聚酯車用熔紡著色短纖維探討

李文俊，孫 研，張志剛

(蘇州金泉新材料股份有限公司，江蘇 蘇州 215531)

聚酯車用熔紡著色短纖維探討

李文俊，孫 研，張志剛

(蘇州金泉新材料股份有限公司，江蘇 蘇州 215531)

通過(guò)研究智能控制系統(tǒng)與著色工藝，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配料，減少人為差異，改善車用聚酯纖維的熔融紡絲著色質(zhì)量，滿足個(gè)性化車用纖維的需求，同時(shí)減少溶液染色造成的環(huán)境污染。

智能系統(tǒng)；個(gè)性化；著色均勻性；環(huán)保

汽車產(chǎn)業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要戰(zhàn)略性支柱性產(chǎn)業(yè)之一，是穩(wěn)增長(zhǎng)擴(kuò)消費(fèi)的關(guān)鍵領(lǐng)域。汽車內(nèi)飾纖維材料是汽車產(chǎn)業(yè)的重要配套材料，當(dāng)今，消費(fèi)正逐漸趨向個(gè)性化，車用纖維也就要求多品種，小批量。環(huán)境保護(hù)對(duì)有色纖維生產(chǎn)提出了新的要求，因此，智能化改善車用紡織纖維的染色勢(shì)在必行，對(duì)促進(jìn)汽車消費(fèi)，改善民生，促進(jìn)就業(yè)，加快建設(shè)汽車強(qiáng)國(guó)具有十分重要的意義。

1 中國(guó)汽車工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

根據(jù)中國(guó)汽車技術(shù)研究中心相關(guān)數(shù)據(jù)，“十三五”期間我國(guó)汽車市場(chǎng)將維持平穩(wěn)增長(zhǎng)，平均增速約為3.8%，到2020年我國(guó)汽車市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)2 876萬(wàn)輛，市場(chǎng)發(fā)展前景廣闊。全球汽車生產(chǎn)基地主要集中于亞太、歐洲和北美，伴隨著我國(guó)成為世界汽車產(chǎn)銷第一大國(guó)的進(jìn)程，目前亞太地區(qū)已成為全球汽車最主要的生產(chǎn)基地。

2016年是“十三五”開(kāi)局之年，在改革創(chuàng)新深入推進(jìn)和宏觀政策效應(yīng)不斷釋放的共同作用下，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)保持了總體平穩(wěn)、穩(wěn)中有進(jìn)、穩(wěn)中向好的發(fā)展態(tài)勢(shì)。受此影響，汽車行業(yè)加大供給側(cè)改革力度，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整和更新步伐持續(xù)加快，產(chǎn)銷增速呈逐月增高態(tài)勢(shì)，尤其是6月后同比更是呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)，全年汽車產(chǎn)銷均超2 800萬(wàn)輛，連續(xù)八年蟬聯(lián)全球第一，行業(yè)經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)明顯增長(zhǎng)，對(duì)確保宏觀經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)運(yùn)行起到了重要作用。

2 車用纖維的現(xiàn)狀

車用紡織品按其作用分為裝飾性和功能性兩大類，裝飾性汽車用紡織品(約占52%)主要包括座椅面料、背襯、車頂、門(mén)飾、窗簾、地毯等；功能性汽車用紡織品(約占48%)主要包括遮陽(yáng)板、門(mén)窗封條、安全帶、安全氣囊、過(guò)濾材料、軟管、輪胎、車輛外殼、行李倉(cāng)、發(fā)動(dòng)機(jī)殼等構(gòu)件中的復(fù)合材料，每臺(tái)車總用量約為20 kg。

現(xiàn)今消費(fèi)者對(duì)汽車的要求已經(jīng)不僅僅是行駛代步，而成為集行駛、休閑、展示個(gè)性、身份象征為一體的綜合載體，個(gè)性化和多樣化的要求日趨強(qiáng)烈，汽車裝飾面料開(kāi)發(fā)的多樣化、個(gè)性化已成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。汽車面料也開(kāi)始進(jìn)入高檔車型，這就要求提高產(chǎn)品的舒適性、功能性和裝飾性。其中，舒適性包括手感、摩擦阻力、導(dǎo)熱絕熱性、透氣透濕性、氣味、抗起球性等;功能性包括耐磨、色牢度、耐日曬、抗菌、 抗紫外線、防污、阻燃、易清潔和尺寸穩(wěn)定性等;裝飾性包括織物結(jié)構(gòu)、 外觀風(fēng)格、 覆蓋性、花型色澤等。這些特性的加入使得汽車用紡織品的科技含量不斷提高[3]。

3 車用聚酯熔紡著色纖維

普通常規(guī)滌綸纖維或纖維織成布后，需要通過(guò)印染廠高溫高壓染色才能達(dá)到面料所需的顏色要求，而現(xiàn)在有色短纖維通過(guò)聚酯類原料顏色的配比混合，在生產(chǎn)過(guò)程中加入色母?；蛏圻M(jìn)行適當(dāng)調(diào)色，直接生產(chǎn)出符合要求的有色滌綸短纖維，下游工序無(wú)需再進(jìn)行染色加工。這種有色短纖維加工過(guò)程的成本相對(duì)低、環(huán)境污染少、節(jié)水、低碳排放、產(chǎn)品價(jià)值高[1]。

熔融紡絲著色產(chǎn)品具有顏色多樣、光澤亮麗、不沾色、不褪色，各項(xiàng)色牢度指標(biāo)均達(dá)到4級(jí)以上；產(chǎn)品經(jīng)過(guò)高溫定型加工后處理，手感柔軟細(xì)密，彈性好，經(jīng)久耐用；織物具有柔軟飄逸，懸垂性好，有類似真絲的感覺(jué)，光澤柔和明亮，不產(chǎn)生”極光”。熔紡著色是紡織化纖行業(yè)鼓勵(lì)發(fā)展的新型工藝路線，在“十三五”及未來(lái)將迎來(lái)更好的發(fā)展空間[2]。

熔融紡絲時(shí)加入色粉或色母粒，經(jīng)熔融紡成有色絲，省去了染前處理、高溫高壓染色等高耗能、高排放的工序，把過(guò)去由3家企業(yè)才能完成的傳統(tǒng)生產(chǎn)流程，縮減成1家企業(yè)單獨(dú)完成的新工藝流程，新工藝生產(chǎn)過(guò)程無(wú)需耗水，也不產(chǎn)生污水，真正實(shí)現(xiàn)“零”排放。新舊工藝消耗排放對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 印染行業(yè)主要單耗及排放統(tǒng)計(jì)

按照傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝，原來(lái)每染1 t彩色滌綸纖維或有色面料需要化工染料及輔料130 kg左右，而采用新工藝技術(shù)生產(chǎn)1 t彩色纖維僅需顏料7.5 kg，其成本僅為染色工藝的5%，有色滌綸短纖維產(chǎn)品的性能完全可替代并優(yōu)于傳統(tǒng)工藝產(chǎn)品。多色系環(huán)保紡織新材料系列產(chǎn)品將省去傳統(tǒng)的高溫高壓染色，沒(méi)有污染排放。據(jù)國(guó)家環(huán)?？偩纸y(tǒng)計(jì)，我國(guó)印染行業(yè)排放廢水總量位于全國(guó)制造業(yè)排放總量的前5位，印染企業(yè)的單位產(chǎn)品耗水量大約是發(fā)達(dá)國(guó)家的3倍左右，每噸產(chǎn)品取水量250 t以上，產(chǎn)生污水232.5 t，水的重復(fù)利用率僅為7%。

4 母粒著色局限性

滌綸有色纖維在紡絲過(guò)程中添加顏料或染料著色劑，以紡絲著色替代溶液染色上色的有色紡絲工藝，其生產(chǎn)過(guò)程采用高濃度母粒作為顏色載體，與本白色的纖維材料共混生產(chǎn)出與母粒色光一致的有色纖維，母粒的制備與顏色的調(diào)配由專業(yè)的母粒制造企業(yè)來(lái)完成。共混生產(chǎn)功能性纖維的工藝與紡有色纖維過(guò)程相同，把著色劑換成功能性添加劑。母粒法紡絲是2個(gè)流程，2個(gè)行業(yè)的合作完成有色纖維的生產(chǎn)，稱之為二步法。母粒廠不能制作最終產(chǎn)品，紡絲廠不能改變色光，由于著色劑品種和有效成分的比例變化會(huì)改變纖維的延伸性物理指標(biāo)。要得到同時(shí)符合3個(gè)條件的最終產(chǎn)品，加工生產(chǎn)之前要在2個(gè)流程間反復(fù)試驗(yàn)，流程長(zhǎng)，成本高，間隔時(shí)間長(zhǎng)，每次改變配方，母粒廠和紡絲廠都要用主材料沖洗設(shè)備，產(chǎn)生大量廢料，無(wú)法經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)最終產(chǎn)品的小批量快速定制，制約色紡有色纖維這一環(huán)保產(chǎn)品的推廣應(yīng)用。無(wú)論生產(chǎn)色母粒還是功能性母粒，在制作過(guò)程中要確?；旌戏稚⒕鶆颍ㄟ^(guò)添加分散劑，高溫提升流動(dòng)性，提高剪切來(lái)達(dá)到分散效果[4]。生產(chǎn)有色纖維或功能性纖維由母粒制備和紡絲添加2個(gè)流程步驟，試小樣復(fù)雜，對(duì)色周期長(zhǎng)，浪費(fèi)大，母粒造粒過(guò)程中對(duì)添加的著色劑和功能材料要求高。同時(shí)母粒批間差，或是不同廠家母粒，造成產(chǎn)品色差(包括色光差)如圖1所示，或者制作母粒時(shí)顏料(或染料)選擇不好，產(chǎn)品會(huì)有色遷移(變色)[5]，如圖2所示。

圖1 兩種顏料(染料)不同批次，產(chǎn)生的色差(色光差)

圖2中(a)與(b)是有色纖維與白色纖維混合梳理、針刺，再經(jīng)220 ℃，3 min處理后，有色遷移，(a)是烘前，(b)是烘后。(c)與(d)是有色纖維與白色纖維混合梳理、針刺，再經(jīng)220 ℃，3 min處理后，無(wú)色遷移，(c)是烘前，(d)是烘后。

5 智能控制色粉

色粉著色，在色粉配料時(shí)由于人工分料，可能造成稱料計(jì)量不準(zhǔn)確，少加或多加色料組分，造成加入不準(zhǔn)確，引起產(chǎn)品色差(色光)，從而不能滿足客戶需求。

(a) (b)

(c) (d)圖2 有色纖維與白色纖維遷移圖

現(xiàn)有技術(shù)通常由工人以手工作業(yè)的方式進(jìn)行紡前配色。其缺點(diǎn)之一，由于在稱量完即計(jì)量完一種染料后還需繼續(xù)稱入其他一種或幾種染料，又由于熔紡批次產(chǎn)量不同，還需就同一配方重復(fù)稱量，于是工人的重復(fù)勞動(dòng)量大，勞動(dòng)強(qiáng)度高；缺點(diǎn)之二，由于是手工作業(yè)，因而存在稱量出錯(cuò)幾率高之虞，例如易出現(xiàn)不同染料之間的此多彼少或彼多此少以及漏稱某一種染料的情形，影響化學(xué)纖維絲的質(zhì)量甚至造成報(bào)廢，因?yàn)榉Q量的準(zhǔn)確性在一定程度上與工人的經(jīng)驗(yàn)、責(zé)任性乃至情緒等因素相關(guān)；欠缺之三，由于人工對(duì)染料稱量時(shí)染料易飛揚(yáng)，一方面影響作業(yè)環(huán)境，另一方面造成染料浪費(fèi)，也不利于工人的健康。

智能改進(jìn)方法提供一種有助于體現(xiàn)良好的積木化效果，藉以顯著減小對(duì)地坪的占用、有利于改善動(dòng)力機(jī)構(gòu)與染料螺旋輸出機(jī)構(gòu)之間的配合關(guān)系，保障動(dòng)作的可靠性與穩(wěn)定性、有益于將有待于稱重的料盒與完成了稱重的料盒之間自動(dòng)切換，提高配料稱重效率和有便于體現(xiàn)優(yōu)異的緊湊效果，而藉以方便制造、安裝、使用并維護(hù)以及確保安全性的熔紡染料自動(dòng)配料機(jī)(圖3)，機(jī)器裝備了自動(dòng)比色裝備(圖4)。

生產(chǎn)車間的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備采用分布式控制系統(tǒng)，電氣儀表、傳感器等設(shè)備采用RS485協(xié)議與PLC連接，設(shè)備核心執(zhí)行單元按通信即時(shí)性要求分別采用Profinet、OPC通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議連入現(xiàn)場(chǎng)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，再由上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一采用OPC/UA標(biāo)準(zhǔn)將數(shù)據(jù)匯入數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)安全可靠的數(shù)據(jù)交換。通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)收集過(guò)濾后，會(huì)上傳至生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)MES用于生產(chǎn)數(shù)據(jù)的歸集和分析，為生產(chǎn)執(zhí)行管理提供支撐(圖5)。所有的生產(chǎn)工藝、配方、生產(chǎn)運(yùn)行情況，產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)等數(shù)據(jù)共享，并存入系統(tǒng)中，再通過(guò)大數(shù)據(jù)比對(duì)分析，基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配料，也可實(shí)現(xiàn)了歷史數(shù)據(jù)的再現(xiàn)，能更好地減少批間差異(圖6)。

圖3 自動(dòng)配料機(jī)

圖4 產(chǎn)品自動(dòng)電腦測(cè)色

圖5 設(shè)備聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線示意圖

圖6 后牽伸輥上產(chǎn)品基本無(wú)色差

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)改進(jìn)，將自動(dòng)配料、生產(chǎn)、檢測(cè)等信息聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)智能化，能較好地滿足車用聚酯短纖維對(duì)顏色及色光特殊要求的個(gè)性化，小批量定制，多批次的重現(xiàn)，也降低了纖維生產(chǎn)成本，沒(méi)有溶液染色的環(huán)境污染及高昂費(fèi)用，綠色環(huán)保，推動(dòng)中國(guó)車用纖維產(chǎn)業(yè)在低碳與智能裝備等更高層次上參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，實(shí)現(xiàn)紡織行業(yè)向綠色環(huán)保、智能裝備的可持續(xù)發(fā)展方向轉(zhuǎn)型升級(jí)。

[1] 董紀(jì)震，趙耀明，陳雪英，等.合成纖維生產(chǎn)工藝學(xué)[M].北京：中國(guó)紡織出版社,1994.

[2] 林世東，谷志剛,周國(guó)祥，等.中國(guó)再生有色滌綸短纖維的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J].紡織導(dǎo)報(bào)，2016，(2)：21-26.

[3] 李 光，吳勝利,江建明，等.纖維及紡織品在汽車上的應(yīng)用[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品,2000，(12)：5-11.

[4] 陳來(lái)宏.有色滌綸短纖維生產(chǎn)工藝探討[J].合成技術(shù)及應(yīng)用,2004,(2):29-31.

[5] 彭 飛，梁振榮，劉小園.滌綸有色長(zhǎng)絲顏色差異成因分析[J].化纖與紡織技術(shù),2003,12(2):11-13.

ImprovementofPETAutomotiveMeltSpinningColoringStapleFiber

LI Wen-jun, SUN Yan, ZHANG Zhi-gang

(Suzhou Kingcharm New Materials Corp., Suzhou 215531, China)

Intelligent control system and coloring process were studied to achieve automatic batching, reduce man-made differences and improve the quality of melt spinning coloring of automotive fibers. The needs of personalized automotive fiber were met, and environmental pollution caused by solution dyeing was reduced.

intelligent systems; personalization; color uniformity; environmental protection

TS102

B

1673-0356(2017)11-0042-04

2017-09-17

李文俊(1965-)，高級(jí)工程師，主要從事化纖產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)管理。