远红外锦纶纺丝工艺探讨

第24卷　第1期合　成　纤　维　工　业 V o l

.24　N o .1 2001年2月 CH I NA SYN TH ET I C F I BER I NDU STR Y Feb .

　2001

收稿日期:2000206209;修订日期:2000210216。

作者简介:肖哲(1972—),男,湖南新邵人,助理工程师。现从事差别化纤维的研究与开发工作。

远红外锦纶纺丝工艺探讨

肖　哲1　曾红霞1　高绪珊2

(1.岳阳石油化工总厂研究院,湖南　414014;2.北京服装学院纤维材料系,北京,100029)

摘　要:采用高效陶瓷粒子GT 296与锦纶载体混合造粒,制成远红外母粒,探讨了陶瓷粒子与锦纶共

混纺丝工艺条件。结果表明:含0.6%GT 296的PA 6共混物具有良好的可纺性,其纺丝温度262℃,纺丝速度450m m in ,拉伸倍数3.6倍,纤维物理性能稍有下降,但能满足纺织加工和服用的要求。

关键词:陶瓷　锦纶　远红外辐射　纺丝工艺　母粒

中图分类号:TQ 342.11 文献识别码:A 文章编号:100120041(2001)0120022203

远红外纤维是由具有高效远红外线辐射的陶瓷粒子,添加在成纤聚合物中,经纺丝后制成的,是一种能够吸收外界能量,储存后再向人体发射远红外线的积极性保温材料。远红外纤维于80年代中期首先在日本开发。90年代,国内也开展了这方面的研究开发工作,特别是近几年研究较多,远红外涤纶、丙纶均见报道[1～4],并已形成批量生产。但远红外锦纶只有北京服装学院进行了一些前期研究开发工作,对陶瓷粒子的含量与共混物的可纺性、保温性能作了探讨[5]。本实验采用母粒法与PA 6切片共混纺丝,并对纺丝工艺条件进行了探讨。

1　实验

1.1　原料

PA 6切片:岳阳石油化工总厂产(半消光),

相对粘度2.45;熔点219.6℃,含水率小于400Λg g 。

陶瓷粒子GT 296:北京服装学院制。1.2　设备和仪器

<20螺杆纺丝机,自组;R PC T 2272拉伸机,国家合成纤维工程研究中心;In stron 1185万能材料试验机、P lastico rder 塑化仪,德国产。1.3　工艺流程

陶瓷粒子+分散剂+PA 6切片

→

共混造粒

→

远红外母粒→共混纺丝→上油卷绕→平衡→拉伸→远红外PA 6纤维

2　结果与讨论

2.1　远红外辐射材料的发热机理

远红外辐射发热的机理是光谱匹配,即当辐

射源的辐射波长与辐射物的吸收波长相一致时,该物体就吸收了大量的红外辐射能,从而改变和加剧其分子的运动,达到发热升温作用。在红外辐射波段中,当分子中的原子或原子团从高能量的振动状态向低能量的振动状态转变时,会产生2.5～25Λm 的远红外辐射,此波段为高载能波,具有较好的应用价值。人体可以高效地吸收4～14Λm 波段的远红外线。

实践证明,远红外纤维覆盖人体15m in 后,表皮温度将升高2～3℃。以红外灯照射远红外织物5m in 后,能使织物的保温能力(CLO 值)提高3.3倍[3]。2.2　远红外锦纶母粒生产工艺

利用塑化仪,将锦纶切片与干燥后的陶瓷粒子GT 296、分散剂共混造粒,陶瓷粒子GT 296的含量为10%。在螺杆 ～ 区温度217,225,225,217℃,转速7r m in 条件下造粒。将半透明的挤出物切粒,在真空烘箱中干燥5～6h ,干燥温度110℃。如果干燥温度过高,则锦纶切片降解严重,

甚至发生粘连、发泡,反之则不能完全除去水分干

燥不充分,远红外锦纶纺丝飘丝、断头,甚至不能纺丝。

2.3　纺丝工艺

将远红外母粒与PA6切片混合后共混纺丝,远红外锦纶及纯锦纶的纺丝工艺见表1。

表1　远红外锦纶纺丝工艺

Tab.1　The sp i nn i ng process of the far-i nfrared PA6

项　目　

参 数

PA6远红外PA6

螺杆温度 ℃210～270210～270

纺丝温度 ℃262262

卷绕速度 m・m in-1450450

拉伸速度 m・m in-1650600

拉伸倍数 倍4.03.6

2.3.1　陶瓷粒子含量

高效GT296粒子在50℃下测得波长8～14Λm的远红外发射率为95.3%。测试含GT296 0.3%,0.6%,1%3个共混纤维样品,0.3%GT2 96 PA6的远红外发射率不理想,0.6%GT296 PA6共混纤维的远红外发射率为82%,达到了服用纤维发射远红外性能的要求,因此从可纺性、纺织加工性和经济效益考虑,采用含0.6%GT296的PA6纤维,较为适宜。

2.3.2　纺丝温度

由于<20螺杆很短,熔体停留时间较短,因此纺丝温度宜偏高控制,但温度太高,会加剧聚酰胺的分解,同时产生凝聚,使可纺性变差。如果纺丝温度偏低,熔体粘度过大,增加泵输送的负担,陶瓷粒子与聚酰胺熔体混合不均匀,且使挤出物胀大现象趋于严重,可纺性变差。在短螺杆上纺丝宜采用较高的纺丝温度,考虑在不造成聚合物热分解的条件下,适当提高螺杆进料段与压缩段的温度,这样有利于熔融和熔体均匀性的提高,提高纤维的强力。因此,纺丝温度宜选择262℃左右。

2.3.3　纺丝速度

在锦纶常规纺时,由于初生纤维易从周围空气中吸收水分,如果纺丝速度高,卷绕丝要继续从空气中吸收水分,发生纵向膨胀而产生纤维伸长,使卷绕丝松圈,甚至塌筒。因此,锦纶常规纺宜采用偏低纺丝速度,较高的拉伸倍数。同时由于远红外PA6纤维中含有无机粒子,纤维与陶瓷、金属等材料间的摩擦增加,断头率高,影响成品丝的强力,且小试装置无空调系统,为得到卷装良好、强力较高的纤维,宜采用较低的卷绕速度。采用800 m m in的卷绕速度时,其卷绕丝落筒后吸水发泡现象很严重,后纺无法拉伸。因此本实验采用纺丝速度450m m in。

2.3.4　给油给湿条件

与常规锦纶相比,远红外锦纶的性能发生了明显的变化,在试纺过程中,纤维发散,退绕困难,拉伸毛丝、断头,为保证后加工正常进行,须配制浓度较高的油剂,上油率提高至1.4%～1.8%,但如果纤维的上油率过高,使纤维过于平滑,抱合力下降,容易引起“塌边”现象,因此对油剂的品质也提出了更高的要求。在实验中采用加湿器增加纺丝间的湿度,降低卷绕速度,油盘速度控制在10～12r m in。

2.3.5　纺丝组件

由于远红外锦纶熔体中含有大量的不熔性无机粒子,故组件中需滤去生产过程中带入的杂质以及影响可纺性的超大陶瓷粒子,但又不能把大部分陶瓷粒子滤掉,以至使组件周期太短。实验中采用上网100 60目、下网200 60目金属过滤网,喷丝板孔径为0.3mm,以防止陶瓷粒子堵塞导致纤度降低,但组件周期低于常规纺组件周期。

2.3.6　拉伸温度

R PC T2272横筒牵伸机由V C443A改装而成,采用双热盘拉伸。拉伸温度过高,易产生断头,且丝发白,拉伸温度过低,纤维强度无法保证。在实验中,上热盘控制在75℃左右,下热盘控制在120℃左右,热板温度控制在115℃左右。

2.3.7　拉伸速度与拉伸倍数

远红外锦纶由于含陶瓷粒子,与接触部件的摩擦增大,拉伸时易断头,强度低,伸长率大,因此拉伸倍数较纯锦纶的拉伸倍数低,拉伸速度比常规低。当拉伸速度为750m m in时,操作时生头困难,因此在实验过程中,为了操作容易,采用拉伸速度为600m m in,拉伸倍数为3.6倍。当拉伸倍数为3.0时,纤维断裂强度为2.48c N dtex,断裂伸长率为93.8%,当拉伸倍数为3.6倍时,其断裂强度升高为3.12c N dtex,断裂伸长率降低为48.0%。

2.4　产品物理性能指标

表2为远红外PA6纤维与纯PA6纤维的物理性能指标。从表中可看出,远红外PA6纤维与纯PA6纤维相比,其物理性能略有下降,这是由于少量陶瓷粒子及其周围小裂纹的存在造成的,但因GT296加入量少,仍可保持较好的力学性能,完全能满足纺丝加工和服用的需要。

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第1期 肖哲等.远红外锦纶纺丝工艺探讨