设备参数与聚酰胺全牵伸丝性能的关系

S. Amrutkar, L. Patil, R. Turukmane

MPSTME NMIMS 纺织功能中心(印度)

纤维成型方法根据纺丝形式通常分为熔融纺丝、干法纺丝、湿法纺丝及干湿法纺丝。这些纺丝方法中，对于热塑性树脂而言，熔融纺丝是最简单的方式。近期，高速纺丝在两个方面受到广泛的关注：较高的工业化生产效率与可变的纤维物理性能。该领域近期许多的研究主要聚焦于通过熔融纺丝法在高于5 000 m/min的纺丝速度下纺制含聚酰胺结构的纤维。

研究人员通过研究高速纺丝过程中的现象及纤维结构的变化，发现高速纺丝具有两方面特点：由大分子取向诱导结晶；纺丝过程中出现颈缩现象。

在高速纺丝领域的早期研究中，研究人员探究了大分子的取向结晶，他们的研究主要集中在取向结晶过程中大分子的形貌变化及结晶动力学的变化方面。大分子的取向结晶对聚酰胺 66(PA 66)长丝每吨纤维断头率及其最终产量有显著的影响。PA 66的高速生产采用类似的工艺，并在生产过程中整合了中间拉伸工序，从而可以通过取向和结晶实现稳定化生产。

1 材料与方法

PA 66属于一种主要通常采用石油化工原料制成的化学纤维，其主要成分中的酸和醇都是从石油中提炼出来的。

以己二胺和己二酸为原料，采用不连续的熔融纺丝工艺，通过熔融PA切片制备PA 66 全牵伸丝(FDY)。

2 结果和讨论

FDY的生产工艺与预取向丝(POY)类似，不同的是，FDY的纺丝速度更高，牵伸比更大，从而可以通过取向和结晶实现稳定生产。FDY适合各种场合的应用，如用作汽车工业中的轮胎帘子线。PA FDY适于对纤维强度、断裂伸长率与收缩率有均一性要求的各种工业应用。大多数接结纱、工业缝纫线及软管增强材料等都是采用PA FDY制成的。

2.1 牵伸比对PA 66生产的影响

牵伸比对FDY长丝的每吨纤维断头率产生影响。牵伸比指两个加热辊的速度之比。较低的导丝盘速度和较高的卷绕速度有利于增加分子链间结合力并降低分子迁移性，影响长丝的取向和结晶。此外，在加热辊的温度作用下，纤维分子沿长丝轴向固定，因而纤维强度增加，每吨纤维断头率降低。纤维强度和断裂伸长率试验是纤维生产中重要的测试，是了解纱线结构变化的重要手段。研究发现，牵伸比与纤维强度成正比，随着牵伸比的增大，纤维强度提高，但纤维强度增大至一定值后又会逐渐下降。

2.2 卷绕速度对PA 66生产的影响

试验表明，卷绕速度在2 000～6 000 m/min范围内，所得PA 66 FDY会随卷绕速度的不同而呈现出不同的物理结构。为得到适当取向的纤维，FDY的卷绕速度通常要高于常规纱线。低速卷绕会在长丝中形成无定形区，而高速下纺制的纤维则由低迁移性的分子组成，从而形成紧密堆砌的分子晶体。本文通过差示扫描量热法、X-射线衍射法、密度测量及脉冲传播测量等多种测试方法，对纤维结构进行表征。基于所得测试结果，得出各种纤维中分子的排列方式，这种紧密排列可以用于解释试验中观察到的纤维收缩行为极大的变化。此外，将测试结果与取向诱导结晶的其他研究结果进行了对比。研究还得出，提高卷绕速度可大幅降低PA 66 FDY的每吨纤维断头率，提高设备产量。

3 结论

牵伸比和卷绕速度影响纤维的强度、断裂伸长率与收缩率。牵伸比增大，导致长丝中出现结晶区，这有助于增加长丝的分子取向，因而纤维强度增大且纤维断裂伸长率减小。因分子取向度增大，长丝的热空气收缩率随着牵伸比的增大而减小。此外，提高卷绕速度可使FDY生产设备的产量提高。