油嘴結(jié)構(gòu)對(duì)滌綸FDY染色條紋絲的影響

石 勇 強(qiáng)

(浙江恒逸高新材料有限公司，浙江 杭州 310000)

油嘴結(jié)構(gòu)對(duì)滌綸FDY染色條紋絲的影響

石 勇 強(qiáng)

(浙江恒逸高新材料有限公司，浙江 杭州 310000)

在熱輥拉伸式滌綸全拉伸絲(FDY)生產(chǎn)中，采用油嘴上油，會(huì)產(chǎn)生滌綸FDY染色條紋絲。使用不同型號(hào)的油嘴用于生產(chǎn)滌綸FDY，分析了油嘴結(jié)構(gòu)對(duì)染色條紋絲的影響。結(jié)果表明：在正常生產(chǎn)工藝條件下，初生絲從油嘴中吸附的油劑量不均勻?qū)е吕w維局部取向度和結(jié)晶度低是產(chǎn)生染色條紋絲的主要原因；油嘴的結(jié)構(gòu)決定了初生絲的上油均勻性，貯油槽貯油能力越大，吸油和放油能力越強(qiáng)，上油均勻性越好，油嘴絲道寬度對(duì)上油均勻性也有一定的影響；生產(chǎn)中選擇合適的油嘴，可提高初生絲的上油均勻性，從而減少滌綸FDY染色條紋絲的產(chǎn)生。

聚對(duì)苯二甲酸乙二酯纖維 高速紡絲 全拉伸絲 油嘴結(jié)構(gòu) 染色均勻性 條紋絲

熱輥拉伸式滌綸全拉伸絲(FDY)生產(chǎn)線有油輪上油和油嘴上油2種方式，油輪上油可使纖維上油和染色均勻性好，但紡絲張力太高，一些多孔細(xì)絲在油輪上油生產(chǎn)線上幾乎無(wú)法正常紡絲。因此，隨著紡絲頭數(shù)的增加，一些新上的生產(chǎn)線大多直接改換成油嘴上油生產(chǎn)方式。油嘴上油生產(chǎn)線雖然紡絲張力有所降低，但初生絲的拉伸取向程度也隨之降低，在染色性能上往往會(huì)出現(xiàn)深色條紋絲，使產(chǎn)品的勻染性能下降。特別是對(duì)染色均勻性有較高要求的AAA等級(jí)產(chǎn)品，灰色或咖啡色系列的染色均勻性將是比較突出的問(wèn)題。對(duì)于如何提高FDY產(chǎn)品的勻染性能，在紡絲冷卻和卷繞拉伸方面采取措施的報(bào)道早已比較全面，作者就生產(chǎn)實(shí)踐中遇到的問(wèn)題，在油嘴性能對(duì)染色均勻性的影響方面做一些探討。

1 試驗(yàn)

1.1 原料及設(shè)備

聚酯(PET)熔體：特性黏數(shù)([η])為0.648 dL/g，端羧基含量為20 mol/t，二甘醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%，二氧化鈦質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%，浙江恒逸高新材料有限公司產(chǎn)；染料：分散灰HBL，浙江閏土股份有限公司產(chǎn)。

紡絲箱體：德國(guó)巴馬格公司制造；卷繞機(jī)：型號(hào)I-QOON/24，德國(guó)巴馬格公司制造；紡絲油嘴：A，B，C 3種型號(hào)。

1.2 生產(chǎn)工藝流程及工藝條件

生產(chǎn)的滌綸FDY產(chǎn)品規(guī)格為83 dtex/72 f。生產(chǎn)工藝參數(shù)如下：熔體溫度290 ℃，側(cè)吹風(fēng)速度0.62 m/s，冷卻長(zhǎng)度900 mm，油劑泵頻率23 Hz，第一熱輥(GR1)速度 1 760 m/min，第二熱輥(GR2)速度4 260 m/min，GR1溫度90 ℃，GR2溫度133 ℃，卷繞速度4 198 m/min。

生產(chǎn)工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 滌綸FDY生產(chǎn)工藝流程
Fig.1 Flow chart of polyester FDY production

1.3 測(cè)試方法

染色均勻度：按GB/T 6508—2001《滌綸長(zhǎng)絲染色均勻度試驗(yàn)方法》規(guī)定的程序測(cè)試。

條干均勻度：采用瑞士USTER-Ⅳ條干均勻度測(cè)試儀測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 油嘴的外形特征及應(yīng)用狀況

A，B，C 3種型號(hào)油嘴的特征見(jiàn)表1。A型和B型油嘴都是U形底的絲道，各配置1個(gè)圓形貯油槽。C型油嘴是平底絲道，有9條線型貯油槽。這3種油嘴在貯油槽的形狀和大小，以及絲道的寬度和形狀方面各有一些差別。

表1 3種油嘴的外觀特征Tab.1 Appearance characteristics of three kinds of nozzles

實(shí)際生產(chǎn)中，使用A型油嘴生產(chǎn)滌綸FDY，用分散艷蘭染料(E-4R)染色時(shí)纖維染色均勻性沒(méi)有問(wèn)題，但用分散灰染料(HBL)染色時(shí)，襪帶上有非常多的深色條紋絲，條紋絲長(zhǎng)度在3～5 cm，分布沒(méi)有規(guī)律，有些生產(chǎn)位僅有幾個(gè)錠位出現(xiàn)條紋絲，有些生產(chǎn)位的24個(gè)錠位(1#～24#)都出現(xiàn)條紋絲；條紋絲嚴(yán)重的錠位連續(xù)出現(xiàn)，不嚴(yán)重的間斷性出現(xiàn)。染色異常絲總量已經(jīng)到了無(wú)法分級(jí)判色的程度。

2.2 產(chǎn)生條紋絲的原因分析

從高分子的取向結(jié)構(gòu)和結(jié)晶結(jié)構(gòu)分析，染色短條紋產(chǎn)生的原因是局部分子鏈排列不緊密、分子鏈或鏈段間的空隙比較大、進(jìn)入的染料分子比較多造成[1]。由此判斷其產(chǎn)生原因是拉伸過(guò)程中分子鏈沒(méi)有充分伸直，或者伸直程度與其他片段不一致，伸直程度低的分子鏈取向度低，在定型過(guò)程中結(jié)晶度低[2]。根據(jù)這種分析，當(dāng)其他工藝條件不變時(shí)，提高拉伸倍數(shù)將使分子鏈上的應(yīng)力增加，分子鏈向伸展拉直方向變化，取向度和結(jié)晶度都得以提高，應(yīng)該能夠?qū)⑦@種條紋絲消除或明顯減少。但取24錠絲全有嚴(yán)重條紋的生產(chǎn)位進(jìn)行拉伸倍數(shù)試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，提高拉伸倍數(shù)不但不能完全消除條紋絲，而且拉伸到2.64倍時(shí)還有單絲斷裂毛絲出現(xiàn)，即在纖維上的應(yīng)力已經(jīng)超出了纖維所能承受的拉伸力，部分單纖維在已經(jīng)被拉斷的極限情況下，分子鏈的伸直程度還沒(méi)有達(dá)到均勻一致的效果。說(shuō)明在保證纖維其他使用性能不受影響的條件下，提高拉伸倍數(shù)無(wú)法解決這個(gè)問(wèn)題，即拉伸工藝不是產(chǎn)生條紋絲的主要原因。

表2 拉伸倍數(shù)對(duì)產(chǎn)生條紋絲的影響Tab.2 Effect of draw ratio on stripes formation

2.3 油嘴結(jié)構(gòu)對(duì)產(chǎn)生條紋絲的影響

經(jīng)驗(yàn)表明，紡絲油嘴對(duì)預(yù)取向絲(POY)的后拉伸性能有重要影響，但對(duì)FDY的染色性產(chǎn)生的影響還沒(méi)有相關(guān)報(bào)道。取用于POY的B，C型油嘴與A型油嘴做對(duì)比試驗(yàn)。選取條紋絲嚴(yán)重程度相對(duì)穩(wěn)定且連續(xù)出現(xiàn)的生產(chǎn)位，將24錠絲依單錠絲條紋絲的數(shù)量和色澤深度為分類依據(jù)，按錠位分成相同的3部分，A，B，C 3種型號(hào)油嘴各用8錠絲。原來(lái)使用A型油嘴的1#～7#和9#錠位不動(dòng)，另外8#，10#～16#錠位更換成B型油嘴，17#～24#錠位更換成C型油嘴，觀察油嘴性能對(duì)染色條紋絲的影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3 (不區(qū)分條紋絲色澤偏深的輕重程度)。

表3 油嘴結(jié)構(gòu)對(duì)條紋絲數(shù)量與分布的影響Tab.3 Effect of nozzle types on number and distribution of stripes

注：√表示有條紋絲；×表示無(wú)條紋絲。

由表3可知，相同條件下不同型號(hào)的油嘴所產(chǎn)生的條紋絲數(shù)量有明顯的不同，A型油嘴的條紋絲數(shù)量最多，B型油嘴次之，C型油嘴的條紋絲數(shù)量最少。另外，試驗(yàn)還表明，提高拉伸倍數(shù)時(shí)，用C型號(hào)油嘴能夠很快將條紋絲完全消除，用B型油嘴能明顯減少條紋絲數(shù)量但不能完全消除，用A型油嘴的條紋絲數(shù)量沒(méi)有變化，即不同型號(hào)的油嘴對(duì)條紋絲數(shù)量的影響有很明顯的差別，油嘴性能對(duì)染色條紋絲有重要影響。

取使用A型油嘴沒(méi)有條紋絲的3#錠位和條紋絲比較嚴(yán)重的1#，5#錠位分別進(jìn)行物性測(cè)試，見(jiàn)表4。3#錠位的強(qiáng)伸性能及含油率與1#，5#錠位絲比較沒(méi)有明顯差異，但條干不勻率略小。另外，通過(guò)條干曲線圖可以發(fā)現(xiàn)，3#錠位絲曲線圖上的“針尖峰”數(shù)量明顯比1#，5#錠位絲的少，“針尖峰”的振幅高度也明顯比1#，5#錠位絲的低，曲線比較光滑。一般認(rèn)為這是含油均勻性差異原因：含油均勻性越差時(shí)，條干曲線圖上的針尖峰數(shù)量越多、針尖峰的振幅也越大[3]。

表4 不同錠位的產(chǎn)品物性指標(biāo)Tab.4 Physical index of yarn at different spindles

再選取18#錠位更換油嘴前后的絲條進(jìn)行條干分析測(cè)試，這錠絲在使用A型油嘴時(shí)有嚴(yán)重條紋絲，換成C型油嘴后條紋絲消失，測(cè)得換油嘴前纖維的條干不勻率為1.42%，換油嘴后為1.39%，條干不勻率差異雖然不大，但條干不勻率曲線同樣表現(xiàn)出針尖峰數(shù)量和振幅高度的差異，使用C型油嘴的條干曲線針尖峰數(shù)量少，振幅小，曲線相對(duì)光滑。

2.4 油嘴結(jié)構(gòu)對(duì)上油均勻性的影響

貯油槽的作用是當(dāng)油泵因震動(dòng)、漏流等原因產(chǎn)生微小的壓力或流量變化時(shí)，或者因乳液中溶解的氣體和被壓縮的微汽泡釋放產(chǎn)生微小的壓力或流量變化時(shí)，因噴油孔的出油量會(huì)有微小的變化，用貯油槽貯存的油量調(diào)節(jié)初生絲的含油量。和A型油嘴比較，B型油嘴的貯油槽容積大，能夠貯存的油量多，貯油槽噴油孔出油不勻的調(diào)節(jié)能力變強(qiáng)，使初生絲所含乳液量的均勻性得以提高。另外，B型油嘴貯油槽的槽口是坡角，A型油嘴的槽孔口是直角，坡角形狀的槽口乳液更容易流進(jìn)和流出，對(duì)乳液量調(diào)節(jié)的即時(shí)性也得以提高，使乳液量的分布更加均勻。C型油嘴是9條線槽型貯油槽，貯油槽長(zhǎng)度占絲道長(zhǎng)度的2/3，起到多部位分散貯油、多點(diǎn)調(diào)節(jié)的作用，其調(diào)節(jié)能力和調(diào)節(jié)即時(shí)性比單孔貯油槽更強(qiáng)一些。另外，C型油嘴兩個(gè)側(cè)邊也開(kāi)有斜向上的線槽，側(cè)邊線槽和底部線槽連通到一起，使側(cè)邊線槽起到毛細(xì)管效應(yīng)，使貯存的乳液會(huì)有一點(diǎn)高度方向的爬升，這既增加了貯油量，又會(huì)使爬升的乳液從絲束的側(cè)邊部位給予補(bǔ)充，增加了絲束乳液量的均勻性。因此C型油嘴對(duì)乳液含量的調(diào)節(jié)能力比A，B型油嘴都強(qiáng)。

絲道的作用是對(duì)初生絲進(jìn)行集束，除降低紡絲張力外還可以防止絲束上的乳液向空氣中飛散。B型油嘴的絲道寬度比A型油嘴的窄一些，絲束上的乳液向空氣中飛散的量會(huì)比A型油嘴的少一些，乳液分布的均勻性也好一些。C型油嘴雖是平底絲道，但絲道寬度也比A型油嘴的窄，絲的集束性好，防止乳液飛散的能力比A型油嘴強(qiáng)，因此其乳液均勻性也比A型油嘴好。3種油嘴的結(jié)構(gòu)差異見(jiàn)圖2。

圖2 3種油嘴的結(jié)構(gòu)示意Fig.2 Structure diagrams of three kinds of nozzles

2.5 上油均勻性差異分析的反向驗(yàn)證

生產(chǎn)研究中的反向驗(yàn)證是在不考慮條件變化帶來(lái)負(fù)面影響的情況下，根據(jù)大幅度變更某個(gè)條件所產(chǎn)生的結(jié)果，判斷此前的設(shè)想或推論是否成立的方法。前述分析認(rèn)為染色條紋絲是乳液量不均勻、水分蒸發(fā)帶走熱量所致，在不考慮絲的使用性能和生產(chǎn)穩(wěn)定性的條件下，采用大幅度降低含油率以弱化含油不勻率，和大幅度提高拉伸溫度以強(qiáng)化絲條受熱均勻性兩種方法，以此驗(yàn)證條件變更后染色均勻性是否能有明顯改善，由此驗(yàn)證乳液量均勻性影響染色條紋絲的結(jié)論是否正確。

將前述生產(chǎn)位的B,C型油嘴仍然換成A型油嘴，在第1.2節(jié)的工藝條件下分別改變油劑泵頻率和拉伸溫度進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)條件和結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 改變油劑泵頻率或拉伸溫度試驗(yàn)結(jié)果Tab.5 Test results at different oil pump frequency or drawing temperature

試驗(yàn)結(jié)果表明：使用A型油嘴，通過(guò)大幅度降低含油率或大幅度提高拉伸溫度的方法，雖然都沒(méi)有完全消除條紋絲，但條紋絲的數(shù)量都可以明顯減少，從反方向驗(yàn)證了乳液量不均勻影響染色條紋絲結(jié)論的可靠性。但反向驗(yàn)證所使用的工藝條件對(duì)絲的使用性能或生產(chǎn)穩(wěn)定性都產(chǎn)生巨大的不利影響，無(wú)法在正常生產(chǎn)中加以使用。

3 結(jié)論

a. 因油嘴原因產(chǎn)生的染色條紋絲是初生絲吸附的油劑乳液量不均勻造成，乳液量高的部分絲實(shí)際受熱程度低，導(dǎo)致絲的取向度和結(jié)晶度低，最終以染色條紋絲的形式表現(xiàn)出來(lái)。

b. 油嘴對(duì)上油均勻性的影響由油嘴結(jié)構(gòu)決定，貯油槽貯油能力越大，吸油和放油能力越強(qiáng)，上油均勻性越好。絲道寬度是否適合對(duì)上油均勻性也有一定的影響。

[1] 陶乃杰. 染整工程(第二冊(cè))[M].北京:中國(guó)紡織出版社,1990:68.

Tao Naijie. Dyeing and finishing process (book 2)[M].Beijing: China Textile & Apparel Press, 1990:68.

[2] 董紀(jì)震, 羅鴻烈, 王慶瑞, 等. 合成纖維生產(chǎn)工藝學(xué)(上冊(cè))[M]. 第二版.北京: 中國(guó)紡織出版社, 1996:411-536.

Dong Jizhen, Luo Honglie, Wang Qingrui, et al. Synthetic fiber production process (book 1)[M]. 2nd ed. Beijing:China Textile & Apparel Press, 1996:411-536.

[3] 徐進(jìn)云, 周存, 黃華強(qiáng). 油劑對(duì)滌綸POY條干不勻率的影響[J]. 合成纖維工業(yè), 2001, 24(3):31-34.

Xu Jinyun, Zhou Cun, Huang Huaqiang. The influence of spinning finishes on irregularity of polyester POY[J]. Chin Syn Fiber Ind, 2001, 24(3):31-34.

?國(guó)內(nèi)外動(dòng)態(tài)?

BP公司完成庫(kù)珀河PTA裝置改造

BP公司于2017年6月14日宣布，已在美國(guó)南卡羅來(lái)納州庫(kù)珀河附近完成了對(duì)其精對(duì)苯二甲酸(PTA)裝置投資為2億美元的改造。BP公司全球芳烴業(yè)務(wù)首席執(zhí)行官Luis Sierra表示，這一投資將使其能源用量減少40%，每年碳排放量減少109 kt，同時(shí)將總產(chǎn)量提高10%。BP公司庫(kù)珀河裝置PTA生產(chǎn)能力為1 400 kt/a。這項(xiàng)改進(jìn)將使BP公司能夠生產(chǎn)出一種低碳品牌的PTA，以及世界認(rèn)證的碳中性PTA。

(通訊員 錢伯章)

美國(guó)研發(fā)碳纖維回收新技術(shù)

據(jù)美國(guó)華盛頓州立大學(xué)消息，該校機(jī)械與材料工程學(xué)院科研小組最近研究出一種碳纖維回收新技術(shù)。

該團(tuán)隊(duì)用弱酸作為催化劑，利用含該催化劑的液態(tài)乙醇在相對(duì)低溫下對(duì)熱固性材料進(jìn)行分解。為取得更好的分解效果，研究人員在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)材料進(jìn)行升溫，使含有催化劑的液體能夠更好地浸入復(fù)合材料內(nèi)部，破壞其中已經(jīng)固化的復(fù)雜結(jié)構(gòu)?？蒲行〗M利用乙醇使樹(shù)脂發(fā)生膨脹，再用氯化鋅破壞化學(xué)分子中的碳氮鍵。

該方法已被實(shí)驗(yàn)證明有效，分解之后的碳纖維和樹(shù)脂被分別投入再生產(chǎn)。該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)為其申請(qǐng)了技術(shù)專利，并試圖投入商業(yè)化應(yīng)用。

(通訊員 鄭寧來(lái))

蘭精在泰國(guó)建設(shè)萊賽爾纖維廠

Lenzing(蘭精)公司于2017年6月29日宣布，其管理委員會(huì)已批準(zhǔn)在泰國(guó)建立新的萊賽爾(lyocell)纖維生產(chǎn)裝置的建議，設(shè)計(jì)生產(chǎn)裝置生產(chǎn)能力高達(dá)100 kt/a。這一舉措是蘭精計(jì)劃大幅度提高特種纖維在全球所占份額的一部分。

(通訊員 錢伯章)

Effect of nozzle structure on dyeing stripes of polyester FDY

Shi Yongqiang

(Zhejiang Hengyi High-tech Materials Co., Ltd., Hangzhou 310000)

Dyeing stripes appeared on polyester fully-drawn yarn (FDY) due to the nozzle oiling method for polyester FDY production through hot roller drawing technique. The oiling nozzles of different types were used to produce polyester FDY. The effect of the oil nozzle structure on the dyeing stripes was analyzed. The results showed that the primary factor causing the formation of the dyeing stripes was the uneven oil content of as-spun fiber absorbing from the oil nozzle which provided some parts of the fiber with the low degree of orientation and crystallinity under normal process conditions; the oiling evenness of as-spun fiber depended on the structure of the oiling nozzles; the higher the oil storage quantity of the oiling groove and the oil absorbing and discharging capacity of the nozzle, the higher the oiling evenness; the yarn path width of the oil nozzle gave a certain effect on the oiling evenness; and the oil nozzle should be rationally selected to improve the oiling evenness of the as-spun fiber and thus depress the generation of dyeing stripes of polyester FDY.

polyethylene terephthalate fiber; high-speed spinning; fully-drawn yarn; nozzle structure; dyeing evenness; stripes

2017- 01- 08； 修改稿收到日期：2017- 05-30。

石勇強(qiáng)(1971—)，男，工程師，從事聚酯纖維生產(chǎn)技術(shù)管理工作。E-mail：hnkfsyq@163.com。

TQ342+.21

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1001- 0041(2017)04- 0065- 04