覃燕杰

(中國(guó)石化儀征化纖有限責(zé)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(zhǎng)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(zhǎng)絲的紡紗技術(shù)制備生產(chǎn)的，既有滌綸長(zhǎng)絲縫紉線的高強(qiáng)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(fēng)格。包芯縫紉線外層包覆所用的滌綸短纖要求細(xì)旦高強(qiáng)，細(xì)旦通常指線密度小于0.8D，高強(qiáng)則指纖維斷裂強(qiáng)度高于6.0 cN/dtex，細(xì)度越細(xì)，成紗截面中纖維的根數(shù)越多，成紗均勻度越好，同時(shí)短纖的斷裂強(qiáng)度也在一定程度上影響著包芯縫紉線的強(qiáng)度。此外，滌綸細(xì)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(guó)內(nèi)市場(chǎng)上高強(qiáng)細(xì)旦有光短纖有一定的需求量，為了滿足市場(chǎng)的需求，替代進(jìn)口，開(kāi)發(fā)出高強(qiáng)細(xì)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(duì)生產(chǎn)0.89 dtex超有光縫紉線滌綸短纖維的工藝進(jìn)行探討，以開(kāi)發(fā)0.89 dtex超有光縫紉線滌綸短纖維。

1 試 驗(yàn)

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(wàn)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(qiáng)伸度儀，XQ-01B型，上海新纖儀器有限公司；纖維強(qiáng)伸度儀，XQ-01A型，上海利浦應(yīng)用科學(xué)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(yīng)用科學(xué)技術(shù)研究所。

1.3 工藝流程

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

1.4 分析測(cè)試

倍半伸長(zhǎng)率(EYS1.5)：根據(jù)儀化企標(biāo)Q/SH3070 08.4006—2014，使用XQ-01B單纖維強(qiáng)伸度儀，纖維以60 mm/min的拉伸速度(隔距長(zhǎng)度20 mm)進(jìn)行拉伸，在拉伸過(guò)程中計(jì)算1.5倍屈服應(yīng)力時(shí)的拉伸應(yīng)力的大小，讀取1.5倍屈服應(yīng)力時(shí)所對(duì)應(yīng)的伸長(zhǎng)讀數(shù)，即為EYS1.5，每個(gè)樣品測(cè)試15根纖維。

式中E為倍半伸長(zhǎng)率平均值，%；Ei為各次試驗(yàn)的倍半伸長(zhǎng)率試驗(yàn)值，%(當(dāng)計(jì)算機(jī)上的拉伸圖形出現(xiàn)第一平臺(tái)時(shí)，記下此時(shí)的應(yīng)力值F1，計(jì)算其1.5倍的應(yīng)力值F2；當(dāng)應(yīng)力顯示為F2時(shí)停止拉伸，此時(shí)的伸長(zhǎng)率即為倍半伸長(zhǎng)率E)；n為試驗(yàn)次數(shù)。

成品線密度：根據(jù)GB/T 14335—2008，采用中段稱(chēng)量法，在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下，從伸直的纖維束上切取一定長(zhǎng)度的纖維束(本產(chǎn)品中段長(zhǎng)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(jì)數(shù)并將試樣平衡后進(jìn)行稱(chēng)量，計(jì)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(zhǎng)度，mm。

斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率：根據(jù)GB/T 14337—2008，從待測(cè)試樣中隨機(jī)取出一根纖維，將纖維置于夾持器中并沿軸向伸長(zhǎng)，然后開(kāi)始測(cè)試，測(cè)試時(shí)纖維以20 mm/min的拉伸速度(隔距長(zhǎng)度為20 mm)，在等速伸長(zhǎng)型單纖維拉伸儀上拉伸至斷裂，得到試樣的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率，每個(gè)樣品要測(cè)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(jī)取出20束纖維(卷曲未被破壞)，從每束纖維中隨機(jī)夾一根纖維進(jìn)行測(cè)試：

式中Jni為單根纖維卷曲數(shù)，個(gè)/25mm；JAi為加輕負(fù)荷平衡后，在夾持距離20 mm時(shí)，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(zhǎng)度，為25 mm；L0為加輕負(fù)荷平衡后下纖維長(zhǎng)度，mm；L1為加重負(fù)荷平衡后下纖維長(zhǎng)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(jìn)行熱處理30 min后，立即取出平衡30 min，用熱收縮測(cè)定儀測(cè)定纖維熱處理前后的長(zhǎng)度變化，根據(jù)下面的公式計(jì)算180 ℃干熱收縮率，每個(gè)樣品要測(cè)試30根纖維。

式中S為干熱收縮率，%；L0為熱處理前的長(zhǎng)度，mm；L1為熱處理后長(zhǎng)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(lái)表征高聚物熔體相對(duì)分子質(zhì)量的大小和分布，以[η]來(lái)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(qiáng)度越高，斷裂伸長(zhǎng)率越低，可以通過(guò)提高熔體黏度來(lái)提高纖維的斷裂強(qiáng)度。但黏度過(guò)高，相對(duì)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(kāi)噴絲板變成液滴出現(xiàn)毛細(xì)斷裂[1]。紡制不同品種的滌綸纖維，對(duì)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(qiáng)度控制在6.10 cN/dtex左右，斷裂伸長(zhǎng)率控制在22.0%左右。不同熔體黏度下，后加工運(yùn)行及質(zhì)量情況如表1所示。

表1 不同熔體黏度下運(yùn)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(qiáng)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(shí)，成品的斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)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(fù)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(dòng)，出噴絲孔之后為單軸拉伸流動(dòng)，熔體在毛細(xì)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(dòng)時(shí)間較短，彈性能未能全部消散，故在噴絲孔毛細(xì)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(xì)管中的松弛時(shí)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(yàn)公式，可以下調(diào)噴絲板單孔吐出量或提高紡絲速度來(lái)降低線密度。提高紡絲速度，原絲的EYS1.5明顯減小，即原絲預(yù)取向度高，伸長(zhǎng)小，后加工倍率需降低，否則后加工難以進(jìn)行，故采用降低單孔吐出量來(lái)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(huì)明顯增大，噴絲頭拉伸比S過(guò)高，熔體擠出時(shí)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(jì)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(shí)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(jì)算使用3064板和3392板生產(chǎn)0.89 dtex有光時(shí)的噴絲頭拉伸比，在3064噴絲板生產(chǎn)0.89 dtex有光時(shí)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(shí)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(yàn)公式并經(jīng)過(guò)計(jì)算對(duì)比，具體調(diào)整結(jié)果見(jiàn)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(fù)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(dòng)性能，需適當(dāng)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(guò)高，過(guò)高會(huì)導(dǎo)致熱降解，熔體黏度下降，造成氣泡絲；溫度過(guò)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(shí)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(dòng)性。細(xì)旦高強(qiáng)纖維需要熔體具有更好的流動(dòng)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(zhǎng)率)為150%，原絲牽伸性能較好。

2.4 冷卻吹風(fēng)距離的選擇

熔體自噴絲板孔噴出后，隨即向周?chē)橘|(zhì)放出熱量，凝固成絲，熔融紡絲過(guò)程中的傳熱主要是熔體細(xì)流向冷卻介質(zhì)的對(duì)流傳熱[2]。冷卻吹風(fēng)距離指吹風(fēng)口頂部離噴絲板面的高度，增加冷卻吹風(fēng)的距離，可以降低熔體細(xì)流的冷卻速率，延長(zhǎng)熔態(tài)區(qū)，使凝固點(diǎn)下移，從而減小噴絲頭拉伸的張力，原絲的預(yù)取向度減小，拉伸性能得以提高。但冷卻吹風(fēng)距離增加過(guò)多，紡絲的凝固長(zhǎng)度增大，出噴絲孔后的液態(tài)熔體細(xì)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(yàn)表明，隨著冷卻吹風(fēng)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(fēng)距離太小，即吹風(fēng)口頂部離噴絲板太近，會(huì)使板面溫度下降，影響紡絲的順利進(jìn)行[2]。

在其它條件不變的情況下，調(diào)整冷卻吹風(fēng)的距離，觀察對(duì)應(yīng)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(fēng)距離的原絲指標(biāo)

通過(guò)表5可以看出，吹風(fēng)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(fēng)距離定為65 mm。

2.5 牽伸工藝的選擇

原絲的指標(biāo)如表6所示。

表6 原絲質(zhì)量指標(biāo)

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(qiáng)度、成品線密度符合要求的前提下，需要適當(dāng)降低牽伸倍率，以使后加工穩(wěn)定運(yùn)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(duì)應(yīng)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(biāo)

由表7可以看出，提高牽伸倍率，纖維的斷裂強(qiáng)度明顯增高，但倍率過(guò)高，牽伸纏輥多，牽伸倍率3.30～3.35，纖維的質(zhì)量指標(biāo)滿足用戶需求，后紡運(yùn)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(kāi)包高度進(jìn)行表征。纖維的開(kāi)包高度是將包裝好的纖維打開(kāi)放置一段時(shí)間(一般為24 h)后纖維的高度。下游紡織的開(kāi)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(kāi)包高度越高，纖維也容易開(kāi)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(jìn)卷曲機(jī)的溫度有關(guān)。滌綸纖維產(chǎn)生卷曲的外部條件是機(jī)械擠壓，而形成卷曲的內(nèi)部條件則是聚對(duì)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(dāng)溫度上升到玻璃化溫度以上時(shí)大分子鏈開(kāi)始緩慢運(yùn)動(dòng)，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(jī)和第三牽伸機(jī)之間的回縮比，定型張力減小，有利于釋放內(nèi)應(yīng)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(duì)影響纖維膨松性能的2水平3因素進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)情況及結(jié)果如下：

表8 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表

表9 L4(23)表

表10 不同試驗(yàn)條件下的成品絲質(zhì)量指標(biāo)

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(duì)開(kāi)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(yàn)1～4條件下成品絲的斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和180 ℃干熱收縮率無(wú)明顯差異，試驗(yàn)2纖維的開(kāi)包高度最大即纖維的膨松性能最好。即試驗(yàn)2對(duì)應(yīng)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(dá)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(jìn)行紡絲、冷卻、牽伸工藝調(diào)整，可以生產(chǎn)出斷裂強(qiáng)度6.10 cN/dtex左右，斷裂伸長(zhǎng)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(shí)，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(fēng)的吹風(fēng)距離調(diào)整為65 mm。

c) 0.89 dtex有光的EYS1.5較小，適當(dāng)降低倍率以提高后紡運(yùn)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。