Wie Nylonfasern hergestellt werden: Anwendungen, Auswahlkriterien und praktische Anleitungen

Eine Spinndüsenplatte für Textilnylon kann mehr als 300 Löcher in einer Scheibe mit einem Durchmesser von etwa 60 mm aufnehmen. Jedes Loch muss stundenlang geschmolzenes Polyamid mit der gleichen Geschwindigkeit und der gleichen Temperatur herausdrücken. Ein leicht heißes oder leicht verstopftes Loch zeigt sich später als Farbstreifen, gebrochenes Ende oder als Denier-Wert, der außerhalb der Toleranz der fertigen Stoffspezifikation liegt.

Die kurze Antwort auf die Herstellung von Nylonfasern lautet: Kleine Moleküle werden zu einem langkettigen Polyamid umgesetzt, das Polymer wird geschmolzen und durch feine Löcher gedrückt, die Filamente werden abgekühlt und dann gedehnt, bis sich ihre Molekülketten ausrichten. Vier Stufen erledigen die Arbeit – Monomervorbereitung, Polymerisation, Schmelzspinnen und Ziehen mit Endbearbeitung – und jede einzelne hinterlässt einen messbaren Fingerabdruck auf der Faser: Denier, Filamentzahl, Zähigkeit, Dehnung, Schrumpfung, Kräuselung und Farbstoffaufnahme.

Alles, was nachgelagert ist, vom Texturieren bis zum Weben, Stricken und Färben, kann nur mit dem funktionieren, was die Spinnerei produziert hat. Deshalb sind die nützlichen Fragen für einen Käufer selten „Was ist Nylon“, sondern „Welche Route, welche Ziehbedingungen und welche Toleranzen“.

Die Chemie: Zwei Monomere und ein Wassermolekül

Nylon ist ein Polyamid. Sein Rückgrat wiederholt eine Amidbindung, und die freien Amingruppen, die an den Kettenenden verbleiben, sind die Farbstoffstellen, an die sich Säurefarbstoffe anlagern. Deshalb lässt sich Nylon gut in einem herkömmlichen Färbebad färben, während Polyester 130 °C und Dispersionsfarbstoffe benötigt.

Nylon 6,6 besteht aus Adipinsäure und Hexamethylendiamin. Die beiden werden zu einem Salz vermischt und dann unter Stickstoff auf etwa 270–290 °C erhitzt. Dabei handelt es sich um eine Kondensationspolymerisation und Wasser ist das Nebenprodukt, das zur Erhöhung des Molekulargewichts ausgetrieben werden muss; Beide Monomere tragen sechs Kohlenstoffatome, daher der Name.

Nylon 6 geht von Caprolactam aus, einem Ring mit sechs Kohlenstoffatomen, der bei etwa 240–270 °C geöffnet und polymerisiert wird, wobei eine kleine Menge Wasser als Initiator fungiert. Es gibt kein Wasser als Nebenprodukt, das entfernt werden muss. Die ersten kommerziellen Nylonfasern aus diesen Routen kamen Ende der 1930er Jahre auf den Markt.

Das Molekulargewicht bestimmt alles, was nach dem Reaktor passiert, und Späne in Faserqualität werden normalerweise durch die relative Viskosität in Ameisensäure gesteuert. Zu niedrig, und die Spinnbrüche steigen, während die Zähigkeit sinkt. Zu hoch, und die Schmelzviskosität steigt, bis der Packungsdruck instabil wird und die Gleichmäßigkeit der Filamente beeinträchtigt wird.

Schmelzspinnen: Vom Chip zum Filament

Beide Polyamide werden schmelzgesponnen, d. h. das Polymer wird erhitzt, bis es fließt, sodass keine Lösungsmittelrückgewinnung erforderlich ist und das Verfahren kostengünstiger ist als das Lösungsspinnen, das für einige andere Fasern verwendet wird. Der Ablauf auf einer modernen Linie läuft so ab.

1. Trocknen. Nylon ist hygroskopisch, daher werden die Späne getrocknet, bis der Feuchtigkeitsgehalt unter etwa 0,03 bis 0,05 Prozent fällt. Restwasser hydrolysiert die Schmelze und verursacht Blasen und Filamentbrüche.
2. Schmelzen und Dosieren. Ein Schneckenextruder schmilzt die Späne bei 250–290 °C, eine Zahnradpumpe fördert ein festes Volumen pro Umdrehung. Durch Überhitzung zersetzt sich Polyamid schnell.
3. Filtration. Eine Sand- oder Metallfaserpackung fängt Gele, Agglomerate und Ablagerungen ein. Der Packungsdruck, der oft zwischen 10 und 20 MPa liegt, ist einer der deutlichsten Indikatoren für die Qualität der Schmelze.
4. Extrusion. Die Spinndüse formt das Filament. Lochdurchmesser liegen üblicherweise zwischen 0,15 und 0,5 mm, und die Anzahl der Löcher bestimmt die Filamentanzahl – beispielsweise 36 Filamente für ein 70-Denier-Garn.
5. Abschrecken. Quer- oder Radialluft bei 15-25 °C verfestigt die Filamente. Durch ungleichmäßiges Abkühlen entstehen unregelmäßige Querschnitte, und unregelmäßige Querschnitte färben sich ungleichmäßig.
6. Spin-Finish. Eine Emulsion auf Wasserbasis wird aufgetragen, damit die Filamente die Reibung und das antistatische Verhalten aufweisen, die beim Ziehen, Texturieren und Stricken erforderlich sind. Die Ölaufnahme liegt typischerweise zwischen 0,4 und 0,8 Prozent.
7. Aufnahme. Herkömmliche Leinen wickeln mit 1.000-1.500 m/min und ziehen in einem zweiten Schritt ein. Hochgeschwindigkeitsanlagen laufen mit 4.000–6.000 m/min und produzieren teilweise orientiertes Garn (POY) für die spätere Texturierung.

Das Ziehen macht die Faser stark, die Hitzefixierung macht sie stabil

Direkt aus der Spinndüse ist Nylon schwach. Die langen Ketten liegen verheddert und unregelmäßig ausgerichtet, sodass sie unter Belastung aneinander vorbeigleiten. Durch das Ziehen wird das Filament auf das Drei-, Vier- oder Fünffache seiner ursprünglichen Länge gezogen, wodurch die Ketten ausgerichtet werden und die Kristallinität erhöht wird. Die Festigkeit steigt bei Textilqualitäten auf 4,5 bis 7,5 g/Denier, wobei die Bruchdehnung auf etwa 20 bis 45 Prozent kontrolliert wird.

Durch die Wärmefixierung werden dann die inneren Spannungen gelockert und die Kräuselung fixiert, die bestimmt, wie stark das Garn schrumpft, wenn der Stoff später in einer Mühle erhitzt wird. Ein Garn, das um drei Prozent stärker schrumpft als die vorherige Charge, kann eine Fabrik zwei bis drei Prozent der nutzbaren Stoffbreite kosten, und bei einer langen Produktion ist das echtes Geld.

Nylon 6 und Nylon 6,6: Ähnlich, nicht austauschbar

Beide sind Polyamide, beide werden schmelzgesponnen und beide werden mit Säurefarbstoffen gefärbt. Die Unterschiede zeigen sich in der Verarbeitung der Fenster und in der Haptik des fertigen Stoffes.

Wählen Sie Nylon 6, wenn es auf Weichheit und Farbtiefe ankommt; Wählen Sie Nylon 6,6, wenn es auf Hitzebeständigkeit ankommt. Ein Austausch gegen das andere ist ein häufiger und kostspieliger Fehler.

Vom Filament zum Stoff: Wo die Faser landet

Nylon verlässt die Spinnlinie in drei großen Formen. Flaches Endlosfilamentgarn wird in leichte gewebte Außen- und Futterstoffe eingearbeitet. Strukturiertes Garn mit seiner Fülle und Dehnbarkeit wird in Badebekleidung, Sportbekleidung und Strumpfwaren verwendet. Hochfeste Garne mit 840–1.680 Denier werden für Teppiche, Seile und industrielle Gurte verwendet.

Gestricktes Nylonnetz zeigt, wie sich Fasereigenschaften auf ein fertiges Produkt übertragen lassen. Trikotnetze basieren auf der Abriebfestigkeit der Faser und ihrer Fähigkeit, sich durch Hitze zu einer stabilen offenen Struktur zu formen, die dennoch ihre Form wiedererlangt, weshalb sie in Futterstoffen, Sport-BHs und technischer Bekleidung zum Einsatz kommen.

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Recyceltes Nylon: Das gleiche Polymer aus einem anderen Ausgangsmaterial

Recyceltes Nylon ist wichtig, weil das Rohmaterial fossilen Ursprungs ist und die Faser nicht biologisch abbaubar ist. Es gibt zwei Wege zurück in die Spinnlinie, deren Ausgabequalität nicht gleich ist.

Beim mechanischen Recycling werden Stoffabfälle, Fischernetze oder Teppiche zu Flocken gemahlen, anschließend wieder geschmolzen und erneut gesponnen. Es spart Energie und verhindert, dass Material auf der Mülldeponie landet, aber wiederholte Hitzeeinwirkung verringert das Molekulargewicht und erhöht die Kontamination, sodass der Ausstoß normalerweise mit neuem Polymer gemischt wird.

Beim chemischen Recycling wird der Abfall wieder zu Caprolactam depolymerisiert, das dann erneut polymerisiert wird. Für Nylon 6 ist dieser Weg gut etabliert und das Polymer verhält sich beim Spinnen wie Neuware, sodass chemisch recyceltes Garn die gleichen Spezifikationen erfüllen kann. Bei Nylon 6,6 ist die Chemie härter und es wird in weniger Betrieben kommerziell eingesetzt.

Durch die Zertifizierung erhalten Käufer ihre Sicherheit, und Standards wie GRS basieren auf Dokumenten der Produktkette und nicht auf einem einzelnen Testergebnis. Diese Komplettlösung von Umwandlung von Nylonabfällen in umweltfreundliche Fasern befolgt die Schritte im Detail.

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Was Sie vor dem Kauf überprüfen sollten

Glasfaserspezifikationen sind nur dann sinnvoll, wenn sie Zahlen enthalten, gegen die Sie viele Einwände erheben können. Fordern Sie auf jedem Analysezertifikat Folgendes an und bewahren Sie Rückstellproben von jeder Lieferung auf.

• Denier- und Filamentzahl mit der angegebenen Toleranz; Plus oder minus zwei bis drei Prozent sind üblich, und ein anhaltendes Defizit verändert still und leise das Stoffgewicht und die Kosten.
• Zähigkeit und Bruchdehnung, mit der genannten Prüfmethode, zum Beispiel ASTM D2256 oder ISO 2062.
• Heißluftschrumpfung bei einer definierten Temperatur, da eine über den Erwartungen liegende Schrumpfung nach der Thermofixierung zu einem Breitenverlust führt.
• Ölaufnahme, weil zu viel oder zu wenig Ausrüstung den Lauf des Garns auf Strick- und Texturiermaschinen verändert.
• Mattierungsgrad – hell, halbmatt oder matt – da der Titandioxidgehalt sowohl den Glanz als auch den Farbton verändert.
• Feuchtigkeitsgehalt und Verpackung, da Nylon beim feuchten Transport Wasser aufnimmt und schwerer und klebriger ankommen kann, als es verlassen hat.
• Farbkonsistenz von Partie zu Partie, insbesondere bei gefärbten oder spinngefärbten Programmen.

Die meisten Ansprüche scheitern eher an kleinen als an dramatischen Zahlen: ein um ein paar Prozent geringerer Denier, ein über den Erwartungen liegender Schrumpf, der die Stoffbreite verschlingt, oder beim Transport aufgenommene Feuchtigkeit. Wenn Sie zwischen Lieferanten wechseln, ohne diese Zahlen auf dem Papier zu vergleichen, fallen diese Kosten unangekündigt an.

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Nichts davon ist exotische Chemie. Nylonfasern werden hergestellt, indem eine Kette gewöhnlicher industrieller Schritte sehr streng durchgeführt wird: Trocknen der Späne, Schmelzen, Filtern, Drücken durch Löcher, gleichmäßiges Abkühlen, Strecken und Fixieren.

Wenn Sie ein Nylonprogramm gegen Polyester abwägen oder neue und recycelte Produkte vergleichen möchten, ist unser Team unter Suzhou Junhui Textil kann die Spezifikation an den Endverbrauch anpassen, von Chips und POY-, FDY- und DTY-Garnen bis hin zu gestrickten und gewebten Stoffen.