皮芯型滌錦復(fù)合纖維FDY生產(chǎn)工藝探討*

黃潔希，林 海，王增喜，李雪梅

（廣東省化學(xué)纖維研究所，廣東廣州510245）

科研與實(shí)踐

皮芯型滌錦復(fù)合纖維FDY生產(chǎn)工藝探討*

黃潔希，林 海，王增喜，李雪梅

（廣東省化學(xué)纖維研究所，廣東廣州510245）

以聚己內(nèi)酰胺 （PA6）為皮層材料，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯 （PET）為芯層材料，紡制156 dtex/48 f的皮芯型滌錦復(fù)合纖維。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，選擇皮芯復(fù)合比例為40/60，PA6螺桿溫度255~265℃，PET螺桿溫度285~295℃，側(cè)吹風(fēng)風(fēng)速0.4~0.5m/s，風(fēng)溫21~23℃，拉伸溫度75~85℃，熱定型溫度115~130℃，牽伸比2.5~2.8，紡絲速度4 245m/min，通過(guò)試驗(yàn)?zāi)艿玫叫阅芘c常規(guī)純PA6纖維接近的復(fù)合纖維。

皮芯；聚酰胺；聚酯；紡絲工藝

纖維市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，常規(guī)纖維市場(chǎng)已逐步趨于飽和，且常規(guī)纖維附加值低、功能單一，已漸漸不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的需求，導(dǎo)致常規(guī)纖維利潤(rùn)薄，一些纖維公司發(fā)展步履維艱，部分公司轉(zhuǎn)而研發(fā)生產(chǎn)具有高附加值的差別化纖維。差別化纖維的開發(fā)是纖維公司謀求發(fā)展的必選題，也是纖維行業(yè)發(fā)展的大勢(shì)所趨。

復(fù)合纖維是差別化纖維的一個(gè)重要分支，其中滌錦復(fù)合纖維是目前市場(chǎng)上比較常見的一種復(fù)合纖維。主要是因?yàn)镻ET、PA6均具有良好的可紡性，且滌綸、錦綸纖維生產(chǎn)工藝已經(jīng)十分成熟。桔瓣型滌錦復(fù)合絲產(chǎn)量已經(jīng)初步形成規(guī)模，皮芯型滌錦FDY復(fù)合纖維則較為少見。本文通過(guò)工藝試驗(yàn)，主要對(duì)皮芯型滌錦FDY復(fù)合絲進(jìn)行工藝探討。

普通PA6與PET相容性差，但采取皮芯結(jié)構(gòu)，可以紡制出物理性能穩(wěn)定的復(fù)合纖維。皮層材料為錦綸，芯層材料為滌綸，這樣的復(fù)合纖維兼有錦綸染色性能佳、耐磨性好、吸濕能力強(qiáng)的特點(diǎn)及滌綸模量高、彈性好的優(yōu)點(diǎn)，可用于汽車內(nèi)飾、清潔用品、家紡用品等方面[1]。

1 試驗(yàn)

1.1 主要原料

PA6切片：紡絲級(jí)，熔點(diǎn)220℃，相對(duì)黏度2.75±0.02，無(wú)錫市長(zhǎng)安高分子材料廠有限公司產(chǎn)。

PET切片：紡絲級(jí)，熔點(diǎn)257℃，相對(duì)黏度0.64，廣東泰寶聚合物有限公司產(chǎn)。

紡絲油劑：科凱化工錦綸油劑，批號(hào)K869216531。

1.2 設(shè)備

干燥設(shè)備：干燥能力為35 kg/h、20 kg/h的ROSIN式干燥設(shè)備各一臺(tái)，張家港萬(wàn)盛機(jī)械有限公司。

紡絲設(shè)備：雙組份紡絲設(shè)備，蘇州帝達(dá)化纖機(jī)械制造有限公司；卷繞機(jī)，型號(hào)BAW835T -1200，北京中麗制機(jī)工程技術(shù)有限公司。

檢測(cè)設(shè)備：YG061A型電子單紗強(qiáng)力儀，萊州市電子儀器有限公司；BM-1000型雙目顯微鏡，常州二紡精密機(jī)械有限公司；YG981型纖維油脂快速抽出器，常州一紡精密機(jī)械有限公司；SH-200X型電子天平，廣州東南專業(yè)科儀公司。

1.3 生產(chǎn)工藝流程

采用皮芯復(fù)合紡絲，皮層材料為PA6，芯層材料為PET，PA6與PET質(zhì)量比為40:60，生產(chǎn)156 dtex/48 f皮芯型滌錦FDY復(fù)合纖維。紡絲工藝流程如下：

圖1 皮芯型滌錦復(fù)合纖維生產(chǎn)工藝流程

2 結(jié)果與討論

2.1 原料的選擇

一般錦綸單組分紡絲的相對(duì)黏度為2.45左右，滌錦復(fù)合纖維紡絲對(duì)切片的要求比單組分紡絲的要高，要求PA6切片相對(duì)黏度在2.7左右。另外還要求PET切片可紡性好，其他指標(biāo)無(wú)特殊要求[2]。

2.2 切片干燥

未經(jīng)干燥過(guò)的濕PET切片含水率通常為0.4%，含水率高的PET切片在紡絲過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生劇烈的水解，使得分子質(zhì)量降低，甚至無(wú)法紡絲，因此需要對(duì)PET切片進(jìn)行結(jié)晶干燥。紡制滌錦FDY復(fù)合纖維，需要將PET切片水分控制在3.0×10-5以內(nèi)。根據(jù)不同設(shè)備的干燥效果，制定合適的干燥工藝，既要干燥效果好，又要防止溫度過(guò)高，導(dǎo)致切片變黃，發(fā)生降解。本次試驗(yàn)采取結(jié)晶溫度176℃，干燥溫度175℃的干燥工藝，經(jīng)過(guò)8 h干燥，水分可以達(dá)到3.0× 10-5以內(nèi)。

PA6切片極易吸濕，出廠的PA6切片一般采取真空包裝，包裝良好的PA6切片水分在3.0×10-4～5.0×10-4之間。紡制皮芯型滌錦FDY復(fù)合纖維時(shí)，為了防止PA6水分對(duì)PET熔體產(chǎn)生水解影響，要求PA6切片水分控制在1.0×10-4以內(nèi)，通常大部分廠家采取氮?dú)獗Ｗo(hù)或者真空進(jìn)行低溫長(zhǎng)時(shí)間干燥。為了節(jié)約成本，本次試驗(yàn)用低露點(diǎn)干空氣進(jìn)行干燥，干燥溫度約為85℃。

2.3 復(fù)合比例

由于錦綸切片單價(jià)比滌綸切片單價(jià)高，所以在纖維質(zhì)量滿足要求的情況下，應(yīng)盡量提高滌綸在復(fù)合纖維中的比例。如果皮層材料錦綸所占比例太少，則皮層容易破裂，以及難以達(dá)到纖維改性的要求，綜合考慮以上因素，最終選擇滌錦質(zhì)量比為60/40。圖2為試驗(yàn)中滌錦皮芯型復(fù)合纖維初生絲截面，可以看到纖維皮層包裹均勻，截面成形良好。

圖2 初生絲截面

2.4 螺桿溫度

溫度的選擇是紡絲的關(guān)鍵，在保證熔體具備良好的流動(dòng)性能的同時(shí)，應(yīng)充分考慮復(fù)合纖維兩組分在熔體狀態(tài)下的黏度比，兩者的黏度差異不能過(guò)大，否則熔體在噴絲板處容易產(chǎn)生彎頭角，因此PA6的螺桿溫度可適當(dāng)偏高，以降低熔體黏度，有利于PA6熔體向PET熔體擴(kuò)散，增厚兩組分之間的界面層[2]。但PA6熔體的溫度不宜過(guò)高，因?yàn)镻A6對(duì)溫度敏感，高溫下容易發(fā)生熱氧化和熱降解。最終選擇PET的螺桿溫度285~295℃，PA6的螺桿溫度255~ 265℃。

2.5 冷卻條件

紡絲時(shí)冷卻條件的選擇直接影響到成品絲的質(zhì)量，良好的冷卻條件能使絲條冷卻均勻，減少毛絲和斷頭的現(xiàn)象。生產(chǎn)皮芯型滌錦復(fù)合纖維用側(cè)吹風(fēng)可以基本滿足絲條的冷卻條件。風(fēng)速選擇范圍為0.4~0.5m/s，風(fēng)溫約21~23℃。生產(chǎn)過(guò)程中要保證側(cè)吹風(fēng)穩(wěn)定，風(fēng)速風(fēng)溫波動(dòng)小，車間內(nèi)回風(fēng)干擾少。

由于PA6極易產(chǎn)生靜電，所以在選擇側(cè)吹風(fēng)濕度時(shí)需加以考慮，本次試驗(yàn)選擇側(cè)吹風(fēng)相對(duì)濕度為75%~80%。

2.6 上油

由于皮層材料是PA6，因此油劑采用錦綸抗靜電油劑，本次試驗(yàn)采用油輪上油，油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%。配油時(shí)需充分?jǐn)嚢?，以保證油劑的均勻性。上油時(shí)需保證上油均勻，不然容易引起斷頭、拉伸不勻。

2.7 牽伸與定型

牽伸對(duì)纖維的取向結(jié)晶有很大的影響，直接影響纖維的斷裂強(qiáng)度、沸水收縮率、斷裂伸長(zhǎng)率等物理性能。GR2速度保持不變，提高GR1速度，即降低牽伸比，沸水收縮率越小。保持GR1速度不變，提高GR2速度，即提高牽伸比，沸水收縮率越小[3]。牽伸比過(guò)大，容易引起毛絲、斷頭，在生產(chǎn)過(guò)程要結(jié)合實(shí)際情況，選擇合適的牽伸比，一般以2.5~2.8為宜[4]。

第一熱輥GR1溫度為拉伸溫度，拉伸溫度需高于纖維的玻璃化溫度。纖維在到達(dá)第一熱輥時(shí)，溫度已降至玻璃化溫度以下，故拉伸溫度應(yīng)高于兩種材料的玻璃化溫度，使纖維在第一熱輥上能進(jìn)一步完善結(jié)晶。

拉伸溫度過(guò)低時(shí)，分子鏈活動(dòng)能力差，纖維的取向結(jié)晶效果差。拉伸溫度過(guò)高，容易引起絲條在第一熱輥上跳動(dòng)，且易產(chǎn)生皮層破裂等現(xiàn)象。滌錦復(fù)合絲拉伸溫度應(yīng)控制在75~85℃之間。

第二熱輥溫度又稱熱定型溫度，主要完成纖維超分子結(jié)構(gòu)的完善，消除內(nèi)應(yīng)力。纖維的結(jié)晶度隨著第二熱輥溫度的提高而提高，纖維的沸水收縮率隨之減小。所以第二熱輥溫度一般根據(jù)沸水收縮率大小來(lái)設(shè)定。

熱定型溫度過(guò)低，纖維結(jié)晶不完善，沸水收縮率過(guò)高，剩余拉伸過(guò)大，纖維尺寸穩(wěn)定性差。熱定型溫度過(guò)高，會(huì)出現(xiàn)絲條抖動(dòng)，易斷頭。熱定型溫度一般控制在115~130℃之間。

3 復(fù)合纖維主要物理指標(biāo)

表1 滌錦FDY復(fù)合纖維物理指標(biāo)

表1為滌錦FDY復(fù)合纖維的物理指標(biāo)，從表1可以發(fā)現(xiàn)，皮芯型滌錦FDY與純PA6纖維的物理性能接近，并且由于皮層材料是PA6，復(fù)合纖維具備一定的吸濕能力和染色能力，在一些應(yīng)用領(lǐng)域能替代價(jià)格相對(duì)昂貴的純錦綸纖維。

4 結(jié)論

選擇相對(duì)黏度2.75的PA6切片為皮層材料，普通紡絲級(jí)PET切片為芯層材料，當(dāng)皮芯復(fù)合比例為40/60時(shí)，纖維截面成形良好，無(wú)發(fā)現(xiàn)皮層破裂的現(xiàn)象。針對(duì)試驗(yàn)中使用的紡絲設(shè)備，采取以下紡絲工藝：PET的紡絲溫度285~ 295℃，PA6的紡絲溫度255~265℃，側(cè)吹風(fēng)溫度21~23℃，風(fēng)速0.4~0.5 m/s，相對(duì)濕度75%~80%，牽伸比2.5~2.8，拉伸溫度75~85℃，熱定型溫度115~130℃，紡絲速度4 245 m/min，能得到與常規(guī)純錦綸纖維物理性能接近的皮芯型滌錦復(fù)合FDY。在汽車內(nèi)飾、清潔用品、家紡用品等應(yīng)用領(lǐng)域可選擇性代替錦綸纖維，與錦綸纖維相比，成本更為低廉。

[1] 叢奎春.滌錦復(fù)合絲的用途及生產(chǎn)工藝探討 [J].合成纖維，2012，41（5）:38-39.

[2] 樓利琴，占海華.多島型高回彈性PA6/PET復(fù)合纖維的開發(fā) [J].合成纖維，2008，37（1）:33-35，41.DOI:10.3969/j.issn.1001-7054.2008. 01.010.

[3] 許峰.牽伸工藝對(duì)滌綸FDY沸水收縮率的影響 [J].合成技術(shù)及應(yīng)用，1999（1）:41-44.

[4] 石紅星，徐玉和.PA6／PET皮芯型仿錦綸FDY工藝探討 [J].化纖與紡織技術(shù)，2007（3）:1-3，44.

DISCUSSION ON THE TECHNOLOGY OF FDY W ITH CORESHEATH TYPE PA6／PET

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

Used polycaprolactam(PA6)as skin phase,polyethylene terephthalate(PET)as core phase, spun PA6/PET core-sheath composite fiber.Results show that,when the ratio of skin to core is 40/60,PA6 extruder’s temperature is between 255~265℃,PET extruder’s temperature is between 285~295℃, cross-air blasting temperature is between 21~23℃,drawing temperature is between 75~85℃,heat setting temperature is between 115~130℃,drawing ratio is between 2.5~2.8,spinning speed is 4 245 m/min,PET/PA6 core-sheath composite fiber is got,which has properties approach to general polyamide fiber.

core-sheath fiber,polyamide,polyester,spinning technology

TQ342.94

B

10.3969／j.issn.1672-500x.2017.02.001

1672-500X(2017)02-0001-04

2017-04-12

黃潔希 （1993-），男，廣東汕頭人，助理工程師，從事化學(xué)纖維研究與開發(fā)工作。

高性能皮芯復(fù)合纖維的研制項(xiàng)目 （2014B070706029）