高分子材料论文：锦纶56纤维的形态结构和各项性能分析

　　摘要：通过试验测试分析了尼龙56纤维的形态结构、燃烧性、卷缩弹性、沸水收缩率、回潮率、吸放湿性能、强伸度、保温性、比电阻、耐酸碱性和溶解性等；得出尼龙56纤维具有卷缩弹性好， 尺寸稳定性好， 吸湿快干， 机械性能好， 耐酸碱性一般， 保温性较差的结论。

　　关键词：尼龙56纤维； 结构； 性能； 测试； 分析；

　　作者简介： 邓沁兰 （1964-） , 女， 广东河源人， 副教授。主要从事纺织新材料及新技术等方面的教学和研究工作。；

　　基金： 2015年广东省公益研究与能力建设专项基金项目， 项目编号：2015A020215039;

STRUCTURE AND PERFORMANCE TEST ANALYSIS OF NYLON 56 FIBER

　　Abstract:Analyzed the morphological structure, combustibility, crimp elasticity, boiling water shrinkage, effect degree of regain, moisture absorption and desorption properties, strength and elongation, thermal insulation, specific resistance, acid and alkali resistance, solubility and other properties of nylon 56 fiber by experiment. Results demonstrated that, nylon 56 fiber had excellent quality in crimp elasticity, dimensional stability, moisture absorption quick drying and mechanical property, but ordinary and weak performance in the ability of acid and alkali resistance and thermal insulation.

　　Keyword:Nylon 56 fiber; structure; performance; test; analysis;

　　尼龙是最重要的5大材料之一， 在军事装备、汽车、纺织等多个领域有着重要的用途[1].尼龙56是聚己二酸戊二胺的简称， 由己二酸和戊二胺合成而来。2011年， 上海凯赛技术有限公司研究了从淀粉中发酵制备出了戊二胺， 通过生物法使得二元胺的质量和价格满足了尼龙聚合的质量要求。总后勤部军需装备研究所联合辽宁恒星化工集团等有关单位在尼龙56聚合、改性、纺丝等方面进行大量研究， 在世界上首次生产了尼龙56短纤和长丝， 并制成了相应服装；初步解决了尼龙56纤维聚合、纺丝的工艺难题， 同时在尼龙纤维混纺纺纱及其纺织品加工方面取得了突破， 为生物基尼龙纤维的生产及开发奠定了基础， 生物基尼龙56纤维有望作为先进的纺织材料应用于服装及产业纺织品[2].还可以把尼龙56用在军事装备上， 例如：冲锋衣、降落伞、救生衣等[3].本实验分析测试了尼龙56的形态结构及各项性能。

　　1、试验材料与设备

　　1.1 材料

　　尼龙56纤维 （优纤科技 （丹东） 有限公司） .

　　1.2 设备

　　生物显微镜 （上海光学仪器一厂） , 哈氏切片器 （莱州市电子仪器有限公司） , 烘箱 （耐美特工业设备有限公司） , 分析天平 （上海衡诺电子衡器有限公司） , 纤维强伸度仪 （常州市天祥纺织仪器有限公司） , 纤维比电阻仪 （昆山广测仪器设备有限公司） .

　　2、试验结果与分析

　　2.1 尼龙56纤维的形态结构

　　纤维的形态结构决定了纤维的性能特点， 利用显微镜对纤维切片及纵向进行摄影， 并进一步对纤维的形态结构进行分析研究[4].PA56形态结构见图1.

　　从图1可以看出， 尼龙56纤维横截面呈三角形， 纤维的截面形状与纺丝孔形状有关， 三角形的纤维可以用于仿真丝绸的织造。尼龙56纤维的纵向平滑， 没有沟槽。

图1 尼龙56纤维的形态结构

　　2.2 尼龙56纤维的燃烧性能

　　用镊子夹住一小束纤维， 慢慢移进火焰， 仔细观察纤维近火焰时、在火焰中以及离开火焰时烟的颜色、燃烧的速度以及燃烧后灰烬的特征[5].

　　通过试验观察到， 尼龙56纤维在靠近火焰时熔融收缩， 接近火焰时继续燃烧， 收缩熔融成胶状， 散发出特殊气味， 离开火焰时会立即熄灭， 有灰色烟。燃烧后灰烬为棕黄色硬块， 用手指可捻碎。

　　2.3 尼龙56纤维的卷缩弹性

　　变形丝的生产是通过变形技术， 将表面平滑、伸直的长丝赋予永久的卷曲， 使丝束呈卷曲状态， 具有一定的膨松性和弹性。变形丝的卷曲特性通常是通过卷曲收缩率的测定进行评定的[6].

　　通过试验测得的尼龙56纤维的卷缩弹性结果见表1.

表1 78 dtex/24 f尼龙56纤维的卷缩弹性

　　由表1可以看出， 尼龙56纤维的卷缩伸长率为2.35%, 卷缩弹性回复率为80.0%.在负荷一定时， 尼龙56纤维的弹性回复率较大， 耐用性能好。这与纤维大分子的结晶度和取向度有关系， 纤维大分子的结晶度和取向度高， 纤维的弹性回复率就比较好[4].

　　2.4 尼龙56纤维的沸水收缩率

　　纤维在松弛状态下， 于100℃沸水中所测得的湿热收缩率称为沸水收缩率。其数值大小， 可以一定长度的纤维在沸水中的收缩量来表示。沸水收缩率是纤维热收缩性的重要指标， 它反映了纤维在纺织加工和服用过程中受热处理时的尺寸稳定性[4].

　　通过试验测得的尼龙56纤维的沸水收缩率结果见图2.

图2 尼龙56纤维的沸水收缩率

　　由图2可以看出， 在100℃沸水中， 尼龙56纤维煮的时间越长， 沸水收缩率越小， 并趋于稳定， 其数值大致在9%, 说明尼龙56纤维的尺寸稳定性良好， 显示具有很好的织造和服用性能。

　　2.5 尼龙56纤维的吸放湿性能

　　纤维的吸放湿性能， 与纤维的化学组成、聚集态结构等有直接关系， 是影响纺织工艺加工、织物服用舒适性及其它力学性能的一项重要特性[4].

　　纤维回潮率是表示纺织材料吸湿程度的指标。以材料中所含水分重量占干燥材料重量的百分数表示。纺织材料的吸湿对于纺织品穿着舒适性以及其他的物理机械性能都有明显的影响[4].

　　通过试验测得的尼龙56纤维的回潮率结果见表2和图3.

　　由表2和图3可以看出， 尼龙56的回潮率为3.57%, 吸湿性好， 其抗静电能力强， 穿着的舒适性和功能性比较好。

表2 尼龙56纤维的回潮率

图3 尼龙56纤维的回潮率

　　通过试验测得尼龙56纤维的干燥含水率结果见图4.

图4 尼龙56纤维的干燥含水率

　　由图4可以得出， 尼龙56纤维的干燥含水率超过2%, 干燥速率快， 容易达到放湿平衡。

　　由上述试验得出结论， 尼龙56纤维具有良好的吸湿快干特性， 可提高纤维织物的服用性能。具有能够迅速吸走人体汗液并及时挥发的功能的纺织品将会深受消费者的喜爱， 将会有广阔的市场发展前景。

　　2.6 尼龙56纤维的强伸度

　　纤维材料在使用中会受到拉伸、弯曲、压缩、摩擦和扭转作用， 产生不同的变形。纺织纤维的机械性能是纤维品质检验中的重要内容， 而纤维的拉伸断裂性能是其力学性能中最为重要的， 它与纺纱织造以及纺织品的服用性能有密切的关系[4].

　　利用纤维强伸度仪测得尼龙56纤维的强伸度结果见表3.

　　由表3可以看出， 尼龙56纤维具有优良的机械性能， 说明尼龙56纤维对纺织品加工有很好的作用。

表3 78 dtex/24 f尼龙56纤维的强伸度

　　2.7 尼龙56纤维的比电阻

　　纤维比电阻是描述纤维导电性能的一个指标。测量化学纤维比电阻的大小是判断纤维的导电性和预测纤维的可纺性的一种有效的方法[4].

　　在-定电场下， 电流通过随机排列的纤维集合体时， 以单位线密度 （tex） 流过的电流所呈现出的电阻称为质量比电阻[4].在标准状态下， 利用纤维比电阻仪测得尼龙56纤维的质量比电阻为3.90×109Ω·㎝。尼龙56的回潮率大， 吸湿性好， 质量比电阻越小， 纤维越导电。

　　2.8 尼龙56纤维的保温性

　　保温性是服装的重要功能之一， 如今保温纤维越来越受到人们的喜爱。

　　通过试验测得尼龙56纤维的保温性结果见表4.

表4 尼龙56纤维的保温性

　　由表4可以看出， 尼龙56纤维在沸水中， 只是隔了10 min, 温度直线下降， 与空白实验相比差距不大， 说明尼龙56纤维的保温性差。

　　2.9 尼龙56纤维的溶解性

　　尼龙56纤维对酸、碱、有机溶剂等化学试剂的稳定性不同[4].试验测得尼龙56纤维在不同的化学试剂及不同温度下的溶解情况见表5.

表5 尼龙56纤维的溶解性

　　注：S-溶解；P-部分溶解

　　由表5可以看出， 尼龙56纤维在氢氧化钠和二甲基甲酰胺中不容易溶解；但是在硫酸中较易溶解， 说明尼龙56纤维不耐硫酸， 不能作耐酸材料使用。这是因为在硫酸中， 尼龙大分子上的酰胺键会发生断裂。

　　2.10 尼龙56的耐酸碱性

　　由于尼龙纤维分子结构中存在较多的酰胺键， 容易发生水解， 而酸是水解反应的催化剂， 因此尼龙纤维对酸不稳定。不恰当的酸性条件可能使纤维的结构发生变化， 使纤维受到损伤， 力学性能变差[4].

　　尼龙56纤维的耐酸性试验条件见表6.尼龙56纤维的耐碱性试验条件见表7.

表6 尼龙56纤维的耐酸性试验条件

表7 尼龙56纤维的耐碱性试验条件

　　不同的酸性、碱性处理条件下尼龙56纤维的强度损失结果分别见图5、图6.

　　由表6和图5可以看出， 尼龙56纤维的耐酸性与醋酸量、温度和时间有相关性， 在醋酸质量浓度1.8 g/L时、98℃下处理90 min, 纤维强度损失达到最大值。

图5 不同酸性处理条件下尼龙56纤维的强度损失

　　备注：系列1-处理后强度；系列2-处理前强度；1~10酸处理条件见表6

图6 不同碱性处理条件下尼龙56纤维的强度损失

　　备注：系列1-处理后强度；系列2-处理前强度；1~10碱处理条件见表7

　　由表7和图6可以看出， 尼龙56纤维的耐碱性与烧碱质量浓度、温度和时间有相关性。在烧碱质量浓度为250 g/L时、室温下处理5 min, 纤维强度损失达到最大值。

　　由此得出尼龙56纤维的耐酸碱性一般的结论。

　　3、结论

　　（1） 尼龙56纤维纵向平滑， 没有沟槽；横截面呈三角形。

　　（2） 尼龙56纤维接近火焰时燃烧， 收缩熔融成胶状， 散发出特殊气味， 离开火焰时会立即熄灭， 有灰烟。燃烧后灰烬为棕黄色硬块， 用手指可捻碎。

　　（3） 尼龙56纤维的卷缩伸长率为2.35%, 卷缩弹性回复率为80.0%.在负荷一定时， 尼龙56纤维的弹性回复率较大， 耐用性能好。

　　（4） 尼龙56纤维的沸水收缩率大致在9%左右， 体现了尼龙56纤维的尺寸稳定性良好。

　　（5） 尼龙56纤维具有良好的吸湿快干特性， 可以提高纤维织物的服用性能。

　　（6） 尼龙56纤维的断裂强度大， 说明了尼龙56纤维对纺织品加工有很好的作用。

　　（7） 尼龙56纤维的回潮率大， 吸水性好， 质量比电阻越小， 纤维越导电。

　　（8） 尼龙56纤维的保温性能差。

　　（9） 尼龙56纤维在氢氧化钠和二甲基甲酰胺中不容易溶解；但是在硫酸中较易溶解， 说明尼龙56纤维不耐硫酸， 不能作耐酸材料使用。

　　（10） 尼龙56纤维的耐酸碱性一般。在醋酸质量浓度为1.8g/L时、98℃下处理90 min, 纤维强度损失达到最大值；在烧碱质量浓度为20 g/L时、室温下处理5 min, 纤维强度损失达到最大值。

　　参考文献

　　[1]于维才。尼龙56的物理性能及可纺性探析[J].聚酯工业， 2014 （1） :38-39.
　　[2]王学利。生物基聚己二酸戊二胺聚合物与长丝性能研究[J].合成纤维， 2015, 44 （9） :1-5.
　　[3]李蒙蒙。生物基纤维尼龙PA56染色性能及产品开发研究进展[J].染料与染色， 2016, 53 （5） :25-30.
　　[4]霍才新。纺织材料基础[M].北京：中国纺织出版社， 2012.
　　[5]邢声远。纺织新材料及其识别[M].北京：中国纺织出版社， 2002.
　　[6] 中华人民共和国建设部国家质量监督检验检疫总局联合发布。合成纤维变形丝卷缩性试验方法[M].北京：中国标准出版社， 2001.