覃燕杰
(中國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??煞譃殚L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(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,以開發(fā)0.89 dtex超有光縫紉線滌綸短纖維。
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。
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(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。
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(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
倍半伸長率(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(隔距長度20 mm)進(jìn)行拉伸,在拉伸過程中計(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為倍半伸長率平均值,%;Ei為各次試驗(yàn)的倍半伸長率試驗(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)的伸長率即為倍半伸長率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(jì)數(shù)并將試樣平衡后進(jìn)行稱量,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為中段切斷長度,mm。
斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率: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,然后開始測(cè)試,測(cè)試時(shí)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(qiáng)力和斷裂伸長率,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)的纖維長度,為25 mm;L0為加輕負(fù)荷平衡后下纖維長度,mm;L1為加重負(fù)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(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為熱處理前的長度,mm;L1為熱處理后長度,mm。
在紡絲生產(chǎn)中,用熔體黏度來表征高聚物熔體相對(duì)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(qiáng)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(qiáng)度。但黏度過高,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。
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)過計(jì)算對(duì)比,具體調(diào)整結(jié)果見表3。
表3 主要工藝參數(shù)
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,但也不宜過高,過高會(huì)導(dǎo)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(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(倍半伸長率)為150%,原絲牽伸性能較好。
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(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)距離增加過多,紡絲的凝固長度增大,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。
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。
纖維的膨松度用纖維的開包高度進(jìn)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(shí)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(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、斷裂伸長率和180 ℃干熱收縮率無明顯差異,試驗(yàn)2纖維的開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
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。