PTT/PET并列型復(fù)合長絲國產(chǎn)設(shè)備及相關(guān)工藝的探討

北京中麗制機(jī)工程技術(shù)有限公司　華金祥/文

PTT/PET并列型復(fù)合長絲國產(chǎn)設(shè)備及相關(guān)工藝的探討

北京中麗制機(jī)工程技術(shù)有限公司華金祥/文

針對PTT/PET并列型復(fù)合長絲強(qiáng)度低、應(yīng)用領(lǐng)域窄等缺陷，研制出紡絲、兩級牽伸國產(chǎn)化裝備，論述了裝備特點(diǎn)及相關(guān)工藝，以及對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。

PTT/PET并列型復(fù)合長絲國產(chǎn)設(shè)備相關(guān)工藝

1　前言

PTT/PET雙組分復(fù)合長絲截面為并列型，經(jīng)過牽伸定型后富有彈性，這是由于兩種聚酯有類似的化學(xué)結(jié)構(gòu)可保證其相容性及相互間的結(jié)合力，并且由于PTT大分子存在“奇碳效應(yīng)”，在分子鏈上存在三維螺旋結(jié)構(gòu)，由此形成的彈性纖維具有良好的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

PTT/PET復(fù)合長絲是利用聚對苯二酸丙二醇酯（PTT）和聚對苯二甲酸乙二酯（聚酯PET）兩組分的收縮率差異，紡制出一種具有自卷曲的彈性纖維， 這種復(fù)合長絲兼有錦綸的舒適手感、腈綸的膨松性、氨綸的回彈性、滌綸的高強(qiáng)和尺寸穩(wěn)定性。該纖維的織物挺括、尺寸穩(wěn)定性好、手感柔軟、回彈性好、抗氯、抗老化、兼具PTT纖維抗污能力強(qiáng)和干爽等獨(dú)特性能，深受消費(fèi)者青睞。PTT與PET復(fù)合紡長絲具有較大的發(fā)展?jié)摿?，這種纖維比過去的滌綸纖維有更好的彈性回復(fù)性，避免了松弛現(xiàn)象的發(fā)生，同時(shí)，該產(chǎn)品還具有良好的保型性和抗皺性，由此制作的服裝更加適合戶外運(yùn)動，并且比其他同類產(chǎn)品更適于機(jī)洗。

目前PTT和PET復(fù)合紡復(fù)合比例范圍一般為： PTT占比40%～50% ，PET占比50%～60%。采用固相增黏的PTT切片和低黏度PET切片，紡雙螺桿組件復(fù)合的熔體紡復(fù)合工藝生產(chǎn)，目前PTT和PET復(fù)合紡長絲市場上產(chǎn)品規(guī)格主要集中在40d～450d之間（典型產(chǎn)品如40d、50d、65d、75d、100d、150d、225d、450d等）

2　設(shè)備及原料

2.1生產(chǎn)流程

2.2主要設(shè)備

2.2.1設(shè)備參數(shù)（見表1）

表1　PTT/PET并列型復(fù)合長絲設(shè)備主要參數(shù)

2.2.2 設(shè)備示意圖（見圖1）

2.3主要原料PTT/PET雙組分復(fù)合長絲通常選用并列型截面，為獲得穩(wěn)定的截面，選用與 PTT 切片相容性好的 PET 切片，使其在一定紡絲溫度下的熔體表觀黏度盡可能與 PTT相當(dāng)，減少紡絲彎腳，同時(shí)具備良好的可紡性，以適應(yīng)PTT/PET 并列復(fù)合長絲紡絲的要求。PET切片為金山石化公司，低黏半消光切片，切片特性黏度0.54Dl/g， PTT切片為美國殼牌（SHELL）公司，切片特性黏度0.92Dl/g，經(jīng)固相增黏后特性黏度為1.24Dl/g。

圖1　PTT/PET并列型復(fù)合長絲設(shè)備示意圖

2.4紡絲油劑

為提高上油的均勻性，選用松本（Matsumoto）3530 ，油劑濃度13%。

3　設(shè)備設(shè)計(jì)要求

3.1熔體管路

隨溫度變高，兩種切片的表觀黏度都變小，流動性能變好。在同樣的剪切速率下，盡管PTT切片的特性黏度較高，但其表觀黏度都基本小于0.54Dl/g的PET切片的表觀黏度，在270℃下PTT的表觀黏度也要低于290℃下PET的表觀黏度。高特性黏度的PTT切片對比于低特性黏度的PET切片而言具有極好的流動性能。為了保證熔體黏度和溫度均勻，熔體管道中各級管路的剪切速率應(yīng)一致，本設(shè)計(jì)各級熔體管路直徑的選擇上以保證的剪切速率在10S-1左右為宜。

圖2　三箱式復(fù)合紡絲箱

3.2紡絲箱

為了便于控制熔體溫度，對于復(fù)合紡絲而言常采用二箱或三箱式。由于PTT/PET雙組分復(fù)合長絲對溫度要求較高，為獲得更好的產(chǎn)品質(zhì)量，我們采用三箱式紡絲箱（見圖2），即：PTT紡絲箱、PET紡絲箱和組件箱。PTT、PET熔體分別由各自的熔體管路、計(jì)量泵精確計(jì)量后送至裝有紡絲組件的箱體中。二組分在噴絲孔中匯合并噴出。三個(gè)紡絲箱可分別控溫。

3.3上油方式

上油分為乳液上油，可采用油輪或油嘴上油，油輪上油均勻性好于油嘴上油；本設(shè)計(jì)采用了單油輪上油。絲束與油輪貼覆，獲得充分上油劑（見圖3）

圖3　PTT/PET復(fù)合長絲上油示意圖

圖4　PTT/PET復(fù)合時(shí)組分排布與冷卻風(fēng)方向的關(guān)系

3.4PTT/PET并列復(fù)合時(shí)組分排布方向

為了保證由噴絲孔噴出的每根單絲冷卻一致，初生纖維牽伸性能相同，并列復(fù)合長絲紡絲組件要有方向性，PTT/ PET復(fù)合長絲主要牽伸性能由PET決定，PET的剛性比PTT大，因此PET組分靠近側(cè)吹風(fēng)一側(cè)，PTT組分則遠(yuǎn)離側(cè)吹風(fēng)（見圖4）。

3.5單體抽吸

PTT紡絲過程中降解產(chǎn)生的低分子物對正常紡絲影響較大，特別是較多的環(huán)狀二聚物的存在常導(dǎo)致噴絲板易堵塞，同時(shí)其揮發(fā)物還有一定的刺激性，易傷害人的眼睛。在冷卻吹風(fēng)裝置上加設(shè)單體抽吸裝置，可將從噴絲板析出的環(huán)狀二聚物及時(shí)吸走，以免因積聚而引起斷頭。

4　工藝探討

4.1主要工藝參數(shù)（見表2）

表2　111 dtex /64f并列復(fù)合長絲主要工藝參數(shù)

4.2復(fù)合比

PTT/PET兩組分復(fù)合紡絲中，PET組分優(yōu)先結(jié)晶，具有高于其單組分纖維的牽伸誘導(dǎo)取向和結(jié)晶；而PTT組分只有形變，其結(jié)晶度和晶區(qū)取向均低于其對應(yīng)的單組分纖維。兩組分黏度差異越大，纖維的卷曲伸長率和收縮率越大，各單組分結(jié)晶度增加，兩組分質(zhì)量比為50/50時(shí)，纖維有最大的卷曲伸長率和收縮率。

4.3干燥

低熔點(diǎn)PET熔融紡絲時(shí)對水分要求很高，必須采用合適的干燥設(shè)備，如雙熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)，保證含水率在25PPM以下，否則紡絲時(shí)PET會發(fā)生降解，出現(xiàn)毛刺，斷絲等現(xiàn)象。

PTT干燥不需要預(yù)結(jié)晶，主加熱溫度為140℃左右，出口溫度大于90℃，露點(diǎn)小于-70℃，干燥時(shí)間為5小時(shí)左右，保證含水率在25PPM以下，以獲得最佳紡絲性能。

4.4紡絲溫度

對于同種聚合物，表觀黏度越大，流動性能越差。紡絲溫度的設(shè)定原則是盡量保證兩種組分在各自的紡絲箱體內(nèi)有相同的流動狀態(tài)，PET采用高溫熔融，低溫紡絲；PTT采用低溫熔融，高溫紡絲，這樣可以減小PTT的降解，盡管兩種組分在箱體內(nèi)溫度差異較大，但兩種組分進(jìn)入到同一個(gè)復(fù)合組件時(shí)發(fā)生熱交換，PET組分的溫度降低，PTT組分的溫度升高，溫度差異有逐漸縮小的趨勢，高黏度PTT熔體的流動性能將好于低黏度PET熔體，低黏度PET 溫度過高將無法成纖。通常將PET紡絲溫度設(shè)定為283℃左右，PTT紡絲溫度設(shè)定為263℃左右，組件箱體的紡絲溫度設(shè)定為 278 ℃左右，這樣兩種組分復(fù)合得最為牢固。

4.5側(cè)吹風(fēng)溫及濕度

PTT與PET的結(jié)晶溫度與冷卻速率都有著線性關(guān)系，且都隨著冷卻速率的增大而降低，PTT在結(jié)晶成核時(shí)受冷卻速率的影響小于PET。PTT/PET復(fù)合纖維生產(chǎn)中，冷卻速率較小時(shí)，冷卻緩慢，溫度保持時(shí)間長，分子鏈有較長的活動時(shí)間來進(jìn)行有規(guī)則的排列，致密度高，在較高的溫度下結(jié)晶，并且可以在較窄的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行結(jié)晶。當(dāng)冷卻速率增加時(shí)，冷卻較快，分子鏈在高溫下結(jié)晶時(shí)間短，來不及作規(guī)則排列，高分子鏈在較短的時(shí)間內(nèi)活動能力大幅度下降，其結(jié)晶熱效應(yīng)在較低溫度下才能顯現(xiàn)，并且需要在較寬的溫度范圍才能達(dá)到結(jié)晶平衡。PTT的結(jié)晶度隨著冷卻速率的增加而下降的幅度比PET小。 PTT/PET復(fù)合纖維生產(chǎn)中，采用側(cè)吹風(fēng)對高溫絲條進(jìn)行冷卻固化，絲條需迅速冷卻到玻璃化溫度以下，才能減少結(jié)晶的形成從而得到具有良好牽伸性能的未牽伸絲，否則會造成牽伸困難。通常控制側(cè)吹風(fēng)溫度為23℃±1℃，相對濕度為75 %±5% ，風(fēng)速0.45 m/s±0.05%。

4.6牽伸比

PET和PTT都屬于高速熔融紡絲取向誘導(dǎo)結(jié)晶，但是PET纖維的晶區(qū)模量高達(dá)108GPa，而PTT晶區(qū)模量只有3.16GPa，基本接近于無定形區(qū)的模量值。這導(dǎo)致PTT纖維的模量并不隨著牽伸比而發(fā)生變化，基本恒定。PTT纖維具有較低的玻璃化溫度（45～65℃）和熔融溫度（228℃）、對于同種聚合物，表觀黏度越大，流動性能越差。盡管兩種組分在紡絲箱體內(nèi)的溫度相差較大，但將具有同樣的紡絲擠出溫度，高黏度PTT熔體的流動性能將好于低黏度PET熔體，導(dǎo)致紡絲線上的牽伸應(yīng)力主要由PET組分承擔(dān)，而PTT組分由于其較好的流動性，將隨PET組分發(fā)生形變，但承擔(dān)較小牽伸應(yīng)力，導(dǎo)致部分大分子鏈在高溫下，因熱震動而卷曲，無定形區(qū)分布不勻，大分子間存在較多的空隙，從而導(dǎo)致PTT組分熱收縮率大。PTT/PET復(fù)合纖維兩種組分具有較好的界面相容性，隨牽伸比的增加，纖維的整體取向、各組分結(jié)晶度均有所增加，卷曲伸長和收縮率也增加。牽伸溫度和定型溫度對雙組分纖維的結(jié)構(gòu)和卷曲性能影響較小。

圖5　PTT/PET復(fù)合長絲三輥牽伸示意圖

在牽伸系統(tǒng)中（見圖5），HGR1的作用是將絲條加熱到PET玻璃化溫度，HGR1溫度通常為82℃左右，HGR1熱輥表面帶2°的張緊角對絲條起張緊作用；HGR2與 HGR1之間進(jìn)行第一步牽伸，目的是使大分子鏈沿著牽伸方向定向排列，通常牽伸比為3～3.5倍。由于PET大分子經(jīng)過第一次牽伸后玻璃化溫度升高，需將絲條加熱到120℃以上，HGR2的溫度通常為122℃～127℃；HGR3與 HGR2之間進(jìn)行第二步牽伸，目的是使大分子進(jìn)一步取向，HGR3與 HGR2牽伸比為1.1～1.2倍。HGR3的作用是使高度取向的PET大分子結(jié)晶，HGR3溫度通常為140℃左右。PET和PTT復(fù)合纖維經(jīng)過兩級牽伸，牽伸溫度逐步提高，纖維可獲得較大的牽伸比，有利于提高纖維的強(qiáng)力和卷曲曲率。

4.7卷繞張力

牽伸后的絲束進(jìn)行卷繞成型時(shí)，卷繞力張力過大，會造成紙管變形，絲餅無法從卷繞機(jī)中退出。卷繞張力過小，絲條在熱輥上游動，容易產(chǎn)生并絲斷頭， 通常卷繞張力控制在0.1～0.2cn/dtex 。

5　產(chǎn)品技術(shù)性能指標(biāo)

表3　111 dtex/ 64f 并列型復(fù)合長絲的物理指標(biāo)

6　結(jié)束語

PTT/PET復(fù)合長絲國產(chǎn)化設(shè)備成功紡制了111dtex/62f并列型復(fù)合長絲，其產(chǎn)品卷曲細(xì)而密，卷曲曲率大，絲束彈性高；全套設(shè)備設(shè)計(jì)先進(jìn)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠；工藝參數(shù)設(shè)置合理，生產(chǎn)出高品質(zhì)的PTT/PET復(fù)合彈性長絲產(chǎn)品，為化纖差別化纖維的發(fā)展提供了裝備及工藝技術(shù)支撐。

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