黑色高强锦纶6长丝的制备和分析

广东新会美达锦纶股份有限公司， 广东 江门 529100

锦纶是美国杜邦公司于20世纪30年代发明，并于1939年正式商业化生产的合成纤维，它具有强度高、回弹性好、耐磨和耐疲劳等优点，广泛用于服装、装饰、纺织品、工业丝和地毯用丝等领域。尤其是高强锦纶6长丝，其已在民用、军用等多个领域推广应用，用于制作户外帐篷、绳缆、运输带、渔网等产品，应用范围不断拓宽。随着国家对环保要求的加强，黑色高强锦纶6长丝的需求将逐步增加。

1 试验

1.1 原料

锦纶6切片：纺丝级，型号M32800，含水率≤0.04%，广东新会美达锦纶股份有限公司生产。

母粒：纺丝级，黑色，型号XMB-1，有效浓度30%(质量分数)，外购。

1.2 试验设备

纺丝机：北京中丽HY2型。

1.3 测试仪器

强伸度测试仪：USTER TENSORAPID 3型。

条干均匀度仪：USTER TESTER 5型。

织袜机：无锡永新GE588-3型。

电脑测色仪：爱色丽CI7800型。

2 结果与讨论

2.1 母粒

生产黑色高强锦纶6长丝所用的原料中，母粒尤其关键，其水分偏高会使熔体质量受损，拉伸过程中丝条易产生缺陷而断头，无法进行高倍拉伸。因此，母粒添加量虽然不多，但母粒对黑色高强锦纶6长丝的生产及其产品的性能有重要影响。本试验中，外购的黑色母粒的含水率较高，需进行干燥，使其含水率下降到0.05%左右再进行纺丝。

另外，黑色母粒的有效成分为炭黑，其颗粒大小、分布均匀性等会直接影响黑色高强锦纶6长丝的纺丝过程的平稳性、组件压力，以及黑色高强锦纶6长丝的物理力学性能和颜色。

2.1.1 母粒质量分数对黑色高强锦纶6长丝的明度和色相的影响

黑色高强丝的黑度，一直是客户较关注的指标。本试验采用不同的母粒质量分数(2%、 3%、 4%、 5%)，分别纺制黑色高强锦纶6长丝，其明度和色相见表1。

表1 不同母粒质量分数时黑色高强锦纶6长丝的明度和色相

分析表1中的数据发现，随着母粒质量分数从2%增加到5%，L值依次下降，表明黑色高强锦纶6长丝的明度逐步减弱，即其黑度增加；提高母粒质量分数，a值增大而b值减小，表明黑色高强锦纶6长丝的色相逐步趋向于偏红和偏蓝。

2.1.2 母粒质量分数对黑色高强锦纶6长丝的物理力学性能的影响

在其他纺丝工艺参数不变的情况下，改变母粒添加量，考察母粒质量分数与黑色高强锦纶6长丝的物理力学性能的关系，结果见表2。

表2 母粒质量分数与黑色高强锦纶6长丝的物理力学性能的关系

表2中的数据显示，随着母粒质量分数提高，黑色高强锦纶6长丝的断裂强度不匀率、断裂伸长率不匀率和条干不匀率都逐渐增大，断裂强度则逐步下降，这是因为炭黑会破坏锦纶6大分子的规整性；黑色高强锦纶6长丝的断裂伸长率有所上升，这是因为加入少量球状炭黑能起到一定的润滑作用，从而提高锦纶6大分子中链段的运动能力；黑色高强锦纶6长丝的含油率也逐渐增加，这主要是因为加入的炭黑增多会增强炭黑表面吸附油剂的能力。

2.1.3 母粒质量分数对黑色高强锦纶6长丝的纺丝加工性能的影响

母粒质量分数与黑色高强锦纶6长丝的纺丝加工性能也密切相关，其测试结果见表3。

表3 母粒质量分数对黑色高强锦纶6长丝的纺丝加工性能的影响

从表3可见，随着母粒质量分数增大，聚合物熔体中炭黑含量相应增加，因此炭黑越容易形成团聚，导致组件压力上升，断头增多趋势明显。

综合以上分析，认为黑色高强锦纶6长丝的产业化生产中应选择母粒质量分数为4%。

2.2 切片

制备高性能锦纶6长丝的关键在于提高锦纶6大分子链的拉伸倍数，目前可行的方法主要有区域拉伸和区域热处理等。理想的高强纤维微观结构为大分子链无限长且纤维中仅含伸直链结晶体，这样在纺丝过程中对初生纤维进行牵伸时，大分子链可以沿纤维轴向伸展，非晶区的大分子链发生取向，纤维强度提高[1]。相对黏度较高的锦纶6切片具有较高的相对分子质量，这利于纤维强度的提升[2]。因此，本试验选用相对黏度为2.78的锦纶6切片，其含水率在0.04%以下。

2.3 纺丝工艺

2.3.1 纺丝温度

对于黑色高强锦纶6长丝的纺丝加工，需选择合适的纺丝温度。纺丝温度过高会导致材料发生降解，使纤维力学性能下降[3]。但纺丝温度过低时熔体的流动性差，这会导致纤维条干不匀率提高，甚至出现阵发性熔体压力波动而发生断头。黑色高强锦纶6长丝的纺丝温度一般比常规锦纶6长丝高5～10 ℃。

2.3.2 纺丝速度

在黑色高强锦纶6长丝的纺丝过程中，因添加了炭黑成分，纺丝速度过高易使纺程上的摩擦力增加；再者，黑色高强锦纶6长丝的总牵伸大于常规锦纶6长丝，丝束与牵伸辊的接触压力和摩擦力也较大，丝条较容易受到损伤，影响纤维力学性能。纺丝速度还与纤维取向度相关。黑色高强锦纶6长丝的纺丝过程采用高倍拉伸，第一道牵伸辊的速度一般较低，若纺丝速度过低，纤维取向度会受影响[4]。因此，综合考虑各相关因素的影响，同时兼顾产能，选择纺丝速度为4 100 m/min。

2.3.3 拉伸比

在其他纺丝工艺参数确定的情况下，采用不同的拉伸比进行纺丝，考察拉伸比对黑色高强锦纶6长丝的物理力学性能的影响，结果见表4。

表4 拉伸比对黑色高强锦纶6长丝的物理力学性能的影响

从表4中的数据可见，黑色高强锦纶6长丝的断裂强度与拉伸比呈正比关系，断裂伸长率与拉伸比呈反比关系。拉伸比增加时，锦纶6大分子链的排列更加有序[5]，纤维结晶度同步增加，导致断裂强度增加而断裂伸长率减小，纺丝加工过程稳定性变差，断头率增加。因此，在黑色高强锦纶6长丝的生产中，拉伸比以采用4.25为好。

3 结论

(1) 对于生产黑色高强锦纶6长丝所用的母粒和锦纶6切片，应严格控制水分含量，母粒含水率要求在0.05%以下，锦纶6切片的含水率要求在0.04%以下。

(2) 生产黑色高强锦纶6长丝时，其纺丝温度应比常规锦纶6长丝高5～10 ℃。

(3) 综合考虑黑色高强锦纶6长丝的物理力学性能、纺丝加工性能等因素，生产中母粒质量分数应选择4%，纺丝速度应选择4 100 m/min，拉伸比以4.25为好。