王雨生

（江蘇德力化纖有限公司，江蘇 宿遷 223800）

1 試驗(yàn)方法及工藝流程

1.1 原料

德力化纖滌綸樹脂（Polyethylene Terephthalate，PET）半消光熔體，主要指標(biāo)：特性黏度為0.678 dL/g、熔點(diǎn)為260.0 ℃、端羧基濃度小于30 mol/t、凝集粒子（直徑不小于10 μm）小于0.4個(gè)/mg、二氧化鈦質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.32%、二甘醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.32%。

1.2 主要生產(chǎn)設(shè)備和儀器

聚合裝置：五釜反應(yīng)聚合裝置；紡絲箱體：日本進(jìn)口TMT公司紡絲箱體；卷繞設(shè)備：日本進(jìn)口TMT公司雙胞胎全自動(dòng)卷繞機(jī)；檢測(cè)儀器：瑞士Uster公司TESTER5型條干儀；中紡集團(tuán)全自動(dòng)單紗強(qiáng)力機(jī)；PR45C電腦染色機(jī)。

1.3 生產(chǎn)工藝流程

PET熔體→熔體過濾器→熔體增壓泵→熔體輸送管道→熱交換器→靜態(tài)混合器→紡絲箱體（TMT裝置）→計(jì)量泵（德國(guó)馬爾）→數(shù)字輸入/輸出（Digital In and Out，DIO）組件（TMT裝置）→環(huán)吹風(fēng)冷卻（TMT裝置）→集束上油（TMT裝置）→預(yù)網(wǎng)絡(luò)器→GR1熱輥→GR2熱輥→主網(wǎng)絡(luò)器→卷繞成型（TMT）→檢驗(yàn)→包裝出廠。

1.4 主要工藝參數(shù)及質(zhì)量指標(biāo)

工藝條件：熔體輸送溫度284.5～285.5 ℃；紡絲溫度289.5～290.1 ℃；底部加熱器溫度308.0～313.0 ℃；GR1速度2 038 m/min，溫度85.0 ℃；GR2速度3 895 m/min，溫度118.0 ℃；卷繞速度3 800 m/min；油嘴高度850.00 mm；環(huán)吹風(fēng)壓力40 Pa；組件壓力145.00～150.00 bar（1 bar=100 kPa）。主要物性指標(biāo)如表1所示。

表1 主要物性指標(biāo)

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 熔體質(zhì)量的控制

滌綸全拉伸絲（Fully Drawn Yarn，F(xiàn)DY）22 dtex/48 f的單絲纖度是0.46 dtex、直徑約為7 μm，比常規(guī)滌綸絲單根直徑小很多，所以細(xì)旦絲的生產(chǎn)對(duì)熔體質(zhì)量的要求極高。第一，要求PET熔體中凝聚粒子、灰分等雜質(zhì)的含量盡可能低，且雜質(zhì)顆粒的直徑不能大于單絲直徑，否則紡織過程中會(huì)嚴(yán)重?cái)囝^。本研究在預(yù)過濾器和終過濾器處加裝過濾精度更高的過濾裝置，以確保熔體質(zhì)量達(dá)標(biāo)；第二，要求PET熔體均勻性好，高分子聚合物相對(duì)分子質(zhì)量正態(tài)分布要集中、均勻，且熔體從聚合裝置輸送到紡絲箱體后黏度下降幅度要盡可能小，采用偏細(xì)的熔體輸送管道加快熔體輸送速度，同時(shí)在保證熔體流動(dòng)性的前提下盡量降低輸送管道溫度，有效減少了熔體輸送時(shí)間長(zhǎng)、溫度高造成的熔體降解。在生產(chǎn)中，換熱器后的熔體輸送溫度控制在284.0～286.0 ℃為宜，這樣能保證熔體在輸送過程中的降解很少，最終無油絲黏度降在0.011 dL/g左右，能達(dá)到生產(chǎn)細(xì)旦絲的要求。

2.2 紡絲箱體溫度

紡絲箱體溫度即紡絲溫度，紡絲溫度的選擇對(duì)生產(chǎn)狀況和產(chǎn)品質(zhì)量的把控至關(guān)重要。采用較高的紡絲溫度可以降低熔體的黏性，使熔體的流動(dòng)性和均勻性變好，有利于改善熔體從噴絲孔擠出的膨化效應(yīng)。但是紡絲溫度也不是越高越好，如果紡絲溫度太高，可能會(huì)增大熔體降解的程度，導(dǎo)致熔體均勻性變差，在紡絲過程中造成粘孔、彎頭絲增多、飄絲增加，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致無法紡絲；如果紡絲溫度偏低，也會(huì)造成熔體從噴絲孔擠出不暢，產(chǎn)生柱頭絲、膨化效應(yīng)、纖維破裂等，影響生產(chǎn)。22 dtex/48 f產(chǎn)品本身熔體流量很小，熔體帶來的熱量也相對(duì)較少，很難保持噴絲板板面的溫度，所以要選擇比常規(guī)品種高得多的紡絲溫度。通過調(diào)整不同紡絲溫度觀察紡況發(fā)現(xiàn)，如果紡絲溫度低于288.0 ℃，個(gè)別噴絲孔會(huì)出現(xiàn)柱頭絲現(xiàn)象；當(dāng)溫度高于292.0 ℃時(shí)，飄絲現(xiàn)象明顯增多。綜合考慮以上因素，22 dtex/48 f細(xì)旦滌綸絲的紡絲溫度控制在289.0～291.0 ℃為宜，生產(chǎn)穩(wěn)定，滿卷率在98.00%以上。

2.3 緩冷區(qū)高度和緩冷器溫度

2.3.1 緩冷區(qū)高度

緩冷區(qū)是指熔體從噴絲板出來到開始冷卻時(shí)的距離，也稱無風(fēng)區(qū)。在較高的紡絲溫度下，噴絲板板面溫度高，選用較短的無風(fēng)區(qū)，熔體擠出后容易被迅速冷卻，不利于紡絲拉伸，容易造成拉伸毛絲和斷頭；選用較長(zhǎng)的無風(fēng)區(qū)可以使熔體細(xì)流緩慢冷卻，但是太長(zhǎng)的無風(fēng)區(qū)會(huì)使板面溫度升高，導(dǎo)致初生纖維拉伸不足，取向低，不利于后拉伸工藝，同時(shí)過高的板面溫度也會(huì)引起彎頭和飄絲，影響生產(chǎn)和保板時(shí)間。22 dtex/48 f產(chǎn)品單絲細(xì)，比表面積大，易冷卻，采用較長(zhǎng)的緩冷區(qū)有利于板面保溫，降低了外界氣流的影響。通過選用幾組不同長(zhǎng)度的無風(fēng)區(qū)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)選擇75.00 mm無風(fēng)區(qū)比較合適。

2.3.2 緩冷器溫度

緩冷器是裝在噴絲板周圍的一個(gè)輔助加熱裝置，其主要作用是在不改變其他工藝設(shè)備的前提下提高或保持噴絲板板面溫度，改善細(xì)旦絲紡絲狀況，所以加裝緩冷器和設(shè)置合適的緩冷器溫度是生產(chǎn)細(xì)旦絲的關(guān)鍵。

在熔體冷卻和拉伸過程中，隨著熔體細(xì)流溫度的下降，拉伸黏度增加，導(dǎo)致流變阻力增加；同時(shí)，拉伸應(yīng)力的增加導(dǎo)致纖維取向形成，特別對(duì)于細(xì)旦纖維，在纖維成型初期，由于其比表面積大，溫度梯度和速度梯度大，導(dǎo)致其拉伸黏度和流變阻力快速增加，纖維的取向程度高，在后牽伸過程中會(huì)產(chǎn)生毛絲和染色不勻等問題[1]。因此，生產(chǎn)細(xì)旦纖維時(shí)，緩冷器溫度要控制在較高范圍內(nèi)，但緩冷器溫度過高會(huì)導(dǎo)致噴絲板面過熱，使噴絲孔出口熔體流動(dòng)黏度過低，出現(xiàn)漫流和液滴化現(xiàn)象，增加紡絲過程中的柱頭、斷絲和飄絲現(xiàn)象。生產(chǎn)細(xì)旦滌綸FDY 22 dtex/48 f產(chǎn)品時(shí)，本研究通過設(shè)定不同的緩冷器溫度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)比較，發(fā)現(xiàn)緩冷器溫度低于305.0 ℃時(shí)，產(chǎn)品染色偏淺，毛絲和斷絲較多；當(dāng)緩冷器溫度高于315.0 ℃時(shí)，染色偏深，纖維伸長(zhǎng)大，強(qiáng)度低，飄絲和斷絲較多。通過實(shí)驗(yàn)比較發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)細(xì)旦滌綸FDY 22 dtex/48 f產(chǎn)品時(shí)，緩冷器溫度設(shè)定在308.0～313.0 ℃比較合適，生產(chǎn)穩(wěn)定，染色均勻。

2.4 紡絲組件

噴絲板作為紡絲組件的核心部位，其設(shè)計(jì)好壞是多孔細(xì)旦纖維能否正常生產(chǎn)的關(guān)鍵因素。在設(shè)計(jì)噴絲板時(shí)，除了材質(zhì)和加工精度等硬性條件外，最重要的影響因素是長(zhǎng)徑比（噴絲孔的深度和直徑之比）以及噴絲孔的排列方式。在選擇長(zhǎng)徑比時(shí)，要考慮熔體擠出時(shí)的剪切速率和膨化效應(yīng)的影響，同時(shí)要考慮實(shí)際生產(chǎn)中噴絲孔的清洗難度。若噴絲孔太大，熔體剪切速率偏小，影響噴絲頭拉伸，造成紡絲困難；噴絲孔越小，清洗難度成倍增加，批量生產(chǎn)難度增大。綜合考慮，生產(chǎn)細(xì)旦滌綸FDY 22 dtex/48 f產(chǎn)品時(shí)，選擇噴絲板孔徑為0.14 mm、孔深為0.50 mm，噴絲孔圍繞板中心呈圓形分布，剪切速率在9 000 s-1左右，組件初始?jí)毫x擇145.00 bar比較合適。

2.5 冷卻和集束上油

本工藝生產(chǎn)22 dtex/48 f FDY采用外環(huán)吹風(fēng)冷卻方式，冷卻風(fēng)工藝的選擇對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量影響很大。由于22 dtex/48 f FDY單絲細(xì)、比表面積較大，初生纖維非常容易冷卻，紡絲時(shí)單絲表面和內(nèi)層容易因冷卻速率不同形成芯層結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致絲內(nèi)外不勻等質(zhì)量問題。因此，冷卻風(fēng)工藝和集束上油位置的選擇至關(guān)重要。實(shí)驗(yàn)時(shí)通過對(duì)不同冷卻工藝和集束位置進(jìn)行匹配組合，選擇最佳工藝條件。表2統(tǒng)計(jì)了冷卻風(fēng)壓和集束上油高度對(duì)產(chǎn)品條干的影響，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選擇冷卻風(fēng)壓40 Pa、集束上油高度850.00 mm時(shí)，所得產(chǎn)品條干均勻性最好。

表2 冷卻風(fēng)壓和集束上油高度對(duì)產(chǎn)品條干的影響

2.6 牽伸工藝的確定

滌綸FDY在生產(chǎn)過程中要通過一定的牽伸工藝對(duì)初生纖維進(jìn)行拉伸才能獲得最終產(chǎn)品，該過程的拉伸屬于均勻熱拉伸。纖維的牽伸工藝包括牽伸溫度（即一熱箱溫度）和拉伸倍數(shù)。纖維的拉伸必須要在其玻璃化溫度69.0 ℃以上才能進(jìn)行，在玻璃化溫度以下，纖維中的分子鏈尚處于一種凍結(jié)狀態(tài)，活性不足，若在此溫度下拉伸，會(huì)造成纖維冷拉伸，拉伸張力大，導(dǎo)致拉伸不均勻，纖維拉傷，毛絲、斷頭增多；隨著一輥溫度的提高，纖維中大分子鏈和鏈段的活性逐漸增強(qiáng)，在熱輥的牽伸張力作用下，更容易沿著牽伸方向選擇排列，產(chǎn)生取向結(jié)晶，使纖維的力學(xué)性能變好。但是，牽伸溫度也不是越高越好，若GR1溫度過高，分子鏈活動(dòng)能力太強(qiáng)，大分子取向度反而降低，導(dǎo)致拉伸不勻[2]。

纖維的拉伸倍數(shù)是第二熱輥速度與第一熱輥速度的比值，拉伸倍數(shù)對(duì)纖維拉伸張力T2和伸長(zhǎng)率的影響較為明顯。拉伸倍數(shù)的選擇對(duì)生產(chǎn)穩(wěn)定性、產(chǎn)品品質(zhì)的把控至關(guān)重要。若拉伸倍數(shù)太大，拉伸張力T2偏高，容易將纖維拉傷，產(chǎn)生毛絲和斷頭；若拉伸倍數(shù)太小，拉伸張力不足，絲條抖動(dòng)，會(huì)引起拉伸不勻，影響染色均勻性，且伸長(zhǎng)率會(huì)很大，不利于后道使用。生產(chǎn)22 dtex/48 f FDY時(shí)，通過在不同牽伸溫度下匹配不同拉伸倍數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一熱輥溫度低于80.0 ℃時(shí)，產(chǎn)品毛絲明顯增多，染色出現(xiàn)條紋等不勻現(xiàn)象；隨著溫度逐漸升高，毛絲逐漸減少，染色變得均勻；當(dāng)溫度升至90.0 ℃以上時(shí)，絲條在第一熱輥上劇烈抖動(dòng)，斷頭增加，染色出現(xiàn)深淺色，所以第一熱輥溫度選擇80.0～90.0 ℃為宜。選擇第一熱輥溫度85.0 ℃時(shí)，調(diào)整不同牽伸倍數(shù)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)牽伸倍數(shù)大于2.0時(shí)，毛絲明顯增多，伸長(zhǎng)率不足28.00%；當(dāng)牽伸倍數(shù)小于1.8時(shí)，毛絲減少，但絲條抖動(dòng)幅度大，伸長(zhǎng)率大于32.00%，且強(qiáng)度較低，所以牽伸倍數(shù)也不宜過小。通過實(shí)驗(yàn)，最終選擇牽伸溫度85.0 ℃、拉伸倍數(shù)1.9，生產(chǎn)較為穩(wěn)定，毛絲較少，染色均勻。

2.7 定型溫度的確定

定型溫度即第二熱輥溫度，其主要作用是消除經(jīng)過牽伸工藝?yán)炖w維的內(nèi)應(yīng)力，使纖維的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。第二熱輥的溫度越高，纖維的沸水收縮率越小，尺寸越穩(wěn)定，但是溫度太高會(huì)導(dǎo)致絲條在第二熱輥上劇烈抖動(dòng)，造成跳絲、纏輥斷頭，影響生產(chǎn)；如果第二熱輥溫度太低，沸水收縮率會(huì)很大，纖維尺寸不穩(wěn)定，不能滿足后道客戶使用要求。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)確定，第二熱輥溫度選擇118.0～124.0 ℃比較合適，生產(chǎn)穩(wěn)定，沸水收縮率在7.50%左右，達(dá)到客戶使用要求。

2.8 預(yù)網(wǎng)絡(luò)、主網(wǎng)絡(luò)壓力的控制

生產(chǎn)FDY時(shí)，初生纖維在拉伸前會(huì)設(shè)置一道預(yù)網(wǎng)絡(luò)器，主要目的是將纖維上的油劑吹散，使其均勻分布，以保證牽伸過程穩(wěn)定。在實(shí)際生產(chǎn)22 dtex/48 f FDY時(shí)，預(yù)網(wǎng)絡(luò)壓力控制在0.50～0.65 bar，能滿足生產(chǎn)的需要。

纖維在離開GR2熱箱后進(jìn)入主網(wǎng)絡(luò)器，增加了絲條的集束性和抱合性，使絲束在整經(jīng)織造過程中不易斷頭、產(chǎn)生毛絲，有利于后道使用時(shí)退繞。使用Heberlein112型網(wǎng)絡(luò)噴嘴生產(chǎn)22 dtex/48 f FDY，選擇主網(wǎng)絡(luò)壓力2.80～3.00 bar，網(wǎng)絡(luò)度超過20個(gè)/m，且牢度較好。

3 結(jié)論

（1）生產(chǎn)多孔細(xì)旦FDY時(shí)，均勻潔凈的熔體是生產(chǎn)的關(guān)鍵，選用合適的輸送工藝可以減少熔體降解，控制聚合到紡絲的熔體黏度。

（2）較高的紡絲溫度提升了熔體流動(dòng)性，有利于細(xì)旦絲生產(chǎn)。

（3）適當(dāng)提高無風(fēng)區(qū)高度及緩冷器溫度，可以改善細(xì)旦絲的生產(chǎn)和物性質(zhì)量指標(biāo)。

（4）合理的組件工藝是22 dtex/48 f FDY正常紡絲的關(guān)鍵；組件初始?jí)毫刂圃?45.00 bar左右為宜。

（5）合適的環(huán)吹風(fēng)和集束上油條件有利于改善條干和伸長(zhǎng)率均勻性。

（6）合適的牽伸定型工藝可以有效控制產(chǎn)品的質(zhì)量和物性指標(biāo)。

（7）在生產(chǎn)中，預(yù)網(wǎng)絡(luò)壓力選擇0.50～0.65 bar、主網(wǎng)絡(luò)壓力選擇2.80～3.00 bar，可以滿足生產(chǎn)需求。