伸風壓(P)與纖維特性如直徑、力學特性、結晶度等的關系，為超細纖維非織造材料的生產(chǎn)提供參考。

1 實驗

1.1 原料

PET切片：熔點255 ℃，特性黏數(shù)([η])(0.65±0.01) dL/g，TiO2質(zhì)量分數(shù)0.3%～0.5%，含水質(zhì)量分數(shù)小于等于0.4%，密度為1.37 g/cm3，中國石化儀征化纖股份有限公司產(chǎn)；PA6切片：熔點220 ℃，相對黏度(2.4±0.2)，TiO2質(zhì)量分數(shù)0.3%～0.5%，含水質(zhì)量分數(shù)小于等于5%，密度為1.15 g/cm3，浙江龍城集團產(chǎn)。

1.2 PET/PA6雙組分紡粘纖維的制備

采用天津工業(yè)大學的小型雙組分紡粘實驗線制備PET/PA6中空橘瓣型雙組分纖維[5]，其制備工藝原理如圖1所示。雙組分紡粘非織造生產(chǎn)系統(tǒng)主要包括：熔體紡絲系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、狹縫式氣流拉伸系統(tǒng)、分絲鋪網(wǎng)系統(tǒng)和負壓抽吸系統(tǒng)。在生產(chǎn)過程中，干燥的PET切片和PA6切片分別經(jīng)過料斗喂入到螺桿擠壓機內(nèi)，在高溫、擠壓的作用下軟化、熔融形成PET熔體和PA6熔體。兩種聚合物熔體經(jīng)計量泵定量喂入到雙組分紡絲組件中，并從噴絲孔按照一定的比例合并擠出，并在拉伸風和冷卻風的共同作用下形成具有一定直徑和強力的中空橘瓣型PET/PA6雙組分纖維。為了探究紡粘生產(chǎn)工藝對雙組分纖維特性的影響，分別設定Vm為0.9，1.2 g/min，P為0.10～0.35 MPa，PET和PA6熔體的體積比為70:30，冷卻風溫度為17 ℃。

圖1 PET/PA6雙組分紡粘纖維生產(chǎn)流程Fig.1 Flow chart of PET/PA6 bicomponent spunbond fiber production

1.3 性能測試

力學性能：依據(jù)GB/T 14337—2008 化學纖維/短纖維拉伸性能試驗方法，利用Instron 3369型萬能強力機進行測試。

形態(tài)結構：使用日本株式會社日立制作所TM-1000臺式掃描電子顯微鏡對雙組分纖維的形態(tài)結構進行分析，并計算纖維的直徑和中空直徑。

結晶性能：利用德國Bruker Axs公司的X射線衍射儀以及MDI Jade軟件對雙組分纖維的結晶度(Xc)進行了對比分析[6]，計算公式如下：

Xc=I/I0×100%

(1)

式中：I為衍射峰強度；I0為衍射峰總強度。

2 結果與討論

2.1 雙組分纖維形態(tài)結構

從表1可以看出，聚合物熔體的Vm不變的情況下，雙組分纖維直徑和中空直徑均隨著P的增加而逐漸減小，其中，Vm為1.2 g/min工藝條件下，雙組分纖維直徑隨P的增大從31.2 μm減小到19.8 μm；Vm為0.9g/min工藝條件下，雙組分纖維直徑依據(jù)P的不同為16.9～28.4 μm。從PET/PA6中空橘瓣型雙組分纖維電鏡圖(圖2)也可以看出這一變化趨勢。另外聚合物熔體的Vm也對雙組分纖維直徑和中空直徑有顯著影響，表現(xiàn)在其他工藝不變的情況下，雙組分纖維直徑和中空直徑均隨著Vm的增加而逐漸增大。這是因為雙組分纖維直徑主要受到氣流作用力的影響，當P變大時，雙組分纖維受到的拉伸氣流作用力也隨之增大，其拉伸程度就會有所增加，從而導致纖維直徑減小。

表1 Vm及P對纖維平均直徑及中空直徑的影響Tab.1 Effect of Vm and P on fiber average diameter and hollow diameter

圖2 不同Vm及P條件下纖維電鏡照片F(xiàn)ig.2 SEM images of fiber at different Vm and P

2.2 雙組分纖維力學性能

從圖3可以看出：在聚合物熔體的Vm不變的情況下，雙組分纖維的斷裂強度隨著P的增加呈現(xiàn)增加的趨勢，Vm為1.2g/min時，雙組分纖維斷裂強度為1.4～4.9 cN/dtex；Vm為0.9 g/min時，其斷裂強度為1.7～6.1 cN/dtex；在P一定的情況下，Vm為0.9 g/min時，雙組分纖維斷裂強度大于Vm為1.2 g/min時的雙組分纖維斷裂強度。這是由于雙組分纖維在P較高的工況下受到更大的氣流作用力，而受到更劇烈的拉伸作用，從而具有較大的結晶取向。另外，在聚合物熔體的Vm較小的情況下，雙組分纖維的直徑也較小，因此聚合物大分子在纖維成型的過程中受到更劇烈的拉伸而變得更加緊密，因而雙組分纖維具有較高的強度。另外，從圖3還可以看出，雙組分纖維的斷裂伸長率隨著P的增加而呈現(xiàn)減小的趨勢，Vm為1.2 g/min時，雙組分纖維的斷裂伸長率為135%～330%，Vm為0.9 g/min時，其斷裂伸長率為85%～258%。這是因為隨著P的增加，雙組分纖維受到更劇烈的拉伸而聚合物分子之間的相互移動也就變得越困難，同時雙組分纖維的直徑也隨著P的增加而降低，使得雙組分纖維更容易斷裂。

圖3 Vm及P對纖維斷裂強度和斷裂伸長率的影響Fig.3 Effect of Vm and P on breaking strength and elongation at break of fiber

2.3 雙組分纖維Xc

Xc是指纖維結晶區(qū)域所占的百分比，反應聚合物大分子的聚集狀態(tài)。通常Xc的增加，會使纖維變脆，韌性變差，對纖維力學性能有顯著的影響[7]。

由圖4可知，在Vm不變的情況下，雙組分纖維的Xc隨著P的增加而增加，Vm為1.2 g/min時雙組分纖維的Xc為4.32%～27.81%；Vm為0.9 g/min時，其Xc為5.96%～30.85%。這是因為隨著P的增加，聚合物大分子能夠更加充分地伸直，從而使得聚合物大分子之間更易于相互平行并結合成基原纖、微原纖，進而提高雙組分纖維的Xc；另外，在相同P下，Vm為0.9 g/min的雙組分纖維的Xc大于Vm為1.2 g/min的雙組分纖維的Xc，這是因為在相同的P下，Vm越小，纖維的初始直徑越小，纖維的比表面越大，纖維內(nèi)的聚合物大分子更容易得到充分的舒展，故Xc較高。

圖4 Vm及P對纖維的Xc的影響Fig.4 Effect of Vm and P on Xc of fiber

3 結論

a. 在中空橘瓣型PET/PA6雙組分纖維紡粘生產(chǎn)過程中，Vm及P對雙組分纖維的直徑、力學性能和Xc有顯著的影響。

b. 在Vm不變的情況下，雙組分纖維直徑和中空直徑均隨著P的增加而逐漸減小，其中，Vm為1.2 g/min時，雙組分纖維直徑隨P的增大從31.2 μm減小到19.8 μm；Vm為0.9 g/min工藝條件下，雙組分纖維直徑隨P的不同為16.9 ～28.4 μm。

c. 在Vm不變的情況下，雙組分纖維的斷裂強度隨著P的增加呈現(xiàn)增加的趨勢，而斷裂伸長率卻呈現(xiàn)減小的趨勢。

d. Vm為1.2 g/min，P從0.10 MPa增大到0.35 MPa時，雙組分纖維的Xc從4.32%增大到27.81%。

[1] 成楓,朱義鵬,黃有佩.雙組分紡粘水刺法非織造布生產(chǎn)及其在過濾材料領域的應用[J].非織造布,2009,17(3):11-13.

[2] Lu Zhimin,Qian Xiaoming.Combination technology of spunbond & spunlace[J].Adv Mater Res,2011,331:241-244.

[3] 張恒,錢曉明,宋衛(wèi)民,等.雙組分紡粘非織造材料的過濾性能[J].東華大學學報:自然科學版,2014,40(2)：129-133.

[4] 趙義俠,劉亞. PA6/PET中空橘瓣纖維雙組分紡粘超細纖維的制備[J].福建輕紡，2012(3)：49-54.

[5] 王俊南,錢曉明.雙組分紡粘技術在超纖非織造材料領域的應用進展[J].合成纖維工業(yè)，2015，38(5)：47-50.

[6] 張本山,張友全, 楊連生, 等. 淀粉多晶體系結晶度測定方法研究[J].華南理工大學學報:自然科學版, 2001, 29(5): 55-58.

[7] 熊磊，于偉東. 紅外光譜法測定纖維的結晶度與取向度[J]. 上海紡織科技，2003，31(6): 55-56.

Production process of hollow segmented-pie PET/PA6 bicomponent spunbond fiber

Liang Xiaoxiao1, Qian Xiaoming1, Wang Junnan1, Zhang Heng1, Zhen Qi2, Ren Haihua3

(1.SchoolofTextile,TianjinPolytechnicUniversity,Tianjin300387; 2.ZhejiangKingsafeNonwovensCo.,Ltd.,Huzhou313100; 3.LangfangZhongfangXinyuanNonwovenMaterialCo.,Ltd.,Langfang065000)

A hollow segmented-pie polyethylene terephthalate/polycaprolactam (PET/PA6) bicomponent spunbond fiber was prepared by using PET and PA 6 chips as raw material. The effects of the single extrusion rate (Vm) and drawing air pressure (P) of the melt on the diameter, mechanical properties and crystallinity of the obtained fiber were studied. The results showed that the fiber diameter and hollow diameter were gradually decreased with the increase of P at a certain Vmand were increased with the increase of Vmat a certain P; the breaking strength of the fiber was increased and the elongation at break was decreased with the increase of P at a certain Vm; and the fiber diameter was decreased from 31.2 μm to 19.8 μm and the crystallinity was increased from 4.32% to 27.81% when P was increased from 0.10 MPa to 0.35 MPa and Vmwas 1.2 g/min.

polyethylene terephthalate; polycaprolactam; bicomponent fiber; spunbond process; hollow segmented-pie; production process

2015- 07-20； 修改稿收到日期：2015-12-18。

梁肖肖(1989—)，女，在讀碩士研究生，主要研究方向為新型紡織材料。E-mail：624498142@qq.com。

天津市應用基礎與前沿技術研究計劃重點項目(15JCZDJC38500)。

TQ342+.85

A

1001- 0041(2016)01- 0027- 04