覃燕杰

(中國石化儀征化纖有限責任公司短纖部，江蘇儀征 211900)

滌綸縫紉線按制備的技術(shù)通常可分為長絲縫紉線、短纖縫紉線、包芯線等。其中，包芯縫紉線是采用滌綸短纖包覆長絲的紡紗技術(shù)制備生產(chǎn)的，既有滌綸長絲縫紉線的高強度，適合于高速縫紉；又具有滌綸短纖維縫紉線的自然毛羽和手感，能夠滿足高檔服裝縫紉線的風格。包芯縫紉線外層包覆所用的滌綸短纖要求細旦高強，細旦通常指線密度小于0.8D，高強則指纖維斷裂強度高于6.0 cN/dtex，細度越細，成紗截面中纖維的根數(shù)越多，成紗均勻度越好，同時短纖的斷裂強度也在一定程度上影響著包芯縫紉線的強度。此外，滌綸細旦短纖還能用于生產(chǎn)手感柔軟、懸垂性較好的薄型面料。目前國內(nèi)市場上高強細旦有光短纖有一定的需求量，為了滿足市場的需求，替代進口，開發(fā)出高強細旦有光短纖，本文在1.33 dtex超有光縫紉線用滌綸短纖的基礎(chǔ)上對生產(chǎn)0.89 dtex超有光縫紉線滌綸短纖維的工藝進行探討，以開發(fā)0.89 dtex超有光縫紉線滌綸短纖維。

1 試 驗

1.1 生產(chǎn)原輔料

熔體：儀征化纖，特性黏度0.670～0.690 dL/g。

紡絲油劑第一油劑：YCD 1070/ TERON E300；紡絲油劑第二油劑：YCD 1070/ TERON E300/ TERON E22。

1.2 儀器設(shè)備

紡絲設(shè)備，HV452型，2萬噸/年，日本東洋紡；后處理聯(lián)合設(shè)備，LHV902型，日本東洋紡。

單纖維強伸度儀，XQ-01B型，上海新纖儀器有限公司；纖維強伸度儀，XQ-01A型，上海利浦應用科學技術(shù)研究所；卷曲彈性儀，YG362B型，常州市華紡紡織儀器有限公司；纖維熱收縮儀，XH-1型，上海利浦應用科學技術(shù)研究所。

1.3 工藝流程

熔體輸送→增壓泵→熔體過濾器→靜態(tài)混合器→紡絲→冷卻→卷繞→落桶→集束→導絲機→油劑浴槽→第一牽伸機→牽伸浴槽→第二牽伸機→蒸汽加熱箱→第三牽伸機→緊張熱定型機→疊絲機→蒸汽預熱箱→卷曲機→冷卻輸送機→曳引機→切斷→成品打包

1.4 分析測試

倍半伸長率(EYS1.5)：根據(jù)儀化企標Q/SH3070 08.4006—2014，使用XQ-01B單纖維強伸度儀，纖維以60 mm/min的拉伸速度(隔距長度20 mm)進行拉伸，在拉伸過程中計算1.5倍屈服應力時的拉伸應力的大小，讀取1.5倍屈服應力時所對應的伸長讀數(shù)，即為EYS1.5，每個樣品測試15根纖維。

式中E為倍半伸長率平均值，%；Ei為各次試驗的倍半伸長率試驗值，%(當計算機上的拉伸圖形出現(xiàn)第一平臺時，記下此時的應力值F1，計算其1.5倍的應力值F2；當應力顯示為F2時停止拉伸，此時的伸長率即為倍半伸長率E)；n為試驗次數(shù)。

成品線密度：根據(jù)GB/T 14335—2008，采用中段稱量法，在標準大氣條件下，從伸直的纖維束上切取一定長度的纖維束(本產(chǎn)品中段長度為20 mm)，切下的中段試樣中不得有游離纖維，在投影儀上逐根計數(shù)并將試樣平衡后進行稱量，計算線密度平均值。

式中T為線密度，dtex；m為所數(shù)根數(shù)的纖維重量，mg；n為所數(shù)纖維根數(shù)；L為中段切斷長度，mm。

斷裂強度、斷裂伸長率：根據(jù)GB/T 14337—2008，從待測試樣中隨機取出一根纖維，將纖維置于夾持器中并沿軸向伸長，然后開始測試，測試時纖維以20 mm/min的拉伸速度(隔距長度為20 mm)，在等速伸長型單纖維拉伸儀上拉伸至斷裂，得到試樣的斷裂強力和斷裂伸長率，每個樣品要測試50根纖維。

卷曲數(shù)、卷曲率：根據(jù)GB/T 14338—2008，使用YG362B卷曲彈性儀，隨機取出20束纖維(卷曲未被破壞)，從每束纖維中隨機夾一根纖維進行測試：

式中Jni為單根纖維卷曲數(shù)，個/25mm；JAi為加輕負荷平衡后，在夾持距離20 mm時，25 mm纖維內(nèi)所有的卷曲峰和卷曲谷數(shù)；J為卷曲率，%；Li為讀取卷曲數(shù)的纖維長度，為25 mm；L0為加輕負荷平衡后下纖維長度，mm；L1為加重負荷平衡后下纖維長度，mm。

180 ℃干熱收縮率：根據(jù)FZ/T 50004—2011，使用XH-1纖維熱收縮儀，將放有纖維的樣筒放入180 ℃的烘箱中進行熱處理30 min后，立即取出平衡30 min，用熱收縮測定儀測定纖維熱處理前后的長度變化，根據(jù)下面的公式計算180 ℃干熱收縮率，每個樣品要測試30根纖維。

式中S為干熱收縮率，%；L0為熱處理前的長度，mm；L1為熱處理后長度，mm。

2 結(jié)果與討論

2.1 熔體特性黏度

在紡絲生產(chǎn)中，用熔體黏度來表征高聚物熔體相對分子質(zhì)量的大小和分布，以[η]來表示，黏度是否穩(wěn)定是直接紡絲成功的關(guān)鍵。聚酯熔體的黏度決定了纖維的性能，在一定程度上熔體黏度越高，纖維的斷裂強度越高，斷裂伸長率越低，可以通過提高熔體黏度來提高纖維的斷裂強度。但黏度過高，相對分子質(zhì)量大，流變性能變差，纖維均勻性差，在后處理中容易產(chǎn)生毛絲，牽伸纏輥增多，生產(chǎn)困難。黏度太低往往紡絲流體離開噴絲板變成液滴出現(xiàn)毛細斷裂[1]。紡制不同品種的滌綸纖維，對熔體的特性黏度要求是不同的，0.89 dtex有光要求成品纖維強度控制在6.10 cN/dtex左右，斷裂伸長率控制在22.0%左右。不同熔體黏度下，后加工運行及質(zhì)量情況如表1所示。

表1 不同熔體黏度下運行及質(zhì)量情況

從表1可以看出，熔體黏度太低，產(chǎn)品斷裂強度低，熔體黏度太高，后加工纏輥次數(shù)明顯增多，熔體黏度為0.675～0.685 dL/g時，成品的斷裂強度、斷裂伸長率達到要求，后加工纏輥數(shù)較少，故控制熔體黏度在0.675～0.685 dL/g。

2.2 噴絲板、負荷、紡速的選擇

聚酯熔體屬于黏彈性的非牛頓流體，在噴絲孔之前基本屬于剪切流動，出噴絲孔之后為單軸拉伸流動，熔體在毛細管入口處，流速增加，發(fā)生流線收縮產(chǎn)生了彈性能，由于在孔徑中流動時間較短，彈性能未能全部消散，故在噴絲孔毛細管出口區(qū)域產(chǎn)生出口膨大現(xiàn)象[2]。

一般隨著噴絲板的L/D的增大，大分子在毛細管中的松弛時間增加，剩余彈性能減少，有利于減弱出口脹大現(xiàn)象[2]。0.89 dtex有光的線密度小，按照經(jīng)驗公式，可以下調(diào)噴絲板單孔吐出量或提高紡絲速度來降低線密度。提高紡絲速度，原絲的EYS1.5明顯減小，即原絲預取向度高，伸長小，后加工倍率需降低，否則后加工難以進行，故采用降低單孔吐出量來降低線密度，紡絲速度不調(diào)整。

噴絲板是紡絲組件中的核心部件，現(xiàn)本裝置生產(chǎn)1.33 dtex有光使用3064噴絲板(L/D為0.3/0.228)，0.89 dtex有光縫紉線的線密度小(下降30%～50%)，故噴絲板的單孔吐出量要大幅度下調(diào)，但單孔吐出量下調(diào)后，噴絲頭拉伸比S(卷繞速度與熔體噴出線速度之比)會明顯增大，噴絲頭拉伸比S過高，熔體擠出時出現(xiàn)熔體破裂，均不利于后加工。噴絲頭拉伸比S在100～150范圍內(nèi)，紡絲生產(chǎn)穩(wěn)定，噴絲頭拉伸比計算公式[3]如下：

V0=4w/(ρπd02)

S=VL/V0=VLρπd02/(4w)

式中VL為卷繞紡速，m/min；ρ為熔體密度，1.18 g/cm3；d0為噴絲孔直徑，mm；w為單孔吐出量，g/min。

表2為3064板和3392板生產(chǎn)0.89 dtex有光時的噴絲頭拉伸比。

表2 3064板和3392板生產(chǎn)0.89 dtex有光纖維

如表2，假設(shè)0.89 dtex有光的紡絲速度不變，即與1.33 dtex有光的紡絲速度一致，計算使用3064板和3392板生產(chǎn)0.89 dtex有光時的噴絲頭拉伸比，在3064噴絲板生產(chǎn)0.89 dtex有光時S2=173.9，噴絲板拉伸比太高，不利于穩(wěn)定生產(chǎn)；用3392板生產(chǎn)0.89 dtex有光時S3=133.80，與S1相近，紡絲生產(chǎn)穩(wěn)定。在選擇合適工藝參數(shù)的條件下，使用3392孔噴絲板生產(chǎn)0.89 dtex有光縫紉線是可行的。

根據(jù)東洋紡經(jīng)驗公式并經(jīng)過計算對比，具體調(diào)整結(jié)果見表3。

表3 主要工藝參數(shù)

2.3 紡絲溫度的選擇

紡絲噴絲的關(guān)鍵參數(shù)為紡絲溫度、泵供量和紡絲壓力。紡絲壓力與泵供量成正相關(guān)，0.89 dtex有光由于負荷的大幅度下降，組件壓力也將大幅度下降。為了改善熔體的流動性能，需適當提高紡絲溫度[4]，有利于紡絲成形，并改善初生纖維的拉伸性能，但也不宜過高，過高會導致熱降解，熔體黏度下降，造成氣泡絲；溫度過低，則使熔體黏度增高，造成熔體輸送困難，組件內(nèi)壓力升高而出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象。紡絲溫度是指熔體擠出噴絲板時的溫度。紡絲溫度的選擇主要考慮熔體的降解程度和熔體流動性。細旦高強纖維需要熔體具有更好的流動性，在一定范圍內(nèi)提高紡絲溫度，可使絲束冷卻更加緩和，有利于提高后加工的牽伸性能。不同紡絲溫度下，前紡不定期漿塊數(shù)及原絲質(zhì)量情況如表4所示。

表4 不同紡絲溫度的漿塊數(shù)及原絲質(zhì)量

從表4所示看出，紡絲箱體溫度在288～293 ℃，前紡的漿塊數(shù)最少，紡絲生產(chǎn)穩(wěn)定，原絲EYS1.5(倍半伸長率)為150%，原絲牽伸性能較好。

2.4 冷卻吹風距離的選擇

熔體自噴絲板孔噴出后，隨即向周圍介質(zhì)放出熱量，凝固成絲，熔融紡絲過程中的傳熱主要是熔體細流向冷卻介質(zhì)的對流傳熱[2]。冷卻吹風距離指吹風口頂部離噴絲板面的高度，增加冷卻吹風的距離，可以降低熔體細流的冷卻速率，延長熔態(tài)區(qū)，使凝固點下移，從而減小噴絲頭拉伸的張力，原絲的預取向度減小，拉伸性能得以提高。但冷卻吹風距離增加過多，紡絲的凝固長度增大，出噴絲孔后的液態(tài)熔體細流易受外界干擾發(fā)生黏連，形成并絲甚至產(chǎn)生漿塊[2]。

試驗表明，隨著冷卻吹風距離的增大，原絲的斷面不勻率有所提高，反之，如果冷卻吹風距離太小，即吹風口頂部離噴絲板太近，會使板面溫度下降，影響紡絲的順利進行[2]。

在其它條件不變的情況下，調(diào)整冷卻吹風的距離，觀察對應原絲拉伸性能產(chǎn)生的變化，如表5所示。

表5 不同冷卻吹風距離的原絲指標

通過表5可以看出，吹風距離為70 mm和60 mm 的原絲斷面不勻率變大，前紡漿塊絲多，即原絲的質(zhì)量均勻性變差，故將0.89 dtex有光的吹風距離定為65 mm。

2.5 牽伸工藝的選擇

原絲的指標如表6所示。

表6 原絲質(zhì)量指標

由表6可以看出，0.89 dtex原絲的EYS1.5也大幅度下降，EYS1.5的數(shù)值大小為后加工倍率的設(shè)定提供支撐。根據(jù)東洋紡公式，EYS1.5降低后，原絲的取向度增大，牽伸性能有所降低，在保證斷裂強度、成品線密度符合要求的前提下，需要適當降低牽伸倍率，以使后加工穩(wěn)定運行。DF3蒸汽壓力及HR蒸汽壓力不變的情況下，調(diào)整牽伸倍率，對應的成品質(zhì)量如表7所示。

表7 不同牽伸倍率下的成品纖維品質(zhì)指標

由表7可以看出，提高牽伸倍率，纖維的斷裂強度明顯增高，但倍率過高，牽伸纏輥多，牽伸倍率3.30～3.35，纖維的質(zhì)量指標滿足用戶需求，后紡運轉(zhuǎn)率高，故將牽伸倍率設(shè)定為3.30～3.35。

2.6 纖維的膨松度

纖維的膨松度用纖維的開包高度進行表征。纖維的開包高度是將包裝好的纖維打開放置一段時間(一般為24 h)后纖維的高度。下游紡織的開清棉工序是紡紗工藝流程的第一道工序，纖維越膨松，雜質(zhì)越易被清除掉，混和也易均勻和充分。理論上，纖維越膨松，則纖維的開包高度越高，纖維也容易開松，反之，纖維膨松性差，纖維抓棉不穩(wěn)，造成棉卷不均勻，產(chǎn)生棉結(jié)。

纖維的膨松性能與纖維的卷曲外觀、卷曲數(shù)、卷曲率以及纖維進卷曲機的溫度有關(guān)。滌綸纖維產(chǎn)生卷曲的外部條件是機械擠壓，而形成卷曲的內(nèi)部條件則是聚對苯二甲酸乙二酯的線形大分子在高溫下具有塑性。隨著溫度的提高，纖維模量減小，當溫度上升到玻璃化溫度以上時大分子鏈開始緩慢運動，材料變得柔軟，在外力作用下變形產(chǎn)生卷曲[2]。降低緊張定型機和第三牽伸機之間的回縮比，定型張力減小，有利于釋放內(nèi)應力，從而降低成品的干熱收縮率，提高產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性[4]。為了得到膨松性能符合要求的產(chǎn)品，對影響纖維膨松性能的2水平3因素進行試驗，試驗情況及結(jié)果如下：

表8 正交實驗設(shè)計表

表9 L4(23)表

表10 不同試驗條件下的成品絲質(zhì)量指標

從表11極差分析表可知，極差R1B>R1A>R1C，差異很大，所以三牽蒸汽壓力對開包高度的影響最大，其次是回縮比，緊張定型蒸汽壓力影響最??；極差R2A、R2B、R2C的差異不大，極差R3A、R3B、R3C的差異不大，極差R4A、R4B、R4C的差異也不大，即試驗1～4條件下成品絲的斷裂強度、斷裂伸長率和180 ℃干熱收縮率無明顯差異，試驗2纖維的開包高度最大即纖維的膨松性能最好。即試驗2對應的工藝條件(緊張定型回縮比為0.928，三牽蒸汽壓力為1.9 MPa、緊張熱定型壓力為1.6 MPa下，產(chǎn)品質(zhì)量達到要求。

表11 極差分析表

3 結(jié) 論

在現(xiàn)有的3392孔噴絲板和前后紡設(shè)備基礎(chǔ)上，在1.33 dtex有光的工藝參數(shù)上進行紡絲、冷卻、牽伸工藝調(diào)整，可以生產(chǎn)出斷裂強度6.10 cN/dtex左右，斷裂伸長率22.0%左右、膨松性能較高的0.89 dtex超有光縫紉線用滌綸短纖。

a) 使用3392板生產(chǎn)0.89 dtex有光滌綸短纖時，噴絲頭拉伸比為133.80在穩(wěn)定范圍，原絲質(zhì)量穩(wěn)定。

b) 為了提高原絲的牽伸性能，熔體黏度控制在0.675～0.685 dL/g，紡絲溫度控制在288～293 ℃。為了提高原絲均勻性，降低斷面不勻率，冷卻風的吹風距離調(diào)整為65 mm。

c) 0.89 dtex有光的EYS1.5較小，適當降低倍率以提高后紡運轉(zhuǎn)率，牽伸倍率控制在3.30～3.35。為提高纖維的膨松性能，緊張定型的回縮比控制在0.928，并提高三牽蒸汽壓力為1.9 MPa、緊張熱定型壓力1.6 MPa。