劉冰靈

摘要： 通過牽伸倍數(shù)、假捻速比、熱箱溫度、第二超喂率、網(wǎng)絡(luò)氣壓和網(wǎng)絡(luò)噴嘴直徑等工藝條件的優(yōu)化，將原液著色黑色錦綸6預(yù)取向絲（94.44dtex/68F）加工成原液著色黑色錦綸6彈力絲（77.78dtex/68F）。結(jié)果表明：牽伸倍數(shù)1.38，假捻速比1.58，熱箱溫度170℃，第二超喂率3.80%，網(wǎng)絡(luò)氣壓0.08MPa，網(wǎng)絡(luò)噴嘴直徑1.2mm，可得到斷裂強(qiáng)度為3.72cN/dtex、卷曲收縮率為17.71%、卷曲穩(wěn)定度為40.39%的原液著色黑色錦綸6彈力絲，彈性佳、黑度深。

關(guān)鍵詞： 原液著色錦綸；錦綸6彈力絲；生產(chǎn)工藝；卷曲收縮率；卷曲穩(wěn)定度

中圖分類號(hào)： TS104.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)： 10017003（2018）02004506引用頁碼： 021108

Effect of production conditions on dope dyed black nylon 6 DTY

LIU Bingling1，2

（1.School of Chemistry and Chemical Engineering， Shanghai Jiaotong University， Shanghai 200240， China；

2.Fujian Jinjiang Technology Co.， Ltd.， Changle 350212， China）

Abstract： Dope dyed nylon 6 POY （94.44 dtex/68F） was processed into dope dyed nylon 6 DTY （77.78 dtex/68F） through the optimization of the draw ratio， D/Y ratio， heater temperature， the second overfeed ratio， network pressure and nozzle diameter. The results show that dope dyed black nylon 6 DTY with the breaking strength of 3.72 cN/dtex， crimp contraction rate of 17.71% and crimp stability of 40.39% could be gained under the following conditions： draw ratio 1.38， D/Y ratio 1.58， heater temperature 170℃， the second overfeed ratio -3.80%， network pressure 0.08 MPa， and nozzle diameter 1.2 mm. Besides， the dope dyed black nylon 6 DTY has good elasticity and high blackness.

Key words： dope dyed nylon； nylon 6 DTY； production condition； crimp contraction rate； crimp stability

錦綸因其優(yōu)異的物理性能，如強(qiáng)度高、吸濕性好和染色鮮艷等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于服飾領(lǐng)域[1]。近年來，隨著國家節(jié)能環(huán)保政策的實(shí)施，環(huán)保要求逐年提高，印染行業(yè)因染色排放廢水廢氣造成環(huán)境污染的問題暴露明顯，環(huán)保錦綸6纖維的研究，特別是原液著色錦綸6纖維的研究迅速發(fā)展[23]。印染是紡織產(chǎn)業(yè)鏈中提高錦綸纖維附加值的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，能夠?yàn)榧徔椃b帶來鮮艷色彩與時(shí)尚效果。對(duì)錦綸纖維實(shí)現(xiàn)原液著色，生產(chǎn)原液著色錦綸6纖維，一方面降低了生產(chǎn)成本，另一方面避免了環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)了豐富色彩和清潔生產(chǎn)的高度融合。但是，原液著色黑色錦綸6纖維通過碳黑粉體實(shí)現(xiàn)著色，碳黑粉體的加入易引起熔體黏度的變化，進(jìn)而影響熔體的均勻性與穩(wěn)定性，影響原液著色錦綸6預(yù)取向絲生產(chǎn)的連續(xù)性和紗線質(zhì)量。另外，碳黑粉體在紡制原液著色錦綸6彈力絲的過程中會(huì)引起張力波動(dòng)，易造成斷頭或出現(xiàn)毛絲，影響原液著色黑色錦綸6彈力絲生產(chǎn)的連續(xù)性和紗線質(zhì)量。

本文采用原液著色黑色錦綸6預(yù)取向絲（94.44dtex/68F）為原料生產(chǎn)原液著色黑色錦綸6彈力絲（77.78dtex/68F），用全自動(dòng)單紗強(qiáng)力儀、卷曲率測(cè)試儀等測(cè)試原液著色黑色錦綸6彈力絲的物性指標(biāo)，探索將原液著色黑色錦綸6預(yù)取向絲加工成原液著色黑色錦綸6彈力絲的生產(chǎn)工藝，使其彈性性能優(yōu)異、蓬松度良好，不經(jīng)染色可直接應(yīng)用于服裝、家紡等領(lǐng)域。

1實(shí)驗(yàn)

1.1原料

選取原液著色黑色錦綸6預(yù)取向絲（94.44dtex/68F）（福建錦江科技有限公司）為原料生產(chǎn)原液著色黑色錦綸6彈力絲（77.78dtex/68F），原料的相關(guān)物性指標(biāo)如表1所示，原料的顏色特征值為：L*值為0，a*值為31.00，b*值為-12.15。

1.2儀器與設(shè)備

EFKPA型加彈機(jī)（德國巴馬格公司），Testo 425精密型風(fēng)速儀（德國儀器國際貿(mào)易（上海）有限公司），YG 086型縷紗測(cè)長(zhǎng)機(jī)（常州紡織儀器廠有限公司），烏斯特V型條干儀（烏斯特（上海）貿(mào)易有限公司），YG 023BIII型全自動(dòng)單紗強(qiáng)力機(jī)（常州紡織儀器廠有限公司），ETPB100張力儀（德國Schmidt公司），TEXTURMAT全自動(dòng)線卷縮率測(cè)試儀（德國TEXTECHNO公司），織襪設(shè)備：HC21K染色試驗(yàn)編織機(jī)（無錫宏成紡織機(jī)械電子有限公司），YT48A白度色度儀（杭州研特科技有限公司）。表1原液著色黑色錦綸6預(yù)取向絲的主要物性指標(biāo)

Tab.1Major physical property data of dope dyed black nylon 6 POY

纖度/dtex斷裂強(qiáng)度/（cN·dtex-1）斷裂伸長(zhǎng)率/%條干U/%條干CV/%含油率/%94.133.5174.510.660.870.491.3工藝流程

黑色母粒與錦綸切片熔融混合→熔體保溫輸送→計(jì)量泵精確計(jì)量→組件過濾吐絲→側(cè)吹風(fēng)冷卻→集束上油→網(wǎng)絡(luò)交絡(luò)→卷裝成形→原液著色黑色錦綸6預(yù)取向絲。

原液著色黑色錦綸6預(yù)取向絲→導(dǎo)絲器→切絲器→第一冷盤→止捻器→熱箱→冷卻板→假捻器→在線張力儀→第二冷盤→網(wǎng)絡(luò)噴嘴→第三冷盤→探絲器→油輪→卷繞→原液著色黑色錦綸6彈力絲。

1.4生產(chǎn)工藝

1.4.1原液著色黑色錦綸6預(yù)取向絲的生產(chǎn)工藝

利用母粒在線添加裝置，將黑色母粒7.0份和聚酰胺6半光切片93.0份，經(jīng)計(jì)量加料器計(jì)量后分別送至螺桿擠壓機(jī)內(nèi)，充分熔融后混合擠出。其中，黑色母粒中，以色素用碳黑粉體為著色顏料，以錦綸切片為載體，碳黑粉體的含量為30%，熔融過程螺桿各區(qū)溫度和箱體溫度分別為256、258、260、262、262、262℃；熔體經(jīng)計(jì)量泵精確計(jì)量，進(jìn)入紡絲組件，經(jīng)噴絲板噴出形成絲束，噴絲板上噴絲微孔的數(shù)量為68F；經(jīng)單體抽吸的絲束通過側(cè)吹風(fēng)冷卻，側(cè)吹風(fēng)冷卻溫度為22.0℃，濕度為65%，風(fēng)速為0.5m/s；經(jīng)側(cè)吹風(fēng)冷卻的纖維經(jīng)計(jì)量的油劑通過油嘴上油集束，所用油劑為5%的錦綸油劑；上油絲束經(jīng)預(yù)網(wǎng)絡(luò)器、導(dǎo)絲盤后，卷繞成形，生產(chǎn)速度為4300m/min，制得黑色錦綸6預(yù)取向絲。

1.4.2原液著色黑色錦綸6彈力絲的生產(chǎn)工藝

將原液著色黑色錦綸6預(yù)取向絲經(jīng)第一冷盤、止捻器后至熱箱加熱，熱箱溫度為150～180℃；再經(jīng)冷卻板冷卻后進(jìn)行假捻，使用巴馬格的摩擦錠組式假捻器，采用161的錠組組合，假捻速比設(shè)定在1.48～1.63；再經(jīng)第二冷盤、第三冷盤進(jìn)行牽伸，加彈速度為650m/min，牽伸倍數(shù)為1.26～1.44，第三冷盤超喂率為（-3.00%）～（-4.20%）；再經(jīng)過上油、卷繞，網(wǎng)絡(luò)氣壓為0.02～0.14MPa，噴嘴直徑為1.1～1.6mm，制得原液著色黑色錦綸6彈力絲。

1.5分析與測(cè)試

烏斯特條干值：烏斯特V型條干儀，參照GB/T14346—1993《化學(xué)纖維長(zhǎng)絲電子條干不勻率試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試。

拉伸性能：YG023BIII型全自動(dòng)單紗強(qiáng)力機(jī)，參照GB/T14344—2008《化學(xué)纖維 長(zhǎng)絲拉伸性試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試。

卷曲性能：TEXTURMAT全自動(dòng)線卷縮率測(cè)試儀，參照GB/T6505—2008《化學(xué)纖維 長(zhǎng)絲熱收縮率試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試。

2結(jié)果與分析

2.1牽伸倍數(shù)

牽伸作用是使原液著色黑色錦綸6纖維中的高分子鏈段在作用力的方向上重新排列，獲得取向。表2為不同牽伸倍數(shù)下生產(chǎn)的原液著色黑色錦綸6彈力絲的物性指標(biāo)。由表2可知，隨著牽伸比（DR）增大，原液著色黑色錦綸6彈力絲的纖度逐漸減小，斷裂強(qiáng)度逐漸增大，斷裂伸長(zhǎng)率逐漸減小，原因在于牽伸比的增大使原液著色黑色錦綸6彈力絲的取向度增加，高分子排列更有序，分子間作用力增大[45]。其中，牽伸倍數(shù)為1.26時(shí)，網(wǎng)絡(luò)數(shù)僅為19個(gè)/m，卷曲穩(wěn)定性較小，原因在于絲條拉伸不足，造成絲條解捻不足，出現(xiàn)僵絲，纖維僵硬發(fā)亮、蓬松性較差，無法在網(wǎng)絡(luò)噴嘴處形成纏結(jié)結(jié)點(diǎn)。牽伸倍數(shù)為1.44時(shí)，斷裂強(qiáng)度較大，網(wǎng)絡(luò)數(shù)較多，卷曲穩(wěn)定性較大，但是由于假捻張力過大，纖維在高速剪切作用下開始出現(xiàn)單纖斷裂，造成彈力絲毛絲。實(shí)驗(yàn)過程中，繼續(xù)增大牽伸倍數(shù)，原液著色黑色錦綸6彈力絲的加工過程中出現(xiàn)多次斷頭，無法穩(wěn)定生產(chǎn)。牽伸倍數(shù)為1.38時(shí)，與牽伸倍數(shù)為1.32相比，解捻張力T2的增大幅度大于加捻張力T1的增大幅度，K值增大，卷曲收縮率稍有減小，卷曲穩(wěn)定性稍有增大，原因在于張力的增大限制了纖維卷曲發(fā)展所需的迅速位移，纖維的卷曲較緊密造成，同時(shí)，捻度的增加使纖維斷裂強(qiáng)度增大而斷裂伸長(zhǎng)率減小，原液著色黑色錦綸6彈力絲生產(chǎn)連續(xù)穩(wěn)定，彈性較好[6]。因此，牽伸倍數(shù)選擇1.38。假捻速比是決定彈力絲捻度的主要工藝參數(shù)，生產(chǎn)上通過提高假捻速比來提高張力比，增強(qiáng)絲條穩(wěn)定性，減少僵絲。表3為不同假捻速比下生產(chǎn)的原液著色黑色錦綸6彈力絲的物性指標(biāo)。由表3可知，假捻速比為1.48～1.63時(shí)，隨著假捻速比增大，原液著色黑色錦綸6彈力絲的纖度逐漸減小，加捻張力T1逐漸增大而解捻張力T2逐漸減小，K值減小，假捻速比的增大對(duì)纖維的斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、沸水收縮率等物理指標(biāo)影響不大。隨著假捻速比的提高，纖維的卷曲收縮率相應(yīng)增大，原因在于隨著假捻速比的提高，摩擦盤的表面速度增加，傳遞到絲條的力矩也隨著增加，在一定的加彈速度下，絲條的假捻速度增加，絲條蓬松性提高，手感較佳。其中，假捻速比為1.48時(shí)，因加捻張力太低而解捻張力太高，造成明顯的張力波動(dòng)，纖維出現(xiàn)僵絲[7]。假捻速比為1.63時(shí)，加捻張力過大使絲束受到摩擦盤擦傷的可能性增大，纖維受到磨損后出現(xiàn)疵點(diǎn)，造成纖維斷頭或出現(xiàn)毛絲。假捻速比為1.58時(shí)，生產(chǎn)過程穩(wěn)定，纖維卷曲收縮率和卷曲穩(wěn)定性較優(yōu)，彈性較好，無僵絲或毛絲，手感較好。因此，假捻速比選擇1.58。

2.3熱箱溫度

熱箱提供絲條一定的拉伸溫度，絲條受熱處于塑化狀態(tài)，通過假捻器傳遞的捻度使纖維變形，提高纖維的卷曲性能[8]。表4為不同熱箱溫度下生產(chǎn)的原液著色黑色錦綸6彈力絲的物性指標(biāo)。由表4可知，熱箱溫度對(duì)纖度和網(wǎng)絡(luò)數(shù)影響不顯著。在熱箱溫度為150～170℃時(shí)，隨著熱箱溫度的升高，加捻張力T1和解捻張力T2均減小，K值減小，斷裂強(qiáng)度和卷曲收縮率增大，卷曲穩(wěn)定性稍有波動(dòng)，原因在于隨著熱箱溫度的升高，纖維內(nèi)部大分子的活動(dòng)能力增強(qiáng)，促使拉伸和變形充分，拉伸和變形的效果顯著而持久，纖維彈性較好[910]。但熱箱溫度為180℃時(shí)，原液著色黑色錦綸6彈力絲出現(xiàn)毛絲，原因在于過高的熱箱溫度使絲束產(chǎn)生粘連，絲束受到摩擦盤擦傷的可能性增大，造成單線斷裂。因此，選擇熱箱溫度170℃。第二超喂率為第二冷盤轉(zhuǎn)速與第三冷盤轉(zhuǎn)速差對(duì)于第二冷盤轉(zhuǎn)速的百分率，表5為不同第二超喂率下生產(chǎn)原液著色黑色錦綸6彈力絲的物性指標(biāo)。由表5可知，第二超喂率對(duì)原液著色黑色錦綸6彈力絲的纖度、斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、卷曲收縮率影響不顯著。隨著第二超喂率的增大，卷曲穩(wěn)定度增大，網(wǎng)絡(luò)度增多，原因在于第二超喂率影響網(wǎng)絡(luò)變形段的張力，第二超喂率增大，絲束較膨松，在高頻氣流的沖擊下，絲束產(chǎn)生的振動(dòng)較大，絲束內(nèi)單絲間容易相互纏結(jié)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)，網(wǎng)絡(luò)度較高[11]。但超喂率超過-3.80%時(shí)，卷曲收縮率和卷曲穩(wěn)定性出現(xiàn)下降，原因在于網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)過多且網(wǎng)絡(luò)纏結(jié)牢度過強(qiáng)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)在織襪過程中無法完全打開，襪面紋路不均勻。因此，第二超喂率選擇-3.80%。表5不同超喂下原液著色黑色錦綸6彈力絲的物性指標(biāo)表6為不同網(wǎng)絡(luò)氣壓下生產(chǎn)原液著色黑色錦綸6彈力絲的物性指標(biāo)。由表6可知，網(wǎng)絡(luò)氣壓對(duì)原液著色黑色錦綸6彈力絲的影響不顯著。隨著網(wǎng)絡(luò)氣壓的增大，原液著色黑色錦綸6彈力絲的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率略有增大，卷曲穩(wěn)定性和網(wǎng)絡(luò)度增大，卷曲收縮率則減小，表明網(wǎng)絡(luò)氣壓的增大使原液著色黑色錦綸6彈力絲的網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)數(shù)量和牢度增加，絲條抱合性提高，但是網(wǎng)絡(luò)度過大時(shí)會(huì)導(dǎo)致纖維蓬松性變差，襪帶手感僵硬發(fā)澀。網(wǎng)絡(luò)氣壓為0.02MPa時(shí)，原液著色黑色錦綸6彈力絲無網(wǎng)絡(luò)，隨著網(wǎng)絡(luò)壓力的增加，彈力絲的網(wǎng)絡(luò)度迅速增加；當(dāng)壓縮空氣壓力在0.11MPa以上時(shí)，網(wǎng)絡(luò)度的增加逐漸緩慢，直至不再增加。原因在于網(wǎng)絡(luò)氣壓增加，噴射氣流對(duì)絲條的撞擊增加，絲條產(chǎn)生的高頻振動(dòng)頻率增加，絲束的交纏抱合作用增大，絲條的網(wǎng)絡(luò)度隨之增加[12]；壓力增加到0.11MPa后，絲條的高頻振動(dòng)頻率接近臨界值，因而網(wǎng)絡(luò)度的增加緩慢，直至平衡，此時(shí)繼續(xù)增加網(wǎng)絡(luò)氣壓不僅無法增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)效果，反而可能引起絲條被吹斷，造成毛絲。對(duì)于原液著色黑色錦綸6彈力絲，因其單絲纖維度較小，適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)度能夠改善其退繞性能，但過高的網(wǎng)絡(luò)度則會(huì)影響織物風(fēng)格[13]。綜合各項(xiàng)物性指標(biāo)與織物風(fēng)格考慮，選擇網(wǎng)絡(luò)氣壓0.08MPa。表6不同網(wǎng)絡(luò)氣壓下原液著色黑色錦綸6彈力絲的物性指標(biāo)

表7為不同網(wǎng)絡(luò)噴嘴直徑下生產(chǎn)原液著色黑色錦綸6彈力絲的物性指標(biāo)。由表7可知，網(wǎng)絡(luò)噴嘴直徑的改變對(duì)纖維的纖度、斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和卷曲收縮率影響不大，對(duì)卷曲穩(wěn)定性和網(wǎng)絡(luò)度影響較大。相同的網(wǎng)絡(luò)壓力下，網(wǎng)絡(luò)直徑增大，原液著色黑色錦綸6彈力絲的網(wǎng)絡(luò)數(shù)減少，原因在于絲道氣壓一定時(shí)，流體噴射孔直徑過小會(huì)使絲條高頻振動(dòng)的頻率過小，造成網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的牢度不足，纖維抱合性較差，經(jīng)后道織造，容易出現(xiàn)單纖斷裂掛針，造成襪面疵點(diǎn)。當(dāng)流體噴射孔的直徑增大時(shí)，噴射氣流對(duì)絲條的撞擊幅度較小，絲束的交纏抱合作用減小，絲條的網(wǎng)絡(luò)度減小，結(jié)點(diǎn)和結(jié)點(diǎn)間距變大，在外力作用下易松散，達(dá)不到織造要求[14]。實(shí)驗(yàn)過程中，網(wǎng)絡(luò)噴嘴直徑過大時(shí)，彈力絲開始出現(xiàn)脫網(wǎng)，因此，選擇網(wǎng)絡(luò)噴嘴直徑1.2mm。表7不同網(wǎng)絡(luò)噴嘴直徑下原液著色黑色錦綸6彈力絲的物性指標(biāo)

2.7工藝與物性指標(biāo)

表8為經(jīng)工藝優(yōu)化后生產(chǎn)的原液著色黑色錦綸6彈力絲與本白錦綸6彈力絲物性指標(biāo)。因碳黑粉體是相對(duì)分子質(zhì)量較小的無機(jī)物，加入高分子熔體體系中，經(jīng)熔融紡絲生產(chǎn)原液著色黑色錦綸6預(yù)取向絲，再加工成原液著色黑色錦綸6彈力絲。在拉伸測(cè)試或卷曲性能測(cè)試的過程中，因無機(jī)粉體與高分子熔體的不相容性，易造成原液著色黑色錦綸6預(yù)取向絲和原液著色黑色錦綸6彈力絲的斷裂強(qiáng)度和卷曲收縮率降低。由表8可知，通過工藝條件的優(yōu)化，獲得原液著色黑色錦綸6彈力絲的斷裂強(qiáng)度與本白錦綸6彈力絲的物性指標(biāo)相近，斷裂強(qiáng)度、卷曲穩(wěn)定性和卷曲收縮率較高，可滿足后道加工要求。原液著色黑色錦綸6預(yù)取向絲生產(chǎn)原液著色黑色錦綸6彈力絲后，其顏色特征值為：L*值為0，a*值為0，b*值為0，即黑度與標(biāo)準(zhǔn)試樣相同，黑度深，可滿足下游客戶免染的需求，直接應(yīng)用于服裝、家紡等領(lǐng)域，達(dá)到原液著色錦綸6纖維免染、環(huán)保的效果。

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（a）control group； （b）S1； （c）S2； （d）S3