原位聚合法聚酰胺6/炭黑復(fù)合纖維的制備及其性能

李 睿, 王夢(mèng)柯, 于春曉, 鄭曉頔, 邱志成, 李志勇, 武術(shù)方

(1.中國紡織科學(xué)研究院有限公司 生物源纖維制造技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100025;2.東華大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院, 上海 201620)

聚酰胺6(PA6)纖維具有優(yōu)異的物理性能,適合用作戶外運(yùn)動(dòng)、軍用防護(hù)等紡織品[1]。目前,聚酰胺6纖維是僅次于聚酯纖維的是第二大化學(xué)纖維,其產(chǎn)量占全球化纖總產(chǎn)量的9%左右,我國的聚酰胺6纖維產(chǎn)量由2013年的211.28萬t增至2021年的415萬t,年復(fù)合增速為8.80%[2]。隨著天然纖維產(chǎn)能的限制和居民生活水平的提升,未來聚酰胺6纖維的產(chǎn)量有望維持穩(wěn)步增長(zhǎng)。

傳統(tǒng)聚酰胺6纖維及織物染色工藝是將其投入到酸性染料的染浴中經(jīng)化學(xué)反應(yīng)上染,這種方法能耗高,污染大[3]。隨著綠色低碳發(fā)展的意識(shí)逐漸增強(qiáng),高效、低能耗和低污染的原液著色法(又稱紡前著色法)近年來受到了市場(chǎng)的關(guān)注[4]。原液著色法主要包括色母粒法、溶劑載體法和原位聚合法[5]。20世紀(jì)70年代初,我國對(duì)原液著色技術(shù)進(jìn)行了研發(fā),“十二五”期間電子調(diào)色和色母粒制造等技術(shù)得到了很大的發(fā)展,使原液著色纖維行業(yè)迅猛發(fā)展。2010年以來,原液著色纖維產(chǎn)量平均每年的復(fù)合增速為14%,其中原液著色聚酰胺6長(zhǎng)絲的年均增長(zhǎng)率高達(dá)71%[6]。

色母粒法是先將著色劑與成纖聚合物混合造粒制備成特定顏色的母粒,再將色母粒與原料聚合物混合進(jìn)行紡絲的方法,是當(dāng)前原液著色纖維生產(chǎn)的最主要方法[5]。然而,受顏料分散性和色母粒熔體流動(dòng)性等方面的限制,采用色母粒原液著色法生產(chǎn)的纖維色系、深色性和光澤度存在一定的問題[6-7]。原位聚合法是先將著色劑與預(yù)聚體在聚合反應(yīng)體系中混合,再引發(fā)單體聚合得到有色成纖高聚物,最后再經(jīng)紡絲等工序直接得到有色纖維。與色母粒法相比,這種方法的顏料粒子在聚合物結(jié)構(gòu)中分散均勻,粒子與聚合物間的界面相容性好,且生產(chǎn)成本低,紡絲工序簡(jiǎn)單,在綠色、環(huán)保、低碳的大背景下,其市場(chǎng)需求正在快速增長(zhǎng)[7-8]。

本文以經(jīng)原位聚合法制備的不同炭黑(CB)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的PA6/CB復(fù)合材料為原料制備黑色PA6/CB復(fù)合纖維,討論了炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)及紡絲工藝對(duì)復(fù)合纖維力學(xué)性能、取向度、色度值和色牢度的影響,為采用原位聚合法制備高黑度的原液著色聚酰胺6纖維提供理論參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

成纖用聚酰胺6/炭黑(PA6/CB)復(fù)合材料原料切片(炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%,相對(duì)黏度為2.35±0.05,分別記為PA6/1.0、PA6/1.5、PA6/2.0、PA6/2.5、PA6/3.0)、純PA6切片(相對(duì)黏度為2.40),均由中國紡織科學(xué)研究院有限公司聚酰胺聚合生產(chǎn)線制備。

1.2 PA6纖維和PA6/CB復(fù)合纖維制備

將純PA6切片和炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%～3.0%的PA6/CB切片置于ZG-45型動(dòng)態(tài)真空干燥器(杭州創(chuàng)盛紡織科技有限公司),在150 ℃下干燥20 h,直至水分含量≤0.02%,隨后將切片分別投入 1999(3) 單螺桿紡絲機(jī)組(中國紡織科學(xué)研究院有限公司)進(jìn)行熔融紡絲。紡絲機(jī)螺桿1～3區(qū)及機(jī)頭溫度分別為260、265、270、270 ℃,使用72孔噴絲板,噴絲板孔徑為0.2 mm,在300 m/min的紡絲速度下卷繞,制備得到未取向的PA6和PA6/1.0、PA6/1.5、PA6/2.0、PA6/2.5、PA6/3.0初生纖維,線密度為460 dtex(72 f)。再將初生纖維經(jīng)RGJ-20CII/40CIII型熱輥牽伸機(jī)(北京中紡精業(yè)機(jī)電設(shè)備有限公司)牽伸,牽伸溫度為70 ℃,熱定形溫度為125 ℃,牽伸倍數(shù)分別為2.8、3.0、3.2、3.4,得到純PA6纖維牽伸絲和不同炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)、不同牽伸倍數(shù)的PA6/CB復(fù)合纖維牽伸絲。

進(jìn)一步降低熔體計(jì)量泵的轉(zhuǎn)速,也即降低PA6/CB復(fù)合材料熔體的擠出量,制備得到線密度為360 dtex(72 f)的純PA6纖維及不同炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的PA6/CB復(fù)合纖維,再經(jīng)牽伸-定形得到相應(yīng)的牽伸絲。將線密度為360 dtex(72 f)的純PA6纖維編號(hào)為PA6-2,炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%的牽伸絲編號(hào)為PA6-2/2.0,依此類推。

1.3 結(jié)構(gòu)與性能測(cè)試

1.3.1 表觀形貌觀察

采用JSM-6360型掃描電子顯微鏡(日本電子株式會(huì)社)觀察并分析純PA6和PA6/CB復(fù)合材料切片的淬斷面以及纖維的表面形貌,測(cè)試前對(duì)樣品進(jìn)行噴金處理。

1.3.2 熱性能測(cè)試

使用DSC-8000型差示掃描量熱儀(美國Perkin Elmer公司)對(duì)純PA6和PA6/CB復(fù)合材料切片進(jìn)行熱性能測(cè)試。測(cè)試方法為:在N2保護(hù)下,將5 mg試樣從30 ℃以20 ℃/min的速率加熱到250 ℃,并保持恒溫5 min以去除加熱過程中的熱歷史;然后以20 ℃/min的速率降溫至30 ℃,獲得第1次降溫曲線,恒溫5 min;最后以20 ℃/min的速率再次加熱到250 ℃,得到第2次升溫曲線。根據(jù)下式計(jì)算試樣的結(jié)晶度:

1.3.3 熱穩(wěn)定性測(cè)試

將PA6和PA6/CB復(fù)合材料原料切片在80 ℃的真空干燥箱中干燥12 h,然后使用Pyris 1 型熱分析儀(美國Perkin Elmer公司)對(duì)其熱穩(wěn)定性能進(jìn)行測(cè)試。取5 mg樣品,在N2保護(hù)下,以 20 ℃/min 的速率從50 ℃升溫至600 ℃。

1.3.4 晶型結(jié)構(gòu)測(cè)試

采用X′Pert Pro MPD型X射線衍射儀(荷蘭Panalytical公司)測(cè)試PA6和PA6/CB復(fù)合材料原料切片的晶型結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)參數(shù)為:Kα射線,銅靶,管電壓40 kV,管電流200 mA,掃描步長(zhǎng)0.05°,掃描范圍5°～60°,掃描速度2(°)/min。

1.3.5 線密度與力學(xué)性能測(cè)試

參照GB/T 14343—2008《化學(xué)纖維 長(zhǎng)絲線密度試驗(yàn)方法》,采用YG086型縷紗測(cè)長(zhǎng)儀(常州市第二機(jī)械有限公司)測(cè)定PA6/CB復(fù)合纖維的線密度。參照GB/T 14344—2008《化學(xué)纖維 長(zhǎng)絲拉伸性能試驗(yàn)方法》,采用Instron2343型單絲強(qiáng)力儀(英國Instron公司)測(cè)試PA6/CB復(fù)合纖維的力學(xué)性能。其中:初生絲夾持距離為100 mm,拉伸速度為500 mm/min;牽伸絲夾持距離為200 mm,拉伸速度為200 mm/min。每種纖維測(cè)試5次取平均值。

1.3.6 取向度測(cè)試

采用SCY-III型聲速取向測(cè)量?jī)x(上海東華凱利新材料科技有限公司),對(duì)不同炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)及不同牽伸倍數(shù)的PA6/CB復(fù)合纖維進(jìn)行取向度測(cè)試。分別測(cè)定聲波通過20和40 cm纖維所需的時(shí)間,記為t20和t40,然后根據(jù)下式計(jì)算聲速值和聲速取向因子:

式中:C為聲速值,km/s;Cu為PA6無規(guī)取向時(shí)的聲速值,值為1.3 km/s;f為取向因子。

1.3.7 色度值測(cè)試

將牽伸絲在YG108A型繞絲機(jī)(美國Intel公司)上進(jìn)行繞絲,制得標(biāo)準(zhǔn)絲板樣品,繞絲時(shí)繞速為400 r/min,寬度為25 mm,卷繞密度為0.3 mm/r,層數(shù)為6。然后采用DataColor 400型臺(tái)式色差儀(美國HunterLab公司)測(cè)試?yán)w維的色度值,色差儀測(cè)試孔板取小孔板,孔板孔徑為9 mm,每個(gè)面按0°、45°和90° 3個(gè)角度測(cè)試,每個(gè)樣品測(cè)試正反面,共測(cè)試6次,取平均值作為試樣的色度值。

1.3.8 色牢度測(cè)試

將PA6/CB復(fù)合纖維用SGA598型全自動(dòng)劍桿織樣機(jī)(江陰市通源紡機(jī)有限公司)織成50 cm×40 cm 的平紋織物,進(jìn)行多項(xiàng)色牢度測(cè)試。參照 GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐摩擦色牢度》,將織物在YG571B型摩擦色牢度儀(溫州百恩儀器有限公司)上進(jìn)行耐摩擦色牢度測(cè)試,使用圓柱形摩擦頭,直徑為(16±0.1) mm,壓力為(9±0.2) N,往復(fù)動(dòng)程為(104±3) mm。參照GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐皂洗色牢度》方法A(1),將織物放在含皂洗的水浴鍋里測(cè)試耐皂洗色牢度,溫度為40 ℃,攪拌時(shí)間為30 min。參照GB/T 14576—2009《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐光、汗復(fù)合色牢度》,將織物浸泡汗液后置于YG(B)611 M型耐光試驗(yàn)機(jī)(溫州大榮紡織儀器有限公司)的曝曬倉內(nèi),測(cè)試其耐光、汗復(fù)合色牢度,曝曬條件為A1,黑標(biāo)溫度為(47±3) ℃,相對(duì)濕度為40%。

2 結(jié)果與討論

2.1 炭黑分散形態(tài)分析

圖1示出純PA6及不同炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的PA6/CB復(fù)合材料原料切片淬斷面的微觀形貌?？梢钥闯?經(jīng)原位聚合法引入炭黑顆粒后,PA6/CB復(fù)合材料原料切片的淬斷面比純PA6的粗糙,但沒有出現(xiàn)明顯的團(tuán)聚點(diǎn),說明炭黑顆粒在PA6基體中分散比較均勻,顆粒大小較為一致,二者之間的界面結(jié)合也較好。在炭黑添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低時(shí),淬斷面的表面較為平整;在炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.0%時(shí),淬斷面出現(xiàn)了階梯結(jié)構(gòu)。

圖2示出純PA6纖維及不同炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的PA6/CB復(fù)合纖維的表面形貌?？梢钥闯?純PA6纖維表面沒有炭黑顆粒附著,而加入炭黑之后纖維表面開始出現(xiàn)炭黑顆粒,沒有純PA6纖維表面光滑,但分散較好,沒有團(tuán)聚。隨著炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,可觀察到顆粒的數(shù)量逐漸增多,直至炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到3.0%時(shí),顆粒大小仍較為均一,僅有少量的團(tuán)聚點(diǎn)出現(xiàn)。

圖2 純PA6和PA6/CB復(fù)合纖維的SEM照片F(xiàn)ig.2 SEM images of pure PA6 and PA6/CB composite fibers

2.2 熱性能分析

圖3示出PA6/CB復(fù)合材料原料切片的DSC升溫及降溫曲線,并計(jì)算其過冷度(ΔT)來表征材料的結(jié)晶能力,相應(yīng)的參數(shù)列于表1中。

表1 PA6和PA6/CB復(fù)合材料原料切片的DSC曲線相關(guān)參數(shù)Tab.1 DSC data of pure PA6 and PA6/CB composite pellets

圖3 不同炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的PA6/CB復(fù)合材料原料切片的DSC曲線Fig.3 DSC curves of PA6/CB composite pellets with various carbon black contents.(a) Second heating curves; (b) First cooling curves

由圖3結(jié)合表1可以看出:炭黑的加入對(duì)PA6/CB復(fù)合材料原料切片的熔融峰幾乎沒有影響,熔融峰形態(tài)都是典型的單峰,熔點(diǎn)Tm幾乎無變化。PA6/CB復(fù)合材料原料切片的結(jié)晶溫度Tc均高于純PA6的176.64 ℃,最高達(dá)到190.30 ℃,提升了13.66 ℃。隨著炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大,結(jié)晶度Xc也隨之增大,當(dāng)炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.0%時(shí),其結(jié)晶度達(dá)到了最大值(31.41%)。這說明加入炭黑后復(fù)合材料原料切片的結(jié)晶過程比純PA6更容易,即炭黑在PA6中存在異相成核作用,且成核點(diǎn)的數(shù)量隨著炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增加,誘導(dǎo)PA6結(jié)晶的異相成核作用也越來越明顯[9],導(dǎo)致PA6的結(jié)晶度逐漸升高,結(jié)晶峰逐漸向高溫方向移動(dòng)。

由表1還可看出,PA6/CB復(fù)合材料原料切片的過冷度ΔT均小于純PA6。這表明PA6/CB復(fù)合體系的結(jié)晶速率比純PA6要快得多,也說明炭黑作為成核劑提高了PA6/CB的結(jié)晶能力。ΔT越小,結(jié)晶速率越快。當(dāng)炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%時(shí),ΔT最小,達(dá)到28.78 ℃,低于純PA6約15 ℃。

2.3 熱穩(wěn)定性分析

圖4示出純PA6和不同炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的PA6/CB復(fù)合材料原料切片的質(zhì)量損失曲線,相應(yīng)的熱分解溫度列于表2中。

圖4 純PA6和不同炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的PA6/CB復(fù)合材料原料切片的TG曲線Fig.4 TG curves of pure PA6 and PA6/CB composite pellets with various carbon black contents

從表2可看出,引入炭黑后,PA6/CB復(fù)合材料原料切片質(zhì)量損失5%、10%和50%時(shí)的溫度T5、T10、T50均高于純PA6。這是由于炭黑具有較好的熱穩(wěn)定性,其熔點(diǎn)高達(dá)3 550 ℃,且在原位聚合制備過程中,炭黑與PA6基體存在界面相互作用,可有效提高PA6/CB復(fù)合材料原料切片的熱穩(wěn)定性。此外,炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1.0%～3.0%范圍內(nèi),PA6/CB復(fù)合材料原料切片質(zhì)量損失5%時(shí)的溫度(初始熱分解溫度)均高于390 ℃,說明試樣的熱穩(wěn)定性可滿足熔融紡絲加工的要求。

2.4 晶型結(jié)構(gòu)分析

為研究炭黑及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)PA6晶型的影響,采用X射線衍射儀對(duì)其進(jìn)行分析,結(jié)果如圖5所示。

圖5 純PA6和不同炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的PA6/CB復(fù)合材料原料切片的X射線衍射譜圖Fig.5 XRD patterns of pure PA6 and PA6/CB composite pellets with different CB contents

從圖5可看到:純PA6在2θ為20.3°和23.5°處出現(xiàn)了代表α晶型的2個(gè)特征衍射峰,分別對(duì)應(yīng)純PA6在(200)和(002)、(202)晶面處的特征衍射峰;在2θ為21.5°處出現(xiàn)γ晶型的特征衍射峰,對(duì)應(yīng)PA6的(200)晶面[10-12]。引入炭黑后,在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%～3.0%時(shí)沒有出現(xiàn)明顯的γ晶型的特征衍射峰,只有在2θ為20.1°和23.3°～23.4°處的 α晶型特征衍射峰。這說明通過原位聚合法引入少量(1.0%)的炭黑就可明顯改變PA6的結(jié)晶結(jié)構(gòu),促使PA6形成熱力學(xué)更穩(wěn)定的α晶型。

2.5 PA6/CB復(fù)合纖維的力學(xué)性能

表3示出純PA6纖維和PA6/CB復(fù)合纖維牽伸絲的斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和部分試樣的聲速取向因子測(cè)試結(jié)果。

表3 純PA6纖維和PA6/CB復(fù)合纖維的力學(xué)性能及聲速取向因子Tab.3 Mechanical properties and sonic orientation factor of pure PA6 fiber and PA6/CB composite fibers

從表3可看出:在相同的牽伸倍數(shù)下,PA6/CB復(fù)合纖維的斷裂強(qiáng)度均比純PA6纖維高,且炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%時(shí)復(fù)合纖維的斷裂強(qiáng)度最高,隨后逐漸降低。這說明炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低(1.0%)時(shí),炭黑顆粒在復(fù)合纖維中起增強(qiáng)作用[13-14];但當(dāng)炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)一步增加(大于1.0%)后,炭黑顆粒在纖維內(nèi)部不可避免地產(chǎn)生了少量團(tuán)聚,造成應(yīng)力局部增高,出現(xiàn)應(yīng)力集中,且復(fù)合纖維的缺陷也隨著炭黑與基材界面的增加而增加,因此,斷裂強(qiáng)度有所下降。當(dāng)炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.0%時(shí),復(fù)合纖維的斷裂強(qiáng)度仍比純PA6的高(在3.2倍牽伸下,PA6/3.0復(fù)合纖維比純PA6纖維的斷裂強(qiáng)度提高近20%),這說明原位聚合法引入的炭黑與基材的分散性和相容性很好。在相同的牽伸倍數(shù)下,復(fù)合纖維的斷裂伸長(zhǎng)率隨炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而明顯降低,這說明炭黑顆粒與基材界面間的結(jié)合力較高,阻礙了聚合物分子鏈的運(yùn)動(dòng)[15]。

從表3還可看出,在牽伸倍數(shù)為2.8時(shí),PA6/CB復(fù)合纖維比純PA6纖維的聲速取向因子高,這說明炭黑顆粒在PA6基材中分散性好,PA6/CB復(fù)合纖維對(duì)紅外輻射的吸收能力提高,在牽伸-定形過程中可充分受熱,提升PA6分子鏈的運(yùn)動(dòng)能力,因此,在相同的外力作用下更易取向[16]。在相同的炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)下,PA6/CB復(fù)合纖維的斷裂強(qiáng)度和聲速取向因子都隨著牽伸倍數(shù)的增加而增加,其斷裂伸長(zhǎng)率則隨之降低。在炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.0%時(shí),隨著牽伸倍數(shù)從2.8提升到3.4,斷裂強(qiáng)度從2.66 cN/dtex 升高到3.74 cN/dtex,提升了40.60%;聲速取向因子從0.699升高到0.757,提升了8.30%;而斷裂伸長(zhǎng)率從38.54%降到22.67%,降低了41.18%。

表4示出純PA6纖維PA6-2和復(fù)合纖維PA6-2/2.0、PA6-2/3.0的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果。將表4與表3進(jìn)行比較可看出,在相同的炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)和牽伸倍數(shù)下,線密度較小的PA6-2系列復(fù)合纖維的斷裂強(qiáng)度要高于相應(yīng)的PA6系列,而斷裂伸長(zhǎng)率則偏低。這是由于PA6-2系列復(fù)合纖維的單絲線密度更低,即纖維更細(xì),從而,內(nèi)部所含的缺陷或空洞相對(duì)而言更少,結(jié)構(gòu)更加均勻,因此力學(xué)性能更高。這一結(jié)果說明,原位聚合法引入的炭黑粒子分散均勻,在較小的單絲線密度(牽伸倍數(shù)為3.2時(shí)的單絲線密度約為1.4 dtex)下,對(duì)纖維力學(xué)性能沒有可見的影響。

表4 純PA6纖維和PA6/CB復(fù)合纖維的力學(xué)性能Tab.4 Mechanical properties of pure PA6 fiber and PA6/CB composite fibers

2.6 PA6/CB復(fù)合纖維的色度值

對(duì)純PA6和PA6/1.0、PA6/2.0、PA6/3.0,以及PA6-2/2.0、PA6-2/3.0纖維的色度值進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果如表5所示。表中L值表示纖維的明暗程度,L值越小,說明纖維越黑;a值表示纖維的紅綠程度,為負(fù)時(shí)表示試樣偏綠,a值越小說明纖維越綠;b值表示纖維的黃藍(lán)程度,為負(fù)時(shí)表示試樣偏藍(lán),b值越小說明纖維越藍(lán)。

表5 純PA6纖維和PA6/CB復(fù)合纖維的色度值Tab.5 Chroma value of pure PA6 fiber and PA6/CB composite fibers

從表5可看出:加入炭黑后復(fù)合纖維的顏色明顯變黑,且隨著炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,L值從純PA6的91.57減小到最小17.13;b值呈減小趨勢(shì),a值在炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%時(shí)輕微上升,然后隨著炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加恢復(fù)到與純PA6纖維相當(dāng)?shù)乃?說明纖維的顏色向綠色和藍(lán)色輕微偏轉(zhuǎn)。炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)從1.0%增加到2.0%,復(fù)合纖維的L值平均減小4.09%,a值和b值也明顯減小。炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)從2.0%增加到3.0%,2種線密度的復(fù)合纖維L值平均減小3.21%和1.88%,減小程度有所降低,說明再繼續(xù)增加炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù),對(duì)復(fù)合纖維色度值提升效果不明顯。炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同時(shí),L值隨纖維線密度的增加而呈總體上升趨勢(shì),即纖維顏色逐漸變黑,但纖維線密度對(duì)a值和b值的影響不顯著。

2.7 PA6/CB復(fù)合纖維的色牢度

表6示出PA6/CB復(fù)合纖維的色牢度測(cè)試結(jié)果。其中復(fù)合纖維采用的是PA6-2/2.0,線密度為109.77 dtex的牽伸絲?？梢钥闯?原位聚合黑色聚酰胺6纖維擁有極佳的色牢度,其耐摩擦色牢度(干、濕)、耐皂洗色牢度(變色、沾色)、耐光汗色牢度均可達(dá)4～5級(jí),證明原位聚合法原液著色技術(shù)擁有持久的色彩效果,色牢度極佳。

表6 PA6/CB復(fù)合纖維的色牢度Tab.6 Fastness of PA6/CB composite fibers 級(jí)

3 結(jié) 論

1)炭黑粒子在原位聚合法生產(chǎn)的聚酰胺6/炭黑(PA6/CB)復(fù)合材料原料切片和復(fù)合纖維中分散均勻,與PA6的界面結(jié)合好,可提高材料的熱穩(wěn)定性。炭黑粒子在PA6基體的結(jié)晶過程中起著異相成核作用,PA6/CB復(fù)合材料原料切片的結(jié)晶度和結(jié)晶溫度因此而得到提高,促進(jìn)PA6形成熱力學(xué)更穩(wěn)定的α晶型。

2)在相同的牽伸倍數(shù)下,與純PA6纖維相比,PA6/CB復(fù)合纖維的斷裂強(qiáng)度隨炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加呈先升高后降低的趨勢(shì),最高值出現(xiàn)在炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%時(shí),PA6/CB復(fù)合纖維的斷裂強(qiáng)度始終高于純PA6纖維;隨著炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大,PA6/CB復(fù)合纖維的斷裂伸長(zhǎng)率顯著降低,其取向程度比PA6纖維顯著提高。此外,隨著牽伸倍數(shù)的增大,PA6/CB復(fù)合纖維的斷裂強(qiáng)度、取向度均有所提高,斷裂伸長(zhǎng)率則有降低的趨勢(shì)。

3)PA6/CB復(fù)合纖維的黑度隨炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增加,炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%后提升不明顯。纖維線密度越高,L值越低,纖維顏色越黑,其耐摩擦色牢度(干、濕)、耐皂洗色牢度(變色、沾色)、耐光汗色牢度均可達(dá)4～5級(jí)。