淺談陽離子絲餅重量波動的影響因素

＊周 洋

（江蘇恒科新材料有限公司 江蘇 226000）

1.前言

滌綸具有高強高模，彈性好，不易起皺等特點，是一種理想的紡織材料，但是眾所周知，滌綸纖維是疏水性合成纖維，缺乏能與直接染料，酸性染料，堿性染料等結(jié)合的官能團，雖然滌綸具有能與分散染料形成氫鍵的酯基，但是由于其分子鍵結(jié)構(gòu)緊密，染料分子不易進入纖維內(nèi)部，從而導(dǎo)致滌綸染色困難以及可染色調(diào)單一，同時由于滌綸纖維的高結(jié)晶度，使得其大分子鏈較為規(guī)整，分子間空隙小，當(dāng)溫度較低時，分子間熱運動改變幅度較小，而在潮濕的環(huán)境下滌綸又不會像棉等天然纖維一樣通過劇烈溶脹而增大空隙，兩者的綜合作用使得染料難以滲透到纖維內(nèi)部，滌綸通常使用分散染料染色，并且必須在高溫高壓下或借助載體染色。

陽離子滌綸絲全稱“cationic dyed polyester”也叫陽離子可染滌綸，是改性滌綸的一種，可在110℃溫度下用陽離子染料染色，現(xiàn)在常用的陽離子改性滌綸長絲是在聚酯切片中引入帶有極性基團的間苯二甲酸二甲酯，其外觀與普通滌綸沒有差別，但是由于使用了離子改性，不僅大大改善了纖維的吸色性能，同時大大降低了結(jié)晶度使染料分子更加容易滲入，纖維的上染率和吸濕率提高，這種纖維既保證了陽離子染料易染，同時又增加纖維的微孔，提高了纖維的透氣性和吸濕性，陽離子纖維既可以用作仿真絲，使織物具有透氣舒適，抗靜電，常壓可染的特點，又可用于仿毛織物，使織物具有手感柔軟，抗靜電，抗起毛起球，能常溫常壓與毛共染的的特點。陽離子纖維在穿著舒適性，顏色鮮艷性等方面可與天然纖維媲美，但在價格上低于天然纖維，具有很高的產(chǎn)品附加價值。而我司在陽離子切片紡生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)出的陽離子絲餅普遍存在重量波動的情況，造成絲餅重量偏大或者偏小，嚴重影響了生產(chǎn)穩(wěn)定性，容易造成客訴，本文將從組件，計量泵，熔體質(zhì)量與指標三個方面來分析可能造成陽離子切片紡重量波動的原因。

2.實驗部分

(1)實驗原料

恒力石化聚酯熔體質(zhì)量指標，如表1所示：

表1 恒力石化熔體質(zhì)量表

(2)工藝流程

聚酯熔體→分配閥→增壓泵→熔體熱交換器→熔體分配管→靜態(tài)混合器→紡絲箱體→計量泵→紡絲組件→側(cè)吹風(fēng)→油嘴上油→預(yù)網(wǎng)絡(luò)器→第一熱輥→第二熱輥→主網(wǎng)絡(luò)器→卷繞成型。

3.結(jié)果與討論

(1)組件對絲餅重量的影響

紡絲組件由本體，螺紋壓板，自封壓板，噴絲板，分配板，過濾層等組裝而成，它的作用是過濾熔體，除去熔體中夾帶的機械雜質(zhì)和凝膠粒子，使熔體均勻混合，防止熔體間產(chǎn)生粘度差異，將熔體均勻地分配到每一個噴絲孔中，由于陽離子切片紡的擠出量大，流變阻力大，因此要求過濾材料的顆粒略大一些，如果上機的組件發(fā)生堵孔或者漏漿，則會產(chǎn)生注頭和毛絲，同時也會影響絲餅的纖度和重量，為了查明更換組件對陽離子絲餅重量的影響，我們跟蹤了兩個紡位更換組件周期內(nèi)重量變化的情況，每天的平均重量變化曲線圖見圖1。

圖1 組件更換重量變化曲線圖

通過圖2可以看出在一個組件周期內(nèi)，絲餅重量起伏不定，剛開始時更換組件時重量大多呈上升趨勢，經(jīng)分析有可能是由于陽離子纖維的特性粘度較大，在生產(chǎn)中容易在噴絲板上結(jié)焦，發(fā)生堵孔，造成噴絲孔吐出量減小，造成重量偏小，剛更換組件后，噴絲板吐出量正常，重量偏差程度減小，但是隨著時間的推移，會再次造成粘板，陽離子絲餅重量偏差變大，隨著組件周期的臨近，絲餅重量變化的現(xiàn)象會越來越嚴重，由此我們可以得出更換組件周期可以暫時解決絲餅偏輕偏重的問題，但是一段時間后，問題依然會出現(xiàn)。不能從根本上解決絲餅重量波動的問題。

圖2 組件周期內(nèi)重量變化曲線圖

(2)計量泵對于絲餅重量的影響

在化纖紡絲中一般使用齒輪泵作為計量泵，齒輪計量泵又稱為紡絲泵，計量泵的主要作用是均勻連續(xù)并以一定壓力將熔體輸送至噴絲板，以保證熔體能克服阻力從噴絲板上的毛細口噴出形成均勻的纖維，紡絲計量泵的結(jié)構(gòu)一般由一對外嚙合的齒輪及三塊上，中，下的泵板組成，在下泵板上開有入口及出口，當(dāng)主動齒輪和被動齒輪嚙合轉(zhuǎn)動時，入口吸入熔體，充滿齒骨，沿著中間板8字形孔內(nèi)側(cè)帶到出口處，由一對齒的嚙合把齒骨中的熔體壓出，輸送到紡絲組件，故齒輪泵是屬于容積泵。計量泵的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 計量泵結(jié)構(gòu)圖

計量泵吐出異常，漏漿，卡泵，斷軸都會導(dǎo)致絲餅重量不均勻，而陽離子纖維由于粘度高，流變不好，更容易出現(xiàn)這一問題，目前滌綸化纖生產(chǎn)中解決質(zhì)量波動最常見的方法就是提高計量泵轉(zhuǎn)速和更換計量泵，為了探明這二種方法是否能解決絲餅重量波動，我們跟蹤了一個紡位換泵和提高計量泵轉(zhuǎn)速之后，絲餅重量的變化如圖4、圖5所示。

圖4 GP調(diào)整陽離子絲餅重量變化

圖5 更換計量泵后絲餅重量變化

從圖中我們可以看出無論是調(diào)整計量泵轉(zhuǎn)速還是更換計量泵后絲餅的重量都有所回升，但是然后絲餅重量均有所下降，但是總體來看，絲餅重量減小幅度變緩，且均大于處理前絲餅重量，結(jié)合陽離子的特性分析，換泵和提高計量泵轉(zhuǎn)速能暫時提高流量，改善陽離子絲餅重量不勻的情況，但是陽離子由于粘度高，流變不好而粘附在計量泵表面從而隨著時間的推移，又會導(dǎo)致絲餅重量波動，所以沒有從根本上改善這一問題。

(3)陽離子切片特性對絲餅重量的影響

①含銻催化劑對絲餅重量的影響

聚酯切片原料的催化劑是含銻的無機鹽，而陽離子由于引入第三單體，反應(yīng)比較困難，所以需要加入更多的催化劑，但是含銻催化劑中的銻元素會影響陽離子纖維的色澤，降低“L值”，同時會引起噴絲板毛細孔內(nèi)的積垢，造成斷頭，堵孔，降低可紡性和絲餅重量的均勻性，所以在選擇陽離子催化劑時，因盡量選擇不含銻或銻含量少的催化劑。

②提高紡絲溫度對陽離子絲餅重量波動的影響

紡絲溫度是由螺桿擠出機，紡絲箱體和組件壓力決定的，紡絲溫度控制適當(dāng)，纖維不僅可紡性好，而且成品絲的機械性能也相對較好，紡絲溫度一般控制在285℃-290℃之間為宜，一般來說，紡絲溫度越高，熔體的流動粘度越低，熔體的流變變好，可紡性提高，但溫度也不能過高，過高的溫度會加速熔體降解，造成生產(chǎn)波動。陽離子纖維由于引入了第三單體SPIE,使熔體的粘流活化能隨第三單體量的增多而增大，同時SPIE中的極性磺酸基團會使得分子間的相互作用急劇增大，大分子間的運動受阻，因此在相同的分子質(zhì)量下，陽離子纖維的表觀黏度要遠大于常規(guī)的PET纖維。

同時陽離子纖維的流變性不好，使得陽離子纖維在生產(chǎn)中容易粘附在管壁上，造成計量泵泵前壓力波動、堵管，從而影響陽離子絲餅重量的均勻性。為了驗證紡絲溫度對于陽離子絲餅重量波動的影響，我們將一個位的紡絲溫度從284℃提高到288℃，并且跟蹤其絲餅重量變化的趨勢如圖6、圖7所示。

圖6 紡絲溫度提高后絲餅重量

圖7 提高紡絲溫度前絲餅重量變化

通過對比我們可以看出，提高紡絲溫度前，絲餅重量波動很大，且起伏不定，提高紡絲溫度后絲餅重量呈上升趨勢，且基本上沒有波動，根據(jù)陽離子纖維自身的特性我們可以分析，在提高紡絲溫度后，熔體流變變好，使附著在管壁的陽離子大大減少，改善了計量泵泵前壓波動的情況，從而改善了絲餅重量不勻。

4.結(jié)論

（1）組件的更換對陽離子的影響很小，更換組件后陽離子絲餅重量依然波動明顯。

（2）更換計量泵和提高計量泵轉(zhuǎn)速能短時間提升陽離子絲餅重量，減小波動幅度，但是隨著時間的推移，絲餅重量波動會越來越大，且重量異常的絲餅增多。

（3）結(jié)合陽離子自身的特性，減少銻元素催化劑的使用和提高紡絲溫度改善流變是目前解決陽離子重量最好的方法。