PA6功能纖維低速紡絲的成形工藝探討

李細(xì)林

（廣東新會(huì)美達(dá)錦綸股份有限公司，廣東 江門(mén) 529100）

科研與實(shí)踐

PA6功能纖維低速紡絲的成形工藝探討

李細(xì)林

（廣東新會(huì)美達(dá)錦綸股份有限公司，廣東 江門(mén) 529100）

PA6功能絲、高色漿含量的原液著色絲由于功能物質(zhì)或顏料的加入往往導(dǎo)致其紡絲速度的大幅度降低，本論文分析了PA6功能絲在3 500 m/min速度下紡制POY絲時(shí)成形過(guò)程中的問(wèn)題，研究發(fā)現(xiàn)：提高絲束的牽伸、降低紡絲溫度、加大冷卻風(fēng)速、降低集束距離、提高油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)、調(diào)整卷繞超喂和交叉角可以解決PA6低速紡POY時(shí)的成形的問(wèn)題。

錦綸6功能纖維；低速紡絲；成形

一般在PA6紡制預(yù)取向絲 （POY）的生產(chǎn)過(guò)程中，紡絲速度大約在4 000~4 800 m/min之間，且隨紡絲機(jī)型越新，紡絲速度越向高速方向發(fā)展，隨PA6原料質(zhì)量越好，紡絲的速度可以提升的空間越大。而對(duì)于一些PA6的功能絲、高色漿含量的原液著色PA6有色絲的生產(chǎn)而言，功能物質(zhì)或顏料的加入往往會(huì)導(dǎo)致PA6熔體的黏度、流動(dòng)性能等發(fā)生了很大的變化，有些甚至?xí)斐蒔A6大分子降解，從而使其紡絲的難度大大增加，采用常規(guī)POY的紡絲速度4 000 m/min紡絲，成形往往會(huì)出現(xiàn)紡絲飄絲比例增多、斷頭率增多、生產(chǎn)效率低、廢品多、損耗大，產(chǎn)品質(zhì)量也得不到保障。在這種情況下，就需要大幅度降低紡絲速度，以改善生產(chǎn)狀況，提高產(chǎn)品質(zhì)量。然而，對(duì)于PA6的POY紡絲成形來(lái)說(shuō)，當(dāng)紡速低于3 800 m/min時(shí)，紡絲絲束的內(nèi)應(yīng)力大大降低，絲束的彈性回縮力不夠，極易造成絲餅塌邊，無(wú)法成形。

本論文以91 dtex/68 f功能絲POY的生產(chǎn)為例，對(duì)在4 000 m/min以下的紡絲速度，POY絲餅成形存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析，并找到相應(yīng)解決辦法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

本實(shí)驗(yàn)采用新會(huì)美達(dá)錦綸股份有限公司尼龍6半消光切片M6A2403H,相對(duì)黏度2.46,TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3%。功能母粒為新會(huì)美達(dá)錦綸股份有限公司產(chǎn)自行研制，相對(duì)黏度2.35。

1.2 主要紡絲設(shè)備

采用巴馬格紡絲生產(chǎn)線(xiàn) （帶導(dǎo)絲盤(pán)）進(jìn)行紡絲成形，2S-900母粒添加采用母粒注射機(jī)（無(wú)錫新生代紡織機(jī)械有限公司生產(chǎn)，型號(hào)為DKTJ-Ⅰ）計(jì)量供給，紡絲卷繞頭型號(hào)為SW6。

1.3 性能測(cè)試

1.3.1 POY機(jī)械性能測(cè)試

采用瑞士生產(chǎn)的USTER TENSORAPID 3型強(qiáng)伸儀測(cè)試所得POY的機(jī)械性能，測(cè)試參考FZ-754024-2009《錦綸6預(yù)取向絲》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。1.3.2 紡絲張力測(cè)試

采用德國(guó)產(chǎn)SCHMIDT張力計(jì)測(cè)試卷繞張力，每束絲測(cè)5次，取平均值。

1.3.3 絲筒退繞性能測(cè)試

采用新會(huì)美達(dá)錦綸股份有限公司自主研發(fā)的退繞性能測(cè)試儀測(cè)試，在1 000 m/min的退繞速度下，連續(xù)測(cè)試退繞張力，每3 s記錄一次張力測(cè)試值，每卷絲總共測(cè)試15 min，畫(huà)出退繞張力變化曲線(xiàn)。

1.4 紡絲生產(chǎn)工藝流程及工藝設(shè)定

試驗(yàn)紡絲生產(chǎn)工藝流程如圖1所示，成形工藝設(shè)定如表1所示。

圖1 功能母粒添加法制備PA6 POY纖維工藝流程

表1 功能母粒添加法制備PA6 POY纖維工藝參數(shù)設(shè)定

2 結(jié)果與討論

2.1 試驗(yàn)

在如表1所示的適當(dāng)紡絲工藝條件下，通過(guò)調(diào)整卷繞的速度，卷繞超喂率和卷繞張力，所得POY生產(chǎn)狀況如表2所示。

表2 91 dtex/68 f功能絲POY生產(chǎn)卷繞工藝和生產(chǎn)狀況

由表2情況可以看出，在紡制生產(chǎn)難度大的多孔功能絲時(shí)，降低紡絲速度有利于生產(chǎn)向好的方向轉(zhuǎn)變。但當(dāng)紡絲速度降到3 800 m/min時(shí)，POY絲餅成形出現(xiàn)了塌邊，無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)生產(chǎn)，阻礙了紡絲速度的進(jìn)一步降低。隨著紡絲速度下降，紡絲張力也同時(shí)下降 （見(jiàn)表2），其結(jié)果導(dǎo)致絲餅成形不良、塌邊。調(diào)整絲路，降低卷繞超喂，使卷繞張力增大，但絲餅塌邊的情況并未好轉(zhuǎn)，可見(jiàn)卷繞張力并不是引起絲餅塌邊的直接原因。從表2同時(shí)可見(jiàn)，隨著紡絲速度下降，纖維斷裂強(qiáng)度下降，而斷裂伸長(zhǎng)率卻有所增大，這是因?yàn)樵诩徑z生產(chǎn)過(guò)程中，隨著紡絲速度的下降，纖維的取向度和結(jié)晶度下降，從而導(dǎo)致絲束的內(nèi)應(yīng)力下降，絲束的彈性回縮率下降。而PA6纖維吸濕性好，回潮率最高可達(dá)6%以上，PA6纖維在吸濕后會(huì)有一定的膨脹，因此，在卷繞過(guò)程中，絲束因在上油時(shí)吸收了大量水分，在卷取成為絲餅后仍會(huì)發(fā)生膨脹，此時(shí)，絲束的彈性回縮力就會(huì)抵消這種膨脹，絲餅成形中的塌邊現(xiàn)象便可在一定程度上避免。而當(dāng)紡絲速度降到3 800 m/min以下時(shí)，絲束的彈性回縮率降到小于絲束的膨脹率時(shí)，膨脹現(xiàn)象再次發(fā)生，卷繞中的絲餅結(jié)構(gòu)松馳，最終造成塌邊，無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間生產(chǎn)。這種塌邊的POY退繞性能差，退繞張力大且波動(dòng)大（見(jiàn)圖2），后加工困難。

圖2 絲餅在1 000 m/min速度下退繞的退繞張力變化圖

2.2 工藝調(diào)整

2.2.1 增大噴絲孔的直徑和提高噴頭牽倍數(shù)

為了能增大絲束的內(nèi)應(yīng)力以增大絲束的彈性回縮率，就必須增大纖維的取向度和結(jié)晶度，最直接有效的辦法即增大絲束的牽伸[1]。增大噴絲孔的直徑，噴頭牽倍就會(huì)增大，絲束的內(nèi)應(yīng)力增加，取向度也會(huì)提高，有利于增大絲束的彈性回縮。

2.2.2 使絲束產(chǎn)生一定的冷拉伸

絲束在卷繞的冷拉伸會(huì)非常明顯地增大絲束的內(nèi)應(yīng)力和彈性回縮率，卷繞張力也會(huì)增大，對(duì)絲餅的成形影響較明顯,91 dtex/68 f功能絲POY在3 500 m/min的紡絲速度下導(dǎo)絲盤(pán)1、導(dǎo)絲盤(pán)2的速度差與卷繞張力及絲餅成形的關(guān)系見(jiàn)表3。

表3 導(dǎo)絲盤(pán)1和導(dǎo)絲盤(pán)2的速度差與卷繞張力及絲餅成形的關(guān)系

2.2.3 調(diào)整絲束冷卻狀態(tài)

降低上油位置，增大側(cè)吹風(fēng)速度，使絲束充分冷卻固化，這樣由絲束高速運(yùn)行過(guò)程中的牽引力給絲束帶來(lái)的內(nèi)應(yīng)力就會(huì)增大。

2.2.4 紡絲溫度的改變

紡絲溫度太高，纖維內(nèi)大分子的運(yùn)動(dòng)太劇烈，不利于大分子取向和結(jié)晶。因此，降低紡絲溫度有利。

2.2.5 上油量的改變

提高油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)，降低油泵轉(zhuǎn)速。這樣可以在保證絲束上油率的情況下減少纖維的含水率，從而減弱絲束的膨脹效應(yīng)。

2.2.6 調(diào)整卷繞狀態(tài)

合適的卷繞張力能使絲餅的側(cè)面和端面都保持平整，絲餅成形良好[2]。91 dtex/68 f功能絲POY在3 500 m/min的紡絲速度下，卷繞張力隨卷繞超喂變化關(guān)系見(jiàn)圖3。因此調(diào)整卷繞超喂，控制卷繞張力在13～14 cN有利于成形。

圖3 卷繞張力隨卷繞超喂變化關(guān)系圖

2.2.7 卷繞交叉角的調(diào)整

根據(jù)絲餅側(cè)面成形的情況，調(diào)整絲餅直徑，調(diào)配絲餅不同直徑時(shí)的交叉角，能夠修正POY絲餅的成形不良的狀況。

圖4 調(diào)整前后卷繞交叉角曲線(xiàn)圖

如圖4所示，調(diào)整前采用固定交叉角生產(chǎn)，絲餅側(cè)面成形外凸明顯，采用調(diào)整后曲線(xiàn)的變化交叉角生產(chǎn)，生產(chǎn)出來(lái)的POY絲餅側(cè)面成形平整，成形良好。

通過(guò)上面幾個(gè)方面的工藝調(diào)整后， 91 dtex/ 68 f功能絲POY的生產(chǎn)最終采用的生產(chǎn)工藝見(jiàn)表4。

表4 91 dtex/68 f功能絲POY調(diào)整后的生產(chǎn)工藝

調(diào)整工藝后，91 dtex/68 f功能絲POY生產(chǎn)狀況大為改善，飄絲少、斷頭少，成形良好無(wú)塌邊現(xiàn)象，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，可以連續(xù)穩(wěn)定批量生產(chǎn)。生產(chǎn)出來(lái)的POY絲退繞性能良好，退繞性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖5所示。

圖5 工藝調(diào)整后生產(chǎn)出來(lái)的成形良好的POY的退繞張力曲線(xiàn)圖

由圖5可以看出，成形良好的POY絲的退繞張力小、退繞張力波動(dòng)范圍小，這表明絲餅退繞性能良好，后加工性能好。

3 結(jié)論

在PA6多孔功能POY絲低速紡絲過(guò)程中，常規(guī)的生產(chǎn)工藝容易造成POY成形不良、塌邊，嚴(yán)重影響POY的退繞性能，通過(guò)改變噴絲頭牽倍、加大導(dǎo)絲盤(pán)間的速度差、降低紡絲溫度、增大風(fēng)速、降低絲束的結(jié)束點(diǎn)、提高油劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)、調(diào)整卷繞超喂和交叉角，可以解決POY絲餅的成形塌邊問(wèn)題，改善POY的成形，提高POY的退繞性能。

鳴謝：在本文完成過(guò)程中，得到了本公司陳欣高級(jí)工程師的指導(dǎo)和華南理工大學(xué)高分子材料與工程系嚴(yán)玉蓉副教授的修改，在此一并表示衷心的感謝！

[1] 董紀(jì)震.合成纖維工藝學(xué) (上冊(cè)) [M].第2版.北京:中國(guó)紡織出版社,1991:147-154.

[2] 王顯樓.高速拉伸變形工藝和設(shè)備 [M].北京:中國(guó)紡織出版社,1987:52-53.

DISCUSSION OF FORMING PROCESS OF PA6 FIBER UNDER LOW SPEED SPINNING

LI Xi-lin
(Guangdong Xinhui Meida Nylon Co.,Ltd.，Jiangmen 529100,china)

The forming problem of the PA6 functional fiber on the 3500m/min speed of spinning was Analysised,summed up:improve the drawing ratio,reduce spinning temperature,increase cooling wind speed,increase cluster distance,improve the oil concentration,adjusting winding overfeed and cross angle can solve the PA6 low-speed spinning POY forming problems.

PA6 functional fiber;low speed spinning;forming

TQ342.11

B

10.3969／j.issn.1672-500x.2014.03.001

1672-500X(2014)03-0001-04

2014-08-01

李細(xì)林 （1969-），男，廣東人，化纖工藝工程師，從事錦綸6生產(chǎn)技術(shù)和管理工作。