共混法一步纺生产高强抗紫外型锦纶6工业丝

2024-02-27林生根朱凉伟

纺织报告 2024年1期

林生根，朱凉伟

（江苏弘盛新材料股份有限公司，南通海安 226600）

目前，产业用纤维及制品的发展速度越来越快，聚酰胺（锦纶）纤维是世界上最早实现工业化生产的纤维[1]，是仅次于聚酯纤维的主要户外用品原料。锦纶6工业丝具备优良的综合性能，包括强度高、耐磨性优异、耐溶剂腐蚀性好、摩擦阻力小和回弹性好等，被广泛用于生产轮胎帘子布、工业滤布、输送带、建筑用膜结构材料、吊装带、安全带和其他增强材料等[2-4]，是中高端高性能纤维产品。由于长期暴露于阳光下，锦纶6纤维及制品易热氧老化和紫外光老化[5-8]，外观和使用寿命受到严重影响。为了维持锦纶6工业丝的使用性能和使用寿命，推动高强抗紫外型锦纶6工业丝的稳定生产是大势所趋。

锦纶6纤维主要对UV-B（290～315 nm）波段紫外光敏感，因此，需要选用在此波段范围内有较强吸收的紫外线吸收剂改性锦纶6。UV-5是一种草酰苯胺类紫外线吸收剂，与锦纶6结合后，会通过自身的氢键屏蔽紫外线照射产生的引发自由基反应的高频能量，然后通过自身的还原将这种能量转换为热量。与二苯甲酮类、苯并三唑类和水杨酸酯类紫外线吸收剂相比，UV-5的挥发性低且具有良好的热稳定性，不仅能有效吸收UV-B范围内的紫外线，为锦纶6带来高效的光稳定作用，其自身的酰胺基团也能使其和尼龙6熔体良好地相容。

对锦纶6工业丝及其制品的防紫外措施主要是在其表层附着抗紫外涂层，虽然最初也能起到很好的抗紫外效果，但是经过长时间的风吹雨淋，这些涂层很快脱落，逐渐失去抗紫外的能力[9-10]。本研究采用共混添加的方式，将紫外线吸收剂UV-5、热氧稳定助剂SEED与锦纶6切片混合均匀，然后通过一步纺拉伸工艺生产出高强抗紫外型锦纶6工业丝。

1 试验

1.1 主要试验原料

高黏锦纶6切片：纺丝级，相对黏度为3.40，来自江苏弘盛新材料股份有限公司。紫外线吸收剂：UV-5，白色粉末，290～315 nm紫外线吸收波段范围，来自上海源叶生物科技有限公司。热氧稳定剂：SEED，白色结晶粉末，熔点275 ℃，纯度不低于99.0%，来自上海源叶生物科技有限公司。

1.2 主要仪器与设备

螺杆挤出机（12E10/24型，德国Barmag公司）、纺丝卷绕机（ACW41Y-1200/4型，德国Barmag公司）、微机控制拉伸试验机（WGL-2500 ST型，桂林奥峰电器制造有限公司）、紫外线老化箱（T-UV1型，东莞市天一环境检测仪器有限公司）。

1.3 抗紫外锦纶6工业丝制备

按照设定的比例，先将UV-5粉体和SEED粉体预先均匀混合，再将混合后的粉体与锦纶6切片均匀混合，最后通过螺杆挤出机加热熔融，经熔体过滤、侧吹风冷却、上油、牵伸定型、卷绕等过程制得不同UV-5添加量的840 D/140 F高强抗紫外型锦纶6工业丝。将UV-5添加量分别为0、0.1‰、0.3‰、0.5‰、0.7‰、0.9‰时制得的高强抗紫外型锦纶6工业丝分别编号为PA6-0、PA6-0.1、PA6-0.3、PA6-0.5、PA6-0.7、PA6-0.9，设计配方如表1所示。根据表1的设计配方，设置生产工艺参数：螺杆挤出机各区温度分别为272、290、302、302、279、279 ℃；侧吹风温度为16 ℃，风速为0.41 m/s，风湿度为85.0%；纺丝速度为2 900 m/min，拉伸倍数为4.9，拉伸温度为205 ℃。

表1 样品的配方设计

一步纺生产工艺流程：原材料→螺杆熔融→熔体过滤→纺丝组件→侧吹风→集束上油→多级牵伸热定型→卷绕→成品丝。

1.4 分析与测试

生产稳定性：在相同的试验时间和工艺条件下，统计每组配方的机位断头次数、废丝质量和满筒率进行数据对比，以评估生产的稳定性。

1.4.1 力学性能

参照FZ/T 54044—2011《锦纶6工业长丝》中的方法，采用拉伸试验机对试样的力学性能进行测试。测试条件：夹持长度为500 mm，拉伸速度为500 mm/min，每组样品20个，每个样品测试2次。

1.4.2 抗紫外性能

紫外光老化箱使用波长峰值为310 nm的UV-B型紫外光线灯管。将各组样品放入紫外光老化箱中进行紫外光老化加速试验，以预先设定的时间照射后，取出各组样品并检测紫外光老化样品的强力，计算强力保持率。

2 结果与讨论

2.1 UV-5对锦纶6可纺性的影响

在试验过程中，在相同的纺丝工艺条件下，对不同组配方上机后的机位断头数、废丝质量、满筒率等生产情况进行跟踪统计，数据如表2所示。

表2 不同配方的生产数据统计

在表2中，断头数、废丝质量和满筒率代表高强抗紫外型锦纶6工业丝的生产稳定性。断头次数越少、废丝质量越小、满筒率越高，说明锦纶6的可纺性越好，生产越稳定。由表2可知，当UV-5添加量低于0.3‰时，机位断头次数少、废丝质量小、满筒率高，说明生产很稳定；当UV-5添加量高于0.3‰时，断头数明显增加、废丝质量越来越大且满筒率逐渐降低，说明纺况差，生产状况不稳定。总之，UV-5的添加量不宜过多，否则会影响生产稳定性。

2.2 UV-5对高强锦纶6工业丝力学性能的影响

各组锦纶6工业丝样品的物理性能数据如表3所示。由表3可以看出，UV-5的加入在一定程度上影响了锦纶6工业丝的断裂强度。随着UV-5添加量的提高，纤维的断裂强度逐渐降低，断裂伸长率逐渐提高。当UV-5添加量低于0.3‰时，高强抗紫外型锦纶6工业丝的断裂强度不低于8.2 cN/dtex；当UV-5添加量达到0.9‰时，PA6-0.9的断裂强度仅有7.4 cN/dtex，与PA6-0相比，降低了10.8%左右，断裂强度过低不足以满足客户需求。断裂伸长率和干热收缩率可以根据下游应用的需要进行相应的工艺调整。

表3 高强锦纶6工业丝的物理性能

2.3 UV-5对高强锦纶6工业丝抗紫外性能的影响

将制备的各组样品放入紫外光老化箱中进行照射，经过各时间段处理后，采用拉伸试验机对各组样品的强度进行测试并计算出强度保持率，进而评估锦纶6工业丝的抗紫外性能，数据如表4所示。

表4 不同UV-5添加量高强锦纶6工业丝的抗紫外性能

由表4可以发现，对待测样品进行相同条件下的紫外灯光照射处理后，UV-5的添加显著提高了锦纶6工业丝的抗紫外性能。在相同时间紫外光照射处理下，UV-5添加量越高，锦纶6工业丝的断裂强度保持率越高。其中，当UV-5添加量达到0.3‰时，经过192 h的紫外光照射后，样品PA6-0.3的断裂强度保持率依然高达91.9%，具有优异的抗紫外性能。

上述所有结果表明：当UV-5添加量为0.3‰时，高强抗紫外型锦纶6工业丝的可纺性、断裂强度和抗紫外能力等综合性能最佳。