6.67 dtex非織造專用滌綸短纖生產(chǎn)工藝探究

張 暉，李 青

(中國(guó)石化儀征化纖有限責(zé)任公司短纖生產(chǎn)中心，江蘇儀征 211900)

應(yīng)用技術(shù)

6.67 dtex非織造專用滌綸短纖生產(chǎn)工藝探究

張 暉，李 青

(中國(guó)石化儀征化纖有限責(zé)任公司短纖生產(chǎn)中心，江蘇儀征 211900)

利用2萬噸/年東洋紡前后紡設(shè)備，通過選擇合適的噴絲板及紡絲、冷卻工藝，增強(qiáng)原絲抱合性能，確定合理的牽伸倍率和卷曲工藝，可以生產(chǎn)出用戶使用性能良好的6.67 dtex非織造滌綸短纖產(chǎn)品。

非織造 滌綸短纖 原絲 質(zhì)量指標(biāo) 牽伸倍率

滌綸無紡布因具有高強(qiáng)度、耐高溫、耐老化、化學(xué)穩(wěn)定性好、防蛀、無毒等優(yōu)點(diǎn)，近年來廣泛用于家用、包裝、防水材料、裝飾材料等領(lǐng)域，具有一定的市場(chǎng)空間。儀化公司于2005年推出了4.44 dtex非織造短纖，因質(zhì)量穩(wěn)定，得到了用戶的認(rèn)可，在市場(chǎng)上享有較高的聲譽(yù)。近年來，用戶提出了對(duì)更大纖度的非織造專用滌綸短纖維的需求，我公司在此領(lǐng)域仍為空白。2015年以來，儀化公司開發(fā)并試生產(chǎn)了6.67 dtex非織造滌綸短纖，產(chǎn)品得到用戶認(rèn)可，基本取得成功。相較于常規(guī)非織造短纖，6.67 dtex非織造短纖對(duì)前紡冷卻工藝、原絲抱合性、后紡牽伸和卷曲工藝等都提出了較高的要求。本文結(jié)合前后紡試生產(chǎn)過程，對(duì)生產(chǎn)6.67 dtex非織造短纖的工藝進(jìn)行探討。

1 試 驗(yàn)

1.1 原料與設(shè)備

熔體：儀化聚酯生產(chǎn)中心聚酯熔體；設(shè)備：2萬噸/年的東洋紡紡絲裝置和后處理聯(lián)合機(jī)。

1.2 工藝流程

將熔體紡制成短纖維主要經(jīng)過以下流程：

熔體輸送→增壓泵→熔體過濾器→靜態(tài)混合器→紡絲→冷卻→卷繞→落桶→集束→導(dǎo)絲機(jī)→油劑浴槽→第一牽伸機(jī)→牽伸浴槽→第二牽伸機(jī)→蒸汽加熱箱→第三牽伸機(jī)→緊張熱定型機(jī)→疊絲機(jī)→蒸汽預(yù)熱箱→卷曲機(jī)→冷卻輸送機(jī)→曳引機(jī)→切斷機(jī)→打包機(jī)。

1.3 測(cè)試方法

EYS1.5：使用XQ-01單纖維強(qiáng)伸度儀，纖維以20 mm的夾持長(zhǎng)度和60 mm/min的拉伸速度，在等速伸長(zhǎng)型強(qiáng)伸儀上拉伸，在拉伸過程中拉伸應(yīng)力為屈服應(yīng)力1.5倍時(shí)所對(duì)應(yīng)的伸長(zhǎng)讀數(shù)。

成品線密度：采用中段切斷法，按照GB/T14335-2008，在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下，從伸直的纖維束上切取中段纖維，測(cè)定該中段纖維束的質(zhì)量和根數(shù)，根據(jù)公式計(jì)算成品線密度。

式中F為成品線密度，dtex；L為中段纖維長(zhǎng)度，mm；n為纖維根數(shù)；G為中段纖維重量，mg。

斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率：使用XQ-01A單纖維強(qiáng)伸度儀，按照GB/T14337-2008，單根纖維以20 mm的夾持長(zhǎng)度和20 mm/min的拉伸速度，在等速伸長(zhǎng)型強(qiáng)伸儀上拉伸至斷裂，得到試樣的斷裂強(qiáng)力、斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。

卷曲數(shù)、卷曲度：使用YG362A卷曲彈性儀，根據(jù)纖維的粗細(xì)，在規(guī)定張力條件下、一定的受力時(shí)間內(nèi)，測(cè)定纖維長(zhǎng)度的變化，并根據(jù)下面的公式計(jì)算卷曲數(shù)和卷曲度：

式中Jn為卷曲數(shù)，個(gè)/25 mm；JA為在輕負(fù)荷時(shí)，纖維在25 mm內(nèi)全部卷曲峰和卷曲谷個(gè)數(shù)，個(gè)；J為卷曲率，%；L0為纖維在輕負(fù)荷下測(cè)得的長(zhǎng)度，mm；L1為纖維在重負(fù)荷下測(cè)得的長(zhǎng)度，mm。

180 ℃干熱收縮率：使用YG365A單纖維熱收縮儀，將纖維經(jīng)180 ℃半小時(shí)自由狀態(tài)下熱處理后，平衡半小時(shí)，用熱收縮測(cè)定儀測(cè)定纖維熱處理前后的長(zhǎng)度變化，根據(jù)下面的公式計(jì)算180 ℃干熱收縮率。

式中S為干熱收縮率，%；L0為烘前長(zhǎng)度，mm；L1為烘后長(zhǎng)度，mm。

2 結(jié)果與討論

2.1 噴絲板的選擇

6.67 dtex非織造短纖屬于新開發(fā)品種，需要開發(fā)或?qū)ふ疫m合的噴絲板。我公司目前有生產(chǎn)6.67 dtex滌綸中空纖維的中空噴絲板，因其與6.67 dtex非織造短纖的名義纖度相同，因此在負(fù)荷及單孔吐出量基本相同的前提下，可找一種噴絲板孔數(shù)接近該中空噴絲板的棉型噴絲板，用來試生產(chǎn)6.67 dtex非織造短纖。我公司現(xiàn)有一種噴絲板，可用于生產(chǎn)6.67 dtex非織造短纖。這種噴絲板的孔與孔之間間隔大，奇數(shù)圈和偶數(shù)圈上的噴絲孔交錯(cuò)分布，且原絲直徑也明顯大于常規(guī)品種，即便是加大環(huán)吹冷卻風(fēng)速，也不會(huì)因風(fēng)速過大而產(chǎn)生并絲。另外，這種噴絲板的長(zhǎng)徑比也大于常規(guī)棉型噴絲板的0.3/0.228=1.31，熔體在噴絲孔內(nèi)停留時(shí)間長(zhǎng)，有助于松弛過程的完成，出口膨化效應(yīng)的減輕，并提高紡絲的穩(wěn)定性[1]。理論上，如果選擇合適的紡絲、冷卻等工藝，使噴絲頭拉伸比介于75～160之間的穩(wěn)定情況下[2]，可生產(chǎn)出6.67 dtex非織造短纖。按照60 t/d負(fù)荷、前紡24位運(yùn)行、卷繞紡速1 000 m/min的參數(shù)，按下式匡算噴絲頭拉伸比[3]：

式中VL為卷繞紡速，m/min；ρ為熔體密度，為1.19 g/cm3；d0為噴絲孔直徑，為0.04 cm；w為單孔吐出量，g/min，負(fù)荷60 t/d、前紡24位時(shí)，單孔吐出量w=1.871 g/min。

計(jì)算得到：拉伸比S=79.8，在穩(wěn)定的范圍內(nèi)。

綜上，在選擇合適工藝參數(shù)的條件下，使用這種噴絲板生產(chǎn)6.67 dtex非織造短纖是可行的，這也節(jié)約了大量的新產(chǎn)品開發(fā)費(fèi)用。

2.2 紡絲溫度的選擇

生產(chǎn)粗旦纖維，難點(diǎn)在于后加工過程中可能出現(xiàn)牽伸不足、導(dǎo)致大量疵點(diǎn)的現(xiàn)象。表征一段牽伸拉倍率對(duì)應(yīng)的原絲指標(biāo)為原絲EYS1.5指標(biāo)，而原絲EYS1.5過高最容易發(fā)生后紡牽伸不足。因此，要避免成品中出現(xiàn)大量疵點(diǎn)，就要做好對(duì)原絲的EYS1.5指標(biāo)的控制[4]。根據(jù)日本東洋紡提供的EYS1.5經(jīng)驗(yàn)公式：

EYS1.5=K-0.25(TQC-20)-500(IVf-0.6)- 0.15(Vsp-1300)+1.4(Tp-287)- 0.7(60-LNZ)+14(VQC-1.1)

式中TQC為環(huán)吹風(fēng)溫度，℃；IVf為原絲的特性粘度，dL/g；Vsp為紡絲速度，m/min；Tp為計(jì)量泵出口熔體溫度，℃；LNZ為冷卻風(fēng)吹出口到噴絲板面的距離，mm；VQC為環(huán)吹風(fēng)速度，m/s。

從上式可看出，影響原絲EYS1.5指標(biāo)的因素有：冷卻條件、紡絲速度、熔體溫度、粘度等，為了控制原絲EYS1.5指標(biāo)，可從原絲的特性粘度和計(jì)量泵出口熔體溫度兩方面考慮。計(jì)量泵出口熔體溫度和原絲EYS1.5呈正相關(guān)，調(diào)整比較容易。特性粘度和原絲EYS1.5呈負(fù)相關(guān)，在聚酯允許的調(diào)整范圍內(nèi)也有少量調(diào)整空間。在試生產(chǎn)中，下調(diào)紡絲箱體溫度，并將熔體粘度按上偏控制，可保證原絲EYS1.5指標(biāo)不過大，為后紡牽伸充分打下良好基礎(chǔ)。經(jīng)過上式計(jì)算，原絲EYS1.5的范圍約控制在195%～205%之間為宜。

2.3 冷卻工藝的選擇

由于生產(chǎn)6.67 dtex非織造滌綸短纖時(shí)，單孔吐出量達(dá)到1.85～1.95 g/min，明顯高于常規(guī)品種，會(huì)導(dǎo)致熔體熱交換量增加，必須強(qiáng)化冷卻效果。同時(shí)，此噴絲板的特點(diǎn)在于孔與孔之間距離大且相鄰兩圈之間的孔交錯(cuò)排布，也有利于冷風(fēng)吹入內(nèi)層，具備強(qiáng)化冷卻風(fēng)工藝的條件。冷卻風(fēng)工藝包括冷卻風(fēng)的溫度、濕度、風(fēng)量和在環(huán)吹冷卻筒處吹出的風(fēng)速。一般地，為了能使更粗的纖維盡快冷卻、形成初生纖維，可以采取加大吹出風(fēng)速或降低風(fēng)溫的方式。由于6.67 dtex非織造原絲粗，在環(huán)吹處熱交換慢，只大幅度下調(diào)風(fēng)溫，還不夠滿足熔體冷卻的需求，且冷凍水的冷凍空氣能力有限，所以在試驗(yàn)中，要采取既提高風(fēng)量又下調(diào)風(fēng)溫的冷卻方式，強(qiáng)化環(huán)吹風(fēng)的冷卻能力。用以下公式計(jì)算熔體冷卻時(shí)釋放的熱量：

Q=mCpΔt

式中Q為釋放或吸收的熱量，kJ；m為質(zhì)量，kg；Cp為定壓比熱容，其中PET為1.7 kJ/(kg·℃)，空氣為1.004 kJ/(kg·℃)；Δt為溫度差，℃。

單位吐出量約為1.73 kg/(min·位)，熔體溫度差Δt=288-50=238 ℃，計(jì)算得到Q=702 kJ。為了讓熔體釋放和環(huán)吹風(fēng)吸收的熱量平衡，由風(fēng)溫16 ℃、吸熱后風(fēng)溫40 ℃，計(jì)算環(huán)吹風(fēng)質(zhì)量：m=29.1 kg/min。再按照下式計(jì)算環(huán)吹風(fēng)速：

v=V/A

式中v為環(huán)吹風(fēng)速，m/s；V為環(huán)吹風(fēng)量，m3/s，V=m/ρ=29.1/60/1.29=0.375 m3/s；A為吹出面積，本裝置使用的環(huán)吹的吹出面積為0.267 m2。[5]

計(jì)算得到v=1.3～1.5 m/s。即采用1.3～1.5 m/s的環(huán)吹風(fēng)速、16 ℃環(huán)吹風(fēng)溫，可以實(shí)現(xiàn)熔體的充分冷卻。實(shí)際操作中，采用增加主風(fēng)道壓力以增加環(huán)吹部位壓差的方式，這樣操作比較簡(jiǎn)單，可達(dá)到各個(gè)紡絲位風(fēng)量同步增大的效果。

2.4 原絲抱合性的提高

由于6.67 dtex非織造滌綸短纖原絲纖度達(dá)到20 dtex左右，明顯大于常規(guī)品種滌綸短纖的原絲纖度，原絲的抱合性會(huì)下降，容易出現(xiàn)發(fā)散現(xiàn)象，從盛絲桶中牽出時(shí)，容易發(fā)生亂絲、抽筋絲等異常，且部分抽筋絲無法被集束光電管捕捉到，集束沒有任何報(bào)警。這樣的原絲在經(jīng)過牽伸浴槽后，容易形成大型的硬塊(類似漿塊)，而這種異常纖維會(huì)使無紡布形成空洞、硬塊或其他缺陷，并有可能損壞設(shè)備，故在生產(chǎn)時(shí)應(yīng)當(dāng)避免?？赏ㄟ^提高第一油劑濃度和卷繞上油輪變頻，使原絲含油水率從16.5%左右提升至17.5%左右，以提高原絲抱合性，減少原絲的發(fā)散，最終達(dá)到增強(qiáng)抱合性的目的。

2.5 牽伸工藝的選擇

由于原絲的EYS1.5較高，為保證牽伸充足、成品中不出現(xiàn)疵點(diǎn)，應(yīng)將總拉伸倍率盡可能都分配在第一段牽伸，使一段牽伸倍率大于自然拉伸倍率。

在選擇一段牽伸倍率時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮原絲EYS1.5指標(biāo)，按2.2節(jié)計(jì)算結(jié)果，如果變化幅度超過15%，要提高一段牽伸倍率，否則會(huì)因牽伸不足而產(chǎn)生疵點(diǎn)。

表1 EYS1.5與牽伸倍率的選擇表

序號(hào)EYS1.5,%一段牽伸倍率成品疵點(diǎn)含量/(mg·(100g)-1)11943.38～3.420.622303.38～3.423232053.38～3.420.8

如表1示，原絲EYS1.5在200%左右時(shí)，將一段牽伸倍率定在3.38～3.42左右，成品的疵點(diǎn)含量均小于1.0 mg/100 g，說明牽伸已經(jīng)充足。如果前紡工藝控制不到位、原絲EYS1.5變化明顯時(shí)，如表中第2，較其余的EYS1.5增加了25%，說明原絲拉伸性能已發(fā)生變化。為了驗(yàn)證這種變化，采用3.42的一段牽伸倍率開車，正常后立即停車加樣疵點(diǎn)，疵點(diǎn)含量達(dá)32 mg/100 g，已經(jīng)降等。在顯微鏡下觀察，疵點(diǎn)具有典型的細(xì)頸特征，確實(shí)屬于牽伸不足。提高一段牽伸倍率至3.45后重新開車，再次加樣疵點(diǎn)含量降至0.5 mg/100 g，說明牽伸已經(jīng)充足，生產(chǎn)過程正常。

2.6 卷曲工藝的選擇

6.67 dtex非織造短纖纖度大，剛性大，塑性形變困難，纖維不容易彎曲。為了保證卷曲效果，可從卷曲旦數(shù)、卷曲溫度和背壓壓力三方面入手。

后紡裝置現(xiàn)使用的HV742型卷曲機(jī)，卷曲密度一般在7 000～8 000 dtex/mm左右。考慮到為了保證卷曲效果，且讓三片絲厚薄盡量均勻，可將集束根數(shù)增加至18桶/批牽伸。卷曲溫度方面，可提高緊張定型機(jī)蒸汽壓力和蒸汽預(yù)熱箱開度，以提高卷曲入口絲溫，從105 ℃上升至120 ℃左右。在第三次試驗(yàn)期間，集束18根牽伸，保持蒸汽預(yù)熱箱內(nèi)有適量蒸汽噴出、卷曲背壓提高至0.45 MPa，終檢樣的卷曲度最終保持在10.7%。

工藝調(diào)整對(duì)提高卷曲度的貢獻(xiàn)是有限的，可考慮試用其他型號(hào)卷曲機(jī)。本次開發(fā)新品過程中，試用了HV742X型卷曲機(jī)，增加集束根數(shù)牽伸，終檢樣的卷曲度提高至11%，與工藝調(diào)整后的卷曲度基本持平，建議今后改用上壓式卷曲機(jī)或其他粗旦纖維專用卷曲機(jī)再進(jìn)行試驗(yàn)。

2.7 工藝參數(shù)與成品質(zhì)量指標(biāo)

通過對(duì)調(diào)整負(fù)荷、紡絲溫度、紡速、倍率等的參數(shù)的統(tǒng)籌考慮，最終得出試生產(chǎn)的工藝參數(shù)如表2。

表2 主要工藝參數(shù)表

序 號(hào)項(xiàng)目數(shù)據(jù)1紡絲溫度/℃275～2802紡速/(m·min-1)1000～10503環(huán)吹風(fēng)速/(m·min-1)1.3～1.54環(huán)吹風(fēng)溫/℃16～205集束根數(shù)/根186DB槽溫度/℃60～647DF3蒸汽壓力/MPa1.2～1.68HR蒸汽壓力/MPa1.2～1.49牽伸倍率/倍3.38～3.63

在以上工藝條件下，得到的成品質(zhì)量主要數(shù)據(jù)見表3。

表3 成品質(zhì)量數(shù)據(jù)表

序號(hào)項(xiàng)目數(shù)據(jù)1斷裂強(qiáng)度/(cN·dtex-1)4.302斷裂伸長(zhǎng),%45.03纖度/dtex6.054卷曲數(shù)/(個(gè)·(25mm)-1)95卷曲度,%11.06180℃干熱收縮率,%3.0

3 結(jié) 論

在現(xiàn)有的噴絲板和前后紡設(shè)備基礎(chǔ)上，通過選擇合適的紡絲、冷卻、牽伸、卷曲等工藝，可順利生產(chǎn)6.67 dtex非織造滌綸短纖，生產(chǎn)過程穩(wěn)定，成品纖維各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)均優(yōu)等。主要的選擇原則有：

a) 通過降低紡絲溫度、適當(dāng)提高熔體粘度，可使原絲EYS1.5指標(biāo)受控。

b) 因單孔吐出量、熔體熱交換量增大，冷卻困

難，要強(qiáng)化冷卻效果。

c) 通過提高含油水率增強(qiáng)原絲抱合性，最大程度避免尾絲、亂絲等在牽伸過程中形成異常纖維。

d) 牽伸時(shí)，可將總牽伸倍率都分配在一段拉伸，同時(shí)要注意原絲EYS1.5指標(biāo)的變化，及時(shí)調(diào)整倍率，防止?fàn)可觳蛔惝a(chǎn)生疵點(diǎn)。

e) 提高卷曲機(jī)入口溫度、卷曲總旦數(shù)有利于成品纖維卷曲度的提高，但提高幅度有限，建議今后使用上壓式卷曲機(jī)。

[1] 沈新元.高分子材料加工原理[M].北京：中國(guó)紡織出版社，2011：99-101.

[2] 王永恒，石彩杰，崔再治.噴絲板的設(shè)計(jì)[J].聚酯工業(yè)，2006，19(3)：27-30.

[3] 詹領(lǐng)，戚裕軍.0.89～1.33 dtex×38 mm滌綸短纖維噴絲板設(shè)計(jì)探討[J].合成技術(shù)及應(yīng)用，2002，17(2)：33-35.

[4] 李振峰.滌綸短纖維生產(chǎn)[M].南京：東南大學(xué)出版社，1991：125-126.

[5] 吳祥新. HV452環(huán)吹冷卻裝置改造和優(yōu)化[D].蘇州大學(xué)，2005：7-8.

Discussion on production process of 6.67 dtex polyester staple fiber for non-woven fabric

Zhang Hui, Li Qing

(StapleFiberProductionCenterofSinopecYizhengChemicalFibreL.L.C.,YizhengJiangsu211900,China)

By using the 20 000 t/a Toyobo polyester staple fiber equipment, the author chose appropriate spinneret, spinning and cooling process, enhanced the yarn cohesive property, selected reasonable draw ratio and the curling process, and produced 6.67 dtex non-woven polyester staple fiber products with good performance.

non-woven; polyester staple fiber; as-spun fiber; quality factor; draw ratio

2016-11-14

張暉(1989-)，江蘇儀征人，助理工程師，主要從事滌綸短纖維工藝質(zhì)量管理工作。

TQ340.64

B

1006-334X(2016)04-0032-04