中空橘瓣型PET/PA6双组分纺粘纤维生产工艺研究

梁肖肖，钱晓明，王俊南，张 恒，甄 琪，任海华

(1.天津工业大学 纺织学院，天津300387；2.浙江金三发集团有限公司，浙江 湖州 313100；3.廊坊中纺新元无纺材料有限公司，河北 廊坊 065000)



中空橘瓣型PET/PA6双组分纺粘纤维生产工艺研究

梁肖肖1，钱晓明1，王俊南1，张 恒1，甄 琪2，任海华3

(1.天津工业大学 纺织学院，天津300387；2.浙江金三发集团有限公司，浙江 湖州 313100；3.廊坊中纺新元无纺材料有限公司，河北 廊坊 065000)

以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚己内酰胺(PA6)切片为原料，制备了中空橘瓣型PET/PA6双组分纺粘纤维，研究了熔体单孔挤出速度(Vm)和拉伸风压(P)对纤维直径、力学性能和结晶度的影响。研究结果表明：当Vm一定时，纤维直径和中空直径均随P增加而逐渐减小；当P一定时，纤维直径和中空直径均随Vm增加而增大；当Vm一定时，随着P增加，纤维断裂强度增加，断裂伸长率降低，结晶度增大；当Vm为1.2 g/min，P从0.10 MPa增加到0.35 MPa时，纤维直径由31.2 μm减小到19.8 μm，结晶度从4.32%增大到27.81%。

聚对苯二甲酸乙二醇酯 聚己内酰胺 双组分纤维 纺粘法 中空橘瓣型 生产工艺

双组分纺粘纤维作为超细纤维非织造材料的一种纤维，具有生产速度快、产品强力高、产品性能优良等特点，已经成为了非织造技术的研究热点[1]。其中，聚对苯二甲酸乙二醇酯/聚己内酰胺(PET/PA6)中空橘瓣型双组分纤维具有较易开裂的结构特性，在超细纤维非织造材料的生产领域中被广泛应用，是目前最重要的商业化超细纤维非织造材料之一，如廊坊中纺新元无纺材料有限公司的Finetex 产品[2]。PET/PA6中空橘瓣型双组分纺粘材料的纤维特性对材料的结构和性能有显著的影响。张恒等[3]探究了PET/PA6中空橘瓣型双组分纺粘非织造材料的结构特性与过滤性能的关系，研究表明双组分纤维的直径和开纤率对过滤效率、过滤阻力及孔径分布有显著的影响。双组分纺粘非织造材料特性的差异主要受到双组分纺粘生产工艺的影响。赵义侠等[4]阐述了PET/PA6中空橘瓣型双组分生产工艺，为探究PET/PA6中空橘瓣型双组分纺粘生产工艺与纤维特性的关系提供了参考依据。作者探究了PET/PA6中空橘瓣型双组分纺粘的生产工艺如喷丝单孔熔体挤出速度(Vm)、拉伸风压(P)与纤维特性如直径、力学特性、结晶度等的关系，为超细纤维非织造材料的生产提供参考。

1 实验

1.1 原料

PET切片：熔点255 ℃，特性黏数([η])(0.65±0.01) dL/g，TiO2质量分数0.3%～0.5%，含水质量分数小于等于0.4%，密度为1.37 g/cm3，中国石化仪征化纤股份有限公司产；PA6切片：熔点220 ℃，相对黏度(2.4±0.2)，TiO2质量分数0.3%～0.5%，含水质量分数小于等于5%，密度为1.15 g/cm3，浙江龙城集团产。

1.2 PET/PA6双组分纺粘纤维的制备

采用天津工业大学的小型双组分纺粘实验线制备PET/PA6中空橘瓣型双组分纤维[5]，其制备工艺原理如图1所示。双组分纺粘非织造生产系统主要包括：熔体纺丝系统、冷却系统、狭缝式气流拉伸系统、分丝铺网系统和负压抽吸系统。在生产过程中，干燥的PET切片和PA6切片分别经过料斗喂入到螺杆挤压机内，在高温、挤压的作用下软化、熔融形成PET熔体和PA6熔体。两种聚合物熔体经计量泵定量喂入到双组分纺丝组件中，并从喷丝孔按照一定的比例合并挤出，并在拉伸风和冷却风的共同作用下形成具有一定直径和强力的中空橘瓣型PET/PA6双组分纤维。为了探究纺粘生产工艺对双组分纤维特性的影响，分别设定Vm为0.9，1.2 g/min，P为0.10～0.35 MPa，PET和PA6熔体的体积比为70:30，冷却风温度为17 ℃。

图1 PET/PA6双组分纺粘纤维生产流程Fig.1 Flow chart of PET/PA6 bicomponent spunbond fiber production

1.3 性能测试

力学性能：依据GB/T 14337—2008 化学纤维/短纤维拉伸性能试验方法，利用Instron 3369型万能强力机进行测试。

形态结构：使用日本株式会社日立制作所TM-1000台式扫描电子显微镜对双组分纤维的形态结构进行分析，并计算纤维的直径和中空直径。

结晶性能：利用德国Bruker Axs公司的X射线衍射仪以及MDI Jade软件对双组分纤维的结晶度(Xc)进行了对比分析[6]，计算公式如下：

Xc=I/I0×100%

(1)

式中：I为衍射峰强度；I0为衍射峰总强度。

2 结果与讨论

2.1 双组分纤维形态结构

从表1可以看出，聚合物熔体的Vm不变的情况下，双组分纤维直径和中空直径均随着P的增加而逐渐减小，其中，Vm为1.2 g/min工艺条件下，双组分纤维直径随P的增大从31.2 μm减小到19.8 μm；Vm为0.9g/min工艺条件下，双组分纤维直径依据P的不同为16.9～28.4 μm。从PET/PA6中空橘瓣型双组分纤维电镜图(图2)也可以看出这一变化趋势。另外聚合物熔体的Vm也对双组分纤维直径和中空直径有显著影响，表现在其他工艺不变的情况下，双组分纤维直径和中空直径均随着Vm的增加而逐渐增大。这是因为双组分纤维直径主要受到气流作用力的影响，当P变大时，双组分纤维受到的拉伸气流作用力也随之增大，其拉伸程度就会有所增加，从而导致纤维直径减小。

表1 Vm及P对纤维平均直径及中空直径的影响Tab.1 Effect of Vm and P on fiber average diameter and hollow diameter

图2 不同Vm及P条件下纤维电镜照片Fig.2 SEM images of fiber at different Vm and P

2.2 双组分纤维力学性能

从图3可以看出：在聚合物熔体的Vm不变的情况下，双组分纤维的断裂强度随着P的增加呈现增加的趋势，Vm为1.2g/min时，双组分纤维断裂强度为1.4～4.9 cN/dtex；Vm为0.9 g/min时，其断裂强度为1.7～6.1 cN/dtex；在P一定的情况下，Vm为0.9 g/min时，双组分纤维断裂强度大于Vm为1.2 g/min时的双组分纤维断裂强度。这是由于双组分纤维在P较高的工况下受到更大的气流作用力，而受到更剧烈的拉伸作用，从而具有较大的结晶取向。另外，在聚合物熔体的Vm较小的情况下，双组分纤维的直径也较小，因此聚合物大分子在纤维成型的过程中受到更剧烈的拉伸而变得更加紧密，因而双组分纤维具有较高的强度。另外，从图3还可以看出，双组分纤维的断裂伸长率随着P的增加而呈现减小的趋势，Vm为1.2 g/min时，双组分纤维的断裂伸长率为135%～330%，Vm为0.9 g/min时，其断裂伸长率为85%～258%。这是因为随着P的增加，双组分纤维受到更剧烈的拉伸而聚合物分子之间的相互移动也就变得越困难，同时双组分纤维的直径也随着P的增加而降低，使得双组分纤维更容易断裂。

图3 Vm及P对纤维断裂强度和断裂伸长率的影响Fig.3 Effect of Vm and P on breaking strength and elongation at break of fiber

2.3 双组分纤维Xc

Xc是指纤维结晶区域所占的百分比，反应聚合物大分子的聚集状态。通常Xc的增加，会使纤维变脆，韧性变差，对纤维力学性能有显著的影响[7]。

由图4可知，在Vm不变的情况下，双组分纤维的Xc随着P的增加而增加，Vm为1.2 g/min时双组分纤维的Xc为4.32%～27.81%；Vm为0.9 g/min时，其Xc为5.96%～30.85%。这是因为随着P的增加，聚合物大分子能够更加充分地伸直，从而使得聚合物大分子之间更易于相互平行并结合成基原纤、微原纤，进而提高双组分纤维的Xc；另外，在相同P下，Vm为0.9 g/min的双组分纤维的Xc大于Vm为1.2 g/min的双组分纤维的Xc，这是因为在相同的P下，Vm越小，纤维的初始直径越小，纤维的比表面越大，纤维内的聚合物大分子更容易得到充分的舒展，故Xc较高。

图4 Vm及P对纤维的Xc的影响Fig.4 Effect of Vm and P on Xc of fiber

3 结论

a. 在中空橘瓣型PET/PA6双组分纤维纺粘生产过程中，Vm及P对双组分纤维的直径、力学性能和Xc有显著的影响。

b. 在Vm不变的情况下，双组分纤维直径和中空直径均随着P的增加而逐渐减小，其中，Vm为1.2 g/min时，双组分纤维直径随P的增大从31.2 μm减小到19.8 μm；Vm为0.9 g/min工艺条件下，双组分纤维直径随P的不同为16.9 ～28.4 μm。

c. 在Vm不变的情况下，双组分纤维的断裂强度随着P的增加呈现增加的趋势，而断裂伸长率却呈现减小的趋势。

d. Vm为1.2 g/min，P从0.10 MPa增大到0.35 MPa时，双组分纤维的Xc从4.32%增大到27.81%。

[1] 成枫,朱义鹏,黄有佩.双组分纺粘水刺法非织造布生产及其在过滤材料领域的应用[J].非织造布,2009,17(3):11-13.

[2] Lu Zhimin,Qian Xiaoming.Combination technology of spunbond & spunlace[J].Adv Mater Res,2011,331:241-244.

[3] 张恒,钱晓明,宋卫民,等.双组分纺粘非织造材料的过滤性能[J].东华大学学报:自然科学版,2014,40(2)：129-133.

[4] 赵义侠,刘亚. PA6/PET中空橘瓣纤维双组分纺粘超细纤维的制备[J].福建轻纺，2012(3)：49-54.

[5] 王俊南,钱晓明.双组分纺粘技术在超纤非织造材料领域的应用进展[J].合成纤维工业，2015，38(5)：47-50.

[6] 张本山,张友全, 杨连生, 等. 淀粉多晶体系结晶度测定方法研究[J].华南理工大学学报:自然科学版, 2001, 29(5): 55-58.

[7] 熊磊，于伟东. 红外光谱法测定纤维的结晶度与取向度[J]. 上海纺织科技，2003，31(6): 55-56.

Production process of hollow segmented-pie PET/PA6 bicomponent spunbond fiber

Liang Xiaoxiao1, Qian Xiaoming1, Wang Junnan1, Zhang Heng1, Zhen Qi2, Ren Haihua3

(1.SchoolofTextile,TianjinPolytechnicUniversity,Tianjin300387; 2.ZhejiangKingsafeNonwovensCo.,Ltd.,Huzhou313100; 3.LangfangZhongfangXinyuanNonwovenMaterialCo.,Ltd.,Langfang065000)

A hollow segmented-pie polyethylene terephthalate/polycaprolactam (PET/PA6) bicomponent spunbond fiber was prepared by using PET and PA 6 chips as raw material. The effects of the single extrusion rate (Vm) and drawing air pressure (P) of the melt on the diameter, mechanical properties and crystallinity of the obtained fiber were studied. The results showed that the fiber diameter and hollow diameter were gradually decreased with the increase of P at a certain Vmand were increased with the increase of Vmat a certain P; the breaking strength of the fiber was increased and the elongation at break was decreased with the increase of P at a certain Vm; and the fiber diameter was decreased from 31.2 μm to 19.8 μm and the crystallinity was increased from 4.32% to 27.81% when P was increased from 0.10 MPa to 0.35 MPa and Vmwas 1.2 g/min.

polyethylene terephthalate; polycaprolactam; bicomponent fiber; spunbond process; hollow segmented-pie; production process

2015- 07-20； 修改稿收到日期：2015-12-18。

梁肖肖(1989—)，女，在读硕士研究生，主要研究方向为新型纺织材料。E-mail：624498142@qq.com。

天津市应用基础与前沿技术研究计划重点项目(15JCZDJC38500)。

TQ342+.85

A

1001- 0041(2016)01- 0027- 04