北京中麗制機(jī)工程技術(shù)有限公司 張明成/文

錦綸6FDY分纖母絲紡絲工藝對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響的探討

北京中麗制機(jī)工程技術(shù)有限公司 張明成/文

本文論述了錦綸6FDY分纖母絲的冷卻成型方法，從選擇噴絲板的布孔方式，絲束冷卻的風(fēng)溫、風(fēng)速、風(fēng)濕變化，上油量，熱輥溫度，卷繞角、接觸壓力等因素影響的分析，找出有效控制產(chǎn)品的不勻率的最佳工藝參數(shù)。

錦綸6 分纖母絲 噴絲孔分布 吹風(fēng)冷卻 產(chǎn)品不勻率

1 前言

熔融紡絲時(shí)，熔體從噴絲板的毛細(xì)孔噴出，經(jīng)過冷卻、拉伸最后凝固成絲條，從噴絲板面到喂入輥部分可將紡程分成三個(gè)區(qū)域，即流動(dòng)形變區(qū)、取向結(jié)晶區(qū)和塑性形變。絲條的固化過程相當(dāng)復(fù)雜，在沿紡程的各質(zhì)點(diǎn)，其運(yùn)動(dòng)速度、直徑（截面積）、溫度、黏度、所受力和內(nèi)部結(jié)構(gòu)都在不斷發(fā)生變化，而這些因素又相互影響。由于熔體溫度較周圍空氣溫度高很多，絲條又極為細(xì)嫩，對(duì)外界條件變化極為敏感，因此這種變化會(huì)立即影響到初生纖維質(zhì)量的均勻性，如纖維的強(qiáng)度、拉伸性能等。而熔體本身的不勻、紡絲溫度的波動(dòng)、泵供量的波動(dòng)、卷繞速度的變化和冷卻成型條件的變化都會(huì)影響這種不勻。

本文從錦綸6 單根絲距側(cè)吹風(fēng)風(fēng)板距離的差異為切入點(diǎn)，對(duì)紡絲溫度；側(cè)吹風(fēng)風(fēng)溫、風(fēng)速、風(fēng)濕；纖維上油量；卷繞頭卷繞角、接觸壓力；熱輥溫度等參數(shù)設(shè)置進(jìn)行了探討。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及工藝參數(shù)

圖1為設(shè)備的全流程示意圖。

圖1 流程示意圖

2.1.1 螺桿擠出機(jī)

德國巴馬格公司制造，12E4，采用筒式加熱，分六個(gè)加熱區(qū)，各區(qū)溫度分別為T1：255℃，T2：255℃，T3：257℃，T4：258℃，T5：259℃，T6：260℃，螺桿出口溫度259℃

2.1.2 紡絲機(jī)

一條生產(chǎn)線為4個(gè)紡絲位，每個(gè)紡絲位有10塊噴絲板，由1臺(tái)聯(lián)苯鍋爐循環(huán)加熱，聯(lián)苯加熱溫度為262℃，緩冷器溫度260℃。其中噴絲板規(guī)格為φ100×5孔，微孔為φ0.50×2。

2.1.3 紡絲組件

紡絲組件分為圓形和矩形兩種，圓形下裝式紡絲組件在使用過程中，可以保證穩(wěn)定的組件內(nèi)壓力；熔體流動(dòng)和溫度更加均勻，無死區(qū)；更容易操作等特點(diǎn)，而用于單絲生產(chǎn)的設(shè)備中。分纖母絲的噴絲板布孔方式主要有兩種：即圓形布孔、一字形布孔，見圖2、圖3。

圖2 噴絲孔圓形布

圖3 噴絲孔一字形布

2.1.4 側(cè)吹風(fēng)

分纖母絲的特點(diǎn)是單根絲的直徑較大，冷卻困難，為了加大絲的冷卻強(qiáng)度，需要較長的冷卻時(shí)間和較高的冷卻風(fēng)速。因此側(cè)吹風(fēng)風(fēng)窗高度通常為2.5m，用來加大絲束的冷卻時(shí)間；

紡絲甬道寬度為620mm，這樣側(cè)吹風(fēng)風(fēng)速工藝速度為0.85m/s。

2.1.5 牽伸機(jī)

油輪上油，上油率1%。三組輥規(guī)格分別為GR1：φ220×400，SR1：φ110×400，GR2：φ220×400，SR2：φ110×400，GR3：φ220×400（對(duì)輥）；三組輥工藝溫度分別為GR1：43℃，GR2：110℃，GR3：143℃；三組輥工藝速度分別為GR1：3500米/分，GR2：4100米/分，GR3：4890m/min。

2.1.6 卷繞機(jī)

BWA55T-1380/5，卷繞速度4500 m/min。

2.2 測試儀器及測試條件

2.2.1 風(fēng)速儀

風(fēng)速儀為日本產(chǎn)，型號(hào)為24-6111，量程0～5m/s，風(fēng)速0.85m/s，風(fēng)速由風(fēng)速儀在噴絲板下600處，近側(cè)吹風(fēng)板處測得。

2.2.2 強(qiáng)力機(jī)

強(qiáng)力機(jī)為上海旭賽儀器有限公司生產(chǎn)，型號(hào)XS(08)XH化纖強(qiáng)力機(jī)，量程0～50N。

2.3 原料

2.3.1 錦綸6切片

廣東新會(huì)美達(dá)錦綸股份有限公司生產(chǎn)，切片特性黏度2.65，含水≤700ppm，單體含量≤0.4%。

2.3.2 紡絲油劑

松本N-627，油劑濃度10%。

3 紡絲工藝對(duì)紡絲質(zhì)量的影響

3.1 側(cè)吹風(fēng)冷卻強(qiáng)度對(duì)紡絲的影響

在側(cè)吹風(fēng)的風(fēng)速、風(fēng)溫、風(fēng)濕三個(gè)因素中，以風(fēng)速對(duì)纖維影響最大，在風(fēng)速較低時(shí)，冷卻風(fēng)對(duì)絲束的穿透力下降，冷卻速率減緩，塑性區(qū)延長，凝固點(diǎn)下移，會(huì)造成內(nèi)外層絲冷卻條件差異較大，而且受絲室外氣流干擾的因素增強(qiáng)，因此風(fēng)速不易過低；但風(fēng)速也不易過大，否則會(huì)形成湍流，引起絲條震動(dòng)或飄動(dòng)，造成單絲粗細(xì)不勻。錦綸6側(cè)吹風(fēng)：風(fēng)溫18℃，風(fēng)速0.85 m/s。

3.2 側(cè)吹風(fēng)等強(qiáng)條件下噴絲孔分布對(duì)分纖母絲及單絲不勻率變化的影響

將圓形布孔的和一字布孔的紡絲組件分別安裝到同一生產(chǎn)線的兩個(gè)紡絲部位，紡絲運(yùn)行正常后48小時(shí)，每個(gè)紡位取5個(gè)樣品；母絲分纖后，每個(gè)紡位再隨機(jī)取5個(gè)樣品，測試強(qiáng)力和伸長不勻列于表1。

表1 噴絲板不同布孔方法，分纖母絲及單絲不勻率值對(duì)比

對(duì)于單絲生產(chǎn)，為了冷卻均勻，通常采用單圈圓形布孔和一字布孔。從表1中可以看出，噴絲板一字形布孔和噴絲板園形布孔的樣品，在相同的設(shè)備及工藝條件下，強(qiáng)力和伸長不勻率值有較大差別。噴絲板一字形布孔的樣品強(qiáng)力和伸長不勻率低，噴絲板園形布孔的樣品強(qiáng)力和伸長不勻率高。

3.2.1 圓形布孔對(duì)紡絲質(zhì)量的影響

噴絲板圓形布孔時(shí)，同一塊噴絲板上的5個(gè)板孔距離側(cè)吹風(fēng)風(fēng)板的距離不一致，如圖2所示5個(gè)板孔距離側(cè)吹風(fēng)風(fēng)板的距離d3＞d2＞d1，這樣側(cè)吹風(fēng)對(duì)每根絲冷卻強(qiáng)度的不同，圓形布孔噴絲板纖維離側(cè)吹風(fēng)風(fēng)板越近風(fēng)速越大，風(fēng)速的差異造成了纖維向外漂移的差異，內(nèi)側(cè)絲漂移大，外側(cè)絲漂移?。╯1＞s2＞s3），這樣容易造成圓形布孔的5根單絲纖度、結(jié)晶度與取向度的不均勻，因此這種變化會(huì)立即影響到初生纖維的拉伸性能，從而造成強(qiáng)力和伸長不勻率的增加，甚至致使纖維粘連，分絲時(shí)斷頭。

3.2.2 一字形布孔對(duì)紡絲質(zhì)量的影響

噴絲板一字形布孔如圖3所示，每個(gè)板孔距離側(cè)吹風(fēng)的距離均為d。纖維向外漂移相同，均為S，不易并絲，保證了單絲纖度、結(jié)晶度與取向度的均勻性，提高了纖維的拉伸性能，降低了強(qiáng)力和伸長不勻率。

3.3 風(fēng)溫對(duì)紡絲的的影響

熔體細(xì)流從噴絲板下無風(fēng)區(qū)出來，受到冷卻吹風(fēng)的冷卻，將絲條全部冷卻到玻璃化溫度以下，其冷卻的推動(dòng)力是冷卻吹風(fēng)與絲條間的溫差，相同冷卻溫度才能保證冷卻均勻，避免由于冷卻不一致，而引起單絲間冷卻段長度的偏

差。若在冷卻每根絲條的過程中，絲條進(jìn)入冷卻吹風(fēng)區(qū)時(shí)，冷卻風(fēng)每吹過一行絲，吹風(fēng)溫度就會(huì)增加△t，圓形布孔噴絲板內(nèi)外纖維處的側(cè)吹風(fēng)風(fēng)溫不同，內(nèi)側(cè)風(fēng)溫低，冷卻強(qiáng)度大，外側(cè)風(fēng)溫高，冷卻強(qiáng)度小，如圖2所示5根絲冷卻溫度t3＞t2＞t1，這種變化會(huì)立即影響到初生纖維的拉伸性能，從而造成強(qiáng)力和伸長不勻率的增加。

3.4 風(fēng)濕對(duì)紡絲的的影響

一方面隨風(fēng)濕增加，它的比熱容和熱容量將會(huì)增加，熱吸收量隨著增加從而使冷卻風(fēng)在吸收同樣的熱量時(shí)溫升低，提高冷卻效果。

另一方面錦綸6對(duì)水分比較敏感，吸水之后，Tg大幅下降。圓形布孔噴絲板外側(cè)單絲處的側(cè)吹風(fēng)相對(duì)濕度較內(nèi)側(cè)也有所降低。Tg隨吸水量增加而下降的過程具有階段性。起始下降迅速；當(dāng)吸水質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過一定值之后，下降緩慢。綜合各文獻(xiàn)報(bào)道，該臨界值約在2%～4%。

總結(jié)以往研究，目前基本認(rèn)為水分子只進(jìn)入錦綸6的非晶區(qū)域，吸水后分子鏈活動(dòng)性增加，起塑化的作用。這是導(dǎo)致其晶型轉(zhuǎn)變、Tg下降。針對(duì)Tg及其他性質(zhì)隨吸水量增加而變化的過程呈現(xiàn)分段性的現(xiàn)象，錦綸6分步吸水的機(jī)理，并被大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持。

該機(jī)理認(rèn)為，水分子進(jìn)入尼龍6無定形區(qū)，優(yōu)先與以圖4中1形式結(jié)合（緊密結(jié)合），當(dāng)水分子繼續(xù)增多時(shí)，出現(xiàn)圖4中2所示的結(jié)合形式（松散結(jié)合），更多的水分子將在分子間隙中通過水分子之間的氫鍵進(jìn)一步堆積，如圖4中3所示。當(dāng)上油方式為乳液上油時(shí)，油輪接觸絲條的時(shí)間短，纖維吸濕不勻，在紡絲甬道內(nèi)增加超聲波霧化加濕，纖維吸濕時(shí)間長，提高了纖維吸濕的均勻性，又起到了對(duì)絲束的冷卻。用這種方法生產(chǎn)的絲織布，由于纖維各項(xiàng)指標(biāo)均勻，所以布面平整。

圖4 錦綸6分步吸水的機(jī)理示意圖

3.5 上油率對(duì)紡絲的影響

油劑濃度為10%，濃度過高會(huì)造成上油不勻，卷繞張力波動(dòng)，斷絲增加。上油過少時(shí)，絲油膜不完整，摩擦力波動(dòng)，牽伸斷絲。上油過多時(shí)，絲與熱輥的摩擦力小，滑動(dòng)增加，同時(shí)卷繞也不易成型，產(chǎn)生并絲斷絲。錦綸單絲含油率控制在1%左右。

3.6 熱輥溫度對(duì)紡絲的影響

GR1的作用是將纖維加熱到玻璃化溫度，拉伸溫度越低(不得低于玻璃化溫度)越好。其目的是增加排直變形而減少粘性變形。錦綸6經(jīng)乳液上油吸水后，玻璃化溫度由（35～49℃）降為常溫。GR2的作用是將纖維拉伸取向。在拉伸過程中，伴有晶體的產(chǎn)生，隨著取向度的提高，纖維的玻璃化溫度也在提高，錦綸高度取向后玻璃化溫度為90～106℃。

GR2的溫度過高時(shí)，纖維的結(jié)晶度增加，不利于牽伸；GR2的溫度過低時(shí)，拉伸應(yīng)力過大斷絲增加。GR3的作用是使取向后的纖維結(jié)晶。錦綸在180℃時(shí)結(jié)晶最快，溫度低結(jié)晶速率下降，但溫度過高導(dǎo)致卷繞時(shí)繼續(xù)結(jié)晶造成纖維尺寸的變化引起絲餅成形不良，通常GR3的溫度設(shè)定為145℃。

3.7 卷繞系統(tǒng)中各因素對(duì)紡絲質(zhì)量的影響

3.7.1 卷繞張力

在卷繞力張力過大，會(huì)造成纖維互粘連，退繞困難。卷繞張力過小，會(huì)使卷裝的成形不良， 通常卷繞張力控制在0.13～0.15cn/dtex 。

3.7.2 卷繞交叉角

卷繞角通常為5°左右，卷繞角偏小，絲束卷繞過程中拐點(diǎn)趨于平緩。當(dāng)張力偏大時(shí)，易出現(xiàn)絲餅變窄的現(xiàn)象，當(dāng)張力偏小時(shí)，易出現(xiàn)塌邊現(xiàn)象。卷繞角偏大，橫動(dòng)頻率加快，

即在同圈數(shù)的情況下，絲運(yùn)行到端面的次數(shù)增多，導(dǎo)致絲端面的厚度高于中部，使絲的卷曲面呈現(xiàn)兩面高、中間低，類似與馬鞍的形狀。由于單絲直徑大，比表面積小，絲與紙管間、兩層絲之間的摩擦力小，當(dāng)卷繞角偏大時(shí)，絲束與紙管間、兩層絲之間繞的圈數(shù)少，絲與紙管間、兩層絲之間的摩擦不足而滑動(dòng)松圈。

3.7.3 接觸壓力

接觸壓力對(duì)成型影響較大。接觸壓力過大卷裝硬度大，易出現(xiàn)塌邊、膨凸，接觸壓力小，則易出現(xiàn)松圈絲和蛛網(wǎng)絲，一般初始?jí)毫?.98～1.76MPa，生產(chǎn)壓力為1.18～1.96MPa，切換壓力為1.57～2.16MPa。

4 結(jié)論

通過實(shí)驗(yàn)數(shù)可以看出冷卻條件是母絲成型非常重要的因素。側(cè)吹風(fēng)裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，有很高的冷卻強(qiáng)度，但冷卻強(qiáng)度不均勻：出風(fēng)口冷卻強(qiáng)度高于遠(yuǎn)離出風(fēng)口處，造成同一截面內(nèi)溫度不均勻；最大氣流速度受到限制：單絲纖維的直徑大，不易冷卻，同時(shí)要求每根絲有相同的冷卻條件，保證單絲纖度、結(jié)晶度與取向度的均勻性，因此冷卻強(qiáng)度和噴絲孔的排列方式是生產(chǎn)過程的關(guān)鍵。

據(jù)分析，在相同的設(shè)備及工藝條件下，噴絲板一字形布孔比噴絲板圓形布孔的產(chǎn)品斷裂強(qiáng)度CV值提高約40%，斷裂伸長CV值提高約50%，噴絲板單線一字形布孔的產(chǎn)品強(qiáng)力和伸長不勻率明顯好于噴絲板圓形布孔的產(chǎn)品。側(cè)吹風(fēng)選擇風(fēng)溫18℃，風(fēng)速0.85 m/s時(shí)紡絲及產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良，否則會(huì)形成湍流，引起絲條震動(dòng)或飄動(dòng)，造成單絲粗細(xì)不勻。

為減少絲與熱輥的摩擦力，形成良好的絲油膜，油劑濃度為10%，錦綸單絲含油率控制在1%左右紡絲良好。由于錦綸6高度取向后玻璃化溫度為90～106℃。 GR2的溫度通常選在100℃左右；GR3的溫度選為 145 ℃左右，有利于絲束牽伸。卷繞時(shí)，通常卷繞張力控制在0.13～0.15cn/dtex；根據(jù)單絲纖度，卷繞角通常為145°左右；卷繞時(shí)的始?jí)毫x為0.98～1.76MPa，生產(chǎn)壓力1.18～1.96MPa，切換壓力1.57～2.16MPa。卷繞正常，不會(huì)出現(xiàn)卷裝過硬度，塌邊、膨凸以及松圈絲和蛛網(wǎng)絲的現(xiàn)象。

通過實(shí)驗(yàn)摸索出錦綸6分纖母絲的工藝參數(shù)，對(duì)紡絲生產(chǎn)，提升產(chǎn)品質(zhì)量起到很好的指導(dǎo)作用，為錦綸6分纖母絲的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展作出貢獻(xiàn)。

[2]董紀(jì)震，趙耀明等編，合成纖維生產(chǎn)工藝學(xué)[M]，中國紡織出版社