針織紗專用料短纖維工藝探討

劉 波 ，邢 菲 ，陳 江

(中國石化洛陽分公司，河南洛陽 471012)

以儀征化纖為代表的南方化纖企業(yè)，大量開發(fā)滌綸短纖維高附加值產(chǎn)品，其中高檔織物型針織紗專用纖維產(chǎn)品成為其中的佼佼者，大量應(yīng)用于南方經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，目前針織紗專用料短纖維市場價格比1.56 dtex棉型短纖維高400元/t，具有較高的產(chǎn)品附加值。

洛陽石化短纖維裝置自2000年投產(chǎn)以來，主要以生產(chǎn)1.56 dtex高強(qiáng)棉型短纖維為主，產(chǎn)品可紡性好、品質(zhì)穩(wěn)定得到了市場的認(rèn)可，在2012年短纖維市場調(diào)研、客戶走訪中發(fā)現(xiàn)部分下游用戶已將1.56 dtex棉型滌綸短纖維作為針織紗的原料與棉和黏膠采用不同比例混紡。

針織紗對短纖維的伸長、彈性和疵點(diǎn)的要求高于機(jī)織用短纖維。因此根據(jù)針織紗在原料、加工過程、紗線指標(biāo)上與梭織紗有較大區(qū)別的特點(diǎn)，通過適當(dāng)調(diào)整部分工藝參數(shù)、規(guī)范現(xiàn)場作業(yè)，研發(fā)針織紗專用滌綸短纖維，對于穩(wěn)定和提升洛陽石化短纖維產(chǎn)品質(zhì)量，擴(kuò)大市場占有率，增加經(jīng)濟(jì)效益是非常重要的。

1 生產(chǎn)工藝

1.1 原料

熔體特性黏度 0.650 dL/g±0.01 dL/g，端羧基含量 ＜36 mol/t，二甘醇質(zhì)量分?jǐn)?shù) 1.2% ±0.3%，熔點(diǎn) ＞251 ℃，凝聚粒子(＞10 μm)＜6個/mg。

1.2 主要生產(chǎn)設(shè)備及測試儀器

紡絲設(shè)備，由康泰斯公司成套提供，最大紡絲速度2000 m/min;后紡設(shè)備由德國Fleissner公司提供，加工絲束總纖度可達(dá)600萬dtex，操作速度為250～270 m/min;測試儀器:XQ-1B等速伸長型拉伸實驗儀，YG365A型單纖維干熱收縮儀;YG-321型纖維比電阻儀，XCP-1A型纖維卷曲彈性儀;XQ-1纖維強(qiáng)伸度分析儀。

1.3 工藝流程

洛陽分公司短纖維裝置工藝技術(shù)采用美國杜邦公司的技術(shù)，由康泰斯公司提供設(shè)備及技術(shù)安裝。裝置的公稱生產(chǎn)能力為年產(chǎn)10萬t滌綸短纖維，配備兩條生產(chǎn)線，每條生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力為日產(chǎn)150 t。短纖維工藝流程:聚酯熔體→增壓泵→計量泵→紡絲組件→環(huán)吹→上油→卷繞→牽引機(jī)→鋪絲器→盛絲桶→預(yù)導(dǎo)絲機(jī) →水浴槽 →導(dǎo)絲機(jī)→牽伸機(jī)→牽伸蒸汽箱→緊張熱定型→絲束冷卻機(jī)→上油→疊絲機(jī)→卷曲蒸汽箱→卷曲機(jī)→松弛熱定型→切斷機(jī)→打包。主要工藝參數(shù)見表1。

表1 主要工藝參數(shù)

2 針織紗專用料短纖維質(zhì)量要求

針織紗專用短纖維質(zhì)量要求比機(jī)織用短纖維更高，要具有足夠的伸長和彈性，使得在編織過程中易于彎曲扭轉(zhuǎn)，順利成圈，同時纖維強(qiáng)度、伸長均勻性要好，該項對成紗的強(qiáng)度、布面外觀、手感、毛羽等方面都有影響。

專用料要求纖維中硬塊、僵絲、未牽伸絲等大疵點(diǎn)含量要低。由于在針織加工及后整理過程中無法去除該類疵點(diǎn)，較大的紗疵和棉結(jié)有可能造成機(jī)器停頓或者是出現(xiàn)針洞、針頭斷裂，對針織布面外觀造成嚴(yán)重影響。

另外纖維中弱絲、并絲等形態(tài)較小，質(zhì)量與正常纖維接近?？梢皂樌ㄟ^各道紡紗、織造工序的小疵點(diǎn)，由于其超分子結(jié)構(gòu)與正常纖維存在差異，其吸色性高于正常纖維，在對針織紗或布匹進(jìn)行染色后才能顯現(xiàn)，這種染色疵點(diǎn)給下游用戶造成較大的損失且難以彌補(bǔ)。

針織紗專用料短纖維同1.56 dtex棉型短纖維質(zhì)量指標(biāo)對比見表2。

表2 針織紗專用料質(zhì)量指標(biāo)對比

3 工藝參數(shù)確定及分析

3.1 熔體特性黏度

特性黏度反映高聚物平均相對分子質(zhì)量的大小，它是紡絲生產(chǎn)中一個關(guān)鍵的控制指標(biāo)。適當(dāng)降低熔體黏度，可以改善纖維的流動性能，減小出口膨化和防止“熔體破碎”，減少紡絲毛絲和斷頭。降低黏度，聚合物的平均相對分子量降低，原絲的預(yù)取向度降低，自然拉伸倍數(shù)相應(yīng)增大，所以有利于后加工牽伸倍率的提高，獲得高強(qiáng)力的纖維。黏度過低，噴絲孔擠出成形的初生纖維在張力下易產(chǎn)生斷裂，甚至不能成形，可紡性差，所以黏度應(yīng)選擇適中。

從表3中可以看出，在生產(chǎn)針織紗專用料時適當(dāng)降低黏度有利用降低纖維的預(yù)取向度，原絲斷裂強(qiáng)度CV、斷裂伸長CV值控制較好，結(jié)合生產(chǎn)實際，熔體黏度選擇0.645～0.642 dL/g為宜。

表3 特性黏度與原始質(zhì)量

3.2 紡絲速度

在短纖維生產(chǎn)過程中，總的拉伸倍率分別由噴絲頭拉伸倍數(shù)和牽伸倍率貢獻(xiàn)。提高噴絲頭拉伸倍數(shù)有利于最終產(chǎn)品質(zhì)量，但噴絲頭拉伸倍數(shù)過大會增加紡絲過程中受力，影響紡絲穩(wěn)定性。同時較高的噴絲頭拉伸倍數(shù)生產(chǎn)的原絲預(yù)取向度高，自然牽伸比小，在牽伸時易產(chǎn)生毛絲、斷絲，造成牽伸不足、未充分拉伸的絲束較多。降低紡絲速度能夠使絲條冷卻減緩，固化點(diǎn)下移，預(yù)取向度下降，原絲的自然牽伸比增大，原絲的可牽伸性能好，可以改善高牽伸倍率下后牽伸的運(yùn)行工況。

紡絲過程中形成的染色疵點(diǎn)主要是弱絲、斷絲后引起未拉伸絲及拉伸不足絲，所以在減少前紡毛絲及弱絲的情況下，降低紡絲速度，提高拉伸倍率，可以適當(dāng)減少后紡未拉伸絲和拉伸不足絲。

洛陽分公司短纖維車間卷繞絲束喂入采用獨(dú)特的空氣鋪絲器，依靠空氣噴射將卷繞絲束鋪入盛絲桶，空氣鋪絲器無機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)部件，可實現(xiàn)絲束高速喂入，但紡絲速度的提高會使絲束和卷繞各導(dǎo)輥摩擦力增大，原絲的斷裂強(qiáng)度CV值增大，后牽伸過程中纏輥多，為此進(jìn)行了高紡速低牽伸倍數(shù)及低紡速高牽伸倍數(shù)的匹配試驗，結(jié)果見表4。

結(jié)合杜邦工藝，降低紡絲速度，保持原絲一定的取向度，有利于改善拉伸狀態(tài)，提高針織紗專用料質(zhì)量均勻性，故紡絲速度選擇1 200 m/min為宜。

表4 紡絲速度匹配試驗

3.3 冷卻吹風(fēng)

熔體細(xì)流自噴絲孔噴出后，在空氣中冷卻凝固成形，這是一個單純的傳熱和受力變形過程，環(huán)吹條件為固化過程的決定性因素，強(qiáng)烈地影響著纖維結(jié)構(gòu)和紡絲線上的各種分布，成為一系列不均勻產(chǎn)生的根源，尤其是對拉伸性能的影響。冷卻風(fēng)從絲束外層向內(nèi)層穿透，在穿透過程中，部分冷卻風(fēng)隨絲束下行而被帶下，同時風(fēng)溫在同絲束換熱后升高，絲條溫度降低。風(fēng)壓過高，外層絲速冷卻速度快，纖維取向度高、強(qiáng)度高、伸度小;風(fēng)壓低，冷卻風(fēng)穿透力差，內(nèi)層絲束得不到充分冷卻，會使單絲凝固點(diǎn)下移，如遇“野風(fēng)”干擾，兩根單絲極易互相碰撞而粘連在一起形成并絲。即過高或過低的風(fēng)壓，都會造成環(huán)吹冷卻效果差，絲條的冷卻速度將忽快忽慢，原絲冷卻固化點(diǎn)不勻，絲條斷面不勻率增大，原絲纖度CV、強(qiáng)伸度CV值大，斷頭增多，進(jìn)而影響后處理正常生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量。

為控制熔體細(xì)流的冷卻速度及其均勻性，洛陽石化采用上部環(huán)吹、下部側(cè)吹冷卻吹風(fēng)工藝。上部環(huán)吹采用半密閉式環(huán)吹筒對熔體細(xì)流進(jìn)行冷卻成形，每線共80個紡絲位。因紡絲位數(shù)多，相應(yīng)對各紡絲位的冷卻均勻性要求極高，為保證原絲質(zhì)量穩(wěn)定，要求工藝風(fēng)壓穩(wěn)定，且各紡絲位環(huán)吹冷卻效果偏差小。不同風(fēng)壓所得原絲質(zhì)量均勻性見表5。

表5 不同風(fēng)壓所得原絲質(zhì)量均勻性

由表5可知，紡絲速度由1320m/min降低到1 200 m/min后，原絲單絲纖度變大，絲束在環(huán)吹筒換熱效率要求提高，原來的環(huán)吹風(fēng)壓已經(jīng)不再適合生產(chǎn)情況，需要將環(huán)吹風(fēng)壓提高約6%，即由1 020 Pa升到1 080 Pa，從而提高原絲內(nèi)部結(jié)構(gòu)的均勻性，利于紡絲加工的順利進(jìn)行。

根據(jù)實際情況，在針織紗專用料短纖維的生產(chǎn)過程中，我們采用環(huán)吹風(fēng)壓為1 080 Pa進(jìn)行紡絲，原絲斷裂強(qiáng)度CV、斷裂伸長CV值控制較好。

3.4 牽伸倍率

適當(dāng)提高牽伸倍率，纖維在細(xì)頸拉伸后結(jié)晶度、取向度迅速上升，纖維強(qiáng)度加大，但過大的牽伸倍率會造成纖維強(qiáng)迫拉伸，導(dǎo)致大分子鏈段撕裂破碎，造成牽伸不足、未充分拉伸的絲束較多，使加工中纏輥增多、拉伸困難，產(chǎn)品強(qiáng)度下降，疵點(diǎn)增多。

隨著紡絲速度的降低，總牽伸倍率提高10%，由2.99提高至3.29，總牽伸倍率提高后，分子鏈沿纖維軸向排列更加規(guī)整，纖維的取向度、結(jié)晶度均得到提高，纖維內(nèi)部結(jié)晶結(jié)構(gòu)發(fā)展更為完善，加工狀態(tài)和產(chǎn)品質(zhì)量均較理想。

洛陽分公司短纖維針織后紡采用杜邦干法拉伸工藝，第一段拉伸介質(zhì)為空氣浴，絲束周圍的空氣作為牽伸介質(zhì)?？諝饫燧^水浴拉伸相比，拉伸過程中絲束內(nèi)部產(chǎn)生的拉伸熱不易迅速有效地被空氣帶走，容易造成絲束局部升溫過高引起牽伸點(diǎn)波動，造成未拉伸絲或拉伸不足等情況。染色時，這部分纖維的顏色特別深，形成染色疵點(diǎn)。所以干法拉伸工藝控制牽伸點(diǎn)的穩(wěn)定尤為重要。由于干法拉伸牽伸點(diǎn)可以目測，通過調(diào)節(jié)原絲平衡時間、集束張力、第一段牽伸倍數(shù)可以實現(xiàn)牽伸點(diǎn)位置的相對穩(wěn)定。牽伸倍率對纖維均勻性的影響見圖1。

圖1 牽伸倍率對纖維均勻性的影響

從圖1可知，提高牽伸倍率為3.29時，產(chǎn)品強(qiáng)伸均勻性相對穩(wěn)定和優(yōu)化。

3.5 原絲平衡時間

剛剛生產(chǎn)出的原絲其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、預(yù)取向度、雙折射均不穩(wěn)定，其變化主要是發(fā)生在存放初期的8 h之內(nèi)，若這樣的原絲直接進(jìn)行后處理拉伸，平衡時間長的纖維與平衡時間短的纖維之間的差異很大，牽伸點(diǎn)位置不固定，相差10～20 cm，造成同一牽伸倍率下，平衡時間短的纖維極易被拉斷，平衡時間長的纖維拉伸不充分，容易形成染色疵點(diǎn)。

所以需要對原絲進(jìn)行平衡放置，尤其是最后落桶的原絲要放置8 h以后，方可上線進(jìn)行牽伸，以減小或消除內(nèi)應(yīng)力，同時還可以使纖維上的紡絲油劑擴(kuò)散均勻，從而改善纖維的拉伸性能。

3.6 疵點(diǎn)控制

紡絲過程中出現(xiàn)的融著絲、修板尾絲和并絲、粗絲、竹節(jié)絲等異狀絲，都會造成后處理工序中牽伸纏輥、毛絲及卷曲跳輥，導(dǎo)致成品纖維中的疵點(diǎn)含量高。由于前紡原絲中有“毛絲”、“斷頭絲”或“弱絲”，導(dǎo)致后處理不能牽伸或牽伸不勻，這種未經(jīng)牽伸或牽伸不完全的纖維的取向度和結(jié)晶度很低，在針織紗布面極易出現(xiàn)染色疵點(diǎn)。噴絲孔擠出不暢、環(huán)吹風(fēng)風(fēng)量不足、冷卻風(fēng)吹出不勻是造成疵點(diǎn)的主要因素，為此要嚴(yán)格進(jìn)行工藝條件檢查及提高定期作業(yè)質(zhì)量。

組件漏漿、噴絲板清洗不徹底、修板作業(yè)質(zhì)量不佳，均會造成不定期斷頭增多，絲端根數(shù)增多，疵點(diǎn)增多。為此在組織針織紗專用料生產(chǎn)時，應(yīng)安排在組件運(yùn)行周期為1～2月期間，此時由于組件內(nèi)濾餅形成、組件壓力日上升幅度均勻，組件運(yùn)行工況較好。另外，紡絲定期修板作業(yè)提升為二把刀修板，在粗修和細(xì)修階段分別使用兩把修板刀進(jìn)行修板，提高修板質(zhì)量，執(zhí)行組件清洗作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化操作程序，提高清洗品質(zhì)，保證組件上機(jī)合格率。從而減少由融著絲，異常絲等造成的斷頭。

縮短環(huán)吹筒更換周期頻次，由原來的16 d減少到14 d。加強(qiáng)環(huán)吹筒組裝、清洗要求，尤其是環(huán)吹筒內(nèi)金屬鋼網(wǎng)不能出現(xiàn)變形情況，專人測試干凈的環(huán)吹金屬鋼網(wǎng)不同高度一圈10個點(diǎn)的均勻性，保證環(huán)吹上機(jī)品質(zhì)。經(jīng)測試，干凈合格的環(huán)吹筒風(fēng)壓波動≤5%，紡絲異狀絲明顯減少。

加強(qiáng)切斷分級操作，發(fā)現(xiàn)毛絲、斷絲應(yīng)立即打廢絲，避免異常絲進(jìn)入正品絲，引起染色疵點(diǎn)，不定期修板的尾絲出現(xiàn)時，應(yīng)剔出所在時間段的產(chǎn)品包。

表6 定期作業(yè)周期對比 d

4 產(chǎn)品質(zhì)量

綜合以上工藝條件，生產(chǎn)得到的針織紗專用料短纖維產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良，纖維的疵點(diǎn)可以達(dá)到0.4 mg/(100 g)，染色疵點(diǎn)可以達(dá)到12點(diǎn)/(6 g)，優(yōu)級品率達(dá)到100%，主要物理指標(biāo)如表7所示。

表7 產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)

5 結(jié)論

針織紗專用料產(chǎn)品投入市場后，得到客戶的認(rèn)可。結(jié)果表明:工藝參數(shù)設(shè)定熔體黏度為0.645～0.642 dL/g，主風(fēng)道壓力為1 080 Pa，紡絲的速度為1 200 m/min，總牽伸倍率為3.29，控制原絲平衡時間，嚴(yán)格定期作業(yè)，減少疵點(diǎn)產(chǎn)生，生產(chǎn)的針織紗專用料短纖維質(zhì)量穩(wěn)定。