熔體直紡22dtex/24f滌綸FDY的生產(chǎn)工藝探討

吳立平

（ 江蘇恒宿遷工業(yè)園德力化纖有限公司，江蘇宿遷 223835）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和消費(fèi)觀念的不斷變化，人們對服飾的追求越來越表現(xiàn)出明顯的個(gè)性化和高檔化。滌綸FDY22dtex/24f織物具有優(yōu)良的柔軟手感，其織物薄，光澤柔和，透氣性、懸垂性好，具有獨(dú)特的風(fēng)格。是具有高附加值的紡織原料。但該品種總旦數(shù)小，單絲纖度細(xì)，條干不均率、外觀質(zhì)量及生產(chǎn)狀況難以控制。本文探討如何控制好22dex/24f的生產(chǎn)工藝條件，最終生產(chǎn)出質(zhì)量穩(wěn)定的細(xì)旦絲22dtex/24f的PET-FDY。

1 試驗(yàn)

1.1 原料

PET半消光熔體由德力化纖有限公司生產(chǎn)，其特性粘度為0.678。

1.2 生產(chǎn)設(shè)備和測試儀器

熔體輸送及分配系統(tǒng)：德國Zimmer公司；紡絲、卷繞系統(tǒng)：日本TMT公司；常州YG023B單紗強(qiáng)力機(jī)、瑞士Uster公司UESTER5型條干儀；日本TMT公司提供的風(fēng)壓儀、德國SCHMIDT公司ET2型張力儀。

1.3 工藝流程

PET熔體→熔體過濾器→增壓泵→熱交換器→靜態(tài)混合器→紡絲箱體→計(jì)量泵→DIO組件→環(huán)吹風(fēng)冷卻→油嘴集束上油→預(yù)網(wǎng)絡(luò)器→GR1熱輥→GR2熱輥→主網(wǎng)絡(luò)器→卷繞成型

1.4 主要工藝參數(shù) (工藝參數(shù)見表1-1)

表1-1 FDY22dtex/24f工藝參數(shù)

1.5 產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)

產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)見表1-2

表1-2 FDY22dtex/24f產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)

2 生產(chǎn)工藝的選擇和控制

2.1 紡絲組件的選擇

選擇合適的組件可以在保證具有良好的過濾精度的同時(shí)，使通過的熔體具有較好的粘度均勻性、流變性、力學(xué)性能，并有效降低條干不勻率。組件的選擇主要包括噴絲板、壓力的選擇。

2.1.1 噴絲板的選用

噴絲板的選擇直接關(guān)系到紡絲狀態(tài)的好壞和纖維質(zhì)量的優(yōu)劣，如選用不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)狀況的不穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量難于控制，生產(chǎn)無法進(jìn)行。在∮85板上加工2*24孔，要保證出絲和冷卻效果兩方面進(jìn)行考慮噴絲板的設(shè)計(jì)和加工。通過對剪切速率、噴頭牽伸比、熔體膨化比、組件背壓及壓損等設(shè)計(jì)參數(shù)的考慮，充分考慮環(huán)吹風(fēng)冷卻條件和在用噴絲板的情況，選擇了合適的噴絲孔排布方式和孔徑比。選擇噴絲板孔徑為0.18mm、孔深為0.6 mm，孔圓形排布較為合適。在使用過程中出絲均勻、冷卻效果好，無粘板、并絲等不良現(xiàn)象。

2.1.2 組件壓力的選擇

組件是紡絲的關(guān)鍵，為保證熔體良好的擠出性能，不僅要選擇好合適的噴絲孔徑和長徑比，還要保證合適的較高的組件壓力有利于改善熔體的均勻性和流動(dòng)性，并能強(qiáng)化過濾效果。生產(chǎn)滌綸FDY22dtex/24f時(shí)，采用較高的組件壓力可使熔體在組件內(nèi)的瞬間溫度提高，改善熔體的流變性能，減少膨化效果和紡絲斷頭，在紡絲溫度、吐出量一定的情況下，組件的初始壓力控制在150～170Bar較為合適.

2.2 緩冷區(qū)高度的確定和緩冷器溫度的選擇

2.2.1 緩冷區(qū)高度的確定

熔體細(xì)流自噴絲孔擠出后的冷卻成形過程是影響產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和線密度均勻性重要過程。為了減緩熔體細(xì)流在擠出噴絲孔后的冷卻速度，一般采用緩冷方式，在噴絲板下部設(shè)置一定高度的無風(fēng)區(qū)，同時(shí)設(shè)置加熱裝置保溫，使絲條的冷卻延緩，一方面使固化點(diǎn)下移，另一方面使大分子的冷卻速度變慢，有利于大分子鏈在固化前充分消除內(nèi)應(yīng)力，使纖維各部位間取向度一致，避免皮芯結(jié)構(gòu)的形成，以獲得低預(yù)取向度、無結(jié)晶結(jié)構(gòu)、拉伸性能良好的初生纖維。

由于22dtex/24f復(fù)絲細(xì)，熔體流量小，在常規(guī)紡絲溫度下，噴絲板板面溫度低，緩冷區(qū)高度較小時(shí)雖然可以延緩熔體細(xì)流的冷卻，條干CV值相對較好；但無風(fēng)區(qū)高度太小，將影響紡絲箱體下部的保溫，使噴絲板表面溫度差異增加，生產(chǎn)中斷頭增多，過高的無風(fēng)區(qū)可以延緩熔體細(xì)流的冷卻，但絲條成形后在進(jìn)入GR1熱輥之前，初生絲的取向度極小，經(jīng)過拉伸時(shí)必須采用較大的牽伸倍率才能提高成品絲的強(qiáng)度，會(huì)造成高倍拉伸產(chǎn)生毛絲纏輥。同時(shí)對絲條的冷卻也要求較高的條件：冷卻風(fēng)量增大，冷卻均勻性不好控制。在 64mm與89mm無風(fēng)區(qū)作以下生產(chǎn)對比：(其余條件相同) 具體見表2-1，通過不同無風(fēng)區(qū)高度條件下的生產(chǎn)情況及對質(zhì)量指標(biāo)的影響，隨著無風(fēng)區(qū)高度的的下降，斷裂伸長率在相應(yīng)下降，條干不均率明顯降低，從表中可以看出，斷裂伸長CV值及牽伸過程中的運(yùn)行狀況在無風(fēng)區(qū)高度為79mm時(shí)最佳且生產(chǎn)比較穩(wěn)定。

表2-1 不同緩冷區(qū)高度對FDY22dtex/24f質(zhì)量指標(biāo)的影響

2.2.2 緩冷器溫度的確定

熔體從噴絲孔擠出后形成熔體細(xì)流，為了控制熔體細(xì)流的冷卻過程，除了對環(huán)吹風(fēng)速和無風(fēng)區(qū)高度進(jìn)行控制外，在噴絲板下設(shè)置緩冷器可以防止板面溫度冷卻過快，減緩纖維的結(jié)晶，選擇合適的緩冷器溫度[1],對提高可防性和降低條干不均率相當(dāng)有利。為確定生產(chǎn)FDY22dtex/24f品種的最佳緩冷器溫度，經(jīng)實(shí)驗(yàn)對物理指標(biāo)和可紡性的影響，具體見表2-2。

表2-2 緩冷器溫度對FDY22dtex/24f物理指標(biāo)與可紡性的影響

從緩冷器溫度與產(chǎn)品物理指標(biāo)與可紡性關(guān)系表可以看出，絲束的斷裂伸長隨溫度的增加而增加，但斷裂伸長、斷裂強(qiáng)度、可紡性則隨溫度的增加而存在一個(gè)最佳值，我們分析可能是隨溫度的增加噴絲板的板面溫度得到提高，紡絲條件得到改善，但當(dāng)溫度超過一定范圍后熔體在噴絲孔內(nèi)切力變稀，因而使得紡絲條件惡化從而可紡性變差。

2.3 冷卻成型條件

生產(chǎn)中采用環(huán)吹風(fēng)冷卻裝置。由于FDY22dtex/24f復(fù)絲細(xì)，冷卻速率較快，同一根單絲表層和內(nèi)層因冷卻不勻極易造成芯層結(jié)構(gòu)。若環(huán)吹風(fēng)量大，單孔絲條抖動(dòng)大，條干值大。若風(fēng)量小、整束絲晃動(dòng)，光圈不穩(wěn)定，油嘴溫度高，容易飄絲斷頭，條干值也大。經(jīng)過多次試驗(yàn)風(fēng)壓控制在35Pa左右較好。

2.4 卷繞條件

2.4.1 牽伸溫度的確定

滌綸長絲的熱拉伸屬于均勻拉伸，大分子鏈和鏈段在拉伸作用力下沿拉伸方向上擇優(yōu)排列，形成取向和結(jié)晶。使成品絲具有一定的強(qiáng)度和伸長。但是分子鏈和鏈段在作用力下開始活動(dòng)的溫度必須高于其玻璃化溫度69℃，如果冷拉伸，鏈段處于凍結(jié)狀態(tài)，單絲表面容易破裂，內(nèi)部易出現(xiàn)空洞，產(chǎn)生毛絲和斷頭，會(huì)造成拉伸不勻，增加產(chǎn)品的染色不勻。若GR1溫度過高，分子鏈活動(dòng)能力太強(qiáng)，大分子取向度反而降低，產(chǎn)生拉伸不勻[2]。工藝嘗試在79℃、82℃、85℃、90℃下物性和外觀及染色情況的對比如表2-3：

表2-3 牽伸溫度對22dtex/24f物性、外觀及染色的影響

2.4.2 牽伸倍率的選擇

絲條的牽伸通過GR2與GR1之間的速度差值來完成，GR2速度不變的前提下，GR1速度的大小決定牽伸張力大小和外觀物性指標(biāo)、染色均勻性的好壞。生產(chǎn)22dtex/24f，由于復(fù)絲細(xì)，若集束位置靠上，紡絲張力小，絲條進(jìn)入一輥之前的張力小，初生絲條的取向度低。若提高GR1速度，可以增大絲條進(jìn)一輥之前的張力，絲條在GR1上平穩(wěn)運(yùn)行，絲條受熱均勻。我們采取中速紡絲、低倍牽伸的工藝路線，將GR1速度提到1600m/min 以上，可以避免了牽伸比過大產(chǎn)生毛絲現(xiàn)象。一輥速度分別用1600m/min、1700m/min、1800m/min三種情況下作物性和染色對比，發(fā)現(xiàn)隨著車速的提高，一輥速度也要相應(yīng)提高，最終速度選擇在1600～1700m/min 較合適。以下為一輥在不同的速度下，對應(yīng)不同的外觀和物性指標(biāo)。（GR2為4273m/min）見表2-4

表2-4 22dtex/24f FDY外觀、物性指標(biāo)及染色的影響

2.4.3 定型溫度的確定

經(jīng)過拉伸的絲條，一方面具有一定的取向結(jié)晶結(jié)構(gòu)，另一方面內(nèi)部存在一定的應(yīng)力。GR2對拉伸時(shí)產(chǎn)生的超分子結(jié)構(gòu)進(jìn)一步完善和提高。升高GR2溫度，絲條在GR2進(jìn)一步完善結(jié)晶結(jié)構(gòu)，沸水收縮率降低。但是油劑在GR2上揮發(fā)產(chǎn)生結(jié)垢，絲條與結(jié)垢之間傳熱效果差，而且摩擦力增大，在GR2速度較高的情況下，單絲容易斷裂繞輥且絲束晃動(dòng)較大。若GR2溫度設(shè)置過低，會(huì)造成結(jié)晶不勻、染色不勻、產(chǎn)品的沸水收縮率大，纖維的尺寸不穩(wěn)定。在生產(chǎn)中，將沸水收縮率控制在一定的范圍，消除錠位之間沸水收縮率的差異尤為重要。沸水的變化會(huì)帶來染色深淺色的變化，工藝選擇GR2溫度在120～125℃，將熱輥溫度波動(dòng)控制在±2℃以內(nèi)，可以保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

2.4.4 預(yù)網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)壓力的影響

纖維在進(jìn)入GR1熱箱之前加預(yù)網(wǎng)絡(luò)I/L1,可使未拉伸絲增加抱合性能，穩(wěn)定因紡絲張力變化而產(chǎn)生的抖動(dòng)，減少毛絲和斷頭，提高拉伸性能。纖維在離開GR2熱箱之后加主網(wǎng)絡(luò)I/L2可以降低卷取張力，使單絲抱合纏繞，可以穩(wěn)定生產(chǎn)，有利于后道織造性能的改善。通過實(shí)驗(yàn)，預(yù)網(wǎng)絡(luò)壓力I/L1在0.50～0.65bar、主網(wǎng)絡(luò)壓力I/L1在2.8bar～3.0bar之間，能夠滿足生產(chǎn)的需要。

3 結(jié)論

3.1 合理選擇噴絲板的孔排布方式和孔徑比是生產(chǎn)24頭紡22dtex/24f正常生產(chǎn)的關(guān)鍵；為保證產(chǎn)品質(zhì)量，組件壓力應(yīng)控制在150～170bar之間。

3.2 合理選擇緩冷區(qū)高度及緩冷器溫度，可以有效的穩(wěn)定生產(chǎn)和改善其質(zhì)量指標(biāo)。

3.3 紡絲過程中進(jìn)行優(yōu)化冷卻可以使絲條冷卻均勻，降低絲條的條干和強(qiáng)伸不勻率。

3.4 合理選擇卷繞條件，牽伸溫度控制在82～85℃之間，能夠保證絲束受熱均勻，避免牽伸過程中產(chǎn)生毛絲，染色不均等；牽伸工藝選擇牽伸比2.35～2.59倍之間，可以得到良好的外觀和物性指標(biāo)；定型溫度控制在120～125℃范圍內(nèi)，絲條的染色和沸水收縮率均能得到較好的控制。

[1]郭大生，王文科．聚酯纖維科學(xué)與工程[M]．北京：中國紡織出版社，2001．

[2]徐心華，李允成，張順娣，等．滌綸長絲生產(chǎn)[M]．北京：中國紡織出版社，1995．