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      針織紗專用料短纖維工藝探討

      2014-06-26 06:11:20,邢,陳
      河南化工 2014年4期
      關(guān)鍵詞:原絲疵點(diǎn)短纖維

      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。

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