于劍平

(中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司滌綸部， 200540)

工業(yè)化應(yīng)用

新型滌綸2222dtex/384f工業(yè)絲生產(chǎn)工藝探索

于劍平

(中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司滌綸部， 200540)

基于高強(qiáng)工業(yè)絲產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝，對(duì)螺桿溫度、羅拉溫度、松弛率等技術(shù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，生產(chǎn)出強(qiáng)度≥8.00 cN/dtex、伸度中心值(17.0±2.0)%和干熱指標(biāo)≤5.0%的2222dtex/384f規(guī)格的滌綸工業(yè)絲產(chǎn)品。

工藝優(yōu)化 螺桿溫度 羅拉溫度 松弛率

在激烈的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下，市場(chǎng)對(duì)滌綸工業(yè)長(zhǎng)絲不斷提出新的品種要求，以滿(mǎn)足在不同使用領(lǐng)域中體現(xiàn)出不同特性。粗旦滌綸工業(yè)長(zhǎng)絲用于重量級(jí)的吊裝帶，具有織造強(qiáng)度損失小、重量輕、價(jià)格低、耐水、耐光、耐腐蝕等特點(diǎn)，用于港口、碼頭集裝箱貨物裝卸，更顯示其優(yōu)越性而被廣泛應(yīng)用，從而替代鋼絲和繩纜。

粗旦滌綸工業(yè)長(zhǎng)絲經(jīng)織造、瀝青涂層處理后制成的土工格柵已被廣泛應(yīng)用于高速公路、鐵路的路基增強(qiáng)和江河湖海的防洪堤壩的加固。由于滌綸工業(yè)長(zhǎng)絲經(jīng)高溫瀝青涂層處理后，或經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間使用后，其強(qiáng)度、抗蠕變性、抗老化性都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)聚丙烯、聚乙烯等材料制成的土工格柵，因此越來(lái)越多地被眾多用戶(hù)所接受，市場(chǎng)的份額也將越來(lái)越大。中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司滌綸部積極開(kāi)發(fā)滿(mǎn)足客戶(hù)要求的產(chǎn)品，以提高裝置競(jìng)爭(zhēng)力。通過(guò)優(yōu)化高強(qiáng)產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝，對(duì)螺桿溫度、側(cè)吹風(fēng)、總倍率、羅拉溫度、松弛率等工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整試驗(yàn)，最終摸索出了1套合適的工藝，生產(chǎn)出符合客戶(hù)要求的產(chǎn)品。

1 2222dtex/384f工業(yè)長(zhǎng)絲的技術(shù)指標(biāo)

1.1 技術(shù)路線(xiàn)

以現(xiàn)裝置固相聚合增黏后的切片(特性黏度為1.060±0.020 dL/g)為原料，采用2222dtex/384f并股生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)符合各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)的2222dtex/384f滌綸工業(yè)長(zhǎng)絲(見(jiàn)表1)。

絲束上油后合股的重疊性是滿(mǎn)足拉伸卷繞的首要條件，也是本產(chǎn)品生產(chǎn)的關(guān)鍵，直接影響到產(chǎn)品的物理性能。

表1 2222dtex/384f滌綸工業(yè)長(zhǎng)絲質(zhì)量指標(biāo)

1.2 生產(chǎn)工藝流程

(1)固相聚合:大有光聚酯濕切片(PD切片)→混合料倉(cāng)→預(yù)結(jié)晶料斗→固相聚合塔→高黏度切片(FD切片)。

(2)紡絲卷繞:FD切片→螺桿擠壓機(jī)→紡絲箱體→側(cè)吹風(fēng)→牽伸(GR)→卷繞成型。

2 牽伸工藝條件的探索

2.1 紡絲速度

熔體細(xì)流被拉長(zhǎng)和固化的過(guò)程，也就是纖維的結(jié)構(gòu)形成和發(fā)展的過(guò)程。它是紡絲過(guò)程中流變學(xué)因素、紡程上的傳熱和高聚物結(jié)晶動(dòng)力學(xué)之間相互作用的結(jié)果。取向和結(jié)晶是纖維的主要結(jié)構(gòu)因素，它們對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量有重要的影響［1］。

高聚物中大分子或鏈段在外力作用下沿作用力方向(纖維軸向)排列的現(xiàn)象稱(chēng)為大分子取向。在應(yīng)力場(chǎng)中，結(jié)構(gòu)單元沿外力作用方向進(jìn)行擇優(yōu)排列，這種排列是大分子結(jié)構(gòu)單元對(duì)外力作用的響應(yīng)。由于在以后的牽伸過(guò)程中還有一次取向，故把紡絲過(guò)程中的取向稱(chēng)為預(yù)取向［2］。

紡絲過(guò)程中的取向有兩種:一種是處于熔體狀態(tài)下的流動(dòng)取向，另一種是纖維固化之后的形變?nèi)∠颉Ｈ垠w的牽伸流動(dòng)取向，主要受軸向速度梯度控制，所以紡絲速度高，纖維成形過(guò)程的穩(wěn)定性好，且質(zhì)量好。但是紡絲速度過(guò)高，絲條張力就會(huì)大幅度增加，從而導(dǎo)致紡絲斷頭率急劇上升。

2.2 紡絲溫度的確定

螺桿前三區(qū)溫度控制主要是起到混合熔融作用，穩(wěn)定螺桿壓力，減少熔體溫度波動(dòng);螺桿后三區(qū)溫度主要是調(diào)節(jié)熔體的特性黏度，提高其流變性能［3］。由于2222dtex/384f生產(chǎn)時(shí)是并股絲，紡絲擠出量未發(fā)生變化，所以紡絲溫度未做調(diào)整。實(shí)際生產(chǎn)中，則根據(jù)高黏度切片黏度的變化來(lái)控制后三區(qū)溫度，使熔體塑化均勻，減少熱分解的可能性。最終后三區(qū)溫度控制在314～320℃時(shí)，絲束的特性黏度在0.80～0.90范圍內(nèi)(見(jiàn)圖1)。

圖1 螺桿溫度與成品絲特性黏度關(guān)系

2.3 紡絲冷卻條件的確定

熔體紡絲成形過(guò)程中的傳熱是對(duì)流傳熱，生產(chǎn)中采用側(cè)吹風(fēng)(QS)進(jìn)行強(qiáng)制對(duì)流傳熱，側(cè)吹風(fēng)冷卻條件是成形過(guò)程中的決定因素，使初生纖維冷卻凝固點(diǎn)一致，單絲內(nèi)外層凝固均勻，最終使非晶區(qū)的取向度降低，未拉伸絲的取向度均勻。側(cè)吹風(fēng)風(fēng)速過(guò)低會(huì)造成單絲內(nèi)外層凝固不均勻，使拉伸中單絲斷裂頻率高;側(cè)吹風(fēng)風(fēng)速過(guò)高時(shí)，由于風(fēng)速與雷諾數(shù)成正比，當(dāng)雷諾數(shù)增大時(shí)，成形中的絲束受到側(cè)吹風(fēng)給予附加張力波動(dòng)也就隨之增大，容易造成熔體破裂，觀察可發(fā)現(xiàn)絲束晃動(dòng)加劇，單絲斷裂頻率高。所以選擇合適的風(fēng)速，避免由于未拉伸絲的取向度不一致，而導(dǎo)致拉伸過(guò)程中的單絲斷裂。側(cè)吹風(fēng)風(fēng)速為30～45 m/min時(shí)，紡絲的制絲性能處于最佳狀態(tài)。

2.4 拉伸定型條件的控制

2.4.1 拉伸點(diǎn)溫度的影響

關(guān)于拉伸點(diǎn)處溫度的工藝討論已經(jīng)有很多結(jié)論，初生纖維的應(yīng)力－應(yīng)變性質(zhì)對(duì)溫度非常敏感，在拉伸過(guò)程中，為提高纖維的強(qiáng)度和其他機(jī)械性能，必須使結(jié)構(gòu)單元(鏈段、大分子鏈、鏈?zhǔn)?沿纖維軸取向。為此，要提高溫度供給結(jié)構(gòu)單元以足夠的熱運(yùn)動(dòng)能量。實(shí)際拉伸過(guò)程還會(huì)產(chǎn)生熱效應(yīng)，使溫度上升，使得拉伸點(diǎn)也會(huì)發(fā)生移動(dòng)。一般設(shè)置在玻璃化溫度附近80℃左右。

2.4.2 拉伸倍率的影響

總拉伸倍率、各段拉伸倍率的配比涉及到穩(wěn)定控制拉伸點(diǎn)和防止絲束在拉伸區(qū)域內(nèi)過(guò)度結(jié)晶。拉伸點(diǎn)的漂移和絲束在拉伸區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生不必要的結(jié)晶都會(huì)產(chǎn)生大量的毛絲。本裝置從1GR－4GR共經(jīng)歷了3級(jí)拉伸:1GR－2GR之間為預(yù)拉伸，2GR－3GR之間為一級(jí)拉伸，3GR－4GR之間為二級(jí)拉伸。并股后絲束張力增大，拉伸形變比原先困難，為了保持指標(biāo)所要求的高斷裂強(qiáng)度要求，要適當(dāng)提高拉伸倍數(shù)。拉伸倍率與原絲特性關(guān)系見(jiàn)圖2。從圖2可以看出，總拉伸倍率在5.85～6.05之間，絲束能保持較高的斷裂強(qiáng)度和較低的伸長(zhǎng)，單絲斷裂次數(shù)最少。

圖2 拉伸倍率與原絲特性關(guān)系

2.4.3 定型條件的探索

(1)4GR溫度的控制。4GR主要起到對(duì)纖維進(jìn)行熱定型作用，為了保持較低的干熱收縮率，使產(chǎn)品具有很好的熱穩(wěn)定性，找到最佳的4GR控制溫度。當(dāng)4GR溫度控制在230～236℃時(shí)，干熱收縮率控制在質(zhì)量指標(biāo)范圍內(nèi)。而我們將4GR溫度設(shè)置為228～236℃(見(jiàn)圖3)。

圖3 4GR溫度與干熱收縮率的關(guān)系

(2)松弛率的調(diào)整。松弛區(qū)(4GR－5GR)，隨著纖維的結(jié)構(gòu)變得規(guī)整，纖維的形變劇烈下降，拉伸作用停止。在此區(qū)內(nèi)纖維不再發(fā)生形變。松弛即解取向，松弛率的大小與內(nèi)應(yīng)力的消除程度有很大關(guān)系，松弛使內(nèi)應(yīng)力大部得以消除，大分子鏈的聯(lián)結(jié)點(diǎn)得到加固，在很大程度上改善了纖維的品質(zhì)［4］。松弛率與卷繞絲的特性見(jiàn)圖4。

圖4 松弛率與原絲特性關(guān)系

由圖4可以看出，隨著松弛率的上升，干熱收縮率下降，強(qiáng)度有所下降，最終該品種的松弛率范圍控制為2.0%～3.5%。

2.4.4 網(wǎng)絡(luò)器的控制

為提高絲束的抱合性，二束絲束并股后需要調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)器的工作壓力，以提高絲束的網(wǎng)絡(luò)度，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)器壓力提高到0.55～0.60 MPa時(shí)，由于網(wǎng)絡(luò)器工作室較窄，容易造成絲束碰壁而產(chǎn)生毛絲，所以必須適當(dāng)調(diào)整絲束經(jīng)過(guò)工作室的中心位置，防止絲束的分叉。

3 質(zhì)量統(tǒng)計(jì)

試生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量及其性能指標(biāo)見(jiàn)表2。通過(guò)數(shù)據(jù)可以看出，工藝探索獲得了成功，滿(mǎn)足了用戶(hù)的要求。通過(guò)表2的檢測(cè)項(xiàng)目可知，在控制產(chǎn)品斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的同時(shí)，其干熱收縮率同樣得以有效控制且僅為3.5%。

表2 2222dtex/384f產(chǎn)品質(zhì)量匯總

4 結(jié)語(yǔ)

(1)通過(guò)對(duì)并股絲道的調(diào)整，以及紡絲、卷繞工藝條件的摸索和試驗(yàn)，確定了生產(chǎn)2222dtex/384f中收縮型滌綸工業(yè)長(zhǎng)絲的生產(chǎn)工藝，并實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)。

(2)松弛率對(duì)斷裂強(qiáng)度和干熱收縮率有著較大的影響，但對(duì)斷裂伸長(zhǎng)的影響不明顯。

(3)以新工藝生產(chǎn)滌綸2222dtex/384f工業(yè)絲，單絲斷裂和毛絲發(fā)生率相對(duì)較低，相關(guān)物試指標(biāo)達(dá)到試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。

［1］ 吉振坡，石相如，曲振峰．滌綸工業(yè)絲的生產(chǎn)現(xiàn)狀和發(fā)展前景［J］．河南化工，2005，22(5):10 －12．

［2］ 周松亮，周維主編．滌綸工業(yè)長(zhǎng)絲的生產(chǎn)與應(yīng)用［M］．北京:中國(guó)紡織出版社，1998．

［3］ 李允成，徐心華．滌綸長(zhǎng)絲生產(chǎn)［M］．2版．北京:中國(guó)紡織出版社，1995．

［4］ 李旭，王鳴義．直接紡絲法制備超高強(qiáng)度滌綸短纖維的工藝研究［J］．合成纖維，2008(10):37－39．

Exploration on Production Process of New Type 2222dtex/384f Polyester Industrial Filament

Yu Jianping
(Polyester Division，SINOPEC Shanghai Petrochemical Co．，Ltd．200540)

Based on the production process of high － strength industrial filament products，the technical parameters such as screw temperature，roller temperature and relaxation rate were optimized，so that the 2222dtex/384f polyester industrial filament product with strength ≥8．00 cN/dtex，extension center value(17．0 ±2．0)%and dry heat index ≤5．0%was produced．

process optimization，screw temperature，roller temperature，relaxation rate

1674－1099 (2012)04－0038－03

TQ342+.2

A

2012-03-27。

于劍平，男，1979年出生，畢業(yè)于四川大學(xué)化學(xué)纖維專(zhuān)業(yè)，工程師，從事滌綸工業(yè)長(zhǎng)絲研發(fā)和生產(chǎn)管理工作。