大有光扁平滌綸POY環(huán)吹風(fēng)冷卻改造及工藝探討

沈 杰,陸建偉,3,錢(qián)建會(huì),邵海峰,王海泉,王春燕，2*

(1.桐昆集團(tuán)浙江恒通化纖有限公司，浙江 桐鄉(xiāng) 314500； 2.浙江恒創(chuàng)先進(jìn)功能纖維創(chuàng)新中心有限公司，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)

隨著化學(xué)纖維行業(yè)的不斷發(fā)展，纖維逐步向細(xì)旦、多孔等差別化方向發(fā)展，而大有光滌綸預(yù)取向絲(POY)產(chǎn)品也逐步從粗旦少孔向細(xì)旦多孔，從常規(guī)三葉孔形向扁平孔形等差別化纖維發(fā)展[1-3]。因大有光扁平滌綸POY為“一”字形截面的纖維，后道織造的織物具有光澤好、拉絨后毛型好、抗起毛起球、剛性好、吸濕透氣等優(yōu)良性能，常用于生產(chǎn)高檔毛毯、玩具、衣物等，產(chǎn)品附加值較高，具有較好的市場(chǎng)前景[4]。

桐昆集團(tuán)浙江恒通化纖有限公司長(zhǎng)絲裝置設(shè)計(jì)的品種為側(cè)吹風(fēng)冷卻生產(chǎn)大有光三葉滌綸 POY，該設(shè)計(jì)不能滿足生產(chǎn)大有光多孔細(xì)旦扁平滌綸POY的技術(shù)要求。這是由于側(cè)吹風(fēng)通過(guò)大面積網(wǎng)板吹向多孔集束纖維時(shí)，靠近網(wǎng)板處的絲束冷卻強(qiáng)度大于遠(yuǎn)離網(wǎng)板處的絲束，導(dǎo)致各單絲之間冷卻不均勻，從而使最終產(chǎn)品的條干不勻率上升。因此，為解決生產(chǎn)線設(shè)備配置無(wú)法滿足生產(chǎn)大有光扁平滌綸POY的技術(shù)要求，作者對(duì)大有光扁平滌綸POY側(cè)吹風(fēng)生產(chǎn)線進(jìn)行環(huán)吹風(fēng)冷卻改造，并對(duì)280 dtex/288 f大有光扁平滌綸POY的生產(chǎn)工藝進(jìn)行探討，以期為同類(lèi)裝置大有光扁平滌綸POY的生產(chǎn)提供指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)

1.1 主要原料

聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)大有光熔體：特性黏數(shù)(0.622±0.01)dL/g，端羧基含量(30±3)mol/t，二甘醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)(1.20±0.05)%，桐昆集團(tuán)浙江恒通化纖有限公司產(chǎn)。

1.2 設(shè)備與儀器

ACW4T-1500/10型卷繞機(jī)：德國(guó)巴馬格公司制；10×3.0 mL/r 計(jì)量泵、10×0.12 mL/r油劑泵：蘇州斯賓耐特化纖科技有限公司制；PVS6型自動(dòng)黏度檢測(cè)儀：德國(guó)勞達(dá)公司制；YG023B-11型全自動(dòng)單紗強(qiáng)力機(jī)：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(guó)牛津儀器集團(tuán)制；TESTER條干儀：瑞士Uster公司制；LW300-28LT生物顯微鏡 :上海測(cè)維光電公司制。

1.3 大有光扁平滌綸POY生產(chǎn)工藝流程

大有光扁平滌綸POY生產(chǎn)工藝流程與大有光三葉滌綸 POY生產(chǎn)工藝流程一致，其工藝流程依次為：PET熔體輸送、熔體增壓、熔體冷卻、靜態(tài)混合、熔體分配、噴絲頭擠出、環(huán)吹風(fēng)冷卻成形、油嘴上油、卷繞成形。

1.4 技術(shù)改造

1.4.1 紡絲箱體和環(huán)吹風(fēng)冷卻設(shè)備改造

1條大有光生產(chǎn)線共計(jì)36個(gè)位，為保證生產(chǎn)穩(wěn)定性，改造前后熔體管道分配的流量應(yīng)盡量保持不變，而改造后生產(chǎn)的多孔細(xì)旦扁平纖維單位日產(chǎn)量比原三葉異形纖維單位日產(chǎn)量減少40%左右，因此只有增加位數(shù)才能達(dá)到總?cè)债a(chǎn)量不變的要求。

考慮到生產(chǎn)場(chǎng)地空間距離無(wú)法改變，增加位數(shù)只有通過(guò)縮短單個(gè)位長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)，因此改造將單個(gè)位紡絲箱體內(nèi)10個(gè)組件由“一”字形排列改為“W”形錯(cuò)位排列，并配套安裝“W”形錯(cuò)位排列的環(huán)吹冷卻系統(tǒng)裝置和上油集束裝置，以減少單個(gè)位的占地面積，最終實(shí)現(xiàn)改造前后生產(chǎn)線總產(chǎn)量持平?！癢”形錯(cuò)位排列風(fēng)筒見(jiàn)圖1。

圖1 “W”形錯(cuò)位排列風(fēng)筒示意Fig.1 W-type staggered arrangement of air ducts

1.4.2 卷繞設(shè)備改造

將卷繞設(shè)備的鋼平臺(tái)取消，更換甬道(根據(jù)新絲窗大小調(diào)整)和升降導(dǎo)絲盤(pán)，其中升降導(dǎo)絲盤(pán)將導(dǎo)絲盤(pán)、網(wǎng)絡(luò)器、分絲器等部件全部集成在一個(gè)傾斜的滑軌裝置上[5-6]。當(dāng)需要進(jìn)行生頭作業(yè)時(shí)，第二導(dǎo)絲盤(pán)通過(guò)軌道回到起點(diǎn)位置，當(dāng)掛絲、分絲后，第二導(dǎo)絲盤(pán)再通過(guò)滑軌升到指定位置。通過(guò)取消鋼平臺(tái)和對(duì)卷繞設(shè)備進(jìn)行改造，減少了人員配置，可實(shí)現(xiàn)一人進(jìn)行生頭作業(yè)。

1.5 分析與測(cè)試

力學(xué)性能：根據(jù)GB/T 14344—2008《化學(xué)纖維 長(zhǎng)絲拉伸性能試驗(yàn)方法》，試樣在溫度(20±2)℃和濕度(65±5)%環(huán)境下調(diào)濕4 h后，采用YG023B—11型全自動(dòng)單紗強(qiáng)力機(jī)進(jìn)行測(cè)試。試樣夾持長(zhǎng)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。

貨物損壞是大多數(shù)快遞公司會(huì)遇到的問(wèn)題，運(yùn)輸傳遞過(guò)程不注意，對(duì)于易損壞的物品無(wú)特別標(biāo)注，投遞過(guò)程送件人員經(jīng)常發(fā)生扔、拋等現(xiàn)象，而在送件過(guò)程中，快遞車(chē)經(jīng)常在無(wú)人看守的情況下放在戶(hù)外由此導(dǎo)致的物件丟失或損壞等情況，消費(fèi)者的實(shí)際損失很難得到賠償；這都是由于快遞公司沒(méi)有統(tǒng)一的行業(yè)規(guī)范及執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，并且具體條款設(shè)置不合理。他們往往以快遞合同已有快件損壞和丟失的賠償比率或標(biāo)準(zhǔn)約定為由,拒絕賠償消費(fèi)者的實(shí)際損失。

條干不勻率：根據(jù)GB/T 14346—2015《化學(xué)纖維 長(zhǎng)絲條干不勻率試驗(yàn)方法電容法》，采用TESTER條干儀進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試速度為200 m/min，測(cè)試時(shí)間為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》，稱(chēng)取約2 g試樣，采用MQC23-10型核磁共振含油率分析儀進(jìn)行測(cè)試。

扁平度：根據(jù)FZ/T 50002—2013《化學(xué)纖維異形度試驗(yàn)方法》，首先通過(guò)生物顯微鏡測(cè)得成品纖維的截面圖，然后測(cè)量纖維的長(zhǎng)度和寬度值，最后根據(jù)長(zhǎng)度除以寬度得出扁平度。

2 結(jié)果與討論

2.1 組件工藝

組件結(jié)構(gòu)中能夠決定生產(chǎn)穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量的是過(guò)濾層和噴絲板，過(guò)濾層包括過(guò)濾網(wǎng)和金屬砂，噴絲板與噴絲孔孔形、大小和排布有關(guān)。

2.1.1 金屬砂和過(guò)濾網(wǎng)選擇

280 dtex/288 f大有光扁平滌綸POY截面呈“一”字形，因此熔體中的凝聚粒子直徑不能大于纖維短軸長(zhǎng)度，否則紡絲過(guò)程中易產(chǎn)生毛絲和發(fā)生斷頭現(xiàn)象。所以，需要選擇較細(xì)的金屬砂和高目數(shù)的金屬過(guò)濾網(wǎng)，以滿足良好的過(guò)濾性能要求。另外，當(dāng)組件壓力較低時(shí)，過(guò)濾效果變差，生產(chǎn)扁平多孔細(xì)旦滌綸POY時(shí)容易出現(xiàn)毛絲和斷頭，因此需要適當(dāng)提高組件壓力。為此，考察了不同規(guī)格金屬砂配比、過(guò)濾網(wǎng)精度對(duì)纖維生產(chǎn)毛絲和斷頭的影響，見(jiàn)表1、表2。

表1 不同規(guī)格金屬砂配比對(duì)生產(chǎn)中毛絲與斷頭的影響Tab.1 Effect of proportions of metal sands of different specification on broken filament and breakage of fibers

表2 不同規(guī)格過(guò)濾網(wǎng)對(duì)生產(chǎn)中毛絲與斷頭的影響Tab.2 Effect of different specifications of filter screens on broken filament and breakage of fibers

通過(guò)表1和表2對(duì)比可知，選擇過(guò)濾網(wǎng)精度為50 μm，金屬砂配比為40～60目100 g/60～80目150 g，可保證大有光扁平滌綸POY的正常生產(chǎn)和質(zhì)量穩(wěn)定性。

2.1.2 噴絲孔形狀和排布

異形噴絲板是生產(chǎn)差別化纖維的核心組件，噴絲孔的設(shè)計(jì)直接影響到扁平纖維的扁平度和可紡性[7]。“一”字形截面噴絲板的設(shè)計(jì)主要考慮噴絲孔的長(zhǎng)寬比和孔的排列方式。因環(huán)吹風(fēng)冷卻方式是噴絲板四周向中心冷卻，故生產(chǎn)所用噴絲板采用95 mm孔徑的同心圓形排布。同時(shí)，因“一”字形截面噴絲孔的長(zhǎng)寬比不同，纖維的扁平度、噴絲頭速度、噴絲頭拉伸比相差會(huì)很大，如果長(zhǎng)寬比不合理，容易造成斷頭多或者纖維的扁平度達(dá)不到后道紡織使用的要求[8]，所以考察了“一”字形截面噴絲孔長(zhǎng)寬比分別為8:1、10:1、12:1時(shí)對(duì)纖維生產(chǎn)斷頭和毛絲情況。生產(chǎn)實(shí)踐表明，當(dāng)噴絲孔長(zhǎng)寬比為12:1時(shí)，纖維斷頭較多，生產(chǎn)穩(wěn)定性較差；當(dāng)噴絲孔長(zhǎng)寬比為10:1，斷頭較少，生產(chǎn)相對(duì)穩(wěn)定，且后加工滿足客戶(hù)的使用要求；當(dāng)噴絲孔長(zhǎng)寬比為8:1，纖維扁平度達(dá)不到客戶(hù)的使用要求。為此，選擇“一”字形截面噴絲孔長(zhǎng)寬比為10:1。

2.2 紡絲溫度

紡絲溫度直接影響熔體的流動(dòng)性和紡絲冷卻效果。當(dāng)熔體溫度過(guò)低時(shí)，熔體流動(dòng)性相對(duì)較差，熔體擠出噴絲孔冷卻時(shí)會(huì)因內(nèi)部結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定甚至破裂，導(dǎo)致斷頭或絲餅毛絲等問(wèn)題。當(dāng)熔體溫度過(guò)高時(shí)，熔體容易熱降解，且由于冷卻時(shí)間延長(zhǎng)，導(dǎo)致纖維的扁平度降低。因此，考察了不同紡絲溫度對(duì)纖維生產(chǎn)毛絲與斷頭的影響，見(jiàn)表3。

表3 不同紡絲溫度對(duì)纖維生產(chǎn)毛絲與斷頭的影響Tab.3 Effect of spinning temperature on broken filament and breakage of fibers

從表3可以看出，兼顧生產(chǎn)熔體的可紡性和纖維的異形度，紡絲溫度控制在(282±2)℃較為適宜。

2.3 冷卻條件

冷卻條件主要包括冷卻風(fēng)溫、冷卻風(fēng)速(風(fēng)壓)和集束位置。冷卻風(fēng)溫越低，纖維的冷卻效果越好，冷卻風(fēng)速也可以隨之調(diào)小，而冷卻風(fēng)速越小，單絲晃動(dòng)也會(huì)越小，產(chǎn)品質(zhì)量越穩(wěn)定。但冷卻風(fēng)溫過(guò)低，會(huì)增加能耗，不利于降低生產(chǎn)成本，而冷卻風(fēng)溫過(guò)高，纖維的冷卻效果變差，冷卻風(fēng)速必需隨之調(diào)大，過(guò)大冷卻風(fēng)速又會(huì)使得單絲之間相互擾動(dòng)，甚至出現(xiàn)單絲黏連、并絲現(xiàn)象，影響正常生產(chǎn)和產(chǎn)品品質(zhì)。由于280 dtex/288 f大有光扁平滌綸POY單絲線密度小，且孔數(shù)多，應(yīng)適當(dāng)提高集束位置，以便減少初生絲與空氣的摩擦，最終減小紡絲張力，改善絲束條干不勻率。因此，分別考察了冷卻風(fēng)溫、冷卻風(fēng)壓和集束位置對(duì)纖維條干不勻率的影響，分別見(jiàn)表4、表5、表6。

表4 不同冷卻風(fēng)溫下纖維的條干不勻率Tab.4 Yarn unevenness under different cooling air temperatures

表5 不同冷卻風(fēng)壓下纖維的條干不勻率Tab.5 Yarn unevenness under different cooling air pressure

表6不同集束位置下纖維的條干不勻率Tab.6 Yarn unevenness at different collection position

從表4、表5、表6可以看出，冷卻風(fēng)溫控制在(21.0±0.5)℃，冷卻風(fēng)壓控制在(20±1)Pa，集束位置控制在800～850 mm，既能保證冷纖維的條干不勻率較低，也能確保纖維生產(chǎn)時(shí)能耗較低。

2.4 卷繞速度

280 dtex/288 f大有光扁平滌綸 POY因單絲線密度較小且為異形截面，絲束在卷繞過(guò)程中速度不宜過(guò)快，如果卷繞速度過(guò)快，會(huì)增加絲束在絲道瓷件上的摩擦，容易產(chǎn)生斷頭和毛絲。因此，綜合考慮纖維的物理指標(biāo)、產(chǎn)品外觀和生產(chǎn)穩(wěn)定性，將卷繞速度設(shè)置為2 805 m/min為宜。

2.5 纖維性能

從表7可以看出：最優(yōu)工藝條件下制備的280 dtex/288 f大有光扁平滌綸POY的斷裂強(qiáng)度為2.51 cN/dtex，斷裂伸長(zhǎng)率為120.4%，含油率為0.36%，扁平度為3.4，可滿足后道織造所需；斷裂強(qiáng)度變異系數(shù)、斷裂伸長(zhǎng)率變異系數(shù)、條干不勻率分別為2.19%，1.45%，1.37%，均較低，說(shuō)明制備的纖維均勻性較好。

表7 280 dtex/288 f大有光扁平滌綸POY的性能Tab.7 Properties of 280 dtex/288 f bright flat polyester POY

3 結(jié)論

a.將單個(gè)位紡絲箱體內(nèi)10個(gè)組件由“一”字形排列改為“W”形錯(cuò)位排列，并配套安裝“W”形錯(cuò)位排列的環(huán)吹冷卻系統(tǒng)裝置和上油集束裝置，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)絲裝置由大有光三葉滌綸 POY轉(zhuǎn)產(chǎn)大有光多孔細(xì)旦扁平滌綸POY。

b.卷繞設(shè)備通過(guò)取消鋼平臺(tái)和改造升降導(dǎo)絲盤(pán)，可實(shí)現(xiàn)一人進(jìn)行生頭作業(yè)。

c.設(shè)置組件結(jié)構(gòu)中過(guò)濾網(wǎng)的精度為50 μm，金屬砂配比為40～60目100 g/60～80目150 g，噴絲板采用同心圓形排布，長(zhǎng)寬比為10:1，可滿足大有光扁平多孔細(xì)旦滌綸POY的生產(chǎn)工藝要求。

d.控制紡絲溫度在(282±2)℃，冷卻風(fēng)溫在(21.0±0.5)℃，冷卻風(fēng)壓在(20±1)Pa，集束位置在800～850 mm和卷繞速度為2 805 m/min，生產(chǎn)出的280 dtex/288 f大有光扁平滌綸POY質(zhì)量最佳，斷裂強(qiáng)度為2.51 cN/dtex, 含油率為0.36%，扁平度為3.4。