中細(xì)旦尼龍66 FDY網(wǎng)絡(luò)度偏低的原因及改進(jìn)措施

張 超

(神馬實(shí)業(yè)股份有限公司,河南 平頂山 467000)

尼龍66全拉伸絲(FDY)具有強(qiáng)度高、耐磨性好、耐疲勞性好等優(yōu)點(diǎn),在工業(yè)上被廣泛用來制造輪胎骨架材料、傳送帶等。另外,隨著尼龍66纖維行業(yè)的不斷發(fā)展,一些新的應(yīng)用領(lǐng)域也不斷出現(xiàn),特別是100～1 000 dtex的中細(xì)旦尼龍66 FDY在工業(yè)用水布帶、高速縫紉線、汽車用安全氣囊、尼龍脫模布等領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展迅速[1]。在這些新的應(yīng)用領(lǐng)域,尼龍66 FDY除了需要具有高強(qiáng)度外,還需具有較高的網(wǎng)絡(luò)度,以保證下游織布加工的穩(wěn)定性。但現(xiàn)有中細(xì)旦尼龍66 FDY產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)度偏低,易導(dǎo)致下游用戶使用中出現(xiàn)毛絲、斷絲、斷裂強(qiáng)度偏低、上油率不穩(wěn)定、染色均勻度變差等問題[2-3]。因此,提高中細(xì)旦尼龍66 FDY的網(wǎng)絡(luò)度成為行業(yè)亟需解決的技術(shù)難點(diǎn)。

化學(xué)纖維經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)器氣流變形后,各根單絲間形成的交絡(luò)點(diǎn)就是網(wǎng)絡(luò)。衡量化學(xué)纖維的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量一般用網(wǎng)絡(luò)度來表示,具體指的是在施加一定張力的情況下每米纖維上網(wǎng)絡(luò)結(jié)的個(gè)數(shù)[4]。纖維網(wǎng)絡(luò)度越高,越不易起毛刺,越有利于后加工;但網(wǎng)絡(luò)度過高,纖維及織物的強(qiáng)力降低,同時(shí)也會(huì)對(duì)織物的手感和外觀帶來影響。

466 dtex/70 f尼龍66 FDY是神馬實(shí)業(yè)股份有限公司簾子布公司生產(chǎn)的主要品種之一,可應(yīng)用在工業(yè)、民用等領(lǐng)域。作者以該產(chǎn)品為例,分析了中細(xì)旦尼龍66 FDY生產(chǎn)過程中網(wǎng)絡(luò)度偏低的原因,并提出改進(jìn)措施以提高產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)度,大大減少了下游加工過程中毛絲及斷絲的產(chǎn)生,且上油率穩(wěn)定,滿足了下游用戶的需求。

1 試驗(yàn)

1.1 原料

尼龍66鹽水溶液:尼龍66鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52.9%,紫外吸收(UV)值(20%水溶液)為0.049×10-3,pH值(10%水溶液)為7.75,色度(35%水溶液)為3.5,河南神馬尼龍化工公司產(chǎn);尼龍66熔體:相對(duì)黏度(硫酸法測(cè)試)為2.5～2.8,神馬實(shí)業(yè)股份有限公司簾子布公司產(chǎn);紡絲油劑:N-4AS油劑,日本松本油脂制藥株式會(huì)社產(chǎn);紡絲油劑用滲透劑:烷基聚醚改性氟硅油,日本Permachem Asia株式會(huì)社產(chǎn)。

1.2 主要設(shè)備和儀器

連續(xù)縮聚設(shè)備:武昌船舶重工集團(tuán)有限公司制;一步法紡絲拉伸設(shè)備:中國(guó)恒天集團(tuán)邵陽紡織機(jī)械公司制;BABY ASW 602卷繞頭:德國(guó)歐瑞康巴馬格公司制;HJ200/220/230網(wǎng)絡(luò)器:瑞士赫伯利纖維技術(shù)公司制;SY280/SY420網(wǎng)絡(luò)器:蘇州上綸紡機(jī)公司制;PJ200預(yù)網(wǎng)絡(luò)器:瑞士赫伯利纖維技術(shù)公司制;S-100C纖維強(qiáng)伸度測(cè)試儀:日本島津公司制;R4折光率儀:瑞士梅特勒托利多公司制;R-2072網(wǎng)絡(luò)度測(cè)試儀:德國(guó)Textechno公司制;HC585圓試織襪機(jī):無錫新宏紡織機(jī)械公司制;染色機(jī):無錫宏佳針紡織機(jī)械廠制;SF600 電腦測(cè)色儀:美國(guó)Datacolor公司制。

1.3 熔體直紡尼龍66 FDY生產(chǎn)工藝流程

采用連續(xù)聚合熔體直紡一步法生產(chǎn)中細(xì)旦尼龍66纖維。首先,將尼66鹽液通過燭芯式過濾器進(jìn)行過濾,然后在140 ℃下濃縮100 min,得到高濃度尼龍66鹽液;然后,將高濃度尼龍66鹽液在反應(yīng)器中高溫高壓預(yù)聚120 min,完成預(yù)聚脫水,在聚合器和減壓器中依次進(jìn)行高溫常壓聚合55 min、負(fù)壓聚合35 min,縮聚過程中形成的水分在真空條件下逐步脫除,得到尼龍66聚合物高黏度熔體;最后,高黏度熔體經(jīng)過熔體增壓泵、輸送管道輸送至紡絲箱,經(jīng)紡絲、冷卻、上油、拉伸、熱定型、卷繞[5],得到中細(xì)旦尼龍66 FDY。熔體直紡生產(chǎn)的尼龍66 FDY規(guī)格為466 dtex/70 f,生產(chǎn)工藝流程見圖1。

圖1 尼龍66 FDY生產(chǎn)工藝流程Fig.1 Production process of PA 66 FDY

1.4 分析與測(cè)試

網(wǎng)絡(luò)度:測(cè)試方法采用儀器移針法為主,水浴移針法為輔[6]。儀器移針法采用R-2072網(wǎng)絡(luò)度測(cè)試儀測(cè)試,使用直徑0.6 mm的不銹鋼針鉤,預(yù)加張力0.05 cN/dtex;水浴移針法取1 m纖維,預(yù)加0.05 cN/dtex張力后,置于1.5 m長(zhǎng)的水浴槽中,目測(cè)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)結(jié)個(gè)數(shù)。

斷裂強(qiáng)度:采用日本島津S-100C強(qiáng)力儀,參照GB/T 14344—2022《化學(xué)纖維 長(zhǎng)絲拉伸性能試驗(yàn)方法》測(cè)試。

上油率:先繪制折光率和油劑水溶液濃度的工作曲線,然后采用R4折光率儀進(jìn)行測(cè)試,計(jì)算上油率。

染色均勻度:使用SF600 電腦測(cè)色儀判色為主,以人工目測(cè)判色為輔,產(chǎn)品判定符合灰卡等級(jí)4級(jí)為合格[7],計(jì)算纖維灰卡4級(jí)符合率,以此表征纖維的染色均勻度。

2 結(jié)果與討論

2.1 網(wǎng)絡(luò)度偏低的原因

網(wǎng)絡(luò)度是尼龍66 FDY的重要質(zhì)量指標(biāo)之一。網(wǎng)絡(luò)度偏低,如網(wǎng)絡(luò)結(jié)數(shù)量少、網(wǎng)絡(luò)結(jié)強(qiáng)度差,是毛絲產(chǎn)生的重要原因[8],也對(duì)纖維斷裂強(qiáng)度、染色均勻度有一定影響。網(wǎng)絡(luò)度偏低的原因可分為內(nèi)部原因和外部原因。內(nèi)部原因指的是生產(chǎn)過程中可以調(diào)整的因素,包括設(shè)備的選型和規(guī)格、紡絲工藝參數(shù)等;外部原因指的是原輔材料中進(jìn)行調(diào)整的因素,主要是油劑的黏度及添加劑等。

2.1.1 內(nèi)部原因

(1)設(shè)備因素

網(wǎng)絡(luò)器型號(hào)眾多,不同型號(hào)的網(wǎng)絡(luò)器的結(jié)構(gòu)存在差異,包括內(nèi)部瓷芯、絲道橫截面、上下導(dǎo)絲器形狀等[9-10],網(wǎng)絡(luò)器的結(jié)構(gòu)對(duì)網(wǎng)絡(luò)度有明顯影響。另外,預(yù)網(wǎng)絡(luò)器的安裝也會(huì)影響上油的均勻程度,從而影響網(wǎng)絡(luò)度[11]。

(2)紡絲工藝

紡絲工藝是影響網(wǎng)絡(luò)度的重要因素之一,主要包括紡絲速度、網(wǎng)絡(luò)器接入壓縮空氣壓力等。在實(shí)際生產(chǎn)中,為了提高生產(chǎn)效率,一般會(huì)盡可能提高紡絲速度。當(dāng)其他條件一定時(shí),紡絲速度越快,網(wǎng)絡(luò)度越低;當(dāng)紡絲速度一定時(shí),網(wǎng)絡(luò)器接入壓縮空氣壓力越大,網(wǎng)絡(luò)度越高。

2.1.2 外部原因

(1)油劑黏度

生產(chǎn)尼龍66 FDY時(shí),不同廠家、不同牌號(hào)紡絲油劑的黏度相差較大。油劑黏度過高,會(huì)使得纖維表面富集油劑、油膜變厚,絲束之間抱合力過強(qiáng),不容易產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)度;油劑黏度過低,會(huì)使得油劑在纖維表面的吸附力不足,絲束之間比較松散,也會(huì)使得網(wǎng)絡(luò)度較低。

(2)油劑添加劑

生產(chǎn)尼龍66 FDY時(shí),在紡絲油劑體系中加入一定量的滲透添加劑[12],可以有效降低油劑的表面張力,增加紡絲油劑在纖維表面的滲透性,使油劑快速滲透進(jìn)入纖維內(nèi)部,保證上油量的同時(shí)使纖維表面的油膜厚度均勻合理,纖維的抱合力處于合適區(qū)間,有利于網(wǎng)絡(luò)結(jié)的形成和穩(wěn)定。

2.2 網(wǎng)絡(luò)度偏低的改進(jìn)措施

2.2.1 網(wǎng)絡(luò)器選型

(1)不同型號(hào)網(wǎng)絡(luò)器的結(jié)構(gòu)

試驗(yàn)選擇了5種不同型號(hào)網(wǎng)絡(luò)器,分別為蘇州上綸紡機(jī)公司制造的SY280、SY420網(wǎng)絡(luò)器,以及瑞士赫伯利纖維技術(shù)公司制造的HJ200、HJ220、HJ230網(wǎng)絡(luò)器,網(wǎng)絡(luò)器的實(shí)物如圖2所示。

圖2 5種不同型號(hào)網(wǎng)絡(luò)器實(shí)物示意Fig.2 Schematic diagrams of five different types of interlacers

上述5種不同型號(hào)網(wǎng)絡(luò)器在絲道橫截面及上下導(dǎo)絲器截面形狀上存在差異,絲道橫截面形狀如圖3所示A型、B型,導(dǎo)絲器截面形狀如圖4所示C型、D型,不同型號(hào)網(wǎng)絡(luò)器的結(jié)構(gòu)組成見表1。

表1 不同型號(hào)網(wǎng)絡(luò)器的結(jié)構(gòu)組成Tab.1 Structure composition of different types of interlacers

圖3 絲道橫截面形狀Fig.3 Cross-section shapes of yarn path

圖4 導(dǎo)絲器截面形狀Fig.4 Cross-section shapes of yarn guides

(2)不同型號(hào)網(wǎng)絡(luò)器的網(wǎng)絡(luò)效果

在466 dtex/70 f尼龍66 FDY生產(chǎn)中,使用上述5種不同型號(hào)網(wǎng)絡(luò)器進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。從表2可知:生產(chǎn)尼龍66 FDY時(shí),相比使用SY280、SY420、HJ200網(wǎng)絡(luò)器,使用HJ220、HJ230網(wǎng)絡(luò)器的網(wǎng)絡(luò)效果較好,生產(chǎn)的纖維斷裂強(qiáng)度較高,網(wǎng)絡(luò)度較高,沒有發(fā)生絲束從網(wǎng)絡(luò)器中脫出現(xiàn)象;使用HJ220網(wǎng)絡(luò)器時(shí),生產(chǎn)的纖維斷裂強(qiáng)度為8.21 cN/dtex,網(wǎng)絡(luò)度為27.1個(gè)/m,而使用HJ230網(wǎng)絡(luò)器時(shí),生產(chǎn)的纖維斷裂強(qiáng)度為8.22 cN/dtex,網(wǎng)絡(luò)度為27.8個(gè)/m。綜合來看,瑞士赫伯利纖維技術(shù)公司制造的HJ230網(wǎng)絡(luò)器的網(wǎng)絡(luò)效果更好。

表2 使用不同型號(hào)網(wǎng)絡(luò)器生產(chǎn)的466 dtex/70 f尼龍66 FDY的性能Tab.2 Properties of 466 dtex/70 f nylon 66 FDY prepared using different types of interlacers

2.2.2 安裝預(yù)網(wǎng)絡(luò)器

在466 dtex/70 f尼龍66 FDY生產(chǎn)中,使用瑞士赫伯利纖維技術(shù)公司制造的PJ200預(yù)網(wǎng)絡(luò)器與未安裝預(yù)網(wǎng)絡(luò)器對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。從表3可知:未安裝預(yù)網(wǎng)絡(luò)器時(shí),尼龍66 FDY斷裂強(qiáng)度為8.10 cN/dtex,網(wǎng)絡(luò)度為26.5個(gè)/m,平均毛絲根數(shù)為2.1根/筒;安裝PJ200預(yù)網(wǎng)絡(luò)器后,尼龍66 FDY斷裂強(qiáng)度為8.19 cN/dtex,網(wǎng)絡(luò)度為27.4個(gè)/m,平均毛絲根數(shù)為1.6根/筒,纖維斷裂強(qiáng)度及網(wǎng)絡(luò)度明顯提高,毛絲根數(shù)減少。因此,在尼龍66 FDY生產(chǎn)中,安裝預(yù)網(wǎng)絡(luò)器可提高纖維的網(wǎng)絡(luò)度。

表3 安裝預(yù)網(wǎng)絡(luò)器對(duì)尼龍66 FDY性能的影響Tab.3 Effect of pre-interlacer on Properties of nylon 66 FDY

2.2.3 紡絲工藝優(yōu)化

466 dtex/70 f尼龍66 FDY的紡絲工藝流程包括熔體擠出、冷卻、拉伸和卷繞工序。為了提高纖維的網(wǎng)絡(luò)度,對(duì)紡絲工藝進(jìn)行優(yōu)化,主要調(diào)整紡絲速度及網(wǎng)絡(luò)壓力。

(1)紡絲速度

一般來說,尼龍66纖維實(shí)際生產(chǎn)中,纖維線密度越大,紡絲速度越快,越難形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)。從圖5可以看出:紡絲速度在2 400 m/min以下時(shí),尼龍66 FDY網(wǎng)絡(luò)度最高;紡絲速度在2 400～2 800 m/min時(shí),尼龍66 FDY網(wǎng)絡(luò)度維持在27～28 個(gè)/m,網(wǎng)絡(luò)度較為穩(wěn)定;紡絲速度高于2 800 m/min時(shí),尼龍66 FDY網(wǎng)絡(luò)度明顯下降。實(shí)際生產(chǎn)中需要考慮生產(chǎn)效率,紡絲速度越高越好,因此選擇紡絲速度2 800 m/min較為合適。

圖5 紡絲速度對(duì)尼龍66 FDY網(wǎng)絡(luò)度的影響Fig.5 Effect of spinning speed on interlacing degree of nylon 66 FDY

(2)網(wǎng)絡(luò)壓力

一般來說,網(wǎng)絡(luò)器的網(wǎng)絡(luò)壓力越大,纖維網(wǎng)絡(luò)度越高,但網(wǎng)絡(luò)壓力過高時(shí)生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生毛絲等現(xiàn)象。從圖6可看出:網(wǎng)絡(luò)壓力從0.20 MPa增加到0.40 MPa,尼龍66 FDY的網(wǎng)絡(luò)度呈明顯上升趨勢(shì);當(dāng)網(wǎng)絡(luò)壓力超過0.40 MPa后,尼龍66 FDY的網(wǎng)絡(luò)度趨于穩(wěn)定。網(wǎng)絡(luò)壓力提高,能耗也相應(yīng)增大,生產(chǎn)成本增加,因此,在466 dtex/70 f尼龍66 FDY生產(chǎn)中設(shè)置網(wǎng)絡(luò)壓力0.40 MPa較為合適。

圖6 網(wǎng)絡(luò)壓力對(duì)尼龍66 FDY網(wǎng)絡(luò)度的影響Fig.6 Effect of interlacing pressure on interlacing degree of nylon 66 FDY

2.2.4 紡絲油劑選型

不同廠家不同牌號(hào)的紡絲油劑黏度差異很大,油劑黏度會(huì)影響纖維的抱合度,從而影響纖維的網(wǎng)絡(luò)度,同時(shí)影響纖維的染色均勻度[13]。選用3種紡絲油劑即德國(guó)司馬化學(xué)有限公司的TC-15、日本竹本油脂株式會(huì)社的F-6056、日本松本油脂制藥株式會(huì)社的N-4在生產(chǎn)線上進(jìn)行在線試驗(yàn)。從表4可以看出:使用TC-15紡絲油劑,尼龍66 FDY網(wǎng)絡(luò)度為26.9 個(gè)/m,染色均勻度為82%,網(wǎng)絡(luò)度和染色均勻度均相對(duì)較低;使用F-6056紡絲油劑,尼龍66 FDY網(wǎng)絡(luò)度為27.4 個(gè)/m,染色均勻度為93%;使用N-4紡絲油劑,尼龍66 FDY網(wǎng)絡(luò)度為27.6 個(gè)/m,染色均勻度為95%,網(wǎng)絡(luò)度和染色均勻度均較高,但纖維的上油率相對(duì)較低,有待改善。綜合考慮,使用日本松本油脂制藥株式會(huì)社生產(chǎn)的N-4紡絲油劑有利于提高尼龍66 FDY的網(wǎng)絡(luò)度和染色均勻度。

2.2.5 添加油劑滲透劑

一般來說,提高纖維的上油率可以增加纖維的抱合度,從而提高纖維的網(wǎng)絡(luò)度。在使用N-4紡絲油劑生產(chǎn)466 dtex/70 f尼龍66 FDY時(shí),為了提高纖維的上油率,選用N-4油劑中添加滲透劑烷基聚醚改性氟硅油的N-4AS油劑牌號(hào)進(jìn)行試驗(yàn)。從表5可以看出:N-4AS油劑的黏度比N-4油劑明顯提高,達(dá)13.6 mPa·s;相比使用N-4紡絲油劑,使用添加滲透劑的N-4AS油劑生產(chǎn)的尼龍66 FDY上油率提高至0.79%,網(wǎng)絡(luò)度也略有提高,達(dá)27.8個(gè)/m。顯然,在N-4油劑中添加滲透劑,在提高尼龍66 FDY上油率的同時(shí)也有利于提高纖維的網(wǎng)絡(luò)度。

表5 添加油劑滲透劑對(duì)尼龍66 FDY網(wǎng)絡(luò)度的影響Tab.5 Effect of oil penetrant addition on interlacing degree of nylon 66 FDY

3 結(jié)論

a.中細(xì)旦尼龍66 FDY網(wǎng)絡(luò)度偏低的原因主要是網(wǎng)絡(luò)器選型、紡絲工藝參數(shù)等內(nèi)部原因,以及使用的紡絲油劑黏度、油劑添加劑等外部原因。

b.生產(chǎn)466 dtex/70 f尼龍66 FDY時(shí),選擇瑞士赫伯利纖維技術(shù)公司制造的HJ230網(wǎng)絡(luò)器,安裝預(yù)網(wǎng)絡(luò)器,控制紡絲速度2 800 m/min、網(wǎng)絡(luò)壓力0.40 MPa,使用添加滲透劑的N-4AS紡絲油劑,可以有效提高纖維的網(wǎng)絡(luò)度,纖維的網(wǎng)絡(luò)度達(dá)27.8個(gè)/m,上油率達(dá)0.79%。