高色牢度色母粒紡絲工藝探討及POY蛛網(wǎng)絲產(chǎn)生的原因分析

王保柱

（蘇州寶麗迪材料科技股份有限公司，江蘇蘇州 215141）

隨著原液著色紡絲技術(shù)在化纖領(lǐng)域的廣泛運(yùn)用，除了以炭黑和鈦白粉為代表的黑色和白色聚酯母粒大量應(yīng)用在聚酯紡絲生產(chǎn)外，色彩艷麗、耐曬、耐候、抗紫外、不褪色、不掉色的彩色含顏料高色牢度產(chǎn)品也越來越多地應(yīng)用在戶外紡織品上，如遮陽(yáng)傘、窗簾、帳篷、廣告布、地毯等。但是，此類產(chǎn)品在紡絲生產(chǎn)過程中，容易產(chǎn)生POY卷裝蛛網(wǎng)絲等成型不良現(xiàn)象[1-3]，給后道加彈生產(chǎn)帶來困難，并成為阻礙高色牢度產(chǎn)品原液紡絲的一道攔路虎。為此，本課題圍繞紡絲工藝條件的選擇和蛛網(wǎng)絲產(chǎn)生的機(jī)理等方面進(jìn)行探討，通過工藝條件的優(yōu)化為解決這個(gè)難題提出一些技術(shù)方案。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原料

纖維級(jí)聚酯PET切片（江蘇恒力和浙江榮盛石化有限公司，特性黏度IV：0.675dl/g，熔點(diǎn)Tm：259℃～262℃，端羧基—COOH：30.5mol/t），聚酯類高色牢度色母粒（蘇州寶麗迪材料科技股份有限公司，特性粘度IV ：0.40dl/g 0.55dl/g，熔點(diǎn)Tm：253℃～261℃），油劑（日本進(jìn)口滌綸紡絲油劑，型號(hào)竹本F-2707）。

1.2 主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備和測(cè)試儀器

1.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

沸騰床式結(jié)晶器和充填式干燥塔（鄭州中遠(yuǎn)），JWM135/25螺桿擠出機(jī)（上海金緯，φ135螺桿，長(zhǎng)徑比L/D 25，螺桿頭部帶銷釘混煉頭），PF2T立式雙筒套缸過濾器（蘇州東海濾機(jī)設(shè)備有限公司，過濾面積2×2.34m2，過濾精度30μm），紡絲機(jī)（側(cè)吹風(fēng)裝置）、BWA40T-1200卷繞頭（北京中麗），小型充填式干燥塔，稱重式母粒注射機(jī)（進(jìn)口，METTLER）。

1.2.2 測(cè)試設(shè)備

NCY-4型自動(dòng)烏氏黏度儀（上海思爾達(dá)科學(xué)儀器有限公司），WRX-1S型顯微熱分析儀（上海精密儀器有限公司），YG029全自動(dòng)單紗強(qiáng)力機(jī)（常州紡織儀器廠）。

1.3 工藝流程

2 結(jié)果與討論

2.1 干燥條件

干燥條件見表1。

表1 干燥條件

2.1.1 PET切片結(jié)晶干燥

PET聚酯（聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯）切片，含有親水基團(tuán)羥基—OH和端羧基—COOH，在切片生產(chǎn)過程中會(huì)吸收和結(jié)合大約0.2%～0.4%的水份，在高溫紡絲過程中易發(fā)生水解而使PET大分子鏈段斷裂，致使熔體粘度降低，造成紡絲時(shí)的飄絲斷頭和毛絲，影響正常生產(chǎn)行。另外，原生聚酯切片的結(jié)晶度較低，受熱后容易發(fā)生粘連結(jié)塊。所以，必須對(duì)PET切片進(jìn)行有效的結(jié)晶干燥。一般用沸騰床式結(jié)晶器在沸騰狀態(tài)下對(duì)聚酯切片結(jié)晶，去除表面水份、提高軟化點(diǎn)和結(jié)晶度，結(jié)晶溫度175℃～185℃左右，結(jié)晶時(shí)間15min～20min[4,5]。用干燥壓縮空氣作為氣源，160℃～170℃溫度下干燥4h～8h即可除去切片毛細(xì)孔結(jié)合水，使PET切片的含水率降低到30×10-6以下，滿足高速紡絲生產(chǎn)要求。

2.1.2 色母粒干燥

為方便化纖廠使用，彩色母粒在出廠前一般都已經(jīng)過預(yù)結(jié)晶處理，不但提高了母粒的軟化點(diǎn)和結(jié)晶度，可有效防止母粒干燥時(shí)結(jié)塊，且大部分水份也已除去，含水率小于0.1%。因此，其干燥條件無需像切片干燥那樣強(qiáng)，一般用干燥壓縮空氣作為氣源，干燥溫度130℃～140℃下干燥6h～10h即可。由于高色牢母粒中含有較高含量的顏料成份，母粒硬而脆，易摩擦產(chǎn)生粉屑，所以，干燥過程中不要攪拌以免造成色差，影響正常紡絲。

2.2 紡絲卷繞

2.2.1 紡絲溫度

高色牢度母粒在加入紡絲系統(tǒng)后，由于母粒的特性粘度偏低，往往會(huì)引起紡絲組件壓力降低大約10bar～20bar，為防止組件壓力過低引起飄絲斷頭，需要適當(dāng)降低紡絲溫度，一般箱體溫度比本色絲降低2℃～5℃即可。但是，由于高色牢度母粒中加入了較高含量的顏料粉體（顏料的著色力較低，加入比例偏高），降低了母粒熔體的流動(dòng)性能，同時(shí)在紡絲螺桿中這些顏料粉體也會(huì)吸收掉一定的熱量而延緩母粒中聚酯成份的熔融。所以，紡絲螺桿的溫度應(yīng)適當(dāng)高些，以保證母粒在螺桿中的熔融效果和熔體的流動(dòng)性。但是當(dāng)熔體溫度過高時(shí)，熔體會(huì)發(fā)生熱降解而使粘度降低，這會(huì)減弱對(duì)顏料粉體的粘附作用，使顏料粉體小顆粒發(fā)生二次凝聚，會(huì)縮短預(yù)過濾器和紡絲組件的使用周期，造成經(jīng)濟(jì)損失。為此，生產(chǎn)高色牢度POY時(shí)，螺桿溫度比本色絲稍稍低2℃～3℃即可，具體需根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格和母粒加入比例來綜合考慮。

2.2.2 側(cè)吹風(fēng)條件

高色牢度母粒加入后，由于顏料粉體的存在，POY單絲冷卻加快，在絲束運(yùn)行過程中，單絲和空氣的摩擦阻力增大，由此產(chǎn)生較多的靜電，不利于紡絲。為消除和減弱靜電，側(cè)吹風(fēng)濕度要加大，一般85%～90%為宜，比普通POY紡絲時(shí)的濕度高20%～30%，風(fēng)速、風(fēng)溫均不宜過高，實(shí)驗(yàn)表明風(fēng)溫21℃～23℃比較合適。

2.2.3 上油率及集束位置

給POY上油不但能增大單絲之間的抱合性，減小絲束與導(dǎo)絲器、單絲與空氣之間的摩擦力，提高后加彈時(shí)POY的退繞性能，更重要的是有利于減小紡程張力，消除絲束高速拉伸而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。尤其是對(duì)于單絲纖度dpf偏大且含有較高顏料成份的粗旦絲來說，單絲的剛性較強(qiáng)，柔韌性不足，單絲間抱合力較差。為增大單絲間的抱合力，需增大紡絲油劑的粘度、乳液濃度及絲條上油率，一般乳液濃度以12%～15%為宜，上油率要達(dá)到0.6%（含）以上。顏料成份的存在，使單絲表面形成一些細(xì)小的凸起，增大了單絲和空氣的摩擦力，并使單絲間的冷卻不均勻性增大。所以，為減小紡絲張力波動(dòng)和靜電，應(yīng)適當(dāng)提高集束位置，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，集束位置同常規(guī)品種相比，提高10%較好。

2.2.4 紡絲速度和卷繞工藝

300D/96f 高色牢度 PET-POY紡絲條件和成型狀況比較見表2。

表2 300D/96f 高色牢度 PET-POY紡絲條件和成型狀況比較

2.2.4.1 紡絲速度

紡絲速度是POY紡絲的重要技術(shù)參數(shù)，它的選擇以POY可紡性及后加彈性能好壞為基準(zhǔn)，一般要重點(diǎn)考察POY的動(dòng)態(tài)熱應(yīng)力和伸長(zhǎng)率大小，僅從POY伸長(zhǎng)率看控制在135%～145%為宜。對(duì)高色牢度POY，由于高色牢度母粒的加入，熔體的粘度有所降低。如果紡速不變，高色牢度POY的伸長(zhǎng)率就會(huì)過大，超過150%以上，給后道加工條件選擇帶來困難，加彈過高的拉伸比也易造成加彈斷頭增多，因此，要適當(dāng)提高POY紡絲速度至5%～10%。但是，紡速過高又會(huì)造成紡程張力過大，導(dǎo)致絲餅成型不良，甚至出現(xiàn)絆絲和蛛網(wǎng)絲。一般紡絲速度以3 250m/min比較適宜。

2.2.4.2 卷繞張力選擇

卷繞張力是否合適不僅影響著POY絲餅成型的好壞，還會(huì)影響到POY在后加工時(shí)的退繞性能。尤其是對(duì)于高色牢度POY，單絲和空氣的摩擦阻力較大，由此產(chǎn)生的靜電又影響到絲束上油的均勻性，經(jīng)過導(dǎo)絲瓷件摩擦后單絲間的剩余伸長(zhǎng)率差異增大，有的單絲會(huì)游離在絲束之外，在卷繞成型時(shí)脫離圓周曲線軌道而形成絆絲和蛛網(wǎng)絲。卷繞張力越大絆絲和蛛網(wǎng)絲越嚴(yán)重，為此要適當(dāng)降低卷繞張力。經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)卷繞張力控制在絲束纖度的0.06～0.08倍時(shí)，可有效避免絆絲和蛛網(wǎng)絲的產(chǎn)生，可通過調(diào)整GR1和GR2兩個(gè)導(dǎo)絲盤對(duì)卷繞頭的速度超喂率來實(shí)現(xiàn)。

2.2.4.3 成型角度和卷繞接壓

當(dāng)成型角較大時(shí)，卷繞成型時(shí)的往復(fù)次數(shù)增多，往復(fù)速度增大，絲束的往復(fù)拉力就增大，往復(fù)到絲餅端部的拐點(diǎn)增多，POY絲餅易形成凸肩并發(fā)生疊絲。當(dāng)成型角度較小時(shí)，卷繞成型的往復(fù)頻率降低，往復(fù)方向上的絲束纏繞比較緊密，易形成凸肚并發(fā)生端部絲束滑脫即常說的脫圈現(xiàn)象。所以，必須選擇合適的成型角度才能得到良好的卷裝成型。由于高色牢度POY一般都是單絲纖度超過3D的粗旦絲產(chǎn)品[6]，而且因單絲中含有的顏料成份使單絲的剛性增大，柔軟性變差，單絲的抱合性尤其不好，在高速卷繞成型的往復(fù)拐點(diǎn)處（絲餅的兩端），單絲易逃逸而脫離原先的運(yùn)行軌跡，形成蛛網(wǎng)絲或絆絲。為減小單絲在往復(fù)拐點(diǎn)處因張力過大逃出而變成“網(wǎng)絲”，經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，在保證不塌邊和脫圈的前提下，應(yīng)盡可能的減小卷繞成型角，一般絲餅底層的卷繞角選擇4.2°～4.8°比較合適，其它位置的成型角應(yīng)相應(yīng)減小，這樣就避免和減少了絆絲和蛛網(wǎng)絲的產(chǎn)生。在做卷繞角調(diào)整時(shí)，為防止絲餅凸肚和塌邊，應(yīng)適當(dāng)減小卷繞頭接壓，實(shí)驗(yàn)表明200N比較合適。

2.3 環(huán)境溫濕度的影響

高色牢度POY基本都是粗旦絲，絲束中的顏料成份使單絲的柔韌性變差，單絲和空氣以及絲導(dǎo)的摩擦阻力增大，因而產(chǎn)生較多靜電，最終導(dǎo)致單絲的抱合性變差，在卷繞成型時(shí)產(chǎn)生蛛網(wǎng)絲。所以，為減少單絲靜電，紡絲和卷繞間的濕度應(yīng)大于85%，環(huán)境溫度也不宜過高，30℃以下比較好。

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)條件優(yōu)化，通過選擇合適的紡絲工藝，采用高濕度的冷卻吹風(fēng)、提高上油集束位置和上油率、選擇合理的紡絲溫度及紡絲速度、減小成型角及接壓、采用低卷繞張力并選擇高濕低溫的環(huán)境條件等方法，很好地解決了高色牢度POY卷裝出現(xiàn)的蛛網(wǎng)絲問題。