防紫外線PA6細(xì)旦FDY的生產(chǎn)工藝探討

呂傳香，楊建春，牟貞艷

(煙臺(tái)華潤(rùn)錦綸有限公司，山東煙臺(tái)264006)

具有防紫外線功能的全消光PA6細(xì)旦全拉伸絲(FDY)具有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)，包括光穩(wěn)定性好、色牢度高、著色均勻、光澤亮麗等，這些都是常規(guī)細(xì)旦FDY無(wú)法達(dá)到的。全消光FDY絲用全消光切片紡絲制得，切片中二氧化鈦含量高達(dá)1.6%，是普通半消光切片二氧化鈦含量的5～6倍。由于二氧化鈦是一種金屬氧化物，是一種性能優(yōu)良的紫外線屏蔽劑，因此該絲加工的織物具有防紫外線的功能，產(chǎn)品附加值較高。細(xì)旦纖維和超細(xì)旦纖維具有良好的服用性能，在紡織用纖維中占有主導(dǎo)地位，可用來(lái)紡制高仿真纖維以替代天然纖維，其紡絲織物可達(dá)到輕、柔、爽、滑的效果。

目前錦綸纖維的主要生產(chǎn)方法是切片熔融法，原料利用率高，成本低，工序簡(jiǎn)單，是化學(xué)纖維生產(chǎn)最常用的方法。對(duì)于具有防紫外線功能的全消光PA6細(xì)旦FDY纖維生產(chǎn)，因其纖度低(8至20旦尼爾)、二氧化鈦含量高、摩擦大、制造過(guò)程易產(chǎn)生毛絲、斷頭等，所以生產(chǎn)難度大，尤其是20旦尼爾以下的纖維滿卷率較低。我公司通過(guò)調(diào)整生產(chǎn)工藝、對(duì)設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)改造調(diào)整等方式，成功開(kāi)發(fā)出多種具有抗紫外線功能的全消光PA6細(xì)旦FDY產(chǎn)品，生產(chǎn)滿卷率高，產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)異。本文以22.2dtex/7f品種為例進(jìn)行探討，以供同行參考。

1 試驗(yàn)

1.1 原料與試劑

BASF產(chǎn)全消光PA6切片，其各項(xiàng)指標(biāo):含水率＜0.020%;相對(duì)粘度2.42;二氧化鈦1.6%;粒度80粒/克。

1.2 設(shè)備與儀器

主要生產(chǎn)設(shè)備:

紡絲機(jī)，由北京三聯(lián)虹普科技有限公司組裝制造;ATi－12R/8型卷繞機(jī)，日本TMT公司制造。

主要檢測(cè)儀器:

FDAME型全自動(dòng)強(qiáng)伸儀，德國(guó)Textecho公司制造;YG086型縷紗測(cè)長(zhǎng)儀，山東萊州市電子儀器有限公司制造;5－C800型條干均勻度測(cè)試儀，瑞士烏斯特公司制造。

1.3 試驗(yàn)

生產(chǎn)工藝流程如下:

全消光PA6切片→螺桿機(jī)壓機(jī)熔融→計(jì)量泵→紡絲組件及噴絲板→側(cè)吹風(fēng)冷卻→集束上油→拉伸→熱輥定型→交絡(luò)→卷繞頭卷裝→FDY產(chǎn)品。

紡絲溫度265℃～270℃;卷繞速度4400～4500m/min;拉伸倍數(shù)1.3～1.4;熱輥定型溫度145℃～155℃。

2 結(jié)果與討論

2.1 原料

BASF全消光PA6切片，各項(xiàng)化學(xué)指標(biāo)嚴(yán)格控制，尤其含水率必須控制在0.020%以內(nèi)。為達(dá)到抗紫外線的效果，二氧化鈦的含量必須達(dá)到規(guī)定值，實(shí)踐證明，BASF切片二氧化鈦含量為1.6%，織物具有較好的抗紫外線效果。

2.2 噴絲板的設(shè)計(jì)

噴絲板的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，直接關(guān)系到生產(chǎn)過(guò)程的可紡性和產(chǎn)品質(zhì)量。如果噴絲板設(shè)計(jì)不當(dāng)，會(huì)造成歪脖絲、注頭絲、毛絲、飄絲等多種不良，引起斷頭并影響產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量。

第一要考慮熔體流動(dòng)的均勻性，組件中間的熔體容易通過(guò)，而周邊的熔體受到阻力較大，二氧化鈦容易在噴絲孔周邊形成死角，因此設(shè)計(jì)噴絲板時(shí)首先要防止熔體在板孔中形成死角，保證熔體流動(dòng)的均勻性。

第二要考慮噴絲板孔的高度和直徑(長(zhǎng)徑比)。為減少熔體從噴絲板噴出時(shí)熔體膨化現(xiàn)象，應(yīng)結(jié)合噴絲頭拉伸倍數(shù)考慮，采用適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)徑比。選擇較大的長(zhǎng)徑比有利于釋放熔體內(nèi)部應(yīng)力，減少管口膨化效應(yīng)，但噴絲板的加工和清洗難度也會(huì)加大［1］。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，采用2.5～3.0的長(zhǎng)徑比可以獲得理想的效果。對(duì)于22.2dtex/7f品種，微孔直徑一般控制在0.23mm～0.25mm。

第三要考慮到絲束的冷卻效果，單絲線密度較高，容易在表層和內(nèi)部形成溫差，產(chǎn)生應(yīng)力造成絲條破裂甚至斷絲，因此設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮絲條冷卻效果，噴絲板孔的排布要科學(xué)合理，要保證足夠的孔間距，并使絲條獲得相同的冷卻效果［1］。

2.3 紡絲和卷繞工藝

2.3.1紡絲溫度

全消光切片的二氧化鈦含量達(dá)到1.6%左右，是普通半光切片二氧化鈦含量的5倍以上，在切片熔融時(shí)對(duì)熔體的流變性產(chǎn)生很大影響，要確保紡絲效果，尤其細(xì)旦FDY，必須調(diào)整合適的紡絲溫度。紡絲溫度過(guò)高，會(huì)使聚合物的熱分解加劇，造成相對(duì)分子質(zhì)量降低和出現(xiàn)氣泡絲，并因熔體黏度太低而出現(xiàn)毛細(xì)斷裂，形成“注頭”。紡絲溫度過(guò)低，會(huì)使熔體黏度過(guò)高，增加泵輸送的負(fù)擔(dān)，往往出現(xiàn)漏料，而且使擠出物出口脹大現(xiàn)象趨于嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)“熔體破裂”現(xiàn)象，影響正常紡絲。嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)硬頭絲，使絲發(fā)白，暗無(wú)光澤，手感發(fā)硬，后拉伸時(shí)斷頭增加，甚至不能拉伸［2］。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得知，紡絲溫度在265℃～270℃時(shí)，紡絲效果最佳。

2.3.2絲條冷卻條件

因?yàn)樵摾w維對(duì)冷卻的要求較高，需要系統(tǒng)研究絲條的冷卻。生產(chǎn)采用側(cè)吹風(fēng)冷卻方式，關(guān)鍵控制參數(shù)包括風(fēng)速、風(fēng)壓、風(fēng)溫、風(fēng)濕，冷卻距離等。

為保證各紡絲位出風(fēng)的穩(wěn)定性和均勻性，空調(diào)系統(tǒng)要提供一定壓力的側(cè)吹風(fēng)，一般風(fēng)壓控制在400Pa～500Pa是比較合適的。

為使絲條獲得均勻的冷卻效果及良好的后拉伸性能，要避免絲束驟冷形成內(nèi)外層溫差，應(yīng)減緩絲束的冷卻速度。一方面，側(cè)吹風(fēng)溫度不能太低，風(fēng)速不能太高，另一方面，冷卻的距離不能太短。在生產(chǎn)過(guò)程中采用18℃的露點(diǎn)風(fēng)，濕度控制在80%以上。同時(shí)我公司通過(guò)對(duì)現(xiàn)有設(shè)備的改造，將絲束的上油點(diǎn)由二樓下降到一樓，延長(zhǎng)了冷卻距離，獲得滿意的生產(chǎn)效果。

側(cè)吹風(fēng)風(fēng)速也是一個(gè)非常關(guān)鍵的參數(shù)，風(fēng)速過(guò)高易引起湍流，引起絲束的振動(dòng)和抖動(dòng)，而風(fēng)速過(guò)低易受野風(fēng)干擾，造成絲束凝固點(diǎn)飄移。風(fēng)速過(guò)高或過(guò)低都會(huì)影響產(chǎn)品的條干均勻度。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于22.2dtex/7f全消光FDY，側(cè)吹風(fēng)控制在0.3～0.35m/s比較合適。

表1 側(cè)吹風(fēng)速度對(duì)條干均勻度的影響(22.2dtex/7f)Table 1 Effects of quenching speed on evenness of fiber

2.3.3上油位置和上油方式

紡二氧化鈦含量高的全消光切片時(shí)，絲條不易冷卻，過(guò)早上油使絲條固化不能充分冷卻，影響絲條的拉伸性能。我公司通過(guò)設(shè)備改造，將上油點(diǎn)從二樓下降到一樓，增加了絲束的冷卻距離，使平均軸向溫度梯度減少，從而使初生纖維的預(yù)取向度減少，具有良好的后拉伸性能。

2.3.4拉伸倍數(shù)及定型溫度

拉伸倍數(shù)(GR2與GR1的速度比)提高，纖維的斷裂強(qiáng)度會(huì)增加，但如果拉伸倍數(shù)超過(guò)臨界值，會(huì)使纖維內(nèi)部的大分子鏈發(fā)生滑移甚至斷裂，引起纖維取向度和強(qiáng)力下降，因此拉伸倍數(shù)應(yīng)控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)［3］。

為了提高纖維的拉伸性能，消除纖維在拉伸過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，拉伸過(guò)程中進(jìn)行熱定型，定型溫度隨拉伸倍數(shù)的增加適當(dāng)提高。熱定型溫度一般設(shè)定在145℃～155℃，溫度過(guò)高會(huì)影響FDY油劑穩(wěn)定性，在熱輥上產(chǎn)生結(jié)焦，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

從表2可看出，拉伸倍數(shù)小于1.4時(shí)，隨著拉伸倍數(shù)提高，絲束斷裂強(qiáng)度上升，斷裂伸長(zhǎng)下降，當(dāng)拉伸倍數(shù)超過(guò)1.5以后，隨著拉伸倍數(shù)的增加，斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)均下降。因此，生產(chǎn)22.2dtex/7f PA6全消光FDY時(shí)，拉伸倍數(shù)一般控制在1.3～1.4，熱輥定型溫度為145℃～155℃。

表2 拉伸倍數(shù)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響(22.2dtex/7f)Table 2 Effects of stretch ratio on the quality of the products

2.3.5卷繞速度

卷繞速度一般要低于GR2和GR3的速度，以使絲條內(nèi)應(yīng)力得到一定程度的釋放，并保證絲餅具有較好的成型。對(duì)于22.2dtex/7f全消光FDY，卷繞速度一般控制在4400～4500m/min。

2.4 產(chǎn)品質(zhì)量

通過(guò)對(duì)各工藝參數(shù)的調(diào)整，最終生產(chǎn)的22.2dtex/7f全消光FDY產(chǎn)品指標(biāo)如下:

表3 產(chǎn)品抽檢指標(biāo)(22.2dtex/7f)Table 3 Index of Sampling observatio n

3 結(jié)論

(1)生產(chǎn)具有防紫外線功能錦綸長(zhǎng)絲對(duì)切片質(zhì)量要求較高，使用全消光切片生產(chǎn)，紫外線屏蔽劑TiO2含量等指標(biāo)必須達(dá)到要求;

(2)噴絲板的設(shè)計(jì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有顯著影響，要選擇恰當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)徑比，提高產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)要考慮清洗和制造的困難程度;

(3)冷卻條件直接影響到絲束內(nèi)部分子的取向、結(jié)晶和后拉伸性能，要嚴(yán)格控制側(cè)吹風(fēng)的風(fēng)速、風(fēng)溫、風(fēng)濕和風(fēng)壓，減緩冷卻速度，延長(zhǎng)冷卻距離;

(4)拉伸倍數(shù)的增大有利于提高產(chǎn)品的斷裂強(qiáng)度，但超過(guò)臨界點(diǎn)后，會(huì)破壞纖維內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)引起強(qiáng)力的下降，因此拉伸倍數(shù)的選擇要適當(dāng)。對(duì)22.2dtex/7f品種，拉伸倍數(shù)選擇1.3～1.4比較合適。

［1］劉讓同，李銳.噴絲板的設(shè)計(jì)生產(chǎn)［J］.輕紡工業(yè)與技術(shù).2011，40(1):17－20.

［2］梁冬.全消光錦綸6全拉伸絲生產(chǎn)工藝探討［J］.合成纖維.2006，12:43－45.

［3］李生強(qiáng)，王新，王振，等.11.1dtex/7f細(xì)旦PA66 FDY生產(chǎn)工藝探討［J］.合成纖維工藝.2012，35(1):72－74.