絲束集束位置對(duì)滌綸POY生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量的影響

陳郭蘭,蘭金良,潘子剛,潘國(guó)華

(江蘇桐昆恒欣新材料有限公司,江蘇 宿遷 223800)

在高速紡絲中,初生纖維的單絲較細(xì),對(duì)外界環(huán)境極為敏感[1],生產(chǎn)過(guò)程中的紡絲速度、冷卻條件、絲束集束位置、卷繞張力等都會(huì)影響到纖維的生產(chǎn)工況及各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)的均勻性。在熔體直紡滌綸預(yù)取向絲(POY)生產(chǎn)中,絲束集束位置是紡絲過(guò)程中的一個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)[2]。絲束集束位置的變化會(huì)影響紡絲張力的變化,紡絲張力過(guò)高會(huì)導(dǎo)致絲束的取向度大,誘導(dǎo)結(jié)晶,使絲條的凝固點(diǎn)距離噴絲板的距離縮短,引起絲條與導(dǎo)絲器摩擦損傷,產(chǎn)生毛絲[3-4];紡絲張力過(guò)低會(huì)導(dǎo)致絲餅卷裝松軟,在包裝、運(yùn)輸過(guò)程及后道加工退繞過(guò)程中易產(chǎn)生“塌邊”和“脫圈”。

絲束集束位置的變化有垂直和水平兩個(gè)方向[5]。目前,有關(guān)絲束集束位置對(duì)滌綸POY生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量的影響研究較多,主要是通過(guò)調(diào)整垂直方向的高度控制產(chǎn)品的生產(chǎn)穩(wěn)定性和物理指標(biāo)均勻性。多孔細(xì)旦絲單絲線(xiàn)密度小,比表面積大,紡絲張力大,且與空氣摩擦較大,提高絲束集束位置可降低纖維與空氣的摩擦[6],減少絲束搖晃[7];粗旦絲單絲線(xiàn)密度大,纖維冷卻相對(duì)較慢,通過(guò)降低絲束集束位置可防止絲束未完全冷卻而過(guò)早集束,從而影響生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量[8]。

桐昆恒欣新材料有限公司在278 dtex/288 f熔體直紡滌綸POY生產(chǎn)中,裝置1#生產(chǎn)線(xiàn)與2#生產(chǎn)線(xiàn)相比,POY產(chǎn)品斷頭較多,質(zhì)量穩(wěn)定性較差,成品優(yōu)等品率較低。為了提高1#生產(chǎn)線(xiàn)POY產(chǎn)品的優(yōu)等品率和物理指標(biāo)均勻性,作者從設(shè)備及工藝兩方面對(duì)比分析1#生產(chǎn)線(xiàn)與2#生產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)品優(yōu)等品率的影響因素,重點(diǎn)探討1#生產(chǎn)線(xiàn)絲束集束位置對(duì)生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量的影響,并進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)改進(jìn),取得了較好的效果,可為本行業(yè)在試驗(yàn)新品種時(shí)提供參考。

1 熔體直紡滌綸POY裝置生產(chǎn)現(xiàn)狀

熔體直紡滌綸POY生產(chǎn)工藝:特性黏數(shù)為(0.660±0.010)dL/g的聚酯熔體經(jīng)熔體增壓泵、冷卻器后由四通閥輸送至各條生產(chǎn)線(xiàn),各條生產(chǎn)線(xiàn)的熔體分配管均勻地將熔體分配到紡絲箱體中,經(jīng)過(guò)紡絲組件噴絲板高壓擠出,再經(jīng)環(huán)吹風(fēng)冷卻、油嘴集束上油、卷裝成形,得到滌綸POY[9]。

桐昆恒欣新材料有限公司熔體直紡滌綸POY裝置生產(chǎn)工藝流程見(jiàn)圖1。裝置1#生產(chǎn)線(xiàn)與2#生產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)的產(chǎn)品品種相近,目前生產(chǎn)的滌綸POY主要品種有135 dtex/72 f、178 dtex/72 f、180 dtex/144 f、225 dtex/144 f、278 dtex/288 f等。其中,在278 dtex/288 f滌綸POY日常生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn),1#生產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)品優(yōu)等品率為97.27%,2#生產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)品優(yōu)等品率為98.08%;相比2#生產(chǎn)線(xiàn),1#生產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)中斷頭較多,產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)穩(wěn)定性較差,產(chǎn)品優(yōu)等品率較低。

圖1 熔體直紡滌綸POY生產(chǎn)工藝流程

2 絲束集束位置對(duì)生產(chǎn)的影響

2.1 設(shè)備及紡絲工藝參數(shù)對(duì)比

對(duì)比1#、2#生產(chǎn)線(xiàn)的設(shè)備參數(shù),熔體管道管徑、紡絲箱體溫度、噴絲板規(guī)格、油劑型號(hào)、油嘴型號(hào)、卷繞機(jī)等均相同。從表1可知,2條生產(chǎn)線(xiàn)的紡絲工藝參數(shù)無(wú)明顯差異。因此,上述生產(chǎn)設(shè)備與紡絲工藝參數(shù)都不是1#生產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)品優(yōu)等品率較低的主要原因。

表1 1#與2#生產(chǎn)線(xiàn)紡絲工藝參數(shù)

2.2 絲束集束位置對(duì)比

在278 dtex/288 f滌綸POY生產(chǎn)過(guò)程中,觀察1#生產(chǎn)線(xiàn)各紡位運(yùn)行狀況,發(fā)現(xiàn)絲束在油嘴中出現(xiàn)跳動(dòng)現(xiàn)象,絲路巡檢發(fā)現(xiàn)單絲跳出油嘴現(xiàn)象較多,紡絲過(guò)程中飄絲較多,而2#生產(chǎn)線(xiàn)出現(xiàn)的這些現(xiàn)象較少。對(duì)比1#、2#生產(chǎn)線(xiàn)的絲路,發(fā)現(xiàn)1#生產(chǎn)線(xiàn)各紡位絲束在噴絲板中心線(xiàn)至油嘴集束位置形成的角度約為90°,而2#生產(chǎn)線(xiàn)各紡位絲束在噴絲板中心線(xiàn)至油嘴集束位置形成的角度約為75°,如圖2所示。

圖2 1#與2#生產(chǎn)線(xiàn)絲束水平方向集束位置示意

紡絲過(guò)程中,絲束所受的摩擦力越小,損傷越小,最終的產(chǎn)品質(zhì)量越好。從各紡位的生產(chǎn)狀況并結(jié)合圖2可以看出,1#生產(chǎn)線(xiàn)各紡位的絲束由于在油嘴中有一部分單絲未貼合于油嘴出油孔位置,導(dǎo)致絲束在紡絲過(guò)程中受紡絲張力的影響出現(xiàn)單絲在油嘴中的跳動(dòng)現(xiàn)象,尤其在絲餅滿(mǎn)卷時(shí)產(chǎn)品在進(jìn)行切換動(dòng)作過(guò)程中,因卷繞機(jī)壓輥及導(dǎo)絲盤(pán)速度的變化導(dǎo)致絲束張力隨之變化,絲束的單根單絲或一部分單絲易從油嘴中跳出,在張力波動(dòng)較大時(shí),單絲斷裂,最終導(dǎo)致絲束出現(xiàn)斷裂飄絲、少油、斷頭的現(xiàn)象。

2.3 絲束集束位置對(duì)紡絲張力的影響

在紡絲過(guò)程中絲束經(jīng)過(guò)紡絲-卷繞的各個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí),絲束受張力變化的影響會(huì)產(chǎn)生運(yùn)行不穩(wěn)定現(xiàn)象。張力過(guò)大,絲束會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)現(xiàn)象,尤其在卷繞機(jī)進(jìn)行切換動(dòng)作時(shí),絲束抖動(dòng)極其明顯。在278 dtex/288 f滌綸POY生產(chǎn)過(guò)程中,對(duì)1#與2#生產(chǎn)線(xiàn)各紡位在正常生產(chǎn)和卷繞機(jī)進(jìn)行切換過(guò)程中絲束的紡絲張力進(jìn)行檢測(cè)(使用張力檢測(cè)儀于紡絲工段導(dǎo)絲鉤下方10 cm處檢測(cè)),檢測(cè)發(fā)現(xiàn):正常生產(chǎn)過(guò)程中,1#生產(chǎn)線(xiàn)紡絲張力變異系數(shù)為2.35%,2#生產(chǎn)線(xiàn)紡絲張力變異系數(shù)為0.93%,1#生產(chǎn)線(xiàn)張力波動(dòng)幅度略大于2#生產(chǎn)線(xiàn),這也是1#生產(chǎn)線(xiàn)絲束在油嘴中跳動(dòng)現(xiàn)象較為明顯的原因;在卷繞機(jī)進(jìn)行切換動(dòng)作過(guò)程中,絲束紡絲張力共發(fā)生5個(gè)階段的變化,如表2所示,1#生產(chǎn)線(xiàn)紡絲張力變異系數(shù)為5.98%,2#生產(chǎn)線(xiàn)紡絲張力變異系數(shù)為2.40%,1#生產(chǎn)線(xiàn)紡絲張力波動(dòng)幅度明顯大于2#生產(chǎn)線(xiàn),顯然,1#生產(chǎn)線(xiàn)紡絲張力的大幅波動(dòng)導(dǎo)致絲束單絲極易跳出油嘴,因而產(chǎn)生飄絲、無(wú)油絲、少油絲及絲條斷裂的現(xiàn)象。

表2 1#與2#生產(chǎn)線(xiàn)切換過(guò)程紡絲張力的變化

綜上所述,相比2#生產(chǎn)線(xiàn),1#生產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)品優(yōu)等品率較低的主要原因是絲束在水平方向集束位置即噴絲板中心點(diǎn)至油嘴集束位置形成的角度不合適,該角度對(duì)生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量有著較大的影響。

3 改進(jìn)措施及效果

3.1 改進(jìn)措施

在生產(chǎn)278 dtex/288 f滌綸POY時(shí),由于1#生產(chǎn)線(xiàn)各紡位絲束從噴絲板中心點(diǎn)至油嘴的連接中線(xiàn)與油嘴形成的角度大于90°時(shí),絲束有大部分單絲不能貼合于油嘴出油孔,導(dǎo)致油嘴噴油現(xiàn)象嚴(yán)重,絲束上油不均,在油嘴中跳動(dòng)現(xiàn)象頻繁;絲束從噴絲板中心點(diǎn)至油嘴的連接中線(xiàn)與油嘴形成的角度小于80°時(shí),正視方絲束邊緣單絲接近風(fēng)筒,后視方絲束邊緣單絲離風(fēng)筒較遠(yuǎn),導(dǎo)致絲束冷卻不均勻,影響最終產(chǎn)品質(zhì)量。因此,針對(duì)1#生產(chǎn)線(xiàn)存在的上述問(wèn)題,通過(guò)調(diào)整絲束在水平方向的集束位置,調(diào)節(jié)絲束從噴絲板中心點(diǎn)至油嘴的連接中線(xiàn)與油嘴形成的角度,選擇3個(gè)角度即90°、85°、80°進(jìn)行試驗(yàn),考察了不同角度對(duì)生產(chǎn)工況及產(chǎn)品質(zhì)量的影響。

3.2 改進(jìn)效果

3.2.1 生產(chǎn)工況

在278 dtex/288 f滌綸POY生產(chǎn)過(guò)程中,1#生產(chǎn)線(xiàn)3種絲束集束位置對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的斷頭次數(shù)及降等絲餅量見(jiàn)表3。

表3 3種絲束集束位置對(duì)生產(chǎn)工況的影響

從表3可知:絲束集束位置形成角為90°時(shí),斷頭次數(shù)和降等絲餅量最多,分別為0.80 次/(位·d)和2.40 只/(位·d),其中廢絲夾結(jié)與表面毛絲引起的降等占降等絲餅量的71%,其原因是形成角為90°時(shí),有接近二分之一的單絲未貼合于油嘴,紡絲張力波動(dòng)幅度較大時(shí),單絲跳動(dòng)現(xiàn)象頻繁,單絲斷裂產(chǎn)生毛羽,導(dǎo)致油嘴、導(dǎo)絲鉤有較多的掛毛現(xiàn)象,絲餅出現(xiàn)廢絲夾結(jié)、表面毛絲等問(wèn)題;絲束集束位置形成角為85°時(shí),斷頭次數(shù)和降等絲餅量最少,分別為0.35 次/(位·d)和0.40只/(位·d),相比形成角為90°時(shí)斷頭次數(shù)減少56%,降等絲餅量減少83%,其原因是雖有少量單絲未完全貼合于油嘴出油孔位置,但因該品種單絲根數(shù)多,單絲之間在生產(chǎn)過(guò)程中因高速卷繞速度而產(chǎn)生一定的相互牽引力,最終單絲在油嘴中跳動(dòng)現(xiàn)象較少,跳出油嘴少;絲束集束位置形成角為80°時(shí),斷頭次數(shù)與降等絲餅量較絲束集束位置形成角為85°時(shí)偏多,其原因是單絲根數(shù)多,比表面積大,單絲與油嘴出油孔完全貼合時(shí),絲束與油嘴接觸面積大,磨損較嚴(yán)重,單絲表面受損,絲餅里層易出現(xiàn)夾結(jié)、外觀出現(xiàn)星點(diǎn)狀毛羽現(xiàn)象。生產(chǎn)實(shí)際情況表明,調(diào)整1#生產(chǎn)線(xiàn)的絲束集束位置形成角由原來(lái)的90°改為85°,278 dtex/288 f滌綸POY產(chǎn)品優(yōu)等品率由原來(lái)的97.27%提升到98.46%,生產(chǎn)工況穩(wěn)定。

3.2.2 產(chǎn)品質(zhì)量

在278 dtex/288 f滌綸POY生產(chǎn)過(guò)程中,1#生產(chǎn)線(xiàn)3種絲束集束位置對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響見(jiàn)表4。

表4 3種絲束集束位置對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響

從表4可知,當(dāng)絲束集束位置形成角為85°時(shí),滌綸POY的斷裂強(qiáng)度變異系數(shù)、斷裂伸長(zhǎng)率變異系數(shù)、條干不勻率及含油率變異系數(shù)數(shù)均最低,相比形成角為90°時(shí)均有較大幅度的下降,斷裂強(qiáng)度變異系數(shù)降至2.26%(降幅18.7%),斷裂伸長(zhǎng)率變異系數(shù)降至2.18%(降幅20.1%),條干不勻率降至0.93%(降幅8.8%),含油率變異系數(shù)降至1.26%(降幅51.7%)。這表明絲束集束位置形成角為85°時(shí),生產(chǎn)的278 dtex/288 f滌綸POY產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

綜上所述,在1#生產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)278 dtex/288 f滌綸POY過(guò)程中,調(diào)整絲束集束位置形成角為85°時(shí),紡絲張力波動(dòng)幅度較小,斷頭次數(shù)及降等絲餅量少,產(chǎn)品各項(xiàng)物理指標(biāo)的變異系數(shù)最低,產(chǎn)品生產(chǎn)工況和質(zhì)量較為穩(wěn)定。

4 結(jié)論

a.在278 dtex/288 f滌綸POY生產(chǎn)過(guò)程中,在其他設(shè)備和工藝參數(shù)相同的前提下,絲束在水平方向集束位置即噴絲板中心點(diǎn)至油嘴集束位置形成的角度不合適是1#生產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)品優(yōu)等品率低于2#生產(chǎn)線(xiàn)的主要原因。

b.將1#生產(chǎn)線(xiàn)絲束在水平方向的集束位置形成角由原來(lái)的90°調(diào)整為85°后生產(chǎn)278 dtex/288 f滌綸POY,斷頭次數(shù)減少56%,降等絲餅量減少83%,優(yōu)等品率由原來(lái)的97.27%提升至98.46%。

c.絲束集束位置形成角由90°調(diào)整為85°后,生產(chǎn)的278 dtex/288 f滌綸POY的斷裂強(qiáng)度變異系數(shù)、斷裂伸長(zhǎng)率變異系數(shù)、條干不勻率、含油率變異系數(shù)均有較大幅度的降低,產(chǎn)品質(zhì)量更加均勻穩(wěn)定。