黑色高強(qiáng)錦綸6長(zhǎng)絲的制備和分析

廣東新會(huì)美達(dá)錦綸股份有限公司， 廣東 江門 529100

錦綸是美國(guó)杜邦公司于20世紀(jì)30年代發(fā)明，并于1939年正式商業(yè)化生產(chǎn)的合成纖維，它具有強(qiáng)度高、回彈性好、耐磨和耐疲勞等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于服裝、裝飾、紡織品、工業(yè)絲和地毯用絲等領(lǐng)域。尤其是高強(qiáng)錦綸6長(zhǎng)絲，其已在民用、軍用等多個(gè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用，用于制作戶外帳篷、繩纜、運(yùn)輸帶、漁網(wǎng)等產(chǎn)品，應(yīng)用范圍不斷拓寬。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保要求的加強(qiáng)，黑色高強(qiáng)錦綸6長(zhǎng)絲的需求將逐步增加。

1 試驗(yàn)

1.1 原料

錦綸6切片：紡絲級(jí)，型號(hào)M32800，含水率≤0.04%，廣東新會(huì)美達(dá)錦綸股份有限公司生產(chǎn)。

母粒：紡絲級(jí)，黑色，型號(hào)XMB-1，有效濃度30%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，外購(gòu)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

紡絲機(jī)：北京中麗HY2型。

1.3 測(cè)試儀器

強(qiáng)伸度測(cè)試儀：USTER TENSORAPID 3型。

條干均勻度儀：USTER TESTER 5型。

織襪機(jī)：無錫永新GE588-3型。

電腦測(cè)色儀：愛色麗CI7800型。

2 結(jié)果與討論

2.1 母粒

生產(chǎn)黑色高強(qiáng)錦綸6長(zhǎng)絲所用的原料中，母粒尤其關(guān)鍵，其水分偏高會(huì)使熔體質(zhì)量受損，拉伸過程中絲條易產(chǎn)生缺陷而斷頭，無法進(jìn)行高倍拉伸。因此，母粒添加量雖然不多，但母粒對(duì)黑色高強(qiáng)錦綸6長(zhǎng)絲的生產(chǎn)及其產(chǎn)品的性能有重要影響。本試驗(yàn)中，外購(gòu)的黑色母粒的含水率較高，需進(jìn)行干燥，使其含水率下降到0.05%左右再進(jìn)行紡絲。

另外，黑色母粒的有效成分為炭黑，其顆粒大小、分布均勻性等會(huì)直接影響黑色高強(qiáng)錦綸6長(zhǎng)絲的紡絲過程的平穩(wěn)性、組件壓力，以及黑色高強(qiáng)錦綸6長(zhǎng)絲的物理力學(xué)性能和顏色。

2.1.1 母粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)黑色高強(qiáng)錦綸6長(zhǎng)絲的明度和色相的影響

黑色高強(qiáng)絲的黑度，一直是客戶較關(guān)注的指標(biāo)。本試驗(yàn)采用不同的母粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)(2%、 3%、 4%、 5%)，分別紡制黑色高強(qiáng)錦綸6長(zhǎng)絲，其明度和色相見表1。

表1 不同母粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)黑色高強(qiáng)錦綸6長(zhǎng)絲的明度和色相

分析表1中的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，隨著母粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)從2%增加到5%，L值依次下降，表明黑色高強(qiáng)錦綸6長(zhǎng)絲的明度逐步減弱，即其黑度增加；提高母粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)，a值增大而b值減小，表明黑色高強(qiáng)錦綸6長(zhǎng)絲的色相逐步趨向于偏紅和偏藍(lán)。

2.1.2 母粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)黑色高強(qiáng)錦綸6長(zhǎng)絲的物理力學(xué)性能的影響

在其他紡絲工藝參數(shù)不變的情況下，改變母粒添加量，考察母粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)與黑色高強(qiáng)錦綸6長(zhǎng)絲的物理力學(xué)性能的關(guān)系，結(jié)果見表2。

表2 母粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)與黑色高強(qiáng)錦綸6長(zhǎng)絲的物理力學(xué)性能的關(guān)系

表2中的數(shù)據(jù)顯示，隨著母粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高，黑色高強(qiáng)錦綸6長(zhǎng)絲的斷裂強(qiáng)度不勻率、斷裂伸長(zhǎng)率不勻率和條干不勻率都逐漸增大，斷裂強(qiáng)度則逐步下降，這是因?yàn)樘亢跁?huì)破壞錦綸6大分子的規(guī)整性；黑色高強(qiáng)錦綸6長(zhǎng)絲的斷裂伸長(zhǎng)率有所上升，這是因?yàn)榧尤肷倭壳驙钐亢谀芷鸬揭欢ǖ臐?rùn)滑作用，從而提高錦綸6大分子中鏈段的運(yùn)動(dòng)能力；黑色高強(qiáng)錦綸6長(zhǎng)絲的含油率也逐漸增加，這主要是因?yàn)榧尤氲奶亢谠龆鄷?huì)增強(qiáng)炭黑表面吸附油劑的能力。

2.1.3 母粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)黑色高強(qiáng)錦綸6長(zhǎng)絲的紡絲加工性能的影響

母粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)與黑色高強(qiáng)錦綸6長(zhǎng)絲的紡絲加工性能也密切相關(guān)，其測(cè)試結(jié)果見表3。

表3 母粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)黑色高強(qiáng)錦綸6長(zhǎng)絲的紡絲加工性能的影響

從表3可見，隨著母粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，聚合物熔體中炭黑含量相應(yīng)增加，因此炭黑越容易形成團(tuán)聚，導(dǎo)致組件壓力上升，斷頭增多趨勢(shì)明顯。

綜合以上分析，認(rèn)為黑色高強(qiáng)錦綸6長(zhǎng)絲的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中應(yīng)選擇母粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%。

2.2 切片

制備高性能錦綸6長(zhǎng)絲的關(guān)鍵在于提高錦綸6大分子鏈的拉伸倍數(shù)，目前可行的方法主要有區(qū)域拉伸和區(qū)域熱處理等。理想的高強(qiáng)纖維微觀結(jié)構(gòu)為大分子鏈無限長(zhǎng)且纖維中僅含伸直鏈結(jié)晶體，這樣在紡絲過程中對(duì)初生纖維進(jìn)行牽伸時(shí)，大分子鏈可以沿纖維軸向伸展，非晶區(qū)的大分子鏈發(fā)生取向，纖維強(qiáng)度提高[1]。相對(duì)黏度較高的錦綸6切片具有較高的相對(duì)分子質(zhì)量，這利于纖維強(qiáng)度的提升[2]。因此，本試驗(yàn)選用相對(duì)黏度為2.78的錦綸6切片，其含水率在0.04%以下。

2.3 紡絲工藝

2.3.1 紡絲溫度

對(duì)于黑色高強(qiáng)錦綸6長(zhǎng)絲的紡絲加工，需選擇合適的紡絲溫度。紡絲溫度過高會(huì)導(dǎo)致材料發(fā)生降解，使纖維力學(xué)性能下降[3]。但紡絲溫度過低時(shí)熔體的流動(dòng)性差，這會(huì)導(dǎo)致纖維條干不勻率提高，甚至出現(xiàn)陣發(fā)性熔體壓力波動(dòng)而發(fā)生斷頭。黑色高強(qiáng)錦綸6長(zhǎng)絲的紡絲溫度一般比常規(guī)錦綸6長(zhǎng)絲高5～10 ℃。

2.3.2 紡絲速度

在黑色高強(qiáng)錦綸6長(zhǎng)絲的紡絲過程中，因添加了炭黑成分，紡絲速度過高易使紡程上的摩擦力增加；再者，黑色高強(qiáng)錦綸6長(zhǎng)絲的總牽伸大于常規(guī)錦綸6長(zhǎng)絲，絲束與牽伸輥的接觸壓力和摩擦力也較大，絲條較容易受到損傷，影響纖維力學(xué)性能。紡絲速度還與纖維取向度相關(guān)。黑色高強(qiáng)錦綸6長(zhǎng)絲的紡絲過程采用高倍拉伸，第一道牽伸輥的速度一般較低，若紡絲速度過低，纖維取向度會(huì)受影響[4]。因此，綜合考慮各相關(guān)因素的影響，同時(shí)兼顧產(chǎn)能，選擇紡絲速度為4 100 m/min。

2.3.3 拉伸比

在其他紡絲工藝參數(shù)確定的情況下，采用不同的拉伸比進(jìn)行紡絲，考察拉伸比對(duì)黑色高強(qiáng)錦綸6長(zhǎng)絲的物理力學(xué)性能的影響，結(jié)果見表4。

表4 拉伸比對(duì)黑色高強(qiáng)錦綸6長(zhǎng)絲的物理力學(xué)性能的影響

從表4中的數(shù)據(jù)可見，黑色高強(qiáng)錦綸6長(zhǎng)絲的斷裂強(qiáng)度與拉伸比呈正比關(guān)系，斷裂伸長(zhǎng)率與拉伸比呈反比關(guān)系。拉伸比增加時(shí)，錦綸6大分子鏈的排列更加有序[5]，纖維結(jié)晶度同步增加，導(dǎo)致斷裂強(qiáng)度增加而斷裂伸長(zhǎng)率減小，紡絲加工過程穩(wěn)定性變差，斷頭率增加。因此，在黑色高強(qiáng)錦綸6長(zhǎng)絲的生產(chǎn)中，拉伸比以采用4.25為好。

3 結(jié)論

(1) 對(duì)于生產(chǎn)黑色高強(qiáng)錦綸6長(zhǎng)絲所用的母粒和錦綸6切片，應(yīng)嚴(yán)格控制水分含量，母粒含水率要求在0.05%以下，錦綸6切片的含水率要求在0.04%以下。

(2) 生產(chǎn)黑色高強(qiáng)錦綸6長(zhǎng)絲時(shí)，其紡絲溫度應(yīng)比常規(guī)錦綸6長(zhǎng)絲高5～10 ℃。

(3) 綜合考慮黑色高強(qiáng)錦綸6長(zhǎng)絲的物理力學(xué)性能、紡絲加工性能等因素，生產(chǎn)中母粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)選擇4%，紡絲速度應(yīng)選擇4 100 m/min，拉伸比以4.25為好。