聚酰胺高速纺丝工艺优化技巧

（一）纺丝温度、速度和冷却成型条件

聚酰胺6高速纺丝设备与聚酯基本相同，但两者的纺丝工艺却有差别。聚酰胺6纺丝温度为265～270℃；纺丝速度比聚酯高，至少在4000m/min以上，这主要是由于聚酰胺纤维分子间的结合力大、容易结晶、吸水性强之故。当纺丝速度较低时（如1500～3000m/min），预取向丝会因吸湿量高而膨润变形，使卷装筒子塌边，造成卷装筒子成型不良。在纺速高于4000m/min时，预取向丝的取向度和结晶度提高，使其因吸湿而产生的各向异性膨胀显著减小，保证了卷绕筒子的良好成型。

聚酰胺6纺丝时的冷却成型条件与聚酯的基本相同，一般风温20℃，风速0.3～0.5m/s，相对湿度65%～75%，这是因为虽然聚酰胺6纺丝温度较低，但其玻璃化温度也较低，从熔体细流冷却至玻璃化温度，丝条的温度与聚酯相近，因此散热量也大致相近。

（二）预取向丝取向度与卷绕张力

聚酰胺6预取向丝的取向度与纺丝速度和卷绕张力有关。在卷绕张力的作用下，丝条受到拉伸而发生分子取向和结晶，这主要发生在纺丝头与上油装置之间。从喷丝头开始至上油装置可划分为三个区。

第一区：刚刚离开喷丝孔的熔体细流温度远高于凝固温度，此时形变以黏性流动为主，分子链的活动性较强，取向难以固定，在喷丝头下面的这段范围内，丝条受空气阻力较小。

第二区：当细流继续冷却，进入第二区时，细流状聚合物处于高弹态，这时大分子发生取向，并形成物理交联点。在初生预取向丝的交联结构中，形变与分子取向同时发生。在此，一方面由于分子链仍有足够的活动能力；另一方面由于交联结构的初步形成，在适当的卷绕张力作用下，会产生明显的取向。因此，在靠近凝固点之前存在着最佳的取向条件。根据网络理论，聚酰胺6预取向丝的取向度（用双折射率△n表征）与伸长率（ε）的关系如下：

第三区：在该区丝条已是凝固的预取向丝，由于分子链段的活动性较小，相对形变困难。在此条件下，恒定的张力已不能再使取向度提高。

由上述可知，预取向丝的取向度主要取决于在临近凝固点前单丝所受的张力。若作用在丝条上的张力很小，则取向度低，甚至造成解取向。若把已冷却但还未取向的丝条突然置于高张力下，则单丝会断裂，这是因为在未取向的丝条结构中，张力分布不均匀。这种情况经常发生在急剧冷却时。(www.xing528.com)

（三）纺丝速度对卷绕丝结构和性能的影响

图3-17表示聚酰胺纤维的取向度（用△n表示）与纺丝速度的关系。聚酰胺纤维的取向度随纺丝速度的增加而增加，当纺速在1400m/min以下时，其取向度随纺速的提高而急剧增大，当纺速达1400m/min以上时，取向度的增大缓慢。

与聚酯相比，聚酰胺纤维在纺丝成型过程中容易产生结晶，这是因为聚酰胺大分子间存在氢键，且大分子的柔顺性好，故链段易于运动而砌入晶核，因此在纺丝过程中，当丝条接触到油剂或吸收空气中的水分后，即伴随着产生结晶，且随着纺速的变化，其结晶形态也有所不同。如聚酰胺6纤维，当纺速小于3000m/min时，主要生成α晶态及拟六方晶态；而在4000m/min以上的纺速时，主要生成γ晶态，当纺速高达7000m/min时，γ晶态则显著减少，α晶态又重新增多，并且在丝条断面上呈双层结构，包含高取向的皮层（γ晶态）和低取向的芯层（α晶态）。这是由于在超高速纺丝的条件下，丝条受急速冷却作用，使纺丝拉伸应力集中于丝条表层而造成的结果。

图3-17　卷绕丝的双折射率与纺丝速度的关系

1-聚酰胺66　2-聚酰胺6

生产实践证明，当纺丝速度超过1500m/min时，随着纺速提高，由于纤维中晶核迅速增加和丝条到达卷绕头的时间缩短，水分来不及渗透到微晶胞的空隙中去，因此丝条绕到筒子上后将继续吸收水分，使晶核长大成晶粒，并使丝条伸长，而导致松筒塌边，以致后加工时退绕困难。

随着卷绕速度的进一步提高（至3500m/min以上），由于大分子的取向度随着卷绕速度的增加而明显提高，取向诱导结晶，丝条达到卷装时结晶度也随之增加，其后结晶效应明显减弱，因而卷装后丝条的伸长也就大大减小。当纺速高达4000m/min以上时，丝条的伸长率相当于常规纺，因此在此速度下仍可卷绕。

为了实现卷绕工艺的最大稳定性，尤其是防止复丝中单丝线密度差异，生产聚酰胺预取向丝（POY）的纺速以4000～5200m/min为宜。