戚傲春

(江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江陰214433)

聚酯瓶具有質(zhì)量輕、不易破碎、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，在食品包裝上應(yīng)用廣泛。但廢舊聚酯瓶很難降解，且焚燒會(huì)產(chǎn)生有害氣體，污染環(huán)境。很多企業(yè)以聚酯瓶片等廢聚酯為原料，采用切片熔體紡絲工藝生產(chǎn)再生有色滌綸短纖維，其在后道工序中不需要染色。生產(chǎn)再生滌綸短纖維相比長絲技術(shù)要求低。再生滌綸短纖維強(qiáng)度低，疵點(diǎn)多，存在超倍長纖維，可通過紡紗彌補(bǔ)某些缺陷，且單耗低，1 t聚酯瓶片可以生產(chǎn)約0.98 t的再生滌綸短纖維;而生產(chǎn)1 t滌綸卻要消耗6 t石油，生產(chǎn)再生滌綸短纖維具有原料成本低、利潤高、環(huán)保的特點(diǎn)。作者以聚酯瓶片等廢聚酯為原料，生產(chǎn)出多種規(guī)格的白色和有色再生滌綸短纖維，探討了各生產(chǎn)工序的技術(shù)要點(diǎn)，以供同行借鑒。

1 再生滌綸短纖維生產(chǎn)工藝流程

與常規(guī)滌綸短纖維的生產(chǎn)相比，再生滌綸短纖維的生產(chǎn)過程中僅前紡增加了原料的篩選及配料工序，其生產(chǎn)工藝如圖1所示。

圖1 再生滌綸短纖維生產(chǎn)工藝流程Fig.1 Flow chart of regenerated polyester staple fiber production

2 生產(chǎn)工藝

2.1 前紡工藝

2.1.1 篩選

篩選的目的是將原料中的雜質(zhì)剔除，保證成品纖維質(zhì)量。聚酯瓶、醫(yī)學(xué)用的膠片、聚酯捆包帶、滌綸生產(chǎn)過程中的下腳料如廢漿塊廢絲等都可以用來生產(chǎn)再生滌綸短纖維。這些原料中雜質(zhì)多，如橡膠密封墊、聚氯乙烯(PVC)等。PVC分解點(diǎn)低、高溫下分解產(chǎn)生的碳化物易堵塞噴絲孔，同時(shí)促使聚酯降解，生產(chǎn)滌綸色澤發(fā)黑暗，疵點(diǎn)增多，PVC質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過1%紡絲難以成形［1］。生產(chǎn)過程中，在螺桿擠壓機(jī)和紡絲箱體之間安裝一個(gè)可切換的雙室過濾器，紡絲組件中用海砂和多層金屬網(wǎng)組成的過濾層，可過濾熔體中的雜質(zhì)。

2.1.2 配料

透明聚酯瓶片加入質(zhì)量分?jǐn)?shù) 0.02% ～1.00%的增白劑可生產(chǎn)白色滌綸短纖維，雜色瓶片加入適量的色母粒生產(chǎn)有色滌綸短纖維;為了降低成本也可直接用色粉，在轉(zhuǎn)鼓干燥出料前2 h加入，并停止抽真空。由于瓶片較薄、蓬松，特性黏數(shù)大、相對(duì)分子質(zhì)量分布寬而熔點(diǎn)較低，進(jìn)入螺桿擠壓機(jī)由固態(tài)熔融成液態(tài)時(shí)，其體積迅速減小，造成紡絲壓力不穩(wěn)定，可添加適當(dāng)比例的泡料配成混合料來解決。泡料由廢漿塊粉碎或廢絲廢聚酯材料在加熱爐中加熱微融粘結(jié)粉碎制得。泡料特性黏數(shù)小、顆粒狀，熔融后體積變化小?；旌狭先垠w黏度低，紡絲易斷頭，難以拉伸，成品纖維強(qiáng)度低。由于干燥和紡絲過程中聚酯特性黏數(shù)約降解0.05 dL/g，通常要求混合料的特性黏數(shù)在0.67～0.72 dL/g比較合適。如果聚酯瓶片混合料特性黏數(shù)小，可加入擴(kuò)鏈劑來提高。

2.1.3 干燥

干燥的目的是去除水分，提高原料的的結(jié)晶度，防止紡絲形成氣泡產(chǎn)生毛絲或斷頭，同時(shí)減少聚酯的水解。聚酯瓶片經(jīng)清潔烘干后，仍含1%～4%的水分。采用真空轉(zhuǎn)鼓干燥機(jī)干燥，真空度低于 －0.09 MPa，轉(zhuǎn)速 4 r/min，干燥溫度110～150℃;若配料中有色母粒因其熔點(diǎn)較低，干燥溫度控制在110～130℃;一般干燥8～12 h，瓶片含水率低于50 μg/g。生產(chǎn)有色滌綸短纖維時(shí)，色母粒與瓶片的質(zhì)量差異大，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動(dòng)使色母粒在原料中分布不勻，先出的料要和后出的料混合后再喂入螺桿擠壓機(jī)，以減小色差。

2.1.4 紡絲

紡絲溫度高，熔體的黏度低，流動(dòng)性好，飄絲和斷頭少，紡絲順利;但溫度過高，導(dǎo)致熔體熱降解，熔體黏度過低，絲條易粘附噴絲板，造成注頭絲、并絲多;紡絲溫度過低，熔體黏度過高、流動(dòng)性差，造成熔體輸送困難、易出現(xiàn)漏漿，產(chǎn)生硬絲、絲條條干差，后拉伸時(shí)易產(chǎn)生毛絲和斷絲。一般紡絲溫度為 270～285℃，溫度波動(dòng)控制在±2℃。生產(chǎn)有色滌綸短纖維因色母粒黏度低，含的著色劑易升華，紡絲溫度相應(yīng)降低5～15℃。原料中雜質(zhì)含量高，螺桿擠壓機(jī)在高溫下工作磨損快，使用一段時(shí)間后螺桿與套筒間的間隙增大，熔體回流增多，紡絲溫度設(shè)定的低一些。生產(chǎn)中可從噴絲板出絲的“光環(huán)”情況來判斷紡絲溫度，如果“光環(huán)”很窄很亮、上下跳動(dòng)不穩(wěn)定，說明紡絲溫度過高;如果“光環(huán)”寬而暗，說明紡絲溫度過低;如果“光環(huán)”明亮，1 cm寬左右、不跳動(dòng)，說明紡絲溫度比較適中。

2.1.5 環(huán)吹風(fēng)冷卻

滌綸短纖維的生產(chǎn)通常采用環(huán)吹風(fēng)冷卻絲束。生產(chǎn)中為了降低成本一般沒有專業(yè)的空調(diào)，夏季在風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口處用水簾降低風(fēng)溫，冬季噴蒸汽提高風(fēng)溫，同時(shí)起到調(diào)節(jié)風(fēng)濕的作用。

滌綸短纖維紡絲根數(shù)多、絲束密集，如風(fēng)速很低，冷卻風(fēng)只能接觸到外層絲束吹不到內(nèi)層絲束，造成內(nèi)外層絲束冷卻條件差異大，增大原絲條干不勻、并絲增多。風(fēng)速大小以能均勻吹到所有絲束為準(zhǔn)，一般為 0.5 ～4.0 m/s。

紡絲速度高，熱交換量增加，應(yīng)加快絲束冷卻，風(fēng)溫低些。為了提高后拉伸倍數(shù)，選擇較低風(fēng)溫;風(fēng)溫低，纖維預(yù)取向度低，后拉伸倍數(shù)可以大些。選擇合適的風(fēng)溫，可以控制纖維的結(jié)晶度，減少毛絲和斷頭，有利于后道工序加工，風(fēng)溫一般控制在20～30℃。

增加風(fēng)濕可以增大冷卻風(fēng)的比熱，加速絲條的冷卻，減少紡絲時(shí)產(chǎn)生的靜電，減少絲條的抖動(dòng)，有利于絲束冷卻溫度恒定，減少并絲;風(fēng)濕度偏低，絲束的手感發(fā)干發(fā)澀，絲束冷卻不均勻，斷頭絲較多。相對(duì)濕度控制在65%～80%。

2.1.6 上油

上油率低，纖維易產(chǎn)生靜電;上油過多，容易粘輥。通常，油水比控制在20% ～25%，纖維最終上油率控制在0.1% ～0.2%可保證再生滌綸短纖維的可紡性。初生纖維存放8～24 h，油劑可均勻擴(kuò)散，消除內(nèi)應(yīng)力。

2.2 后紡工藝

2.2.1 集束

集束的總線密度主要由牽伸機(jī)的牽伸能力和卷曲輪的寬度決定，進(jìn)入卷曲機(jī)的絲片寬度與卷曲輪寬度要相匹配。總絲束過粗，絲片就厚，纖維的卷曲度降低，卷曲效果變差;總絲束過細(xì)，絲片太薄，絲片進(jìn)絲不勻，出現(xiàn)卷曲橫斑。一般卷曲輪寬度承擔(dān)(4.44 ～6.66)×103dtex/mm 為宜［2］，集束纖維的總線密度變動(dòng)控制在±4%。

2.2.2 拉伸

生產(chǎn)再生滌綸短纖維采用兩道拉伸，第一道拉伸采用熱的油水浴為加熱介質(zhì)，有利于拉伸點(diǎn)穩(wěn)定;第二道拉伸采用過熱蒸汽為加熱介質(zhì)，利于快速提高絲束的溫度。拉伸倍數(shù)與紡絲速度應(yīng)相匹配，紡絲速度提高，總拉伸倍數(shù)減小。一般紡絲速度每提高 100 m/min，總拉伸倍數(shù)減小 0.1［3］。生產(chǎn)再生滌綸短纖維時(shí)，紡絲速度一般控制在600 ～1 200 m/min，拉伸倍數(shù)為 3.5 ～5.0。一般原料特性黏數(shù)大，總拉伸倍數(shù)大。如第二第三道牽伸機(jī)纏輥嚴(yán)重，改變加熱介質(zhì)溫度仍未解決，通過降低總拉伸倍數(shù)，提高紡絲速度來解決。采用二道拉伸工藝，第一道拉伸倍數(shù)較大，主要消除纖維細(xì)頸;第二道拉伸倍數(shù)較小，主要使纖維更加均勻;當(dāng)?shù)谝坏览毂稊?shù)與總拉伸倍數(shù)之比超過90%時(shí)，纖維強(qiáng)度下降，伸長率變大，纖維性能變差，所以生產(chǎn)中第一道拉伸倍數(shù)占總拉伸倍數(shù)的85%～90%為宜。如第二第三道牽伸機(jī)中有一道纏輥嚴(yán)重，通過降低第一道拉伸倍數(shù)、提高第二道拉伸倍數(shù)而總拉伸倍數(shù)不變來解決。

拉伸時(shí)加熱介質(zhì)溫度要高于滌綸的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)。滌綸初生纖維完全無定形，Tg約67℃。第一道拉伸在熱的油水浴中進(jìn)行，由于油水的增塑作用，滌綸Tg降低約20℃，因此，在生產(chǎn)中水溫一般控制在60～80℃。經(jīng)過第一道拉伸后，PET部分結(jié)晶，取向度提高，Tg提高到約81℃。因此，第二道拉伸要在較高的溫度下進(jìn)行，生產(chǎn)中采用130～150℃的過熱蒸汽(蒸汽壓力大于0.1 MPa)將絲束加熱到100～120℃。

2.2.3 卷曲

纖維卷曲加工可以增大纖維間的抱合力，提高可紡性。通常，棉型滌綸短纖維卷曲數(shù)為4～7個(gè)/cm，毛型3～5個(gè)/cm，卷曲度11% ～14%為宜。采用填塞箱機(jī)械卷曲機(jī)加工時(shí)，背壓是決定絲束卷曲數(shù)的主要因素，主壓與背壓要匹配，主壓要大于背壓，主壓一般為0.3～0.6 MPa，背壓為0.2 ～0.3 MPa，纖維卷曲度和卷曲數(shù)同時(shí)滿足優(yōu)等品的質(zhì)量要求。絲束進(jìn)入卷曲機(jī)的溫度控制在90～100℃，可穩(wěn)定卷曲，消除卷曲時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力;但卷曲溫度過高，絲束會(huì)粘結(jié)，造成卷曲不良。

2.2.4 松弛熱定型

松弛熱定型可消除內(nèi)應(yīng)力，降低纖維收縮率和回潮率。采用鏈板式松弛熱定型機(jī)，絲束不容易亂、減少超長纖維的產(chǎn)生;烘干區(qū)溫度必須在100℃以上，還要考慮油劑的耐熱性，烘干區(qū)溫度一般為110～120℃;熱定型區(qū)溫度比烘干區(qū)溫度高一點(diǎn)，熱定型區(qū)溫度過高，卷曲度減小，纖維強(qiáng)度下降，伸長率增大，熱定型區(qū)溫度一般為120～130℃;烘干熱定型時(shí)間控制在15～20 min，生產(chǎn)的再生滌綸短纖維回潮率為0.4% ～0.6%。

2.2.5 切斷

纖維的長度根據(jù)客戶的需要切斷，切斷工序絲束張力大則切斷長度比要求的偏短;張力小則切斷長度偏長;調(diào)節(jié)切斷機(jī)前的張力裝置使得絲束張力均勻、適中，來減小長度偏差。頭尾絲、亂絲等要及時(shí)取出;嚴(yán)防鉤刀等金屬物被絲束帶入切斷機(jī);硬絲、接頭絲要在切斷前及時(shí)撿出。通過工序工藝參數(shù)的優(yōu)化調(diào)節(jié)，生產(chǎn)了3種規(guī)格的再生滌綸短纖維，其質(zhì)量指標(biāo)見表1。

表1 再生滌綸短纖維質(zhì)量指標(biāo)Tab.1 Quality index of regenerated polyester staple fiber

3 結(jié)論

a.以聚酯瓶片等廢聚酯為原料，通過切片紡絲可生產(chǎn)再生有色滌綸短纖維，具有原料成本低，利潤高、環(huán)保等特點(diǎn)。

b.再生滌綸原料特性黏數(shù)存在差異，可通過原料篩選合理配料，選擇合適的干燥工藝、紡絲溫度、環(huán)吹冷卻成形條件、拉伸、卷曲及松弛熱定型工藝等，生產(chǎn)出質(zhì)量較好的再生滌綸短纖維。通過各工序工藝優(yōu)化，生產(chǎn)的1.67 dtex×38 mm有色滌綸短纖維斷裂強(qiáng)度達(dá)4.2 cN/dtex，斷裂伸長率29.5%，超長纖維率0.9%。

［1］林忠.聚酯廢料再生纖維研究［J］.廣東化纖，1995(4):31－35.

［2］徐云山，周駿.滌綸短纖維的卷曲［J］.聚酯工業(yè)，2003，15(4):44－46.

［3］呂中品.滌綸短纖維生產(chǎn)要點(diǎn)［J］.河南化工，2001(8):15－17.