聚酰胺6纤维的制备技术进展.pdf

第10届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会 聚酰胺6纤维的制备技术进展 熊祖江1 史超明1 贾清秀1·2李小宁2杨中开2 北京市服装学院l服装材料研究开发与评价重点实验室2材料科学与工程学院 摘要：聚酰胺6纤维具有良好的综合性能如力学性能、耐热性、耐磨损性和耐化学药品性等， 同时具有很高的理论模量，如果开发制备出高强高模纤维，其在军用纤维和纺织上应用前景非常可 观。但是聚酰胺分子间很强的氢键作用制约了分子的取向和纤维的高倍拉伸，从而限制了制备高强高模聚酰 胺纤维技术的发展。所以要拉伸得到高取向聚酰胺纤维，需通过减少链间氢键的数量来实现。许多研究者已 经通过各种工艺技术提高最大拉伸比。如增塑剂法、干法纺丝、冻胶纺丝、湿法纺丝、区域拉伸和退火等。 鉴于已经通过冻胶纺丝法制备出了超高分子量聚乙烯纤维，因此目前冻胶纺丝法制备高强高模聚酰胺纤维具 有较大的可行性。本文将介绍各种制备聚酰胺6纤维的工艺技术，主要突出冻胶法制备聚酰胺6纤维的技术。 关键词：聚酰胺6纤维；氢键；高强高模；冻胶纺丝 前言 聚酰胺纤维(PA)开发于1938年，是世界上最早发展和最早实现工业化的合成纤维。现今却 受限于价格及聚酯纤维的大幅增产，PA纤维在全世界合成纤维的占有率已下降为仅占16％。 但是PA纤维以其强度、耐磨性、弹性回复率、吸湿性等优良性能，在产业用纺织品的应用日 趋扩大，如轮胎帘子布、汽车用纺织品、过滤材料、BCF地毯膨体纱、特种和军用纺织品上都 开发了新产品，是聚酯纤维无法比拟的¨J。 聚酰胺6(PA6)大分子也同PE、PVA一样呈平面锯齿结构，易于结晶，分子间酰胺基团 可形成氢键，且PA6的耐热性远LLPE高，更耐磨、易染色，因而极有可能成为性能优异的高性 能纤维材料和纺织材料。PA6的理论模量可达263GPa【2】，目前得到的最高理论模量仅为 19GPa[31，远远小于理论值。PA6纤维进行高性能化的最大障碍是拉伸倍数低，一般不超过5 倍，主要原因是分子间氢键力太强，对未取向的初生丝难以像ImMwPE那样进行高倍拉伸。 国内外许多研究人员通过增塑纺丝、干法纺丝以及区域拉伸和退火等方法进行了探索，但拉 伸比和纤维的力学性能均未得到显著提高。 随着70年代人们用冻胶纺丝技术制得高强高模的UHMWPE纤维，冻胶纺丝技术逐渐的被 人熟知，大家便把眼光投向了其它柔性链大分子纤维的制各，于是对聚丙烯腈【4】、聚乙烯醇pj 等冻胶技术进行了大量的研究，不断开发出新型的高性能纤维。同时也有部分人对于脂肪族 聚酰胺6的凝胶制备与冻胶纺丝方面进行了一定的探索，进行了很多的研究工作，但进展都不 大【”】。这是因为聚酰胺分子间很强的氢键作用制约了分子的取向和纤维的高倍拉伸，从而限 制了制备高强高模聚酰胺纤维技术的发展。但是络合与解络合思路的出现又给我们提供了一 种新的方向，有望能够制备出高性能的聚酰胺纤维。 l高性能聚酰胺6的制备技术 1．1区域拉伸和区域热处理 该技术是通过对PA6初生丝进行处理，施加一定的应力或者振幅对纤维进行区域拉伸和区 第lO届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会 2010—05 域退火处理，以获得高性能的纤维。 对于PA6来说，人们主要认为氢键和结晶阻止了PA6的高拉伸性能。在拉伸PA6纤维时发 现，PA6的拉伸取向主要是无定形区的取向拉伸，在70．120℃时，无定形区的氢键变弱或者受 破坏；另外，PA6有两种晶型，一种以片晶的形式存在，另一种在拉伸的过程中取向诱导而成， 片晶很柔软，拉伸时很容易分解破裂。PA6的结晶模量不高的原因是片晶折叠形成球晶的缘故。 区域拉伸和区域热处理配合使用，先进行区域拉伸得到高取向无定形纤维，再进行区域热处 理得到高取向结晶纤维，区域热处理后可以再进行热处理，从而制得高强高模纤维【8】。Suzukia闭 等研究先运用了高压退火的方法提高PA66的机械性能。主要是通过两次高压退火处理来使纤 维无定形区域发生取向，再通过第三次高压退火使其结晶提高，进而提高其性能。在此基础 为9．65W·cI】一，应用压强为35．4MPa下进行激光加热区域拉伸，加热到138℃时对拉伸后的纤 维进行区域退火处理，退火主要分两步进行，两步分别在423MPa和517MPa的压力下进行，温 度分别为121℃和125℃。得到了结晶度为54％，储能模量为21GPa的PA6纤维。