尼龍66中空纖維、其制造方法及其生產設備與流程

本發明是有關于一種尼龍66纖維、其制造方法及其生產設備，且特別是有關于一種尼龍66中空纖維、其制造方法及其生產設備。

背景技術：

聚酰胺(Polyamide；PA)是由含有羧基和氨基的單體通過酰胺鍵聚合而成的高分子，由于制程簡單、具有優良的耐用性與強度，被廣泛應用于紡織品、汽車零件、電子電器、食物包裝等領域，其中，聚酰胺66(又稱為耐隆66或尼龍66)是己二酸和己二胺縮合聚合的產物，由于易制成細絲，其后續制成的紡織品品質優良，而成為紡織領域中的主流原料。

近年來，隨著路跑、單車、登山、露營等戶外活動的盛行，連帶帶動機能布料市場的興起，所述機能布料依照其用途可包含吸濕排汗、輕量、涼感、保溫、防曬及/或耐磨等功能，為了制造出高規格的機能布料，傳統具有圓形斷面的纖維已無法滿足所需，各種異型斷面如一字型、三角形、十字型、Y字型、中空纖維等應運而生，其中，中空纖維可節省原料，并具有質輕、保溫等優點而引起廣泛注意。

目前制造聚酰胺66中空纖維的方式是將圓形的紡嘴板更換為中空紡嘴板，聚酰胺66的紡絲液通過中空紡嘴板后經過緩冷區(在無風條件下進行冷卻)以及冷風區固化后，即可形成聚酰胺66中空纖維。然而，聚酰胺66的紡絲液通過中空紡嘴板后在緩冷區會產生膨潤，過度膨潤會導致聚酰胺66中空纖維的中空孔徑過小，而無法有效維持中空率。為解決這一問題，有業者提出加速冷卻的解決方案，例如縮短緩冷區的距離或者縮短聚酰胺66中空纖維通過緩冷區的時間，此解決方案雖可避免過度膨潤，得以維持中空率，然而，卻導致聚酰胺66中空纖維的強度大幅下降。因此，如何在維持聚酰胺66中空纖維強度的前提下，提高聚酰胺66中空纖維的中空率，是相關業者努力的目標。

技術實現要素：

本發明的一目的是提供一種尼龍66中空纖維的制造方法，借此制造方法所獲得的尼龍66中空纖維具有較高的中空率，并可維持尼龍66中空纖維的強度。

本發明的另一目的，是提供一種尼龍66中空纖維，其中空率為8％～12％。借此，尼龍66中空纖維具有輕量化及可提供保溫功能的優點，其所制成的織布在滿足輕量化的同時，可維持撕裂強度與拉伸強度，并具有優良的耐磨性。

本發明的又一目的是提供一種尼龍66中空纖維的生產設備，借此生產設備所獲得的尼龍66中空纖維具有較高的中空率，并可維持尼龍66中空纖維的強度。

依據本發明的一實施方式，提供一種尼龍66中空纖維的制造方法，包含提供復數個尼龍66樹脂顆粒、進行一熔融步驟、進行一吐紗步驟、進行一抽氣步驟、進行一冷卻步驟、進行一集束上油步驟、進行一牽伸步驟以及進行一卷曲步驟。熔融步驟是使尼龍66樹脂顆粒熔融以形成一紡絲液。吐紗步驟是使紡絲液通過中空紡嘴板，以形成復數中空紡口絲。抽氣步驟是以抽氣方式帶走中空紡口絲的熱能，使中空紡口絲初步固化，以形成復數中空半固化絲。冷卻步驟是提供溫度為16℃～22℃的冷卻風，使中空半固化絲冷卻固化，以形成復數固化絲。集束上油步驟是對固化絲集束上油，以形成集束絲。牽伸步驟是對集束絲予以延伸，以形成延伸絲。卷曲步驟是將延伸絲卷繞于圓柱件，以獲得尼龍66中空纖維。

依據前述尼龍66中空纖維的制造方法，其中牽伸步驟可包含復數個牽伸子步驟，且可還包含油輪上油子步驟，油輪上油子步驟可于前述牽伸子步驟間進行，油輪上油子步驟是以油輪組對集束絲上油。依據本發明一實施例，其中牽伸步驟包含第一牽伸子步驟、第二牽伸子步驟、第三牽伸子步驟、第四牽伸子步驟、第五牽伸子步驟以及第六牽伸子步驟，且油輪上油子步驟于第一牽伸子步驟以及第二牽伸子步驟之間進行。

依據前述尼龍66中空纖維的制造方法，可還包含進行一黏度調整步驟，使尼龍66樹脂顆粒的硫酸相對黏度為3.2至3.4。

依據前述尼龍66中空纖維的制造方法，可還包含進行一水分調整步驟，使尼龍66樹脂顆粒的含水量為500ppm至2000ppm。

依據本發明的另一實施方式，提供一種尼龍66中空纖維，其是依據前述尼龍66中空纖維的制造方法所制得，其中尼龍66中空纖維的中空率為8％～12％。

依據本發明的又一實施方式，提供一種尼龍66中空纖維的生產設備，包含押出機、紡絲液管路、紡絲箱、抽氣室、冷卻室、集束上油裝置、牽伸裝置以及卷曲裝置。押出機用以熔融復數個尼龍66樹脂顆粒以形成紡絲液。紡絲液管路與押出機連通，紡絲液管路供紡絲液由押出機流入。紡絲箱一端與紡絲液管路連通、另一端包含中空紡嘴板，紡絲液由紡絲液管路流入紡絲箱，并通過中空紡嘴板以形成復數中空紡口絲。抽氣室與紡絲箱所述的另一端連接，且與一抽氣裝置連接，通過抽氣裝置對抽氣室抽氣，以帶走中空紡口絲的熱能，使中空紡口絲初步固化，以形成復數中空半固化絲。冷卻室一端與抽氣室連接，且與一送風裝置連接，通過送風裝置提供冷卻室一溫度為16℃～22℃的冷卻風，使中空半固化絲冷卻固化，以形成復數固化絲。集束上油裝置，設置于與冷卻室的另一端，集束上油裝置用以對固化絲集束上油，以形成集束絲。牽伸裝置鄰設于集束上油裝置相對冷卻室的另一端，通過牽伸裝置對集束絲予以延伸，以形成延伸絲。卷曲裝置鄰設于牽伸裝置相對于集束上油裝置的另一端，卷曲裝置包含一圓柱件，通過卷曲裝置將延伸絲卷繞于圓柱件，以獲得尼龍66中空纖維。

依據前述尼龍66中空纖維的生產設備，其中牽伸裝置可包含復數個牽伸輪組。牽伸裝置可還包含一油輪組，油輪組可設置于前述牽伸輪組之間，通過油輪組對集束絲上油。

附圖說明

圖1是依照本發明一實施方式的尼龍66中空纖維的制造方法的步驟流程圖；

圖2是圖1中步驟170的步驟流程圖；

圖3是依照本發明另一實施方式的步驟170的步驟流程圖；

圖4是依照本發明再一實施方式的尼龍66中空纖維的制造方法的步驟流程圖；以及

圖5是繪示依照本發明又一實施方式的一種尼龍66中空纖維的生產設備 示意圖；以及

圖6是繪示圖5中抽氣裝置的立體示意圖。

具體實施方式

<尼龍66中空纖維的制造方法>

請參照圖1，其是依照本發明一實施方式的尼龍66中空纖維的制造方法的步驟流程圖。圖1中，尼龍66中空纖維的制造方法包含步驟110、步驟120、步驟130、步驟140、步驟150、步驟160、步驟170與步驟180。

步驟110是提供復數個尼龍66樹脂顆粒。尼龍66樹脂顆粒的重量平均分子量可為30000至50000，分子量分布指數(polydispersity index；PDI)可為1.5～2.5。尼龍66樹脂顆粒的硫酸相對黏度可為3.2至3.4，當尼龍66樹脂顆粒的硫酸相對黏度小于3.2，可能導致所制成的尼龍66中空纖維強度過低，當尼龍66樹脂顆粒的硫酸相對黏度大于3.4，可能導致紡絲液在紡絲液管路內滯留時間過長而不利紡絲。尼龍66樹脂顆粒的含水量可為500ppm至2000ppm，借此，尼龍66樹脂顆粒的含水量適中，可獲得較佳的紡絲物性，且可降低斷絲及尼龍66降解的機率。

步驟120是進行一熔融步驟，使尼龍66樹脂顆粒熔融以形成一紡絲液，熔融步驟可于押出機中以290℃至295℃的溫度進行。當溫度小于290℃，押出機電流變大，尼龍66樹脂顆粒熔融效果不佳，當溫度大于295℃，尼龍66樹脂顆粒易產生裂解無法紡絲。

步驟130是進行一吐紗步驟，使紡絲液通過中空紡嘴板，以形成復數中空紡口絲。

步驟140是進行一抽氣步驟，是以抽氣方式帶走中空紡口絲的熱能，使中空紡口絲初步固化，以形成復數中空半固化絲。借此，可避免中空紡口絲過度膨潤，而導致最終成品尼龍66中空纖維的中空孔徑過小，并可避免中空紡口絲急速冷卻，而導致最終成品尼龍66中空纖維的強度大幅下降。

步驟150是進行一冷卻步驟，是提供溫度為16℃～22℃的冷卻風，使中空半固化絲冷卻固化，以形成復數固化絲。借此，冷卻風的溫度適中，當溫度低于18℃，易導致冷卻太快影響分子順向排列，當溫度高于22℃，易因冷卻不足而不易牽伸。冷卻風的風速可為0.55m/s～0.75m/s。

步驟160是進行一集束上油步驟，是對固化絲集束上油，以形成集束絲，關于為固化絲上油為習用技術，在此不予贅述。

步驟170是進行一牽伸步驟，是對集束絲予以延伸，以形成一延伸絲。

請參照的2圖，其是圖1中步驟170的步驟流程圖，圖2中，步驟170包含步驟171、步驟172、步驟173、步驟174、步驟175及步驟176。

步驟171為第一牽伸子步驟，可以580m/min～780m/min的轉速在常溫下對集束絲予以延伸。步驟172為第二牽伸子步驟，可以615m/min～815m/min的轉速、55℃～65℃的溫度對集束絲予以延伸。步驟173為第三牽伸子步驟，可以1700m/min～2300m/min的轉速、130℃～150℃的溫度對集束絲予以延伸。步驟174為第四牽伸子步驟，可以2600m/min～3200m/min的轉速、200℃～220℃的溫度對集束絲予以延伸。步驟175為第五牽伸子步驟，可以2950m/min～3350m/min的轉速、210℃～230℃的溫度對集束絲予以延伸。步驟176為第六牽伸子步驟，可以2780m/min～3180m/min的轉速、170℃～190℃的溫度對集束絲予以延伸。通過步驟171至步驟176的多段延伸可進一步提升最終成品尼龍66中空纖維的強度，并可通過熱定型以減緩集束絲的內應力，有助于穩定最終成品尼龍66中空纖維的中空率。

請參照圖3，其是依照本發明另一實施方式的步驟170的步驟流程圖。圖3中，步驟170包含步驟171a、步驟172a、步驟173a、步驟174a、步驟175a、步驟176a以及步驟177a。步驟171a為第一牽伸子步驟、步驟173a為第二牽伸子步驟、步驟174a為第三牽伸子步驟、步驟175a為第四牽伸子步驟、步驟176a為第五牽伸子步驟、步驟177a為第六牽伸子步驟，關于第一牽伸子步驟至第六牽伸子步驟請參照上文，在此不予贅述。圖3的實施方式與圖2的實施方式相較，多了步驟172a，步驟172a為油輪上油子步驟，是以一油輪組對集束絲上油。通過油輪上油子步驟于牽伸子步驟間進行(在本實施方式中是于第一、第二牽伸子步驟間進行，在其他實施方式，可改在其他牽伸子步驟間進行)，可加強上油的均一性，有助于集束絲在進行后續的牽伸子步驟不易破絲，而可提高良率。

請復參照圖1，步驟180是進行一卷曲步驟，是將延伸絲卷繞于一圓柱件，以獲得尼龍66中空纖維，卷曲步驟可以2800m/min～3200m/min的轉速在常溫下進行。借此，可使尼龍66中空纖維形成一絲餅，有利于后續的包裝、運 送。此外，通過步驟170以及步驟180的配合，可賦予最終成品尼龍66中空纖維所需的物理性質，如強度或伸率等。

請參照圖4是依照本發明再一實施方式的尼龍66中空纖維的制造方法的步驟流程圖，與圖1的制造方法相較，圖4多了步驟100以及步驟105。

步驟100是進行一黏度調整步驟，使尼龍66樹脂顆粒的硫酸相對黏度為3.2至3.4。當購買或制造出的尼龍66樹脂顆粒的硫酸相對黏度值落在前述范圍外時，在進行步驟110前，可先進行步驟100，以提升最終成品尼龍66中空纖維的良率以及物性。

步驟105是進行一水分調整步驟，使尼龍66樹脂顆粒的含水量為500ppm至2000ppm。當購買或制造出的尼龍66樹脂顆粒含水量落在前述范圍外時，可先進行步驟105，以提升最終成品尼龍66中空纖維的良率以及物性。

關于步驟110至步驟180請參照前文，不再予以贅述。

<尼龍66中空纖維的生產設備>

請參照圖5，其是繪示依照本發明又一實施方式的一種尼龍66中空纖維的生產設備示意圖，可用以實施圖1的尼龍66中空纖維的制造方法。尼龍66中空纖維的生產設備包含押出機510、紡絲液管路520、紡絲箱530、抽氣室540、冷卻室550、集束上油裝置560、牽伸裝置570以及卷曲裝置580。押出機510包含入料桶槽511和伺服馬達512，紡絲液管路520與押出機510連通，紡絲箱530一端與紡絲液管路連通520、另一端包含復數個中空紡嘴板531，抽氣室540與紡絲箱530設置中空紡嘴板531的一端連接、并與一抽氣裝置541連接，通過抽氣裝置541對抽氣室540抽氣。請同時參照圖6，其是繪示圖5中抽氣裝置541的立體示意圖，抽氣裝置541包含復數個抽風管541a以及抽氣動力源541b，在本實施方式中，抽風管541a的數量為四根，且抽氣動力源541b為水流抽氣幫浦。如圖5所示，將抽氣裝置541的抽風管541a的管口設置于不同的中空紡嘴板531間，有利于避免中空紡口絲過度膨潤，而有助于維持最終成品尼龍66中空纖維的中空率。冷卻室550一端與抽氣室540連接，且與一送風裝置551連接，通過送風裝置551提供冷卻室550一溫度為16℃～22℃、風速為0.55m/s～0.75m/s的冷卻風，圖5中以箭頭551a表示冷卻風的方向。集束上油裝置560設置于冷卻室550遠離抽氣室540的一端，牽伸裝置570鄰設于集束上油裝置560相對冷卻室550的另一端(即鄰設于集束 上油裝置560遠離冷卻室550的一端)，在本實施方式中，牽伸裝置570包含第一牽伸輪組571、油輪組572、第二牽伸輪組573、第三牽伸輪組574、第四牽伸輪組575、第五牽伸輪組576以及第六牽伸輪組577，卷曲裝置580鄰置于牽伸裝置570相對于集束上油裝置560的另一端(即牽伸裝置570遠離集束上油裝置560的一端)，卷曲裝置580包含圓柱件581。依據本發明一實施方式，抽氣室540的高度d1可為15cm到30cm，冷卻室550的高度d2可為1.5m至2.1m，借此，有利于尼龍66中空纖維在提高中空率與維持強度之間取得平衡。依據本發明一實施方式，第二牽伸輪573、第三牽伸輪組574、第四牽伸輪組575、第五牽伸輪組576以及第六牽伸輪組577可兼具加熱功能，借此，可通過熱定型減緩集束絲的內應力，有助于穩定最終成品尼龍66中空纖維的中空率。

制造尼龍66中空纖維時，將尼龍66樹脂顆粒由入料桶槽511投入押出機510，使用押出機510熔融尼龍66樹脂顆粒以形成紡絲液，押出機510的溫度可設定為290℃至295℃，并利用伺服馬達512帶動押出機510內的螺桿(圖未揭示)，將紡絲液由押出機510押出使的流入紡絲液管路520，紡絲液管路520的溫度控制在290℃至295℃，避免紡絲液在進入紡絲箱530前即因降溫而凝固。之后，紡絲液由紡絲液管路520流入紡絲箱530，并通過中空紡嘴板531以形成復數中空紡口絲，此時，通過抽氣裝置541對抽氣室540抽氣，可帶走中空紡口絲的熱能，使中空紡口絲初步固化，以形成復數中空半固化絲，抽氣裝置541的抽氣速率可為5m/s～12m/s，接者，以送風裝置551所提供的冷卻風，使中空半固化絲冷卻固化，以形成復數固化絲，并以集束上油裝置560對固化絲集束上油，以形成集束絲，通過牽伸裝置570中的第一牽伸輪571、第二牽伸輪組573、第三牽伸輪組574、第四牽伸輪組575、第五牽伸輪組576以及第六牽伸輪組577對集束絲予以延伸，并通過牽伸裝置570中的油輪組572對集束絲上油，以形成延伸絲，其中，第一牽伸輪571的轉速可為580m/min～780m/min，第二牽伸輪組573的轉速可為615m/min～815m/min、溫度可為55℃～65℃，第三牽伸輪組574的轉速可為1700m/min～2300m/min、溫度可為130℃～150℃，第四牽伸輪組575的轉速可為2600m/min～3200m/min、溫度可為200℃～220℃，第五牽伸輪組576的轉速可為2950m/min～3350m/min、溫度可為210℃～230℃，第六牽伸輪組577的轉速可為2780m/min～ 3180m/min、溫度可為170℃～190℃。最后，通過卷曲裝置580將延伸絲卷繞于圓柱件581，卷曲裝置580的轉速可為2800m/min～3200m/min，以獲得尼龍66中空纖維。

<尼龍66中空纖維>

本發明的尼龍66中空纖維可通過前述尼龍66中空纖維的制造方法與尼龍66中空纖維的生產設備所制得，尼龍66中空纖維的中空率可為8％～12％，習用尼龍66中空纖維的中空率約為1％至3％，通過本發明制造方法與生產設備，可大幅提高尼龍66中空纖維的中空率。此外，本發明的尼龍66中空纖維的強度可為7.0g/d～9.0g/d，伸率可為20％～26％，顯示尼龍66中空纖維在具有高中空率的前提下，仍能維持其強度、伸率等物性。

<實施例與比較例>

實施例1：將市售的尼龍66樹脂顆粒進行黏度調整步驟，即將尼龍66樹脂顆粒置于干燥桶中，并將經過加熱器加熱過、溫度為175℃的氮氣以800Nm³/hr的速度通入干燥桶，桶槽內的露點為-20℃，使尼龍66樹脂顆粒進行固聚，固聚時間為24小時，使尼龍66樹脂顆粒的硫酸相對黏度為3.2至3.4。接著，進行一水分調整步驟，即將進行過黏度調整步驟的尼龍66樹脂顆粒在氮氣條件下，以90℃～100℃的溫度進行干燥，使尼龍66樹脂顆粒的含水量為500ppm至2000ppm。將進行過黏度調整步驟與水分調整步驟的尼龍66樹脂顆粒以圖5的生產設備進行紡絲，其中押出機510的溫度設定為290℃至295℃，紡絲液管路520與紡絲箱530的溫度設定為290℃至295℃，抽氣裝置541以5m/sec～12m/sec的抽氣速率對抽氣室540抽氣，冷卻裝置551提供18℃、風速為0.55m/s的冷卻風，第一牽伸輪571的轉速為680m/min，第二牽伸輪組573的轉速可為715m/min、溫度為60℃，第三牽伸輪組574的轉速為2000m/min、溫度為140℃，第四牽伸輪組575的轉速為2900m/min、溫度為210℃，第五牽伸輪組576的轉速為3150m/min、溫度為220℃，第六牽伸輪組577的轉速為2980m/min、溫度為180℃，卷曲裝置580的轉速為3000m/min，借此獲得規格為235/72的尼龍66中空纖維，關于實施例1的步驟條件列于下表一。應說明的是，前述規格中，235是代表當尼龍66中空纖維為實心時應有的丹尼(Denier)，由于實施例1尼龍66中空纖維為中空，其實際丹 尼比235低，關于實施例1的實際丹尼請見下表二。

比較例1：比較例1與實施例1的差異在于將紡絲箱530的中空紡嘴板531更換為圓形紡嘴板(紡嘴板上紡孔的形狀以及數目皆改變)，未使用抽氣裝置541對抽氣室540抽氣，且未使用牽伸裝置570中的油輪組572對集束絲上油，其他步驟條件皆相同實施例1相同，且列于下表一，借此獲得規格為235/68的尼龍66實心纖維。

比較例2：比較例2與實施例1的差異在于未使用抽氣裝置541對抽氣室540抽氣，且未使用牽伸裝置570中的油輪組572對集束絲上油，其他步驟條件皆相同實施例1相同，且列于下表一，借此獲得規格為235/72的尼龍66中空纖維。

將實施例1、比較例1以及比較例2進行實際丹尼、強度、伸率以及中空率的量測，其中實際丹尼的量測方式是依照ASTM D1907-2010的規范、強度的量測方式是依照ASTM2256的規范、伸率的量測方式是依照ASTM2256的規范進行，中空率的量測方式是利用掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope；SEM)得到實施例1以及比較例2尼龍66中空纖維斷面的SEM照片，量測尼龍66中空纖維的中心孔徑以及最大外徑，中空率(％)＝(中心孔徑/最大外徑)＊100％，并將結果列于表二。

由表二可知，實施例1的中空率遠大于比較例2，顯見本發明的尼龍66中空纖維的制造方法及生產設備可有效提高尼龍66中空纖維的中空率。實施例1的強度優于比較例1、伸率可媲美比較例1，顯見本發明的尼龍66中空纖維在具有高中空率的情況下，仍可維持其強度與伸率等的物性，可與尼龍66實心纖維媲美。

實施例2：將實施例1的尼龍66中空纖維進一步加工為規格450/144的空氣變形紗(AIR-TEXTURED YARN，ATY)，并進行編織，以得到經密＊緯密為49＊35的織布，經密及緯密的單位皆為條/吋。

比較例3：將比較例1的尼龍66實心纖維進一步加工為規格500/136的空 氣變形紗，并進行編織，以得到經密＊緯密為49＊35的織布，經密及緯密的單位皆為條/吋。

將實施例2與比較例3的織布進行耐磨性(Taber Abrasion)、撕裂強度(Tearing Strength)及拉伸強度(Tensile Strength)的量測，其中耐磨性是依照ASTMD-3884(2000cycle)的規范進行量測，撕裂強度是依照ISO 13937-2的規范進行量測，拉伸強度是依照ISO 13934-1的規范進行量測，并將量測結果列于表三。

由表三可知，實施例2的織布以尼龍66中空纖維制成的空氣變形紗織成，比較例3的織布以尼龍66實心纖維制成的空氣變形紗織成，實施例2空氣變形紗的丹尼小于比較例3，然而，實施例2織布耐磨性與撕裂強度優于比較例3，拉伸強度僅略遜于比較例3，顯見本發明尼龍66中空纖維所制成的織布在滿足輕量化的同時，可維持撕裂強度與拉伸強度，并具有優良的耐磨性。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其并非用以限定本發明，任何熟悉此技藝者，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護范圍當視所附的權利要求書所界定的范圍為準。