PE/PA6皮芯型復合纖維的紡制*

林 海，李雪梅，黃潔希

（廣東省化學纖維研究所，廣東 廣州510245）

科研與實踐

PE/PA6皮芯型復合纖維的紡制*

林 海，李雪梅，黃潔希

（廣東省化學纖維研究所，廣東 廣州510245）

探討了紡制PE/PA6皮芯型復合纖維的生產工藝技術，結果表明，采用48孔皮芯結構噴絲組件，生產169 dtex/48 f PE/PA6皮芯型復合纖維FDY時，側吹風風速為 (0.8～1.5)土 0.02 m/s，風溫為12～20℃；紡絲速度800～1 200m/min，牽伸溫度60～80℃，定型溫度100～115℃，牽伸倍數3.5～4.5，可紡制出性能優(yōu)良的復合型熱熔錦綸纖維。

聚乙烯；聚酰胺；皮芯纖維；復合纖維

傳統(tǒng)的非織造布生產工藝使用化學膠水作黏合劑，該方法對環(huán)境造成污染，給操作人員和使用者的健康帶來危害，故此限制了產品檔次及服用性能的提高。復合熱熔纖維就是為解決非織造布的污染問題而開發(fā)的，如以PE/PP皮芯型復合短絲作原料，經梳理成網、熱烘定型后制成無紡布。因為該種熱熔無紡布不含對人體有害的化學黏合劑，符合環(huán)保要求且產品的性能及檔次較高，是傳統(tǒng)無紡布生產工藝的巨大革新。熱熔黏合纖維廣泛應用于制作無紡布、鞋布、織布、織褲口貼、織帶、花邊、汽車內飾等纖維及紗線黏合等領域。

普通的熱熔黏合纖維是皮芯型復合短絲。本實驗紡制的勻質皮芯型復合纖維是PE/PA6皮芯型FDY長絲，皮層PE的熔點為125～130℃，芯層PA6的熔點為225～230℃，皮層熔點大大低于基材芯層熔點，使用該熱熔黏合纖維制造的織物或非織造布在熱定型處理溫度高于皮層熔點溫度且小于芯層熔點溫度時纖維之間發(fā)生熔融黏結，冷卻后芯層PA6仍保持原有的形狀及性能，復合纖維在自由狀態(tài)下的干熱收縮率為5.5﹪，產品保持錦綸纖維較高的強度、良好的彈性及優(yōu)良的柔軟性。本實驗紡制的熱熔復合纖維可應用于運動鞋布、汽車飾布、織物及織帶封邊等要求較高的領域。本文探討了PE/ PA6皮芯型復合纖維的紡制工藝。

1 試驗

1．1試驗原料

PE，52815，熔點122℃，熔融指數18 g/10min，伊朗進口；PA-6，熔點226℃，相對黏度2.7，江蘇無錫市長安高分子材料有限公司生產。

1．2 試驗設備與儀器

ROSIN干燥機，張家港萬盛機械有限公司生產；兩套單螺桿復合箱體熔融紡絲機，螺桿直徑分別為50 mm、45 mm，長徑比為28，蘇州帝達化纖機械制造有限公司生產；48孔皮芯型噴絲板，微孔直徑0.3 mm，長經比3.5，中山太鼎精密機械有限公司生產； BAW835T-1200卷繞機，北京中麗制機工程技術有限公司生產；YG061A電子單紗強力儀，萊州市電子儀器有限公司生產；BM-1000型雙目顯微鏡，常州二紡精密機械有限公司生產；YG252A熔點儀，太倉紡織儀器廠生產。

1.3 紡絲工藝

1.3.1 干燥工藝

PE切片沒有吸濕因子，不需要干燥。

PA6切片干燥溫度85℃，干風露點-80℃，干燥風量40m3/h，干燥時間6 h。

1.3.2 技術路線

聚乙烯切片皮層組分經螺桿熔融擠壓，計量泵計量，經獨立熔體管、副箱體保溫，在皮芯型復合組件和聚酰胺芯層組分匯合。

聚酰胺切片芯層組分經干燥，螺桿熔融擠壓，計量泵計量，經獨立熔體管、主箱體保溫，進入主箱體在皮芯型復合組件和聚乙烯皮層組分匯合，經皮芯型復合噴絲板噴出形成絲束。

絲束經冷卻成型、上油、第一熱輥牽伸、第二熱輥定型，經網絡器網絡進入卷繞機卷繞，成為FDY產品。

1．3．3 工藝流程

聚乙烯/聚酰胺復合紡絲工藝流程如圖1。

圖1 聚乙烯/聚酰胺皮芯復合纖維工藝流程示意圖

1.3.4 紡絲工藝參數

螺桿擠壓機一至五區(qū)溫度的設置：PA6組分分別為255℃、260℃、262℃、264℃、265℃，HDPE組分分別為170℃、200℃、210℃、225℃、235℃。熔融紡絲參數見表1。

表1 熔融紡絲參數

1.4 纖維物理性能測試

1.4.1 纖維的纖度和斷裂強度測試

量取100 m長纖維，使用電子天平精確稱重，按長絲纖度定義1 dtex=1 g/10 000 m計算纖度，每個纖維樣品測10次取平均值。

使用萊州市電子儀器有限公司生產的YG061A電子單紗強力儀進行測定纖維的斷裂伸長和斷裂強度，絲束夾持長度10 cm，拉力范圍0～100 N。

1.4.2 鏡檢纖維的截面

初生絲纖維在常州二紡精密機械有限公司生產的BM-1000型雙目顯微鏡觀察其截面形貌。

1．4．3 切片熔點的測定

切片熔點：采用太倉紡織儀器廠生產的YG252A熔點儀測試切片熔點。

2 結果與討論

2.1 原料選擇

皮層PE選用高密度HDPE，因為高密度HDPE大分子結構規(guī)整，結晶度高，熔點相對高，易于紡絲；且高密度HDPE熔融指數高，相對分子質量分布寬，熔體的流動性好，纖維強度高及尺寸穩(wěn)定性好。高密度HDPE熔融指數可選范圍為15～25，分子質量7～12萬。低密度LDPE因支鏈多，大分子規(guī)整性差，纖維拉伸性能差，其強伸度較低，不適合作復合紡纖維的原料。芯層聚酰胺選用相對黏度為2.7的PA6切片，錦綸對溫度較敏感，在高溫情況下易發(fā)生熱氧化和熱降解反應，復合紡絲熔體的停留時間相對長些， 相對黏度為2.7的PA6的熔點和耐熱降解能力與相對黏度為2.4的PA6相比較高，復合紡絲選用相對黏度為2.7的PA6的可紡性更好。表2為HDPE、PA6聚合物的物理性能指標。

表2 HDPE、PA6聚合物的物理性能指標

2．2 干燥

聚乙烯分子不具有吸濕結構，不需要干燥；聚酰胺切片不需要進行預結晶，直接投入干燥塔干燥，干燥溫度80～90℃ ，干空氣露點-60～-80℃，干燥時間4～6 h，聚酰胺切片含水率降到小于8.0×10-5時聚乙烯/聚酰胺皮芯型復合紡FDY試紡順利。

2.3 復合比例的選擇

由于皮層HDPE主要作用為熱熔黏合，基材芯層PA6對復合纖維的力學性能起主導作用，且HDPE的密度比PA6小 （見表2），皮層聚合物與芯層聚合物兩組分之間的質量比選擇范圍在50/50～40/60之間 ；若皮/芯組分質量比低于40/60，則皮層穩(wěn)定性差；若皮/芯質量比超過50/50，則芯層聚合物占比少，復合纖維的強度變小、可紡性變差，所以綜合考慮復合纖維的物理性能和可紡性的要求，選擇皮芯組分質量比為40/60。圖2為聚乙烯/聚酰胺皮芯組分質量比為40/60的纖維截面照片。

圖2 40/60的聚乙烯/聚酰胺皮芯型纖維截面照片

從圖2可看出，聚乙烯/聚酰胺皮芯組分質量比為40/60時，皮芯結構成形良好，皮層均勻性好，沒有偏芯和皮層破裂的現象。

2.4 紡絲溫度的選擇

皮芯復合纖維兩組分的熔體黏度比是影響皮芯結構的重要因素。當兩組分的分子質量得到確定后，紡絲溫度對兩組分的熔體黏度比影響很大。若紡絲溫度偏高，熔體黏度偏小，因為皮層HDPE的導熱系數低、固化點低，較高的紡絲溫度會使復合纖維的固化點下移，引起紡絲生頭困難。若紡絲溫度偏低，熔點高的組分切片難以充分熔融，熔體黏度增大，組件壓力與纖維的拉伸應力均會增大，易發(fā)生紡絲斷頭；且隨著熔體黏度增大引起熔體流動性變差，會使熔點高的組分物料在熔體管或紡絲組件中產生阻塞，不能保證纖維的均勻性，阻塞情況嚴重時復合噴絲板噴出單組分纖維。

根據兩組分切片原料熔點、黏度等物理指標和紡程是否順利等因素選擇紡絲溫度。本實驗結合HDPE/PA6切片熔點、黏度檢測數據及相關參考文獻[1]的分析，選擇HDPE的紡絲溫度至少要高于其熔點70～100℃， 選擇PA6的紡絲溫度至少要高于其熔點30～50℃，結合兩組分熔體流變性能分析，且經多次紡絲試驗，復合紡主箱體紡絲溫度為265℃時，皮層HDPE和芯層PA6兩組分的組件壓力分別為13 MPa和15 MPa時，可紡性好，復合纖維初生絲截面皮芯結構完整清晰。

2.5 側吹風條件

冷卻成形是PE/PA6復合紡絲的重要過程之一。皮層HDPE因導熱系數低而難冷卻，芯層PA6紡絲需要低溫驟冷，故采用大風量低風溫的冷卻方式，在皮層得到冷卻的前提下，冷量能傳達到芯層，實現皮層與芯層都能冷卻的目的，防止皮層與芯層兩組分之間在拉伸時存在顯著的差異。同時在側吹風區(qū)，由于HDPE、PA6導熱系數有差異，纖維徑向溫度梯度隨背離出風面的距離而增大，大風量低風溫能減小溫度梯度的差異[2]。HDPE/PA6復合紡絲側吹風冷卻工藝參數見表3。

表3 側吹風冷卻工藝參數

2.6 紡絲速度的選擇

采用低速紡絲和比較低的噴絲頭拉伸比，利于提高初生纖維的后拉伸性能，即低取向度低結晶度的復合纖維初生絲與高取向度高結晶度的復合纖維初生絲相比更容易牽伸成力學性能較好的成品纖維。主要原因是低速紡絲時紡絲張力小，得到的纖維內部結構是不完善的次晶結構，纖維結晶度低且結晶缺陷多，纖維軸向大分子取向增加，纖維后拉伸時易于拉伸變形與結晶重排。但紡絲速度也不能過低，一方面偏低的紡速制成的初生纖維伸長過大，纖維的后拉伸倍數要相應增大，后拉伸張力相應增大，過大的拉伸張力會使拉伸斷頭增多，不利于紡絲；另一方面偏低的紡速制成的初生纖維纖度偏大，不利于初生纖維冷卻。結合后拉伸設備的最大拉伸倍數和復合纖維的可紡性，經過多次試驗，確定HDPE/PA6皮芯復合纖維的紡絲速度為800～1 200m/min。

2.7 拉伸工藝

通過紡絲成形的初生復合纖維伸長大、強度低及結構不穩(wěn)定，不具有使用性能，需要通過拉伸定型才能獲得較高的強度、較小的伸長及穩(wěn)定的結構[3]。由于HDPE與PA6兩種材料的熔點、熱傳導速率和結晶速率均不相同，要使皮、芯兩組分具有相同的拉伸性能較困難。只能根據成品纖維的剩余伸長選擇自然拉伸倍數，經試驗測試成品纖維的剩余伸長在 （30±5）﹪時纖維在自由狀態(tài)下的干熱收縮率為5.5﹪，成品纖維的力學性能和使用性能都得到保障。經過多次試驗，確定HDPE/PA6皮芯型復合纖維的拉伸倍數范圍為3.5～4.5倍。

HDPE的玻璃化溫度在 -10℃ ～-20℃，初生纖維結晶度達到60﹪～85﹪，纖維拉伸需要較高的拉伸溫度才能破壞其結晶形態(tài)及重排大分子取向，以提高纖維的力學性能。但如果纖維拉伸溫度過高，會發(fā)生大分子鏈滑動，引起纖維強度降低。結合芯組分PA6的拉伸偏向接近室溫冷拉伸，選擇復合絲的拉伸溫度在60～80℃范圍內調節(jié)。PE/PA6皮芯型復合纖維的拉伸工藝參數如表4。

表4 HDPE/PA6皮芯型復合纖維FDY的拉伸工藝參數

3 復合纖維的主要物理指標

采用上述紡絲工藝參數紡出的169 dtex/48 f PE/PA6皮芯復合纖維FDY的主要物理性能指標如表5。

表5 PE/PA6皮芯復合纖維FDY主要物理性能指標

4 結語

選用PA6為芯層PE為皮層，使用熔融紡絲工藝紡制出聚乙烯/聚酰胺皮芯結構復合纖維，并確定了適當的雙組分紡絲工藝條件：復合紡絲主箱體溫度為265℃，皮芯組分質量比例為40/60，在800～1 200 m/min范圍內選擇紡絲速度；拉伸倍數在3.5～4.5范圍調節(jié)，拉伸溫度60～80℃范圍調節(jié)，可紡制得力學性能和使用性能均優(yōu)良的聚乙烯/聚酰胺皮芯型復合纖維。

[1] 中國科學技術大學高分子物理教研室.高聚物的結構與性能 [M].北京：科學出版社，2004：8 -1.

[2] 崔衛(wèi)國，肖傳慰.冷卻風對皮芯型復合纖維生產的影響 [J].合成纖維，2002，31（6）:33-35.

[3] 崔衛(wèi)國，吳峰.PE/PP皮芯型復合纖維 [J].化纖與紡織技術，2005（4）:18-22.

STUDY OF PE/PA6 CORE-SHEATH COMPOSITE FIBER

LIN Hai，LIXue-mei，HUANG Jie-xi
(Guangdong Province Chemical Fiber Research Institute，Guangzhou 510245，China)

Discussed the producing technology of PE/PA6 core-sheath composite fiber， analyzed the corresponding product properties.Results show that，when side blowing wind speed is(0.8～1.5)±0.02 m/s，wind temperature is 12～20℃，spinning speed is 800～1 200 m/min，draft temperature is 60～80℃，sizing temperature is 100～150℃，draft ratio is 3.0～4.5，48-hole spinneret is used，169 dtex/ 48 f PE/PA6 FDY core-sheath composite fiber is produced.The obtained hot-melt nylon core-sheath composite fiber show excellentapplication performance.

polyethylene，polyamide，core-sheath fiber，composite fiber

TQ342.94

B

10.3969／j.issn.1672-500x.2017.01.001

1672-500X(2017)01-0001-05

2017-02-06

林海 (1967-)，男，廣東高州人，工程師，主要從事紡織化纖產品開發(fā)和生產管理工作。

高性能皮芯復合纖維的研制項目編號 （2014B070706029）