孫 榮 召

(中國(guó)石油化工股份有限公司洛陽分公司，河南 洛陽 471012)

2- 85 dtex/48 f扁平滌綸FDY的開發(fā)

孫 榮 召

(中國(guó)石油化工股份有限公司洛陽分公司，河南 洛陽 471012)

采用特性黏數(shù)為0.645 dL/g的半消光聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯熔體生產(chǎn)2- 85 dtex/48 f扁平滌綸全拉伸絲(FDY)，探討了其生產(chǎn)工藝條件。結(jié)果表明：較佳的生產(chǎn)工藝條件為噴絲板孔長(zhǎng)1.4 mm、孔寬0.12 mm，油嘴上油，紡絲溫度288 ℃，環(huán)吹風(fēng)壓力40 Pa，第一熱輥速度1 900 m/min，溫度91 ℃，第二熱輥速度4 450 m/min，溫度133 ℃，拉伸倍數(shù)2.2～2.5，卷繞速度4 400 m/min；采用雙頭紡工藝生產(chǎn)的扁平滌綸FDY條干不勻率為1.36%，沸水收縮率為7.5%，產(chǎn)品染色均勻度大于等于4級(jí)，扁平度為4.78，各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)達(dá)到了預(yù)定的要求，纖維截面均勻，手感豐滿。

聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯纖維 全拉伸絲 異形纖維 扁平纖維 生產(chǎn)工藝 性能

扁平纖維主要是通過物理改性方法利用噴絲板改變纖維形狀，形成“一”字形的異性截面。扁平纖維對(duì)光的反射率大、反射程度強(qiáng)，透光性差，具有優(yōu)異的毛立直感，其耐污性好。同時(shí)，扁平纖維還擁有吸濕性好、散熱快、抗起球性等特點(diǎn)。扁平纖維廣泛適合于織造高密防水織物、仿真絲織物、仿麻織物、起絨和拉絨織物，用于制作春亞紡、冰花燈芯絨、珊瑚絨、桃皮絨等產(chǎn)品，具有較大的市場(chǎng)需求。扁平滌綸全拉伸絲(FDY)具有扁平度保留程度高的特點(diǎn)，其織物具有鉆石般的光澤與亮度，手感柔軟滑糯，被稱為“鉆石紗”。

作者對(duì)熔體直紡2- 85dtex/48f扁平滌綸FDY的雙頭紡工藝進(jìn)行了探討，取得了較滿意的結(jié)果。

1 試驗(yàn)

1.1 原料

聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)半消光熔體：特性黏數(shù)0.645 dL/g，端羧基含量30 mol/t，熔點(diǎn)254 ℃，中國(guó)石油化工股份有限公司洛陽分公司產(chǎn)；TF-98油劑：天津工業(yè)大學(xué)生產(chǎn)。

1.2 主要設(shè)備及儀器

增壓泵：瑞士Maag公司制；紡絲機(jī)：北京中麗化纖機(jī)械織造有限公司制； TW-716/8-4B全自動(dòng)卷繞頭：日本TMT公司制；Uster-Ⅲ型強(qiáng)伸儀、Uster-Ⅳ型條干儀：瑞士Uster公司制；OXFORD MQA7020型核磁共振測(cè)試儀：英國(guó)牛津儀器有限公司制。

1.3 生產(chǎn)工藝

采用雙頭紡技術(shù)生產(chǎn)2- 85 dtex/48 f扁平滌綸FDY，其紡絲卷繞工藝流程見圖1，工藝參數(shù)見表1。

圖1 2- 85 dtex/48 f扁平FDY生產(chǎn)工藝流程示意

2 結(jié)果與討論

2.1 噴絲板與組件配比

紡絲熔體的流動(dòng)狀態(tài)與噴絲孔的形狀及尺寸的大小密切相關(guān)。按照流變學(xué)觀點(diǎn)，紡絲熔體大多數(shù)是非牛頓流體，它在不同的孔道中流動(dòng)時(shí)，有如下公式可以提供對(duì)噴絲板微孔尺寸的設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)和修正[1]。

D=4q/s

(1)

(2)

纖維的扁平度隨孔截面的長(zhǎng)寬比增加而增加，但是隨著噴絲板孔長(zhǎng)寬比的增大，會(huì)降低熔體在孔道中的流速，造成噴絲頭拉伸比太大，后拉伸倍數(shù)小，容易使單絲斷裂，產(chǎn)生注頭，增加毛絲和斷絲[2]。另外長(zhǎng)寬比太大，噴絲板的制造和維護(hù)成本會(huì)大幅增加，紡出的織物發(fā)軟[3]。本試驗(yàn)采用了環(huán)吹風(fēng)的冷卻形式，噴絲板的選型采用長(zhǎng)周邊指向噴絲板中心的排列指向，以利于絲束的均勻冷卻，減少冷卻風(fēng)對(duì)絲束的擾動(dòng)。與紡制單頭的FDY工藝相比，2- 85dtex/48f扁平FDY是利用單個(gè)組件紡制雙頭絲束的雙頭紡工藝生產(chǎn)，容易因?yàn)槿垠w在組件內(nèi)受力不均勻而造成偏流現(xiàn)象。試驗(yàn)表明，噴絲板孔徑的大小和噴絲孔的排列方式對(duì)兩束絲的均勻性起決定性作用。

表2 不同規(guī)格噴絲板生產(chǎn)的扁平滌綸的線密度變異系數(shù)及扁平度

異形噴絲孔的孔面積約為圓形孔孔面積的4倍，熔體的噴出速度比常規(guī)品種小，熔體在噴絲孔中的流動(dòng)性較差，出口脹大效應(yīng)相對(duì)嚴(yán)重。采用非圓形噴絲孔紡絲時(shí)，其孔壁的法向應(yīng)力不均勻，噴絲孔的擠出脹大也是不均勻的[4]。為了減少脹大效應(yīng)的發(fā)生，生產(chǎn)中通過調(diào)整組件砂配比來提高組件的初始?jí)毫σ愿纳迫垠w的流變性，經(jīng)過試驗(yàn)，確定組件初始?jí)毫?2.5 MPa。

2.2 紡絲溫度

扁平纖維長(zhǎng)寬比隨紡絲溫度的提高而下降[5]，較低的紡絲溫度有利于纖維扁平度的增加。這是因?yàn)殡S著紡絲熔體溫度的升高，在相同的冷卻條件下，熔體細(xì)流的凝固點(diǎn)下移，冷卻時(shí)間變長(zhǎng)，絲條的變形時(shí)間增加。同時(shí)，在形變區(qū)內(nèi)熔體細(xì)流的黏度隨溫度的升高而下降，熔體擠出后的膨化效應(yīng)降低，基礎(chǔ)細(xì)流偏離噴絲孔形狀的阻力減小[6]，在表面張力的作用下更易向圓形截面變化。因此，較低的紡絲溫度更有利于提高纖維的扁平度。另外，扁平纖維的比表面積大，在噴絲孔附近的熱降解程度大于普通纖維，會(huì)使噴絲板周圍白粉聚集快，板面易臟，導(dǎo)致紡絲鏟板周期縮短，紡絲斷頭多。為抑制熱降解的發(fā)生，適宜于采用較低的紡絲溫度。但較低的紡絲溫度又會(huì)使熔體流動(dòng)黏度增大，熔體的流動(dòng)性降低，加劇熔體的出口脹大現(xiàn)象，引起紡絲過程中毛絲和斷頭的增加，降低紡絲的穩(wěn)定性。過低的紡絲溫度又會(huì)導(dǎo)致熔體細(xì)流的流變阻力增大和可紡性變差，影響纖維的結(jié)構(gòu)和后拉伸性能。從表3可知，紡絲溫度控制在288 ℃比較合適，既可兼顧扁平度，又可減少毛絲和斷頭的發(fā)生。

表3 紡絲溫度對(duì)滌綸扁平FDY可紡性的影響

2.3 吹風(fēng)冷卻

扁平纖維的生產(chǎn)工藝中，冷卻成形條件是影響扁平度和后拉伸產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)。冷卻越快，扁平度越高[7]。扁平纖維的比表面積大，絲條迎風(fēng)的受力面積大，散熱性好，相對(duì)的冷卻速度較快，熔體凝固點(diǎn)上移。因此扁平纖維宜采用稍低的吹風(fēng)速度，以避免初生纖維因急冷產(chǎn)生的皮芯現(xiàn)象，并減小因風(fēng)速高帶來的絲條晃動(dòng)，以得到條干均勻，染色良好的產(chǎn)品[8]。比較側(cè)吹和外環(huán)吹這兩種冷卻形式，外環(huán)吹風(fēng)從四周吹風(fēng)，冷卻風(fēng)能夠以一半的行程即穿透絲束，可以以更低的風(fēng)速達(dá)到快速冷卻的目的，而且外環(huán)吹的冷卻風(fēng)比較集中，有利于減少凝固點(diǎn)以下冷卻風(fēng)對(duì)絲束的干擾。因此，環(huán)吹風(fēng)冷卻更適合于扁平絲的生產(chǎn)。經(jīng)過試驗(yàn)，選擇環(huán)吹風(fēng)壓力在35～40 Pa為宜。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，在生產(chǎn)扁平纖維時(shí)，采用環(huán)吹風(fēng)冷卻可以顯著減少噴絲板周圍的白粉現(xiàn)象，延長(zhǎng)紡絲的鏟板周期，這是因?yàn)榄h(huán)吹風(fēng)快速有效的冷卻在一定程度上抑制了熔體在細(xì)流拉伸階段的降解現(xiàn)象。

2.4 紡絲速度

采用油嘴上油后，由于集束上油位置上移而造成的紡絲張力降低的因素大于扁平纖維比表面積大造成的紡絲張力增加的因素，因此，要保證紡絲的張力在適宜的范圍內(nèi)，必須適當(dāng)提高紡絲速度即GR1速度。經(jīng)過試驗(yàn)，選取紡絲速度控制在1 900 m/min比較合適，在此條件下，生產(chǎn)斷頭少，毛絲少。

2.5 集束上油

按照扁平度為4.8對(duì)2- 85 dtex/48 f扁平纖維的比表面積進(jìn)行測(cè)算，約為普通圓形85 dtex/48 f纖維比表面積的2.2倍。由于扁平纖維的比表面積大，采用油輪上油時(shí)，其集束位置低，紡程長(zhǎng)，會(huì)造成紡絲張力過高，后果是毛絲、斷頭增多，紡絲狀況不穩(wěn)定，為了降低紡絲張力要相應(yīng)地降低紡絲速度，進(jìn)而造成生產(chǎn)效率下降。采用油嘴上油，可以使集束上油位置上移，降低紡絲張力，消除上述矛盾，并保證生產(chǎn)效率。由表4可見，生產(chǎn)扁平滌綸FDY絲時(shí)，宜在紡絲集束，采用油嘴上油。經(jīng)過試驗(yàn),確定油嘴集束位置為距離噴絲板800 mm。

表4 2種上油方式對(duì)紡絲的影響

2.6 熱輥拉伸工藝

在FDY熱輥拉伸工藝中，噴絲頭拉伸倍數(shù)主要取決于GR1的速度，后拉伸倍數(shù)主要取決于GR2的速度。兩個(gè)熱輥必須保持一定的比例關(guān)系，才能保持成品絲的線密度和伸長(zhǎng)率在預(yù)先設(shè)定的范圍內(nèi)。生產(chǎn)中噴絲板的板孔規(guī)格和產(chǎn)品線密度一旦確定，總拉伸倍數(shù)就固定下來。在FDY的兩段拉伸中，熱輥拉伸倍數(shù)對(duì)纖維的物理機(jī)械性能有決定性的作用[9]。由于扁平初生纖維的取向度較高，在拉伸過程中，與圓形纖維相比，其拉伸應(yīng)力增大，拉伸倍數(shù)降低。拉伸倍數(shù)較高時(shí)，染色性能好，但扁平纖維的應(yīng)力較大，應(yīng)力集中處絲條容易斷裂，產(chǎn)生毛絲，導(dǎo)致GR2上卷絲嚴(yán)重[10]。拉伸倍數(shù)過低會(huì)造成拉伸張力低，絲條在熱輥表面的穩(wěn)定性差，易造成產(chǎn)品出現(xiàn)染斑或繞輥斷頭。經(jīng)過試驗(yàn)，一般選取拉伸倍數(shù)2.2～2.5為宜。本試驗(yàn)中由于采用油嘴上油，紡絲速度即GR1速度相對(duì)較高，為保證后拉伸倍數(shù)，GR2速度和卷繞速度也相應(yīng)提高。試驗(yàn)中控制GR1速度為1 900 m/min，GR2速度為4 400 m/min。采用雙頭紡工藝生產(chǎn)2- 85 dtex/48 f扁平滌綸FDY時(shí)，因?yàn)榻z條數(shù)量增加一倍，為保證分絲效果，在GR1，GR2單元的繞絲各減少一圈，絲束在熱輥上的行程變短，但扁平纖維與熱輥的接觸面積較常規(guī)圓形纖維要大，因此在GR1和GR2的溫度控制上與常規(guī)圓形纖維相比變化不大。通過試驗(yàn), 確定GR1，GR2溫度分別為91，133 ℃，染色M率為99%，在此工藝條件下生產(chǎn)狀況良好。

2.7 產(chǎn)品質(zhì)量

綜合以上優(yōu)化的工藝條件，生產(chǎn)得到的2- 85dtex/48f扁平滌綸FDY產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良，纖維的線密度變異系數(shù)小于1.0%，滿卷率達(dá)到95%。其產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)如表5所示。

表5 2- 85 dtex/48 f扁平滌綸FDY產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)

纖維扁平度為4.78，截面均勻、閃光、蓬松、手感豐滿，達(dá)到了預(yù)定的效果。

3 結(jié)論

b.扁平纖維長(zhǎng)寬比隨紡絲溫度的升高而下降，較低的紡絲溫度有利于纖維扁平度的增加。

c.扁平纖維的初生纖維具有較高取向度，采用較為緩和的拉伸工藝有利于纖維拉伸的順利進(jìn)行和保持較高的扁平度。

d.通過設(shè)計(jì)適宜的噴絲板規(guī)格參數(shù)，選擇合適的紡絲/拉伸/卷繞工藝，可以在直接紡裝置上穩(wěn)定地生產(chǎn)出質(zhì)量?jī)?yōu)良的2- 85 dtex/48 f扁平滌綸FDY。

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Development of 2-85 dtex/48 f flat polyester FDY

Sun Rongzhao

(SINOPECLuoyangCompany,Luoyang471012)

A flat polyester fully-drawn yarn (FDY) of 2-85 dtex/48 f was produced from semi-dull polyethylene terephthalate melt with the intrinsic viscosity of 0.645 dL/g. The production process conditions were discussed. The results showed that the flat polyester FDY could be produced with the yarn irregularity of 1.36%, boiling water shrinkage 7.5%, dyeing uniformity not less than grade 4, flatness 4.78 via double spinning process under the conditions of spinneret hole length 1.4 mm and hole width 0.12 mm, nipple oiling, spinning temperature 288 ℃, circular air blow pressure 40 Pa, the first hot roller rotation speed 1 900 m/min and temperature 91 ℃,the second hot roller rotation speed 4 450 m/min and temperature 133 ℃, draw ratio 2.2-2.5, winding speed 4 400 m/min; and the fiber was of even cross section and rich handle and the quality index of the fiber satisfied the desired requirements.

polyethylene terephthalate fiber; fully-drawn yarn; profiled fiber; flat fiber; production process; property

2016- 09-26； 修改稿收到日期：2016-12- 02。

孫榮召(1972—)，男，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事化纖生產(chǎn)管理和新產(chǎn)品開發(fā)工作，現(xiàn)從事安全管理工作。E-mail：sunrz.lysh@sinopec.com。

TQ342+.21

B

1001- 0041(2017)01- 0068- 04