熔體直紡半消光/大有光滌綸POY的轉(zhuǎn)產(chǎn)工藝優(yōu)化

陳士良，邱中南，王春燕,3，陸建偉

(1.桐昆集團(tuán)股份有限公司，浙江 桐鄉(xiāng) 314500； 2.桐昆集團(tuán)浙江恒通化纖有限公司，浙江 桐鄉(xiāng) 314500； 3.浙江省桐昆恒通新纖維研究院，浙江 桐鄉(xiāng) 314500)

滌綸預(yù)取向絲(POY)熔體直紡產(chǎn)能大、效率高、能耗低、成本低，是當(dāng)前國際最先進(jìn)的主導(dǎo)工藝，但存在著工藝調(diào)節(jié)影響面廣、品質(zhì)控制難等問題。尤其是為了滿足目前多變的市場需求，滌綸POY生產(chǎn)企業(yè)需要頻繁轉(zhuǎn)產(chǎn)，如何優(yōu)化轉(zhuǎn)產(chǎn)操作，減少轉(zhuǎn)產(chǎn)切換時(shí)間及轉(zhuǎn)產(chǎn)過程產(chǎn)生的過渡產(chǎn)品，提高轉(zhuǎn)產(chǎn)產(chǎn)品品質(zhì)，以此提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，是滌綸POY生產(chǎn)企業(yè)最關(guān)心的問題[1]。

目前，行業(yè)內(nèi)滌綸POY生產(chǎn)裝置轉(zhuǎn)產(chǎn)主要是先停產(chǎn)、清洗系統(tǒng)后再進(jìn)行轉(zhuǎn)產(chǎn)[2]。以400 kt/a滌綸POY裝置為例，裝置日產(chǎn)量約1 100 t，采用此方式轉(zhuǎn)產(chǎn)需耗用10 d左右的時(shí)間過渡，不但影響產(chǎn)量11 000 t，而且還會產(chǎn)生大量的停、開車過渡產(chǎn)品，損失效益近千萬元；同時(shí)，如果整套裝置全部切換轉(zhuǎn)產(chǎn)為同一系列產(chǎn)品(半消光或大有光產(chǎn)品)，會導(dǎo)致單類產(chǎn)品產(chǎn)能過剩。

為此，作者在400 kt/a “一頭兩尾”聚合裝置的基礎(chǔ)上(“一頭兩尾”即第一酯化反應(yīng)釜和第二酯化反應(yīng)釜分別為一套設(shè)備，但從第二酯化釜反應(yīng)系統(tǒng)出料開始分兩條線路，并聯(lián)生產(chǎn)半消光及大有光滌綸POY)，對2條線(72個紡位)進(jìn)行設(shè)備改造，由半消光滌綸POY轉(zhuǎn)產(chǎn)大有光滌綸POY，通過對生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化，生產(chǎn)出質(zhì)量穩(wěn)定的大有光滌綸POY。該方法可以切換生產(chǎn)大有光滌綸POY和半消光滌綸POY，切換時(shí)間短，可為同行業(yè)裝置的柔性化技術(shù)改造提供借鑒。

1 試驗(yàn)

1.1 原料

聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)大有光熔體：特性黏數(shù)為(0.622±0.010)dL/g，端羧基含量為(40±3)mol/t，二甘醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(1.30±0.05)%，桐昆集團(tuán)浙江恒通化纖有限公司生產(chǎn)。

1.2 主要設(shè)備及儀器

WINGS高速卷繞機(jī)及環(huán)吹冷卻設(shè)備：德國巴馬格公司制；PVS6型自動特性黏數(shù)測定儀：德國LAUDA公司制；YG023B-11型全自動單紗強(qiáng)力機(jī)：常州紡織儀器廠有限公司制；YG367熱應(yīng)力測試儀：常州紡織儀器廠有限公司制；MQC23-10型核磁共振含油率分析儀：英國牛津公司制；USTER 5型條干均勻度儀：瑞士Uster公司制。

1.3 半消光滌綸POY生產(chǎn)工藝流程

技術(shù)改造前，400 kt/a“一頭兩尾”四釜聚合裝置并聯(lián)差別生產(chǎn)半消光滌綸POY及大有光滌綸POY。其中，半消光滌綸POY生產(chǎn)工藝流程依次為：漿料配制、第一酯化、第二酯化、添加消光劑、預(yù)縮聚、終縮聚、熔體分配、增壓輸送、靜態(tài)混合、熔體分配、熔體擠出、冷卻、油嘴上油、卷繞成型。

1.4 轉(zhuǎn)產(chǎn)大有光滌綸POY技術(shù)改造

為應(yīng)對多變的市場需求，將2條半消光滌綸POY生產(chǎn)線進(jìn)行改造，轉(zhuǎn)產(chǎn)生產(chǎn)大有光滌綸POY。通過裝置大有光滌綸POY生產(chǎn)線預(yù)留一個管道開口，加裝輸送管道連接原2條半消光滌綸POY生產(chǎn)線，同時(shí)在接口處加裝三通閥，使這2條線前端熔體管路既有半消光熔體管路，又有大有光熔體管路，可通過三通閥的開關(guān)進(jìn)行切換生產(chǎn)大有光滌綸POY和半消光滌綸POY產(chǎn)品，轉(zhuǎn)產(chǎn)工藝技術(shù)路線見圖1。

圖1 半消光/大有光滌綸POY轉(zhuǎn)產(chǎn)工藝技術(shù)路線Fig.1 Technical route of semi-dull/bright polyester POY production conversion

1.5 分析與測試

力學(xué)性能：依據(jù)GB/T 14344—2008《化學(xué)纖維 長絲拉伸性能試驗(yàn)方法》，采用YG023B-11型全自動單紗強(qiáng)力機(jī)進(jìn)行測試。纖維試樣在溫度(20±2) ℃和相對濕度(65±5)%環(huán)境下調(diào)濕4 h，夾持長度(250.0±1.0) mm，預(yù)加張力(0.050±0.005) cN/dtex，拉伸速度1 000 mm/min。

熱應(yīng)力：根據(jù)FZ/T 50051—2020《滌綸預(yù)取向絲動態(tài)熱應(yīng)力試驗(yàn)方法》，采用YG367熱應(yīng)力測試儀進(jìn)行測試。試樣調(diào)濕后以一定速度和預(yù)加張力通過加熱裝置和拉伸裝置，測試試樣受熱條件下拉伸產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力。其中，加熱溫度為170～185 ℃，預(yù)加張力為(0.050±0.005) cN/dtex，速度為100 m/min，拉伸比為1.65。

條干不勻率：根據(jù)GB/T 14346—2015《化學(xué)纖維 長絲條干不勻率試驗(yàn)方法 電容法》，采用USTER5條干儀進(jìn)行測試，速度為200 m/min，時(shí)間2.5 min。

含油率：根據(jù)GB/T 6504—2017《化學(xué)纖維 含油率試驗(yàn)方法》，采用MQC23-10型核磁共振含油率分析儀測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 轉(zhuǎn)產(chǎn)前后生產(chǎn)工況對比

在相同生產(chǎn)工藝條件下，2條半消光滌綸POY生產(chǎn)線(72紡位)轉(zhuǎn)產(chǎn)大有光滌綸POY，12 h生產(chǎn)中的異常情況如斷頭、飄絲餅、松圈絲餅、注頭絲餅、成型不良絲餅等見表1。從表1可知，直接采用半消光滌綸POY生產(chǎn)工藝轉(zhuǎn)產(chǎn)大有光滌綸POY，生產(chǎn)中斷頭、飄絲、絲餅質(zhì)量異常(松圈絲、注頭絲、成型不良)等均大幅度增加。因此，為了生產(chǎn)出質(zhì)量穩(wěn)定的大有光滌綸POY，需在半消光滌綸POY生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化生產(chǎn)工藝。

表1 轉(zhuǎn)產(chǎn)前后生產(chǎn)工況對比Tab.1 Comparison of production conditions before and after production conversion

2.2 轉(zhuǎn)產(chǎn)工藝優(yōu)化措施

2.2.1 調(diào)整紡絲箱體溫度

2條半消光滌綸POY生產(chǎn)線轉(zhuǎn)產(chǎn)后，主要生產(chǎn) “三葉”形和“一”字形扁平大有光滌綸POY，而生產(chǎn)2種異形截面纖維均需采用較低的紡絲箱體溫度[3]。因?yàn)楫愋谓孛胬w維的異形度會隨紡絲溫度的增加而降低，當(dāng)紡絲箱體溫度升高時(shí)，初生纖維的凝固點(diǎn)下移，紡絲冷卻時(shí)間和絲的變形時(shí)間增加，導(dǎo)致纖維截面更易向圓形截面方向變化[4]；但當(dāng)紡絲箱體溫度過低時(shí)，熔體黏度高，流動不暢、阻力大，易出現(xiàn)熔體破裂現(xiàn)象，生產(chǎn)中會出現(xiàn)注頭絲、斷頭等。因此，轉(zhuǎn)產(chǎn)大有光滌綸POY后，選擇紡絲箱體溫度292～298 ℃進(jìn)行了優(yōu)化試驗(yàn)。從表2可知：紡絲箱體溫度由292 ℃提高到296 ℃后，斷頭、注頭絲明顯減少；但紡絲箱體溫度達(dá)298 ℃時(shí)，斷頭、注頭絲有所增加。綜合考慮選擇紡絲箱體溫度296 ℃較為合適。同時(shí)，為改善冷卻效果，經(jīng)多次試驗(yàn)，將環(huán)吹風(fēng)溫度由22 ℃降低到21 ℃，集束位置由800 mm提高到850 mm，生產(chǎn)工況較好。

表2 紡絲箱體溫度對大有光滌綸POY生產(chǎn)工況的影響Tab.2 Effect of spinning box temperature on production conditions of bright polyester POY

2.2.2 優(yōu)化卷繞工藝

(1)預(yù)網(wǎng)絡(luò)氣壓

2條半消光滌綸POY生產(chǎn)線轉(zhuǎn)產(chǎn)異形大有光滌綸POY后，出現(xiàn)較多松圈絲，松圈絲過多會造成后加工容易斷頭。生產(chǎn)實(shí)踐表明，松圈絲的產(chǎn)生主要是由含油率、預(yù)網(wǎng)絡(luò)氣壓等引起。因該品種含油率為0.35%(已屬偏高)，因而試驗(yàn)時(shí)未對含油率進(jìn)行調(diào)整，通過將預(yù)網(wǎng)絡(luò)氣壓由0.80 MPa提高到0.85 MPa，優(yōu)化預(yù)網(wǎng)絡(luò)器的位置，生產(chǎn)中松圈絲餅由原來的50只(12 h)減少到6只(12 h)。這是由于絲束通過預(yù)網(wǎng)絡(luò)器合理設(shè)計(jì)的絲道及氣流噴孔，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)氣壓后可在預(yù)網(wǎng)絡(luò)器內(nèi)部絲束經(jīng)過區(qū)域產(chǎn)生“渦流”，從而促進(jìn)絲束表面的油劑成分向絲束內(nèi)部“滲透”，且使紡絲油劑均勻分布在各單絲表面，使單絲具有更好的集束性[5]，從而減少松圈絲的產(chǎn)生。

(2)卷繞角

卷繞角是指卷繞中絲條徑向卷取運(yùn)動與橫向?qū)Ыz運(yùn)動的夾角，直接影響絲餅的成型質(zhì)量。當(dāng)卷繞角過小時(shí)，絲束之間會形成平行疊加，在適宜的接觸壓力作用下，絲束逐漸向兩端滑移，導(dǎo)致絲餅成型不良，甚至出現(xiàn)塌邊現(xiàn)象；當(dāng)卷繞角過大時(shí)，絲束容易在卷繞過程中甩出端面，形成蛛網(wǎng)絲[6]。為此，在實(shí)際生產(chǎn)中，根據(jù)纖維線密度和絲餅底層異常情況優(yōu)化卷繞角。多次試驗(yàn)表明，將底層卷繞角由5.3°上調(diào)至5.5°～5.6°，絲餅底層端面成型不良現(xiàn)象得到了解決。

2.2.3 縮短停位鏟板時(shí)間

當(dāng)紡絲組件上機(jī)使用一段時(shí)間后，噴絲板面及噴絲孔周圍會有升華物，容易造成斷頭或毛絲等問題。通過定期硅油鏟板，將噴絲板面和噴絲孔鏟干凈，可使熔體細(xì)流噴出順暢，避免絲條劃傷[7]。但是生產(chǎn)多孔異形纖維時(shí)通常采用停位鏟板,而停位時(shí)間長短對產(chǎn)品性能存在一定的影響。為此，在同一錠位上對停位鏟板時(shí)間進(jìn)行了優(yōu)化試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 停位鏟板時(shí)間對產(chǎn)品性能的影響Tab.3 Effect of stopping shovel time on product properties

由表3可知：鏟板前產(chǎn)品的物理性能指標(biāo)基本一致，但停位鏟板時(shí)間越長，產(chǎn)品的斷裂伸長率、熱應(yīng)力差異較大，且停位時(shí)間越長，斷裂伸長率越小，熱應(yīng)力越大；而不停位鏟板時(shí)，產(chǎn)品的物理性能指標(biāo)波動不大。因此，轉(zhuǎn)產(chǎn)異形大有光滌綸POY時(shí)，盡量采用不停位鏟板或縮短停位鏟板時(shí)間，從而保證產(chǎn)品性能的均一性。

2.3 產(chǎn)品質(zhì)量

通過設(shè)備改造，優(yōu)化轉(zhuǎn)產(chǎn)工藝參數(shù)，可生產(chǎn)出質(zhì)量較佳的大有光滌綸POY產(chǎn)品。以轉(zhuǎn)產(chǎn)133 dtex/144 f“一”字形扁平大有光滌綸POY產(chǎn)品為例，在生產(chǎn)半消光滌綸POY生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上，調(diào)整紡絲箱體溫度為296 ℃、環(huán)吹溫度為21 ℃、集束位置為850 mm、預(yù)網(wǎng)絡(luò)氣壓為0.85 MPa、底層卷繞角為5.5°～5.6°，生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)(見表4)達(dá)到了AA級標(biāo)準(zhǔn)。

表4 133 dtex/144 f扁平大有光滌綸POY的質(zhì)量指標(biāo)Tab.4 Quality index of 133 dtex/144 f flat bright polyester POY

3 結(jié)論

a.在400 kt/a “一頭兩尾”四釜聚合裝置的基礎(chǔ)上，對2條半消光滌綸POY生產(chǎn)線(72個紡位)進(jìn)行設(shè)備改造，通過加裝熔體管道和在接口處加裝三通閥，優(yōu)化轉(zhuǎn)產(chǎn)工藝參數(shù)，轉(zhuǎn)產(chǎn)大有光滌綸POY，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

b.以轉(zhuǎn)產(chǎn)133 dtex/144 f“一”字形扁平大有光滌綸POY產(chǎn)品為例，在生產(chǎn)半消光滌綸POY生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上，調(diào)整紡絲箱體溫度為296 ℃、環(huán)吹溫度為21 ℃、集束位置為850 mm、預(yù)網(wǎng)絡(luò)氣壓為0.85 MPa、底層卷繞角為5.5°～5.6°，生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到了AA級標(biāo)準(zhǔn)。

c.采用該技術(shù)切換生產(chǎn)半消光滌綸POY和大有光滌綸POY產(chǎn)品，可縮短轉(zhuǎn)產(chǎn)過渡時(shí)間，提升裝置效益。