氨纶沸水收缩率影响因素探讨

孙迎春，张斌，王宝总，高久林，魏良云

氨纶沸水收缩率影响因素探讨

孙迎春，张斌，王宝总，高久林，魏良云

（连云港杜钟新奥神氨纶有限公司，江苏连云港 222047）

探讨了后处理条件、纺丝工艺、结晶成核剂含量，对氨纶沸水收缩率（boiling water shrinkage）的影响，并生产出了具有低沸水收缩率的氨纶纤维。试验表明：随后处理温度升高和时间延长，沸水收缩率降低；提高纺丝温度、降低预牵伸、降低纺速可以有效降低沸水收缩率；结晶成核剂添加量1%时，沸水收缩率较低。

沸水收缩率；结晶度；取向；预牵伸；氨纶

0 前言

沸水收缩率（BWS）是氨纶纤维的一个重要指标，BWS的大小及稳定性影响着加工工艺的制定和加工产品的质量。高BWS的氨纶纤维通常断裂强度低，织造过程中容易断丝，与其它纤维（如锦纶）织造后，会造成织物毛坯或染后成品起泡；BWS稳定性差的氨纶会由于个别丝卷BWS偏大，造成吸色偏深，导致染后布面出现横条或者纵条。针对以上缺陷，本文讨论了不同后处理条件和纺丝工艺对氨纶沸水收缩率的影响，为生产低沸水收缩率的氨纶纤维提供参考方案。

1 BWS偏大原因

氨纶是聚氨基甲酸酯纤维的简称，其分子结构中同时含有硬链段和软链段，主链上的重复单元包括氨基甲酸酯基团(-NH-COO-)和脲基 (-NH-CO-NH-)，凝聚态同时含有晶态结构和非晶态结构。造成氨纶沸水收缩率偏高的原因主要有两个因素：非晶分子链的解取向，在高温时尤为显著，取向态的非晶区变成无规状态，造成收缩，这是一个快过程[1]；纤维内部的内应力，在高温时，内应力缓慢释放，尺寸变得更加稳定，造成收缩。氨纶在生产过程中，纺丝原液先从喷丝板中喷出进入纺丝甬道，经过溶剂挥发、固化后，上油，再通过罗拉的牵伸，最后在卷绕机上卷取，得到固定卷重的丝饼。在上述过程中，氨纶纤维内部的分子结构已基本形成，但由于有些分子链段处于松弛状态，而另一些链段处于紧张状态，故纤维内部存在着不均匀的内应力，另一方面由于在甬道中停留的时间短，纤维内晶态部分的结晶区不完善，甚至部分成型的纤维中，还有大小不等的孔穴。不完善的结晶区不能够很好地抑制住非晶区的解取向，故纤维的沸水收缩率较高。提高结晶度，纤维内部晶区增大，结构更为稳定，不易收缩，故沸水收缩率低；提高取向度，纤维内部分子排列较为整齐，大分子链段活动性不高，结构稳定，不易收缩，故沸水收缩率较低[2]。因此释放内应力，提高纤维取向度和结晶度，使纤维的形状更加稳定，是降低BWS的有效方法。

2 试验部分

2.1 原料

聚氨酯纺丝原液（粘度6000poise，固含量35%）

2.2 生产设备

纺丝卷绕机，型号TMT ATi-459，湿热处理机（CUR）。

2.3 测试

沸水收缩率的测试参照6505-86《合成纤维长丝及变形丝沸水收缩率试验方法》所述的方法测试。在试验条件下，取特定长度的样品丝并用纱布包好，置于100℃的水浴锅中沸煮30 min。然后取出晾干，打开纱布，测量样品丝的长度，则样品丝的沸水收缩率为：

式中：L0—煮前长度，cm

L1—煮后长度，cm

2.4纺丝工艺流程

3 结果与讨论

3.1 纺丝后的后处理条件对BWS的影响

由于纺丝过程中的急剧形变，纤维表面溶剂挥发和内部的溶剂扩散速度会存在差异，导致氨纶丝内部存在着内应力[3]，结构不稳定。表1和图1表明：沸水收缩率随湿热处理温度的提高和处理时间的增加，有变小趋势，这是因为随着处理温度的提高和处理时间的增加，促进了应力松弛，纤维内部的内应力缓慢的得到释放，所以BWS呈下降趋势。但当湿热处理（CUR）的时间由120min延长到180min时，对BWS的降低帮助不明显，而且能耗相对较高，不利于生产成本的控制；另外，随着湿热处理（CUR）温度的提高，加剧了纤维的老化，同时改变了氨纶油剂的物理及化学性能，最终导致使丝卷的卷曲张力变大，表面变涩，纤维间的摩擦力变大，直接影响氨纶的后道织造过程。

表1 不同湿热处理条件下的BWS

图1 不同湿热处理条件下的BWS

3.2 纺丝工艺对BWS的影响

3.2.1 不同喷丝板孔数对BWS的影响

表2为相同条件下，用2孔和3孔喷丝板生产的氨纶丝对应的BWS数据。数据表明：在相同湿热处理条件下，2孔的沸水收缩率要大于3孔。这应是由于2H的单丝直径大于3孔的单丝直径，造成纤维表面溶剂的挥发速度与内部的扩散速度差更大，产生了更大的内应力，而且单丝越粗，溶剂在甬道中挥发相对变慢，固化性能降低，结晶度降低，3孔喷出的纤维受热更均匀，所以使用2孔比3孔生产的纤维的BWS要高。

表2 不同喷丝板孔数对BWS的影响

3.2.2 纺丝温度

图2为相同条件下，不同纺丝温度下生产的氨纶丝的BWS数据。数据表明：随着纺丝温度的升高，BWS降低。这是由于提高纺丝温度，高分子链的运动能力加强，硬段可以形成更多的氢键作用，结晶速度加快，导致结晶度提高，所以BWS降低。但在实际生产中，还需考虑能耗与安全的问题。

图2 不同纺丝温度下的BWS

3.2.3 预牵伸（PR）

预牵伸是纤维被拉伸长度占原长度的百分比。PR的变化对纤维取向影响较大，决定了纤维的拉伸性能，影响着纤维的结晶度。同时，PR的变化对BWS也产生影响。图3表明：随着PR的增大，BWS也变大。

图3 不同PR下的BWS

在氨纶实际生产过程中，制定工艺首先根据设备和生产负荷确定卷绕速度，再根据操作性确定第一罗拉（GR1）和第二罗拉（GR2）的速度，故增大PR，相当于降低第一罗拉GR1的速度，一方面初生纤维取向度降低，不利于晶粒的生长，分子链中的硬段与软段的相分离程度低，结晶度下降，另一方面由于PR大，拉伸张力也越大，所产生的拉伸应力就越大，纤维的内应力也必然大[4]，故BWS上升。所以降低PR，可以有效的降低纤维的BWS。

3.2.4 纺速

表3表明：降低纺速可以有效降低BWS。这应是因为在低纺丝下，纤维在甬道中的停留时间变长，溶剂能够更多的蒸发，一方面分子链在高温下应力松弛速度快[5]，内应力能够得到更好的释放，另一方面纤维的结晶度提高，所以BWS降低。但降低纺速，会造成产量降低，生产成本增加，所以要综合考虑。

表3 不同纺速下的BWS

4 结论

通过后处理条件和纺丝工艺的调整，讨论了对氨纶沸水收缩率的影响，得出以下结论：

（1）提高湿热处理温度和处理时间，可以降低沸水收缩率；

（2）相同条件下，提高纺丝温度、降低预牵伸、降低纺速，可以有效降低沸水收缩率。

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[2] 雷 新, 祝成炎, 沈惠英等. 低沸水收缩率涤纶DTY网络丝的制备与工艺探讨[J].现代纺织技术，2015(4)：4-8.

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[4] 杨西峰, 郭奇林, 华国强. 低沸水收缩率PET FDY的生产[J]. 合成纤维工业, 1999,22(4)： 51-52.

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Discussion of influential factors on the boiling water shrinkage of spandex

SUN Ying-chun, ZHANG Bin,WANG Bao-zong, GAO Jiu-lin, WEI Liang-yun
(LDZ NEW AOSHEN SPANDEX CO., LTD, Jiangsu Lianyungang 222047,China )

This paper discusses the post-processing conditions, spinning process which influence on the boiling water shrinkage of spandex and the production of spandex fiber which have low boiling water shrinkage. The test shows that increase the temperature and time of post-processing, boiling water shrinkage rate decreased; raise the spinning temperature, reduce spinning speed, reduce the pre-draft reduction can effectively reduce the boiling water shrinkage.

boiling water shrinkage；crystallinity；orientation；pre-draft；spandex

TQ341.21

A

投稿日期：2017-02-19

孙迎春（1975—），江苏省新沂市人；职称：工程师；研究方向：氨纶的生产技术。