縫紉線型超有光滌綸短纖維生產(chǎn)工藝探討

劉　波 ， 張運(yùn)啟 ， 王忠玉 ， 陳　江 ， 賈國(guó)紅 ， 寧平安

(中國(guó)石化 洛陽分公司 ， 河南 洛陽　471012)

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縫紉線型超有光滌綸短纖維生產(chǎn)工藝探討

劉波 ， 張運(yùn)啟 ， 王忠玉 ， 陳江 ， 賈國(guó)紅 ， 寧平安

(中國(guó)石化 洛陽分公司 ， 河南 洛陽471012)

摘要：在5萬t/a短纖維裝置上，通過選擇合適聚酯熔體添加劑，合理分配紡絲速度和拉伸倍率，優(yōu)化集束穿絲及分絲方式等措施，成功開發(fā)出了1.33 dtex×38 mm縫紉線用超有光滌綸短纖維。

關(guān)鍵詞：短纖維 ； 超有光 ； 工藝 ； 探討

0前言

超有光滌綸短纖維用于生產(chǎn)縫紉線，其成品特點(diǎn)為：色光亮高、斷裂強(qiáng)度高、斷裂伸長(zhǎng)率小且穩(wěn)定、180 ℃干熱收縮率低，并保持良好的卷曲性能[1]。生產(chǎn)縫紉線型超有光滌綸短纖維時(shí)，聚酯熔體不含消光劑，纖維的表面張力、摩擦等性能變化較大，對(duì)工藝控制的要求相當(dāng)高，目前國(guó)內(nèi)只有少數(shù)幾家企業(yè)能夠在5萬t/a生產(chǎn)線上進(jìn)行生產(chǎn)。洛陽分公司通過選擇熔體中添加劑的類型，優(yōu)化紡絲、拉伸工藝，在5萬t/a生產(chǎn)線上成功開發(fā)了1.33 dtex縫紉線型超有光滌綸短纖維。

1實(shí)驗(yàn)

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)量百分含量，1.2%±0.3%；熔點(diǎn)，>251 ℃；凝聚粒子(>10 μm)，<6 個(gè)/mg。

1.2　主要生產(chǎn)設(shè)備

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(guó)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。

1.3　工藝流程

前紡工藝流程：聚酯熔體→增壓泵→計(jì)量泵→紡絲組件→環(huán) 吹→上油→卷繞→牽引機(jī)→鋪絲器→盛絲桶

后紡工藝流程：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

1.4　主要工藝參數(shù)

主要工藝參數(shù)調(diào)整如表1所示。

表1　主要工藝參數(shù)調(diào)整表

1.5　產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)(見表2)

表2　1.33dtex超有光滌綸短纖維產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)

注：M1=20.0，M2=12.5，M3=13.0，M4=5，M5=9.9，M6=0.17

2結(jié)果與討論

2.1　添加劑

GB(FZ/T52005-2005)規(guī)定TiO2含量等于0(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的滌綸短纖維為超有光滌綸短纖維。超有光滌綸短纖維不加TiO2，纖維與輥面摩擦較大，拉伸時(shí)易發(fā)生纏輥，纖維拉伸不均勻，各項(xiàng)物理指標(biāo)無法達(dá)到紡織需要。同時(shí)，超有光滌綸短纖維表面平滑，同樣上油工藝，獲得的上油率偏低，也不利于纖維生產(chǎn)。為確保超有光縫紉線型短纖維的可拉伸性，可在聚酯生產(chǎn)中添加一種新型助劑BaSO4，BaSO4能在纖維表面形成峰—谷結(jié)構(gòu)，可減少摩擦和減少靜電荷；可形成微晶體降低與纖維導(dǎo)輥的接觸，使纖維穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，提供更高的生產(chǎn)力，微晶體硬度相對(duì)較低，能減少磨損，降低纖維斷頭率；光折射率與聚酯纖維聚合物的一致，不會(huì)有消光效果，保持纖維的超有光特性；結(jié)晶度均勻，從而使拉伸均勻，斷頭減少，染色更均勻；具有特殊涂層，與纖維聚合物相容，與纖維聚合物有良好的親和性，容易分散[1]。添加劑硫酸鋇技術(shù)指標(biāo)如表3所示。

表3　添加劑硫酸鋇技術(shù)指標(biāo)

BaSO4助劑既具有保留TiO2的結(jié)晶成核作用和調(diào)整摩擦性能作用，保證短纖維的可拉伸性，同時(shí)又具有與聚酯熔體相同的折光系數(shù)，以實(shí)現(xiàn)熔體的超有光。

2.2　特性黏度和紡絲溫度

由于超有光熔體中無二氧化鈦，分子間的作用力比半消光大，流動(dòng)性能變差。為了保持熔體的流動(dòng)性，需要提高紡絲輸送溫度來改善熔體的流動(dòng)性能，提高管道橫截面上熔體的均勻性，降低紡絲張力，改善熔體的可紡性。但紡絲溫度過高，熔體的熱降解加劇，生產(chǎn)中會(huì)出現(xiàn)漿塊和注頭絲等不良現(xiàn)象，從而使紡絲無法正常進(jìn)行。

結(jié)合紡絲生產(chǎn)情況，通常采用適當(dāng)降低熔體特性黏度、提高紡絲溫度來改善熔體流動(dòng)性能，縮短松弛時(shí)間，減小出口膨化和防止“熔體破碎”。適當(dāng)降低黏度、提高紡絲溫度，聚合物的平均相對(duì)分子質(zhì)量減少，原絲的預(yù)取向度降低，自然拉伸倍數(shù)相應(yīng)增大，有利于后加工牽伸倍率的提高，同樣可獲得高強(qiáng)力的纖維。

2.3　紡絲速度和拉伸倍數(shù)

縫紉線型有光滌綸短纖維要求較高的斷裂強(qiáng)度和較低的斷裂伸長(zhǎng)率，在生產(chǎn)負(fù)荷和其他生產(chǎn)條件不變的情況下，噴絲頭拉伸比和后加工拉伸倍數(shù)對(duì)斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率的影響最大。根據(jù)公式：

噴絲頭拉伸比r=紡絲速度/噴絲速度=V/Vs

當(dāng)生產(chǎn)負(fù)荷不變時(shí)，噴絲速度也不變，噴絲頭拉伸比隨紡絲速度的變化而變化。紡絲速度提高，噴絲頭拉伸比增大，紡絲過程中纖維軸向速度梯度增加，將提高大分子鏈在紡絲過程中的受力，使原絲的預(yù)取向度變大，斷裂強(qiáng)度升高，斷裂伸長(zhǎng)率和自然牽伸比(NDR)降低。但較高的噴絲頭拉伸倍數(shù)生產(chǎn)的原絲自然牽伸比小，在牽伸時(shí)易產(chǎn)生毛絲、斷絲，造成牽伸不足、未充分拉伸的絲束較多，為此要適當(dāng)降低牽伸倍率。但牽伸倍率下降，纖維最終獲得的取向度下降，纖維結(jié)晶不充分，造成纖維的定型效果、尺寸穩(wěn)定性及強(qiáng)伸性能不佳。而超有光纖維由于不含二氧化鈦，纖維表面較半消光纖維光滑，纖維/纖維間和纖維/金屬間的接觸面積變大，摩擦力增大。同半消光相比，超有光纖維生產(chǎn)時(shí)容易發(fā)生絲束斷裂，導(dǎo)致牽伸、熱定型、上油輥面纏輥，生產(chǎn)難以順利進(jìn)行。因此，生產(chǎn)超有光纖維需要對(duì)前紡紡絲速度和后加工拉伸倍數(shù)進(jìn)行合理分配。適當(dāng)降低紡絲速度，提高后加工拉伸倍數(shù)，能在保證后加工運(yùn)轉(zhuǎn)率的前提下，獲得高品質(zhì)的纖維。

表4　半消光及超有光纖維原絲性能對(duì)比表

2.4　環(huán)吹風(fēng)冷卻

熔體細(xì)流自噴絲板噴出后，在空氣中冷卻凝固成形，是一個(gè)單純的傳熱和受力形變過程。環(huán)吹條件(風(fēng)壓、風(fēng)溫、風(fēng)濕等)是固化過程的決定性因素，影響著纖維的結(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(duì)拉伸性能的影響。紡絲速度降低后，環(huán)吹筒內(nèi)的絲束纖度增大，若環(huán)吹條件未能及時(shí)作出相應(yīng)的調(diào)整，絲束的抖動(dòng)增加，凝固長(zhǎng)度增加，發(fā)生斷頭的可能性變大。實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)該在降低紡絲速度的同時(shí)，適當(dāng)提高環(huán)吹風(fēng)壓力、提高環(huán)吹風(fēng)風(fēng)速，使熔體冷卻速率提高、熔態(tài)區(qū)縮短、固化點(diǎn)上移，控制初生纖維的自然牽伸比，有利于后加工順利拉伸。

表5　不同驟冷風(fēng)壓所得原絲質(zhì)量均勻性

2.5　集束張力

干式拉伸又稱為空氣浴拉伸，當(dāng)拉伸張力達(dá)到纖維的屈服強(qiáng)度時(shí)，將出現(xiàn)細(xì)頸，生產(chǎn)上將細(xì)頸出現(xiàn)的位置稱為拉伸點(diǎn)(或拉伸區(qū))。杜邦干式拉伸點(diǎn)位于導(dǎo)絲機(jī)和牽伸機(jī)之間，一般控制在導(dǎo)絲機(jī)7#輥出口0~5 cm處，操作工可根據(jù)拉伸點(diǎn)變化情況及時(shí)調(diào)整一段拉伸倍數(shù)，穩(wěn)定后加工生產(chǎn)。拉伸點(diǎn)前移造成絲束與拉伸輥摩擦加劇，斷絲增多；拉伸點(diǎn)后移則造成絲束細(xì)頸拉伸不完全，未拉伸細(xì)化部分進(jìn)入第二段牽伸，在拉伸蒸汽箱處極易拉斷。同批絲拉伸點(diǎn)波動(dòng)范圍越大，成品纖維的質(zhì)量越差，對(duì)后加工生產(chǎn)的影響也越大，因此拉伸點(diǎn)位置的穩(wěn)定非常重要。

集束張力的大小直接影響拉伸點(diǎn)位置的前后移動(dòng)，其值過大或過小，都容易造成后加工生產(chǎn)時(shí)出現(xiàn)纏輥，影響生產(chǎn)正常進(jìn)行。因盛絲桶擺放位置不同，絲束從桶里出來以后，其行程有差異，導(dǎo)致絲束間張力不一致，需要調(diào)整導(dǎo)絲環(huán)角度和導(dǎo)絲桿位置來消除絲束間的張力差異。半消光纖維中二氧化鈦含量多使纖維表面變得凹凸不平，纖維與導(dǎo)絲桿由面接觸變?yōu)辄c(diǎn)接觸，動(dòng)摩擦較小；有光纖維不含二氧化鈦，纖維與導(dǎo)絲桿間接觸面積大，摩擦力大，集束張力過大，不能單純通過調(diào)整導(dǎo)絲環(huán)角度和導(dǎo)絲桿位置來消除絲束的張力差異，牽伸點(diǎn)位置大幅前移，牽伸點(diǎn)波動(dòng)范圍變大，不利于后加工生產(chǎn)控制。通過改變穿絲方式(見圖1)，絲束與導(dǎo)絲桿間的接觸面積減少，絲束通過導(dǎo)絲桿產(chǎn)生的摩擦力減小，集束張力變小，有利于后加工生產(chǎn)時(shí)控制一段拉伸倍數(shù)和拉伸點(diǎn)位置，減少纏輥。

圖1　穿絲方式對(duì)比圖

2.6　分絲方式

短纖維裝置原來一直延續(xù)牽伸輥上7-9-7方式布絲，絲片交錯(cuò)排列，疊成一中間厚、邊緣薄的絲片，使卷曲機(jī)填塞箱內(nèi)絲束呈現(xiàn)明顯的“三高兩低”的分布。因疊絲方式缺陷，絲束進(jìn)卷曲前厚薄不勻，在卷曲機(jī)填塞箱內(nèi)，較厚部位的纖維擠得很緊，阻力大，纖維被擠壓力大，破壞性強(qiáng)，導(dǎo)致纖維強(qiáng)度有所下降。

優(yōu)化后在牽伸輥上的絲片寬度分別由270、500、270 mm調(diào)整為500、500、500 mm的三片絲疊合成520 mm寬的絲束進(jìn)入卷曲機(jī)，絲束在輥面鋪展的更均勻，絲片變薄后，有利于絲片在緊張熱定型機(jī)里的熱傳導(dǎo)，干熱收縮率較低，尺寸穩(wěn)定性好。

圖2　集束分絲方式改變示意圖

2.7　定型工藝

超有光纖維中不含二氧化鈦，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)相對(duì)提高，結(jié)晶難度增大。同1.56 dtex半消光相比，生產(chǎn)超有光纖維時(shí)后加工絲束總纖度減少33萬dtex，緊張熱定型輥面上絲層的厚度更薄，保持緊張熱定型各區(qū)蒸汽壓力不變，超有光纖維可獲得更高、更均勻的定型溫度；同時(shí)，適當(dāng)降低后加工生產(chǎn)速度，延長(zhǎng)絲束進(jìn)行緊張熱定型的時(shí)間，纖維的結(jié)晶度和晶粒的規(guī)整性提高，成品的強(qiáng)度提高，干熱收縮率下降，尺寸穩(wěn)定性增加。

2.8　上油

同半消光纖維相比，超有光纖維大分子排列更加規(guī)整，纖維表面及內(nèi)部空隙少，吸附油水的能力降低，吸附的油水也難以存留下來，使得水分散失快，生產(chǎn)時(shí)靜電增大，絲束與設(shè)備間動(dòng)摩擦力變大，易斷絲纏輥。因此，提高前紡油劑濃度，降低后紡油劑濃度，增大落桶油水噴淋量，在后加工油劑中添加提高纖維平滑性能的第三組分，水浴槽補(bǔ)充前紡油劑，下調(diào)后加工上油輥轉(zhuǎn)速，能減少因含油率低而引起絲束拉斷、纏輥情況。

表6　油劑試用性能評(píng)價(jià)

3結(jié)論

選擇合適的添加劑即可以保證短纖維的可拉伸性，同時(shí)又實(shí)現(xiàn)熔體的超有光。通過降低聚酯熔體黏度、降低紡絲速度，提高后加工拉伸倍數(shù)可以獲得高品質(zhì)的纖維。改變集束穿絲方式，控制拉伸點(diǎn)范圍，有利拉伸順利進(jìn)行。調(diào)整分絲方式，絲片尺寸穩(wěn)定性更好。提高前紡油劑濃度，在后加工油劑中添加第三組分，有利于生產(chǎn)穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)：

[1]董紀(jì)震,孫桐,古大治,等.合成纖維生產(chǎn)工藝學(xué)[M].北京，紡織工業(yè)出版社，1988.

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作者簡(jiǎn)介：劉波(1973-)，女，高級(jí)工程師，從事聚酯纖維生產(chǎn)技術(shù)管理工作，電話：(0379)66997822。

收稿日期：2015-03-06

中圖分類號(hào)：TS154

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1003-3467(2015)06-0048-04