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(shū)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(yōu)點(diǎn)在于質(zhì)地輕、保暖性好、耐化學(xué)腐蝕且強(qiáng)度和耐磨性好，但也有易積聚靜電、難染色、蠟感強(qiáng)、手感偏硬等缺點(diǎn)[1]，運(yùn)用PET纖維復(fù)合紡絲，可以很好地彌補(bǔ)纖維的某些缺點(diǎn)。PP和PET復(fù)合紡在一起可以很好地相容并且物理性能之間相互彌補(bǔ)，制備出取長(zhǎng)補(bǔ)短、性能好的PP/PET雙組分皮芯型復(fù)合纖維，充分地結(jié)合PP纖維和PET纖維的各種優(yōu)點(diǎn)，不僅可以擁有良好的染色性及耐磨性，而且強(qiáng)度與滌綸相比更加柔軟[2]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

（1）PP切片（中石化蘭州分公司）：熔點(diǎn)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(tuán)有限公司）：熔點(diǎn)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(shè)備

掃描電子顯微鏡（KYKY-EM6000C型，無(wú)錫創(chuàng)輝測(cè)量技術(shù)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(qiáng)力儀（YM061F-5000型，萊州元茂儀器有限公司），復(fù)合紡絲機(jī)組（D50-1型，連云港祥美機(jī)械有限公司）。

1.3 實(shí)驗(yàn)工藝

分別對(duì)PP、PET切片進(jìn)行干燥熔融擠出，通過(guò)計(jì)量泵進(jìn)行復(fù)合紡絲后冷卻、拉伸、定型、上油和卷??；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(fù)合比例及冷卻條件、后拉伸工藝和熱定型溫度對(duì)PP/PET熱熔單絲力學(xué)性能的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 復(fù)合比例對(duì)PP/PET熱熔單絲力學(xué)性能的影響

根據(jù)不同PP和PET的皮芯復(fù)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(fù)合比例對(duì)熱熔單絲力學(xué)性能的影響

由表1可以看出，PP和PET的皮芯復(fù)合比例對(duì)熱熔單絲的斷裂強(qiáng)度影響很大，皮層PP組分多，單絲強(qiáng)度高。圖1顯示，PP/PET熱熔單絲皮芯界面空隙較大，這是因?yàn)镻P、PET相容性不好，皮芯界面空隙的存在，導(dǎo)致單絲在進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試時(shí)，皮芯層滑移，降低了熱熔單絲的力學(xué)性能。為使PP/PET熱熔單絲具有一定的力學(xué)性能及尺寸穩(wěn)定性，接下來(lái)的實(shí)驗(yàn)主要研究PP和PET的復(fù)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(duì)PP/PET熱熔單絲力學(xué)性能的影響

由表2可知，PP/PET皮芯單絲紡絲過(guò)程中的冷卻水溫度對(duì)熱熔單絲的斷裂強(qiáng)度影響很大，這是因?yàn)槔鋮s溫度會(huì)影響皮層PP的結(jié)晶方式，同時(shí)PP、PET兩者的熱傳遞系數(shù)不一樣也對(duì)熱熔單絲的力學(xué)性能造成影響。由測(cè)試數(shù)據(jù)可知，當(dāng)冷卻水溫度為20 ℃時(shí)，3種直徑的PP/PET熱熔單絲具有較好的力學(xué)性能[6-10]。

表2 冷卻水溫對(duì)熱熔單絲力學(xué)性能的影響

2.3 后拉伸工藝對(duì)PP/PET熱熔單絲力學(xué)性能的影響

通過(guò)液體冷卻成形制得的PP/PET初生熱熔單絲結(jié)構(gòu)還不完善，取向度低，單絲斷裂強(qiáng)度差，斷裂伸長(zhǎng)率低，需要進(jìn)行后拉伸，實(shí)驗(yàn)主要在二級(jí)拉伸方式下進(jìn)行，主要討論二級(jí)拉伸倍率、拉伸溫度（熱水溫度、熱風(fēng)溫度）對(duì)不同直徑PP/PET熱熔單絲力學(xué)性能的影響（圖2）。

圖2 拉伸倍率對(duì)PP/PET熱熔單絲斷裂強(qiáng)度的影響

由圖2可知，拉伸倍率對(duì)PP/PET皮芯型熱熔單絲的斷裂強(qiáng)度影響很大，是決定熱熔單絲力學(xué)性能的最主要因素，熱熔單絲斷裂強(qiáng)度隨著拉伸倍率的提高而增大，但是當(dāng)拉伸倍率超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，熱熔單絲的斷裂強(qiáng)度下降，當(dāng)二級(jí)拉伸倍率為6倍時(shí)，PP/PET熱熔單絲的力學(xué)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(qiáng)度。在一定的范圍內(nèi)，PP/PET熱熔單絲的斷裂強(qiáng)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?yàn)橐坏览煸诳偫毂堵手姓急容^大，熱水拉伸后的PP/PET單絲已經(jīng)具有一定的取向度和力學(xué)性能，熱風(fēng)拉伸影響效果減弱。當(dāng)熱水拉伸溫度從90 ℃升到95 ℃時(shí)，單絲強(qiáng)度的增加變化不明顯，出于節(jié)能降耗的考慮，實(shí)驗(yàn)中的熱水拉伸溫度設(shè)定為90 ℃；當(dāng)熱風(fēng)拉伸超過(guò)一定溫度時(shí)，熱熔單絲的斷裂強(qiáng)度出現(xiàn)下降趨勢(shì)，熱風(fēng)拉伸溫度設(shè)定為90 ℃[13]。

圖3 熱水拉伸溫度對(duì)PP/PET熱熔單絲斷裂強(qiáng)度的影響

圖4 熱風(fēng)拉伸溫度對(duì)PP/PET熱熔單絲斷裂強(qiáng)度的影響

2.4 熱定型溫度對(duì)PP/PET熱熔單絲力學(xué)性能的影響

由表3可知，熱定型溫度對(duì)PP/PET熱熔單絲斷裂強(qiáng)度具有一定的影響，從110 ℃到160 ℃，單絲斷裂強(qiáng)度呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，當(dāng)達(dá)到170 ℃時(shí)，PP/PET熱熔單絲斷裂強(qiáng)度減弱。這是因?yàn)镻P熔點(diǎn)為167 ℃，當(dāng)熱定型溫度超過(guò)了熔點(diǎn)時(shí)，表皮熔融，導(dǎo)致熱熔單絲強(qiáng)度減弱；當(dāng)熱定型溫度為160 ℃時(shí)，制得的3種直徑PP/PET單絲力學(xué)性能較好[14-16]。

表3 熱定型溫度對(duì)PP/PET熱熔單絲斷裂強(qiáng)度的影響

3 結(jié)語(yǔ)

（1）PP和PET的皮芯復(fù)合比例對(duì)熱熔單絲的斷裂強(qiáng)度影響很大，皮層PP組分多，單絲強(qiáng)度高；當(dāng)冷卻水溫度為20 ℃時(shí)，3種直徑的PP/PET熱熔單絲具有較好的力學(xué)性能。這是因?yàn)槔鋮s溫度會(huì)影響皮層PP的結(jié)晶方式，同時(shí)PP、PET兩者的熱傳遞系數(shù)不一樣也對(duì)熱熔單絲的力學(xué)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(qiáng)度的主要因素，當(dāng)二級(jí)拉伸倍率為6倍時(shí)，PP/PET熱熔單絲的力學(xué)性能較好；熱熔單絲的斷裂強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)隨拉伸溫度的上升而增加；當(dāng)拉伸溫度超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，熱熔單絲斷裂強(qiáng)度開(kāi)始下降，熱水拉伸溫度為90 ℃；當(dāng)熱風(fēng)拉伸溫度為160 ℃時(shí)，PP/PET熱熔單絲力學(xué)性能較好。

（3）熱定型溫度對(duì)PP/PET熱熔單絲斷裂強(qiáng)度具有一定的影響，從110 ℃到160 ℃，單絲斷裂強(qiáng)度呈現(xiàn)增加趨勢(shì)；當(dāng)達(dá)到170 ℃時(shí)，熱定型溫度超過(guò)熔點(diǎn)，表皮熔融，導(dǎo)致熱熔單絲強(qiáng)度下降；當(dāng)熱定型溫度為160 ℃時(shí)，制得的3種直徑PP/PET單絲力學(xué)性能較好。