扁平形滌綸工業(yè)絲生產(chǎn)工藝探討

王利娜，遲長龍，鄧照西

(1.河南工程學院材料與化學工程系，河南 鄭州450007;2.鄭州華信學院藥學系，河南鄭州451150)

扁平絲因纖維橫截面的扁平化賦予了產(chǎn)品特殊的閃亮光澤、高抱合性、優(yōu)異的毛直立性，廣泛應用于高級毛毯、高檔織物中。對于扁平纖維生產(chǎn)的熔紡理論，國外學者進行了較深入的研究，如Takarada等［1］通過建立模型和實驗方法，對扁平和中空纖維進行了研究;國內(nèi)對于異形纖維紡絲理論的研究相對較少，王華平等［2］對中空纖維的成形機理進行了研究，楊崇倡等［3］則以圓形纖維成形理論為基礎，提出了扁平纖維的成形機理。國內(nèi)對扁平形等異形纖維的具體生產(chǎn)工藝研究得較多［4－5］，但這些均集中在滌綸民用絲的研究上，對于異形滌綸工業(yè)絲的研究較少。

作者采用Barmag工業(yè)絲設備及自主設計的噴絲板，通過工藝優(yōu)化生產(chǎn)出具有較好扁平截面且物理機械性能良好的扁平形滌綸工業(yè)絲，其產(chǎn)品在改善普通工業(yè)絲產(chǎn)品外觀的前提下，可以降低網(wǎng)絡壓力，節(jié)約成本。

1 試驗

1.1 原料

增黏聚酯切片:特性黏數(shù)(［η］)1.04 dL/g，浙江古纖道新材料有限公司生產(chǎn)。

1.2 設備

滌綸工業(yè)絲生產(chǎn)設備:15E10螺桿，SP46紡絲箱體，ACW41-1200/4卷繞頭，瑞士蘇拉紡織集團德國巴馬格公司制;扁平形噴絲板:自主設計，常州噴絲板廠加工。

1.3 扁平形滌綸工業(yè)絲的工藝流程

在滌綸工業(yè)絲設備上生產(chǎn)1 110 dtex/192 f高強扁平形滌綸工業(yè)絲，其生產(chǎn)流程如圖1所示。

圖1 扁平滌綸工業(yè)絲生產(chǎn)工藝流程Fig.1 Flow chart of flat PET industrial yarn production

1.4 分析測試

異形度:用哈氏切片器制樣，并用奧林巴斯X31顯微鏡進行拍照，按照標準FZ/T50002—91化學纖維異形度試驗方法進行測定計算。

力學性能:使用Instron5566電子強力拉伸儀進行力學性能測試。

2 結果與討論

2.1 噴絲板的設計

聚酯熔體為非牛頓粘彈體，在毛細孔中作粘性流動的同時也發(fā)生彈性形變，而彈性能在出噴絲板孔后的釋放將會影響絲條異形截面的形狀，因此合理設計噴絲板微孔的幾何形狀和尺寸十分重要［6－7］。

因為考慮到熔體的出口脹大效應存在，會使得纖維截面偏離噴絲孔的形狀，所以為了得到扁平截面的纖維，設計的噴絲板孔長度方向為內(nèi)凹型，當纖維因彈性能釋放而更趨于圓形時，則使內(nèi)凹趨勢變平緩而趨于平面;若將寬度方向也設計成為內(nèi)凹型，則使得噴絲板加工難度加大，因此僅考慮一個方向上的內(nèi)凹設計。設計了導孔角度為60°，連通噴絲孔的熔體通道與所設計的噴絲孔形狀相似，其噴絲板剖面圖以及噴絲孔的斷面圖如圖2所示。

圖2 噴絲板示意Fig.2 Profile and sectional drawing of spinneret hole

從表1可以看出，噴絲孔的凹度(c/b)對紡絲性能的影響很大。當采用矩形孔的1#噴絲板紡絲時，生產(chǎn)比較穩(wěn)定，但所紡制的纖維截面由于熔體的出口脹大效應趨于橢圓形，對于后道涂覆織物的平整度不利;當采用2#噴絲板時，紡絲穩(wěn)定，所得產(chǎn)品截面為扁平型，而且產(chǎn)品達到優(yōu)等級;當采用3#噴絲板時，由于凹度值過小，在絲條最窄處容易發(fā)生應力集中，導致運轉(zhuǎn)過程中斷頭較多，生產(chǎn)無法順利進行。因此，生產(chǎn)中選用2#噴絲板。

表1 噴絲孔形狀與可紡性的關系Tab.1 Relationship between spinneret hole shape and spinnability

此外，要綜合考慮加工成本和清洗效果，因為噴絲孔的長寬比越大成本越高，故選用孔的長寬比(a/b)為2.5。并且為了保證絲條冷卻均勻，安裝組件時其噴絲孔寬方向與側吹風成45°［8］。

2.2 主要紡絲工藝條件

2.2.1 紡絲溫度

在紡絲過程中，當熔體從扁平孔中通過時，產(chǎn)生的不規(guī)則流動，導致熔體細流在出噴絲孔時表現(xiàn)出較圓形孔更明顯的出口脹大效應［5］。因此，適當升高紡絲溫度利于熔體在噴絲孔中釋放彈性能，易于控制截面形狀，但也不易太高，因為紡絲溫度過高，熔體黏度降增大，紡絲過程中飄絲較多，對紡絲不利。由圖3可知，紡絲溫度，較常規(guī)工業(yè)絲生產(chǎn)高2～3℃為301℃時，生產(chǎn)正常，產(chǎn)品滿卷率達到96%，無油絲黏度降小。

圖3 紡絲溫度和滿卷率及無油絲［η］的關系Fig.3 Relationship between spinning temperature and full package ratio or［η］of oil-free yarn

2.2.2 側吹風

由于異形絲的比表面積比較大，絲條散熱快，因此要提高側吹風風溫或降低側吹風風速，來提高纖維的異形度［9］。試驗發(fā)現(xiàn)，當側吹風速度由0.60 m/s降至 0.45 m/s時，纖維異形度明顯提高，因為降低側吹風風速，使得固化點上移，絲條趨向圓形變化的時間縮短，因此異形度提高。但冷卻速度過快，會導致絲條徑向溫度差較大，生成皮芯結構，甚至會導致斷頭，影響生產(chǎn)穩(wěn)定性。

通過對其他生產(chǎn)工藝的優(yōu)化，得到較佳的工藝條件見表2。

表2 扁平滌綸工業(yè)絲主要紡絲工藝參數(shù)Tab.2 Spinning parameters for flat PET industrial yarn

2.3 產(chǎn)品質(zhì)量

選用2#噴絲板，以表2所示的工藝條件進行48 h的紡絲試驗，產(chǎn)品滿卷率達到96%，且產(chǎn)品質(zhì)量達到高強滌綸工業(yè)絲AA等級，其物理指標如表3所示。

表3 扁平形滌綸工業(yè)絲的物理性能Tab.3 Physical properties of flat PET industrial yarn

由圖4可以看出，扁平形滌綸工業(yè)絲的截面非常清晰，且纖維緊密地排列在一起，抱合性大大提高。

圖4 纖維截面的顯微鏡照片F(xiàn)ig.4 SEM image of fiber cross-section

在同樣的油劑泵轉(zhuǎn)速下，2#噴絲板所得產(chǎn)品的含油率最高，這是因為2#噴絲板所得產(chǎn)品絲束間排列規(guī)整，絲條之間的摩擦增大，在固定油劑供給量的條件下，油劑在絲束間得以更好的留存。

生產(chǎn)過程中還發(fā)現(xiàn)將網(wǎng)絡氣壓由常規(guī)產(chǎn)品所需的0.36 MPa降低到0.2 MPa，所得產(chǎn)品仍具有較好的抱合性，因此扁平形滌綸工業(yè)絲的生產(chǎn)減少了壓縮空氣的使用量，節(jié)約成本。

3 結論

a.生產(chǎn)中選用扁平形噴絲孔的長寬比為2.5，凹度為0.84，可紡性及異形度均較好。

b.適當提高紡絲溫度或降低冷卻速度有利于生產(chǎn)及異形度的控制。較佳紡絲溫度為301℃，側吹風速度為0.45 m/s，側吹風溫度為20℃，產(chǎn)品滿卷率達96%，纖維截面扁形狀清晰，異形度為48.3%，質(zhì)量指標達高強滌綸工業(yè)絲AA級。

c.生產(chǎn)扁平纖維可將網(wǎng)絡氣壓降低到0.2 MPa，產(chǎn)品仍具有較好的抱合性。

［1］Takarada W，Ito H，Kikutani T，et al.Studies on high-speed melt spinning of noncircular cross-section fibers.III.Modeling of melt spinning process incorporating change in cross－sectional shape［J］.J Appl Polym Sci，2001，80(9):1589 －1600.

［2］王華平，余曉蔚，朱建民.熔紡中空纖維皮芯結構的形成原理及動力學模擬［J］.合成纖維工業(yè)，1999，22(5):1 －4.

［3］楊崇倡，譚志銀，魏蕊，等.扁平纖維紡絲成形研究I.扁平纖維紡絲成形的數(shù)學模型及模擬分析［J］.合成纖維工業(yè)，2009，32(3):56 －61.

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［5］管新海.扁平形聚酯纖維成形工藝的研究［J］.合成技術及應用，2001，16(4):36 －39.

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［7］過明言，楊崇倡，譚志銀，等.扁平纖維紡絲成行研究II.扁平PET纖維噴絲板的設計及產(chǎn)品開發(fā)［J］.合成纖維工業(yè)，2009，32(4):61 －63.

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