32頭環(huán)吹風(fēng)直紡滌綸細(xì)旦絲生產(chǎn)工藝探討

徐翔華

(江蘇新民紡織科技股份有限公司，江蘇蘇州215228)

32頭環(huán)吹風(fēng)直紡滌綸細(xì)旦絲生產(chǎn)工藝探討

徐翔華

(江蘇新民紡織科技股份有限公司，江蘇蘇州215228)

在32頭環(huán)吹風(fēng)紡絲設(shè)備上熔體直紡55.6 dtex/144 f滌綸全拉伸絲(FDY)，討論了聚對苯二甲酸乙二酯(PET)熔體質(zhì)量，環(huán)吹風(fēng)、紡絲及卷繞工藝對生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量的影響。結(jié)果表明:選擇適宜穩(wěn)定的PET熔體質(zhì)量，特性黏數(shù)(0.665±0.001)dL/g;控制紡絲溫度293℃，環(huán)吹風(fēng)溫度18～20℃，環(huán)吹風(fēng)壓力23 Pa，噴絲孔采用2圈排列，孔間距3 mm，適當(dāng)增大預(yù)網(wǎng)絡(luò)壓力為0.10 MPa，拉伸溫度比常規(guī)生產(chǎn)高3～5℃;使用CIQ外環(huán)型冷卻方式的32頭紡絲設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率大于97%，產(chǎn)品斷裂強(qiáng)度4.16 cN/dtex，斷裂伸長率25.6%，優(yōu)等品率大于95%。

聚對苯二甲酸乙二酯纖維 全拉伸絲 細(xì)旦絲 熔體直紡 環(huán)吹風(fēng)

隨著市場競爭的日益激烈，以及國家的節(jié)能減排政策的推出，化纖企業(yè)的發(fā)展需要多頭紡、節(jié)能型的設(shè)備來提高生產(chǎn)效率，減少設(shè)備使用空間和能耗。江蘇新民紡織科技股份有限公司在300 kt/a聚酯直紡工程中引入了日本TMT公司的CIQ外環(huán)型冷卻方式細(xì)旦纖維紡絲設(shè)備和ATi-MANTA高速紡絲卷繞頭，以期適應(yīng)市場競爭的需要。作者以55.6 dtex/144 f的多孔細(xì)旦滌綸長絲為例，對32頭環(huán)吹直紡技術(shù)進(jìn)行了探討。

1 試驗(yàn)

1.1 原料

半消光聚對苯二甲酸乙二酯(PET)熔體:特性黏數(shù)為(0.665 ±0.001)dL/g，端羧基含量(30 ±2)mol/t，二甘醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)(0.90 ±0.05)%，熔點(diǎn)大于260℃，鐵分小于等于20 μg/g，凝集粒子小于等于0.4個(gè)/mg，自制。

F-1048油劑:日本竹本公司生產(chǎn)。

1.2 設(shè)備及儀器

增壓泵:4 000 mL/r，日本島津公司制;熔體冷卻器:德國蘇爾壽公司制;紡絲裝置:CIQ外環(huán)型冷卻方式細(xì)旦纖維紡絲設(shè)備，日本TMT公司制;卷繞裝置:AtiⅡ-615MR/32型卷繞機(jī)，日本TMT公司制;SK-Ⅱ型強(qiáng)伸儀:常州紡織儀器廠制;Uster-Ⅳ型條干儀:瑞士Uster公司制;染色試驗(yàn)機(jī):HC2000噴射式，無錫宏機(jī)公司制。

1.3 工藝流程

32頭環(huán)吹風(fēng)直紡55.6 dtex/144 f滌綸FDY生產(chǎn)工藝流程見圖1。

圖1 32頭環(huán)吹風(fēng)直紡滌綸FDY生產(chǎn)工藝流程Fig.1 Flow chart of polyester FDY production via 32-end circular quench air direct spinning

1.4 測試

拉伸性能:采用常州SK-II型強(qiáng)伸儀，按GB/T 14344—2008標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。

條干不勻率:采用 Uster-IV型條干儀，按GB/T 14346—1993標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。

染色均勻性:采用噴射式染色試驗(yàn)機(jī)，常州紡織儀器廠 D65標(biāo)準(zhǔn)光源箱，9級標(biāo)準(zhǔn)灰卡，按GB/T 6508—2001標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 熔體質(zhì)量

熔體直紡中，特性黏數(shù)的均勻性無法通過切片的熔融混合來改善，特性黏數(shù)的波動(dòng)將直接影響紡絲的穩(wěn)定性，如飄絲、斷絲、毛絲等。對于直紡多孔細(xì)旦長絲品種來說，控制特性黏數(shù)為(0.665 ±0.001)dL/g。

適當(dāng)提高PET的端羧基含量有利于直紡長絲的穩(wěn)定性，但必須保證其穩(wěn)定性。端羧基值變化量越大，熔體相對分子質(zhì)量分布越寬，產(chǎn)品質(zhì)量下降越明顯，加工性能越差，熔體端羧基控制在(30 ±2)mol/t。

PET中的二甘醇含量是指醚鍵含量。醚鍵的存在可改變PET的結(jié)晶性能，從而影響其可紡性。醚鍵含量增大，熔體結(jié)晶速度下降，有利于降低初生纖維的結(jié)晶度，提高取向均勻性及后拉伸性能。另一方面，醚鍵是親染料基團(tuán)，可增加纖維的上色率，故而必須保證醚鍵含量的穩(wěn)定性，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在(0.90 ±0.05)%。

2.2 紡絲工藝

2.2.1 紡絲箱體

由于選擇使用環(huán)吹風(fēng)冷卻條件，32頭紡絲箱體中組件可呈交叉雙排排列，因此對冷卻條件不會產(chǎn)生任何影響，可減少熱輻射面積，隔離性更強(qiáng)，節(jié)約能耗，并實(shí)現(xiàn)了小位距紡絲。在噴絲板直徑85 mm時(shí)，位距為2 080 mm，可依靠卷繞位距來排布紡絲設(shè)備，實(shí)現(xiàn)模塊管理，節(jié)約廠房、設(shè)備及公用工程投資。

2.2.2 紡絲溫度

在熔體直紡生產(chǎn)中，輸送及紡絲溫度直接影響熔體黏度，決定了熔體的可紡性。一般多采用低溫輸送，高溫紡絲的工藝路線，盡量避免輸送過程中的降解，在較高的溫度條件下進(jìn)行紡絲，以增強(qiáng)熔體的流動(dòng)性［1］。單纖維越細(xì)，孔數(shù)越多，對紡絲溫度的要求越高。在32頭環(huán)吹直紡長絲生產(chǎn)中，紡絲溫度不僅要考慮生產(chǎn)品種因素，也要針對環(huán)吹風(fēng)冷卻條件及緩冷區(qū)溫度做適當(dāng)調(diào)整。針對紡絲溫度對生產(chǎn)工況及纖維性能的影響進(jìn)行了試驗(yàn)，見表1。

表1 紡絲溫度對生產(chǎn)工況及纖維性能的影響Tab.1 Effect of spinning temperature on production condition and fiber properties

由表1可見，在多孔細(xì)旦絲生產(chǎn)過程中，紡絲溫度的選擇不僅對紡絲工況影響較大，對纖維的物理指標(biāo)影響也特別明顯。在生產(chǎn)55.6 dtex/144 f滌綸FDY時(shí)，設(shè)定輸送溫度為288℃，紡絲溫度為293℃，生產(chǎn)穩(wěn)定，纖維各項(xiàng)性能指標(biāo)好。

2.2.3 噴絲板

在環(huán)吹風(fēng)設(shè)備使用過程中，噴絲板的選用至關(guān)重要。環(huán)吹風(fēng)噴絲板多采用同心圓分布［2］，分布圈數(shù)不宜多，以免影響冷卻風(fēng)的穿透效果，另外圈數(shù)過多也會縮小中心無孔區(qū)的范圍。在生產(chǎn)55.6 dtex/144 f滌綸FDY時(shí)，試驗(yàn)了兩種噴絲板(見圖2)。圖2a分布圈數(shù)為6圈，孔間距約6 mm，中央無孔區(qū)直徑13 mm;圖2b分布圈數(shù)為2圈，孔間距約3 mm，中央無孔區(qū)直徑57 mm。

圖2 兩種噴絲板對比示意Fig.2 Schematic diagram of two different spinnerets

從表2可知，使用2圈排列的噴絲板紡況較好，產(chǎn)品質(zhì)量也明顯優(yōu)于使用6圈排列的噴絲板。這是因?yàn)閱谓z分布圈數(shù)過多，冷卻條件會產(chǎn)生差異，且中間無孔區(qū)較小，噴絲板中心產(chǎn)生的湍流風(fēng)對內(nèi)圈絲束產(chǎn)生較大影響，使其晃動(dòng)嚴(yán)重，從而影響到成品絲質(zhì)量。

表2 不同噴絲孔排列的生產(chǎn)質(zhì)量對比Tab.2 Production quality comparison using spinnerets with different hole arrangement

2.2.4 環(huán)吹風(fēng)

從圖3可見，外環(huán)吹冷卻方式因其冷風(fēng)由絲束外側(cè)周向均勻地吹向環(huán)狀排布的絲束中心，出風(fēng)面與絲束距離很近，較好的利用了能量。同時(shí)由于冷風(fēng)不需穿過多根纖維，空氣溫升較小，單纖維冷卻條件基本一致。且同一位上各風(fēng)筒的風(fēng)壓一致，故32頭冷卻條件相同，減少了因頭數(shù)增多造成冷卻不均勻。

環(huán)吹風(fēng)箱與紡絲箱之間采用硅膠板密封，密封效果更好以達(dá)到較高的優(yōu)級品率。風(fēng)筒濾網(wǎng)采用多層金屬網(wǎng)，可多次使用，降低生產(chǎn)成本。無風(fēng)區(qū)高度可根據(jù)生產(chǎn)工藝要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。同時(shí)，環(huán)吹風(fēng)裝置采用氣缸升降并輔之以立柱式直線軸承導(dǎo)軌，裝置具有升降均勻穩(wěn)定的特點(diǎn)。環(huán)吹裝置上的定位銷軸可使環(huán)吹頭定位更加精準(zhǔn)。

圖3 環(huán)吹風(fēng)裝置結(jié)構(gòu)示意Fig.3 Structure of circular quench air unit

由表3，表4可見，環(huán)吹風(fēng)溫度、壓力選擇不當(dāng)均會導(dǎo)致生產(chǎn)異常，產(chǎn)品染色性能下降。環(huán)吹風(fēng)溫度過高，壓力過小，絲條冷卻緩慢，不能得到充分冷卻，容易出現(xiàn)拉伸不勻，最終導(dǎo)致染色不勻;環(huán)吹風(fēng)溫度過低，壓力過大，會影響噴絲板溫度，容易引起熔體破裂，絲條發(fā)硬引起斷頭增加，最終也會影響絲的染色性能。

表3 環(huán)吹風(fēng)溫度對生產(chǎn)工況及產(chǎn)品質(zhì)量的影響Tab.3 Effect of circular quench air temperature on production condition and product quality

表4 環(huán)吹風(fēng)壓力對生產(chǎn)工況及產(chǎn)品質(zhì)量的影響Tab.4 Effect of circular quench air pressure on production condition and product quality

從表3還可以看出，環(huán)吹風(fēng)溫度設(shè)置在18～20℃時(shí)，紡絲工況及纖維染色性能較好。這個(gè)溫度要比傳統(tǒng)側(cè)吹風(fēng)低3℃，這是因?yàn)榻z條冷卻受到風(fēng)筒長度的制約，為使絲條冷卻成分，環(huán)吹風(fēng)的溫度勢必比側(cè)吹風(fēng)的低。

2.2.5 油嘴及紡絲油劑

在環(huán)吹風(fēng)工藝條件下，油嘴處溫度較高。因此必須選用適合環(huán)吹風(fēng)冷卻工藝的油嘴，一般多采用帶有犁地效果的油嘴。獨(dú)特的外形設(shè)計(jì)使其具有優(yōu)良的散熱性能，大大降低了油嘴處的溫度。此外，須采用耐熱性能較好的紡絲油劑，能有效避免在油嘴處產(chǎn)生的濺油現(xiàn)象。必要時(shí)，可采用雙道上油［2］，兩個(gè)油嘴一上一下正面相對，可提高細(xì)旦絲的均一性。

2.3 拉伸及卷繞部分

2.3.1 預(yù)網(wǎng)絡(luò)

預(yù)網(wǎng)絡(luò)器是模仿網(wǎng)絡(luò)噴嘴的工作原理，在絲束上打出一個(gè)個(gè)松散的網(wǎng)絡(luò)結(jié)，穩(wěn)定絲束間的張力，為拉伸做準(zhǔn)備。同時(shí)絲束在其經(jīng)過預(yù)網(wǎng)絡(luò)時(shí)被氣流上下拋動(dòng)達(dá)到油劑被進(jìn)一步分散、勻化的效果［3］。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，預(yù)網(wǎng)絡(luò)壓力過小，會令毛絲、斷頭增多。因此，生產(chǎn)多孔細(xì)旦絲時(shí)一方面出于減少斷頭的目的;另一方面為了能更好地勻化上油效果，適當(dāng)增大了預(yù)網(wǎng)絡(luò)壓力到0.10 MPa，生產(chǎn)狀態(tài)穩(wěn)定，成品絲染色性能好。

2.3.2 熱輥拉伸

32頭紡因絲束較多，在熱輥上絲路分布較寬(150 mm)，在熱輥上繞絲圈數(shù)受到熱輥長度的制約，僅4.5圈。因此，采用4熱輥(第一和第二熱輥均采用對輥)拉伸工藝，熱輥均采用鍍鏡面硬鉻或陶瓷涂層進(jìn)行表面處理，同時(shí)，適當(dāng)增大熱輥直徑(250 mm)，即增加對初生絲束的加熱時(shí)間，確保絲束在第一熱輥與第二熱輥之間的拉伸穩(wěn)定性。另外，4熱輥中，第一熱輥的上輥與第二熱輥的下輥為方向可調(diào)輥，對熱輥上絲路分布起到優(yōu)化調(diào)節(jié)作用。在32頭的拉伸過程中，第一熱輥拉伸溫度和第二熱輥定型溫度均比常規(guī)16頭，20頭高3～5℃。

2.3.3 卷繞

在32頭環(huán)吹直紡中，引進(jìn)了日本TMT公司的AtiⅡ-615MR/32型卷繞頭，其主要參數(shù)如下:卷繞速度2 500～6 000 m/min，錠軸長1 520 mm，紙管內(nèi)徑120 mm，最大卷裝直徑386 mm，卷裝體積/橫動(dòng)寬度14.8 dm3/75 mm。該型號卷繞頭采用雙胞胎結(jié)構(gòu)，有效地保證了32束絲卷繞張力的均勻性，保證了優(yōu)良的產(chǎn)品質(zhì)量［4－5］。

卷繞頭的橫動(dòng)部分采用2合1撥叉形式，即每個(gè)橫動(dòng)齒輪箱上有兩組旋翼，每個(gè)旋翼上具有2個(gè)葉片。這樣，2根絲共用1個(gè)橫動(dòng)齒輪箱，減少了齒輪箱的個(gè)數(shù)，減少傳動(dòng)誤差，節(jié)約成本。

卷繞頭最大卷繞速度可達(dá)到6 000 m/min，真正實(shí)現(xiàn)了高效、多頭，F(xiàn)DY的加工成本更低，單位產(chǎn)量占地更少，用工更省。

2.4 產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)

通過工藝優(yōu)化，生產(chǎn)55.6 dtex/144 f滌綸FDY，生產(chǎn)狀況穩(wěn)定，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率大于97%，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良，染色M率大于98%，優(yōu)等品率大于95%，具體質(zhì)量指標(biāo)見表5。

表5 55.6 dtex/144 f滌綸FDY主要物理指標(biāo)Tab.5 Main physical indexes of 55.6 dtex/144 f polyester FDY

3 結(jié)論

a.32頭環(huán)吹直紡生產(chǎn)多孔細(xì)旦長絲需選定適宜的熔體指標(biāo)，特性黏數(shù)(0.665±0.001)dL/g，并維持其穩(wěn)定。

b.32頭環(huán)吹直紡的紡絲及卷繞工藝條件有別于傳統(tǒng)側(cè)吹紡絲卷繞設(shè)備，采用低溫輸送，高溫紡絲工藝，環(huán)吹風(fēng)溫度比側(cè)吹風(fēng)低3℃，拉伸及定型溫度比常規(guī)的高3～5℃，32頭環(huán)吹直紡設(shè)備節(jié)能高效、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

c.32頭環(huán)吹直紡生產(chǎn)的滌綸細(xì)旦FDY長絲質(zhì)量指標(biāo)優(yōu)良，產(chǎn)品染色M率大于98%，優(yōu)等率大于95%。

［1］李允成，徐心華等.滌綸長絲生產(chǎn)［M］.北京:紡織工業(yè)出版社，1989.

［2］袁惠.超細(xì)旦滌綸POY的生產(chǎn)工藝技術(shù)選型［J］.廣東化纖，2001(4):17－22.

［3］郭大生，王文科.聚酯纖維科學(xué)與工程［M］.北京:中國紡織出版社，2001.

［4］李素敏.國內(nèi)外化纖設(shè)備中高速卷繞頭的發(fā)展現(xiàn)狀［J］.紡織導(dǎo)報(bào)，2009(12):45－48.

［5］徐青，曹志霞，菅新春，等.村田33H加彈機(jī)生產(chǎn)滌綸細(xì)旦多孔絲技術(shù)初探［J］.合成纖維工業(yè)，2010，33(2):58 －59.

Production process of fine denier polyester filament via 32-end circular quench air direct spinning

Xu Xianghua
(Jiangsu Xinmin Textile Science＆Technology Co.，Ltd.，Suzhou215228)

A 55.6 dtex/144 f polyester fully-drawn yarn(FDY)was produced on a 32-end circular quench air spinning equipment via direct melt spinning.The effects of polyethylene terephthalate(PET)melt quality，circular quench air，spinning and winding processes on the production and product quality were discussed.The results showed that the high-efficiency production can be realized with the operation rate above 97%and the top-quality product rate over 95%and the product acquired the breaking strength of 4.16 cN/dtex and the elongation at break of 25.6%while choosing PET melt with steady quality and intrinsic viscosity of(0.665±0.001)dL/g，controlling the spinning temperature 293 ℃，circular quench air temperature 18－20 ℃ and pressure 23 Pa，spinneret holes with 2-circle arrangement，and hole distance 3 mm，and properly increasing the pre-interlacing pressure to 0.10 MPa and drawing temperature 3－5 ℃ higher than traditional drawing temperature.

polyethylene terephthalate fiber;fully-drawn yarn;fine denier fiber;direct melt spinning;circular quench air

TQ342.21

B

1001-0041(2012)04-0061-04

2012-06-01;修改稿收到日期:2012-09-20。

徐翔華(1966—)，男，高級工程師，從事化纖生產(chǎn)技術(shù)的開發(fā)與管理工作。E-mail:xxh660204@263.net。