PP/PET皮芯型热熔单丝纺丝成型工艺研究

邵小群，马海军，张书勤，孙飞宇

（南通新帝克单丝科技股份有限公司，江苏 南通 226003）

PP纤维最大的优点在于质地轻、保暖性好、耐化学腐蚀且强度和耐磨性好，但也有易积聚静电、难染色、蜡感强、手感偏硬等缺点[1]，运用PET纤维复合纺丝，可以很好地弥补纤维的某些缺点。PP和PET复合纺在一起可以很好地相容并且物理性能之间相互弥补，制备出取长补短、性能好的PP/PET双组分皮芯型复合纤维，充分地结合PP纤维和PET纤维的各种优点，不仅可以拥有良好的染色性及耐磨性，而且强度与涤纶相比更加柔软[2]。

1 实验部分

1.1 主要原料

（1）PP切片（中石化兰州分公司）：熔点为164～176 ℃；玻璃化温度为-30～25 ℃，密度为0.90～0.92 g/cm3。

（2）PET切片（江苏三房巷集团有限公司）：熔点为256～265 ℃；玻璃化温度为67～81 ℃，密度为1.335～1.455 g/cm3。

1.2 仪器和设备

扫描电子显微镜（KYKY-EM6000C型，无锡创辉测量技术有限公司），差热扫描量热仪[TY-Q200型，沃特世（上海）科技有限公司]，电子单纱强力仪（YM061F-5000型，莱州元茂仪器有限公司），复合纺丝机组（D50-1型，连云港祥美机械有限公司）。

1.3 实验工艺

分别对PP、PET切片进行干燥熔融挤出，通过计量泵进行复合纺丝后冷却、拉伸、定型、上油和卷取；PP的挤出温度为275，280，282，282，282 ℃。PET的挤出温度为280，286，286，286，286 ℃。分别研究不同的复合比例及冷却条件、后拉伸工艺和热定型温度对PP/PET热熔单丝力学性能的影响。

2 结果与讨论

2.1 复合比例对PP/PET热熔单丝力学性能的影响

根据不同PP和PET的皮芯复合比例制作直径为0.15、0.22、0.30 mm的热熔单丝（表1）。

表1 复合比例对热熔单丝力学性能的影响

由表1可以看出，PP和PET的皮芯复合比例对热熔单丝的断裂强度影响很大，皮层PP组分多，单丝强度高。图1显示，PP/PET热熔单丝皮芯界面空隙较大，这是因为PP、PET相容性不好，皮芯界面空隙的存在，导致单丝在进行力学性能测试时，皮芯层滑移，降低了热熔单丝的力学性能。为使PP/PET热熔单丝具有一定的力学性能及尺寸稳定性，接下来的实验主要研究PP和PET的复合比例为50∶50的热熔单丝[3-5]。

图1 PP/PET热熔单丝的截面（50∶50）

2.2 冷却条件对PP/PET热熔单丝力学性能的影响

由表2可知，PP/PET皮芯单丝纺丝过程中的冷却水温度对热熔单丝的断裂强度影响很大，这是因为冷却温度会影响皮层PP的结晶方式，同时PP、PET两者的热传递系数不一样也对热熔单丝的力学性能造成影响。由测试数据可知，当冷却水温度为20 ℃时，3种直径的PP/PET热熔单丝具有较好的力学性能[6-10]。

表2 冷却水温对热熔单丝力学性能的影响

2.3 后拉伸工艺对PP/PET热熔单丝力学性能的影响

通过液体冷却成形制得的PP/PET初生热熔单丝结构还不完善，取向度低，单丝断裂强度差，断裂伸长率低，需要进行后拉伸，实验主要在二级拉伸方式下进行，主要讨论二级拉伸倍率、拉伸温度（热水温度、热风温度）对不同直径PP/PET热熔单丝力学性能的影响（图2）。

图2 拉伸倍率对PP/PET热熔单丝断裂强度的影响

由图2可知，拉伸倍率对PP/PET皮芯型热熔单丝的断裂强度影响很大，是决定热熔单丝力学性能的最主要因素，热熔单丝断裂强度随着拉伸倍率的提高而增大，但是当拉伸倍率超过一定数值时，热熔单丝的断裂强度下降，当二级拉伸倍率为6倍时，PP/PET热熔单丝的力学性能较好[11-12]。

由图3～4可知，拉伸温度影响PP/PET热熔单丝的断裂强度。在一定的范围内，PP/PET热熔单丝的断裂强度随温度的上升而增加，特别是热水拉伸温度影响效果明显，这是因为一道拉伸在总拉伸倍率中占比较大，热水拉伸后的PP/PET单丝已经具有一定的取向度和力学性能，热风拉伸影响效果减弱。当热水拉伸温度从90 ℃升到95 ℃时，单丝强度的增加变化不明显，出于节能降耗的考虑，实验中的热水拉伸温度设定为90 ℃；当热风拉伸超过一定温度时，热熔单丝的断裂强度出现下降趋势，热风拉伸温度设定为90 ℃[13]。

图3 热水拉伸温度对PP/PET热熔单丝断裂强度的影响

图4 热风拉伸温度对PP/PET热熔单丝断裂强度的影响

2.4 热定型温度对PP/PET热熔单丝力学性能的影响

由表3可知，热定型温度对PP/PET热熔单丝断裂强度具有一定的影响，从110 ℃到160 ℃，单丝断裂强度呈现上升趋势，当达到170 ℃时，PP/PET热熔单丝断裂强度减弱。这是因为PP熔点为167 ℃，当热定型温度超过了熔点时，表皮熔融，导致热熔单丝强度减弱；当热定型温度为160 ℃时，制得的3种直径PP/PET单丝力学性能较好[14-16]。

表3 热定型温度对PP/PET热熔单丝断裂强度的影响

3 结语

（1）PP和PET的皮芯复合比例对热熔单丝的断裂强度影响很大，皮层PP组分多，单丝强度高；当冷却水温度为20 ℃时，3种直径的PP/PET热熔单丝具有较好的力学性能。这是因为冷却温度会影响皮层PP的结晶方式，同时PP、PET两者的热传递系数不一样也对热熔单丝的力学性能造成了影响。

（2）拉伸倍率是决定PP/PET皮芯型热熔单丝断裂强度的主要因素，当二级拉伸倍率为6倍时，PP/PET热熔单丝的力学性能较好；热熔单丝的断裂强度在一定范围内随拉伸温度的上升而增加；当拉伸温度超过一定数值时，热熔单丝断裂强度开始下降，热水拉伸温度为90 ℃；当热风拉伸温度为160 ℃时，PP/PET热熔单丝力学性能较好。

（3）热定型温度对PP/PET热熔单丝断裂强度具有一定的影响，从110 ℃到160 ℃，单丝断裂强度呈现增加趋势；当达到170 ℃时，热定型温度超过熔点，表皮熔融，导致热熔单丝强度下降；当热定型温度为160 ℃时，制得的3种直径PP/PET单丝力学性能较好。