熔體直紡275 dtex/288根細(xì)旦滌綸POY生產(chǎn)工藝

郭成越, 方千瑞, 李岳春, 魏中青, 和登科, 孫學(xué)江, 康忠良, 楊美娟

(1.榮盛石化股份有限公司, 杭州 311247; 2.浙江盛元化纖有限公司, 杭州 311247)

研究與技術(shù)

熔體直紡275 dtex/288根細(xì)旦滌綸POY生產(chǎn)工藝

郭成越1，2, 方千瑞2, 李岳春2, 魏中青1, 和登科2, 孫學(xué)江2, 康忠良2, 楊美娟1

(1.榮盛石化股份有限公司, 杭州 311247; 2.浙江盛元化纖有限公司, 杭州 311247)

從紡絲工藝、組件組裝工藝、卷繞工藝等方面對275 dtex/288根規(guī)格細(xì)旦滌綸POY的生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探討。結(jié)果表明：生產(chǎn)275 dtex/288根細(xì)旦多孔POY時(shí)，熔體輸送溫度280～284 ℃，紡絲溫度控制在290～293 ℃，組件初壓控制在15～19 MPa，選擇合適的環(huán)吹風(fēng)壓和卷繞成形參數(shù)等，可以確保POY生產(chǎn)的穩(wěn)定和后加工的順利進(jìn)行。

熔體直紡; POY; 細(xì)旦纖維; 紡絲工藝

2008年金融危機(jī)以來，滌綸長絲的產(chǎn)能以每年10%的速度擴(kuò)張，產(chǎn)能過剩、市場疲軟的問題逐步惡化，滌綸常規(guī)產(chǎn)品市場競爭激烈，利潤空間變小，許多生產(chǎn)滌綸常規(guī)產(chǎn)品的企業(yè)甚至虧本經(jīng)營。下游紡織客戶為適應(yīng)消費(fèi)者日益提升的消費(fèi)需求以獲得更多利潤而競相選用新的、多功能、多樣化原料來開發(fā)新產(chǎn)品，對原料的要求也發(fā)生了轉(zhuǎn)變[1-2]，尤其是對細(xì)旦多孔滌綸長絲[3-4]的需求日趨旺盛。細(xì)旦多孔絲織物因其具有優(yōu)良的手感、良好的懸垂性和服用性能而暢銷，因此，為了獲得較高的利潤并在激烈競爭的市場中更好地生存，國內(nèi)的化纖廠紛紛調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)而擴(kuò)建或改造工廠生產(chǎn)細(xì)旦多孔絲[5-8]。

本研究從紡絲工藝、組件組裝工藝、卷繞工藝等方面對275 dtex/288根規(guī)格POY的生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探討。試驗(yàn)采用筆者所在公司的長絲裝置熔體直紡工藝，聚合部分為中國紡織科學(xué)研究院專利技術(shù)，紡絲卷繞部分均采用barmag技術(shù)，主要設(shè)備由歐瑞康Barmag公司提供，可年產(chǎn)10萬t細(xì)旦、超細(xì)旦多孔POY,1.5萬t半消光切片。紡絲車間采用了barmag最先進(jìn)的外環(huán)吹箱體和Wings卷繞頭及國內(nèi)首套意大利Autfa自動(dòng)化落絲設(shè)備。設(shè)計(jì)POY單絲纖度在1.0 dtex以下、噴絲板孔數(shù)在72根以上。

1 試 驗(yàn)

1.1 材 料

聚酯熔體(筆者公司自產(chǎn))：特性黏度0.640～0.645 dL/g，熔點(diǎn)≥258 ℃，端羧基含量為24～27 mol/t，DEG含量1.25%。L165M型POY油劑(德國S-S公司)。

1.2 設(shè)備及測試儀器

瑞士MAAG公司增壓泵，歐瑞康barmag公司紡絲箱體和Wings卷繞頭，Barmag10×3.0 mL計(jì)量泵。

德國TEXTECHNO公司STATIMATM ME+強(qiáng)伸儀，瑞士Uster-TESTER 5型條干儀，Malvern公司Rosand RH7型毛細(xì)管流變儀。

1.3 工藝流程

聚酯熔體→增壓輸送→熔體混合→紡絲計(jì)量→成形組件→外環(huán)吹風(fēng)→油嘴上油→網(wǎng)絡(luò)→卷繞成型→成品→POY后加工。

1.4 方法及條件

熔體剪切速率測試是在RH7型毛細(xì)管流變儀中進(jìn)行并模擬紡絲過程中的熔體溫度、熔體壓力、毛細(xì)孔徑等條件；噴絲頭拉伸比是通過紡絲卷繞速度與熔體從噴絲孔噴出速度之比進(jìn)行計(jì)算得到；纖維的強(qiáng)伸度測試條件：試樣夾持長度500 mm，預(yù)加張力0.8 cN，拉伸速度500 m/min，恒溫恒濕(25 ℃、相對濕度65%)。

2 結(jié)果與討論

2.1 熔體輸送條件

聚酯熔體輸送系統(tǒng)采用中國紡織科學(xué)研究院專利技術(shù)，利用液相熱媒和熔體冷卻器調(diào)節(jié)熔體輸送溫度，液相熱媒大循環(huán)溫度(熔體輸送溫度)控制在280～284 ℃，熔體冷卻器溫度272～276 ℃。因受廠房設(shè)計(jì)位置的限制，熔體出料泵到POY紡絲箱體的熔體管道長達(dá)130～145 m，熔體停留時(shí)間較長，在高溫輸送過程中發(fā)生降解，大循環(huán)溫度在288 ℃以上時(shí)特性黏度降達(dá)0.0025 dL/g以上，紡絲飄絲、斷頭現(xiàn)象較為嚴(yán)重。通過降低大循環(huán)溫度和熔體冷卻器溫度，降低熔體輸送溫度，在保證熔體輸送泵的正常運(yùn)行和防止溫度過低造成熔體道堵塞的條件下，將熔體特性黏度降控制在0.0015 dL/g以下，可以獲得良好穩(wěn)定的紡絲生產(chǎn)狀況。

熔體輸送溫度的調(diào)整還要考慮POY生產(chǎn)線的產(chǎn)量變化，一般而言，產(chǎn)量減少，熔體的流動(dòng)性差，需要提高熔體輸送溫度以使熔體獲得良好的流變性；產(chǎn)量增加，熔體的自摩擦生熱、熔體降解加劇，需要適當(dāng)降低熔體冷卻器溫度以提高無油絲黏度。

2.2 紡絲溫度

紡絲溫度采用兩套汽相熱媒系統(tǒng)分別控制，大鍋爐汽相熱媒控制紡絲箱體溫度，小鍋爐汽相熱媒控制汽液交接點(diǎn)到紡絲箱體入口段熔體溫度。一般汽相管線溫度控制在低于箱體溫度3～6 ℃，以減少熔體在輸送過程中的降解，提高無油絲黏度；但是汽相管線的溫度不能設(shè)置過低，否則管線內(nèi)的靜態(tài)混合器將無法保證熔體在經(jīng)過靜態(tài)混合器后獲得良好的均勻性，造成飄絲、斷頭增加。

PET熔體的表觀黏度對紡絲溫度具有較強(qiáng)的依賴性，因此，選擇合適的紡絲溫度可以有效改變?nèi)垠w的流變性。275 dtex/288根細(xì)旦多孔POY的噴絲板規(guī)格為0.6 mm×0.15 mm，毛細(xì)孔的孔長大、孔徑小，熔體單孔吐出量較小，熔體單絲出噴絲板后比表面積大，初生絲易于散熱，無風(fēng)區(qū)較常規(guī)絲短，絲束冷卻速度大大加快，凝固點(diǎn)明顯上移，出口形變區(qū)縮短。因此，細(xì)旦POY的紡絲溫度必須適當(dāng)提高，以改善熔體在噴絲板毛細(xì)孔的流動(dòng)性，減少因入口效應(yīng)產(chǎn)生的未消除應(yīng)力積累的彈性因子，避免因流動(dòng)性差產(chǎn)生冷絲、竹節(jié)絲而影響POY可紡性。

但是，過高的紡絲溫度將造成熔體特性黏度降低過多，產(chǎn)生的低聚物在噴絲板上積累而縮短保板周期，增加飄絲、斷頭。275 dtex/288根細(xì)旦多孔POY的紡絲溫度選擇在290～293 ℃可以保證熔體良好的均勻性和流動(dòng)性，特性黏度降控制在0.0015 dL/g以下。

2.3 噴絲板的選擇

噴絲板的選擇是生產(chǎn)275 dtex/288根細(xì)旦多孔POY的關(guān)鍵，噴絲板選用不當(dāng)會(huì)造成紡絲生產(chǎn)的諸多異?，F(xiàn)象，如飄絲、毛絲、并絲等，嚴(yán)重的將產(chǎn)生大量斷頭，廢絲消耗增加了，產(chǎn)品質(zhì)量也難以控制。

噴絲板的板徑、噴絲孔的孔徑和長徑比是選用細(xì)旦絲噴絲板的關(guān)鍵。275 dtex/288根POY的噴絲孔孔數(shù)達(dá)到288個(gè)，如果噴絲板板徑過小，將造成板孔間距過小，絲束間距不夠而產(chǎn)生初生絲因冷卻不足形成并絲現(xiàn)象。

圖1和圖2是不同噴絲板孔徑對應(yīng)的熔體剪切速率和熔體在噴絲頭處的拉伸比。由圖1和圖2可知，熔體剪切速率隨著噴絲孔徑的增加而減小，而熔體在噴絲頭處的拉伸比隨著噴絲孔徑的增加而增加。在高速紡絲條件下，聚酯大分子的松弛時(shí)間約為10-3s，因此為了保證聚酯大分子在噴絲孔內(nèi)的凈取向效果，剪切速率必須大于大分子的松弛速率，一般以(1～3)×104/s為宜，同時(shí)適當(dāng)控制其噴絲頭拉伸比在80～250。

圖1 噴絲板孔徑與熔體剪切速率的關(guān)系Fig.1 Relations between hole diameter of spinneret plate and melt shearing rate

圖2 噴絲板孔徑與噴絲頭處熔體拉伸比的關(guān)系Fig.2 Relations between hole diameter of spinneret plate and the melt ratio at hole diameter of spinneret plate

熔體離開噴絲孔時(shí)，熔體細(xì)流直徑變大的現(xiàn)象稱為膨化，膨化率過大會(huì)造成柱頭、粘板、甚至熔體破裂。在孔徑一定的條件下，噴絲孔變長，熔體在噴絲孔中的松弛時(shí)間延長，可以有效降低膨化率。長徑比過大，則噴絲板加工難度大大提高，因此，細(xì)旦絲的長徑比一般在2.5～5.0為宜。

通過以上分析和數(shù)據(jù)對比再結(jié)合生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)，生產(chǎn)275 dtex/288根 POY時(shí)采用噴絲板板徑為φ104、孔徑為0.15 mm、長徑比為4的噴絲板時(shí)紡絲狀況和產(chǎn)品質(zhì)量均較好。

2.4 組件工藝

紡絲組件是紡絲設(shè)備的核心，其結(jié)構(gòu)直接影響紡絲質(zhì)量。組件工藝可以通過組件初始壓力的大小進(jìn)行表征，組件的初始壓力是熔體通過新上組件的過濾層和噴絲板時(shí)受到阻力的反作用力。因此，組件的初壓主要取決于組件過濾層的結(jié)構(gòu)和噴絲板的孔徑。由于Barmag環(huán)吹組件采用的是自密封結(jié)構(gòu)，過低的組件壓力將造成嚴(yán)重的漏料。通過試驗(yàn)，一般采用自密封組件生產(chǎn)多孔細(xì)旦POY,組件初始壓力控制在15～19 MPa可以避免漏料并取得較好的紡絲狀況。

275 dtex/288根 POY絲的單絲直徑17 μm，因此過濾網(wǎng)的過濾精度選擇15 μm為宜，以免熔體細(xì)流因所含凝聚粒子的直徑偏大而產(chǎn)生飄絲、斷頭現(xiàn)象。

275 dtex/288根細(xì)旦多孔POY選用的噴絲板孔徑在0.15mm，噴絲板的孔徑小，熔體流通面積小，熔體流過噴絲板受到阻力的反作用力(俗稱背壓)就高，因此，在噴絲板和過濾網(wǎng)選定的條件下，選擇合適規(guī)格的金屬砂就顯得尤為重要。選用的金屬砂要粒徑均勻、棱角分明、雜質(zhì)含量少。兩種相鄰目數(shù)的金屬砂搭配使用可以使熔體剪切流動(dòng)更加均勻。

2.5 環(huán)吹風(fēng)冷卻成形工藝

環(huán)吹風(fēng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可以保證噴絲板的每圈絲束能獲得相同的冷卻風(fēng)，風(fēng)速達(dá)到比側(cè)吹風(fēng)更加均勻的冷卻效果；同時(shí)由于環(huán)吹風(fēng)濾筒出風(fēng)面積遠(yuǎn)小于側(cè)吹風(fēng)，環(huán)吹噴絲板的內(nèi)外層絲束和環(huán)吹濾筒的距離也小于側(cè)吹風(fēng)，因此，環(huán)吹冷卻風(fēng)對細(xì)旦多孔絲的紡絲狀況和產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的影響更為明顯。

在環(huán)吹紡絲過程中應(yīng)控制的主要工藝參數(shù)：風(fēng)壓、風(fēng)溫和風(fēng)濕。在環(huán)吹濾筒出風(fēng)面積一定的條件下，環(huán)吹風(fēng)風(fēng)壓越大，環(huán)吹濾筒表面的風(fēng)速越高，風(fēng)速的大小直接影響絲束的條干和染色性能。若風(fēng)壓過大，冷卻風(fēng)在到達(dá)絲束中心后將形成湍流，必將引起內(nèi)層絲條的振蕩和飄動(dòng)，使初生絲條冷卻不勻、條干不勻率上升，嚴(yán)重的將產(chǎn)生熔體破裂形成飄絲、斷頭；風(fēng)壓過小，環(huán)吹內(nèi)層絲束得不到充分的冷卻，絲束冷卻長度增加，造成絲束凝固點(diǎn)飄移，嚴(yán)重的將產(chǎn)生并絲、斷頭。生產(chǎn)細(xì)旦多孔POY，絲束的線密度和單絲線密度均較小，絲條的散熱速度快，一般在絲束擾動(dòng)最小、冷卻光圈穩(wěn)定狀態(tài)、絲束的條干CV值較小時(shí)的風(fēng)壓是最佳的風(fēng)壓條件。環(huán)吹風(fēng)風(fēng)溫過高，絲束冷卻不夠容易出現(xiàn)拉伸不勻，導(dǎo)致斷頭率上升；風(fēng)溫過低，導(dǎo)致噴絲板的板面溫度降低，易引起熔體表面出現(xiàn)皮芯結(jié)構(gòu)或熔體破裂，從而導(dǎo)致絲條發(fā)硬，造成飄絲、斷頭增加。環(huán)吹風(fēng)的相對濕度可以有效減少紡程靜電和絲束的無規(guī)則擾動(dòng)。通過生產(chǎn)實(shí)踐證明，生產(chǎn)275 dtex/288根細(xì)旦多孔POY的環(huán)吹風(fēng)風(fēng)壓控制在40～45 Pa，風(fēng)溫控制在20～22 ℃，風(fēng)濕控制在80%～90%，紡絲紡況和POY產(chǎn)品質(zhì)量均較好。

2.6 卷繞速度

圖3、圖4、圖5分別是不同卷繞速度下275 dtex/288根細(xì)旦多孔POY的斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率和強(qiáng)伸度偏差率的關(guān)系圖。

圖3 卷繞速度與纖維斷裂強(qiáng)度的關(guān)系Fig.3 Relations between the winding speed and the breaking strength of fibers

圖4 卷繞速度與纖維斷裂伸長率的關(guān)系Fig.4 Relations between the winding speed and the elongation at break of fibers

圖5 卷繞速度與纖維強(qiáng)伸度偏差率的關(guān)系Fig.5 Relations between the winding speed and breaking strength index deviation ratio

卷繞速度直接決定了POY的產(chǎn)量和強(qiáng)伸指標(biāo)。對任何長絲工廠而言，卷繞速度高，單線產(chǎn)量高，生產(chǎn)單耗和生產(chǎn)成本大幅降低，但是POY絲的預(yù)取向特點(diǎn)決定了卷繞速度高，POY的斷裂伸長率降低，預(yù)取向度相應(yīng)增加，而預(yù)取向度高的POY在后加工拉伸過程中易產(chǎn)生毛絲、斷頭；低的卷繞速度，紡絲狀況穩(wěn)定，但是產(chǎn)量降低，POY的斷裂強(qiáng)度降低，生產(chǎn)效率低下。

根據(jù)紡絲生產(chǎn)狀況和POY后加工生產(chǎn)狀況，在Barmag環(huán)吹裝置上紡制275dtex/288根細(xì)旦多孔POY的卷繞速度控制在2 550 m/min，斷裂伸長率為128%左右，POY的后加工斷頭較少，DTY的一等品率可以達(dá)到96%以上。

2.7 成形及后加工性能

POY成形的影響因素：卷繞成形模式、卷繞角、卷繞張力、接觸壓力等。一般地，Barmag公司的Wings卷繞頭預(yù)設(shè)的兩種成形模式均可獲得良好的絲餅卷裝。生產(chǎn)實(shí)踐證明，紡制275 dtex/288根 POY的卷繞角在5.3～6.3°、卷繞張力18g左右、接觸壓力100～130 N時(shí)可以保證絲餅成形良好、外觀異常率在0.5%以內(nèi)。

影響POY退繞和后加工性能的因素：卷裝密度、卷繞角、接觸壓力、網(wǎng)絡(luò)壓力和油劑性能等。POY細(xì)旦絲通過調(diào)整卷繞張力、卷繞角和接觸壓力將卷裝密度控制在9.2～9.4kg/m3，可以獲得較好的退繞性能，網(wǎng)絡(luò)壓力提高到0.1MPa可以提高細(xì)旦POY的絲束抱合性以減少退繞張力，S-S公司L-165M油劑生產(chǎn)的POY絲束抱合性好、退繞張力穩(wěn)定、后加工斷頭較少。275dtex/288根細(xì)旦多孔POY在TMT 384加彈機(jī)上加工時(shí)，DTY工藝容易調(diào)整，DTY成品物檢指標(biāo)良好，染色M率在98%以上，一等品率達(dá)到96%以上。

3 結(jié) 論

1)生產(chǎn)275 dtex/288根細(xì)旦多孔POY時(shí)，熔體輸送大循環(huán)溫度控制在280～284 ℃，熔體冷卻器溫度控制在272～276 ℃，紡絲溫度控制在290～293 ℃。

2)組件過濾網(wǎng)的過濾精度選擇為15 μm為宜，選用噴絲孔徑為0.15 mm，選用粒徑均勻、棱角分明、雜質(zhì)含量少的金屬砂，生產(chǎn)多孔細(xì)旦POY的組件初始壓力控制在15～19 MPa，可以確保紡絲的順利進(jìn)行。

3)生產(chǎn)275 dtex/288根細(xì)旦多孔POY的環(huán)吹風(fēng)風(fēng)壓控制在40～45 Pa、風(fēng)溫控制在20～22 ℃、風(fēng)濕度控制在80%～90%、卷繞速度控制在2 550 m/min、卷繞角在5.3～6.3°、卷繞張力18 g左右、接觸壓力100～130 N時(shí)，紡絲紡況和POY產(chǎn)品質(zhì)量均較好，且在后加工過程中毛絲、斷頭少、退繞性能優(yōu)良。

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Manufacturing Technology of Melt Direct Spinning of 275 dtex/288 f Fine-Denier Polyester POY

GUO Chengyue1,2, FANG Qianrui2, LI Yuechun2, WEI Zhongqing1, HE Dengke2, SUN Xuejiang2,KANG Zhongliang2, YANG Meijuan1

(1.Rongsheng Petrochemical Group Co.,Ltd., Hangzhou 311247, China; 2. Zhejiang Shengyuan Chemical Fiber Co.,Ltd.,Hangzhou 311247, China)

This paper discusses key manufacturing techniques of 275 dtex/288 f fine-denier polyester POY from the aspects of spinning technology, component assembly process and winding technology. The results show that during manufacturing 275 dtex/288 f fine-denier polyester POY, POY production stability and smooth post-processing can be guaranteed under the following conditions: melt temperature 280～284 ℃; spinning temperature 290～293 ℃; initial pressure of components 15～19 MPa; appropriate circular wind pressure winding parameters.

melt direct spinning; POY; fine-denier polyester; spinning technology

10.3969/j.issn.1001-7003.2014.06.001

2014-03-30

浙江省工業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)項(xiàng)目(201205AH0171)

郭成越(1960-)，男，高級工程師，主要從事聚酯纖維的生產(chǎn)和管理。

TQ342.21

A

1001-7003(2014)06-0001-05