2- 85 dtex/48 f扁平滌綸FDY的開發(fā)

孫 榮 召

(中國石油化工股份有限公司洛陽分公司，河南 洛陽 471012)

2- 85 dtex/48 f扁平滌綸FDY的開發(fā)

孫 榮 召

(中國石油化工股份有限公司洛陽分公司，河南 洛陽 471012)

采用特性黏數為0.645 dL/g的半消光聚對苯二甲酸乙二醇酯熔體生產2- 85 dtex/48 f扁平滌綸全拉伸絲(FDY)，探討了其生產工藝條件。結果表明：較佳的生產工藝條件為噴絲板孔長1.4 mm、孔寬0.12 mm，油嘴上油，紡絲溫度288 ℃，環(huán)吹風壓力40 Pa，第一熱輥速度1 900 m/min，溫度91 ℃，第二熱輥速度4 450 m/min，溫度133 ℃，拉伸倍數2.2～2.5，卷繞速度4 400 m/min；采用雙頭紡工藝生產的扁平滌綸FDY條干不勻率為1.36%，沸水收縮率為7.5%，產品染色均勻度大于等于4級，扁平度為4.78，各項質量指標達到了預定的要求，纖維截面均勻，手感豐滿。

聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維 全拉伸絲 異形纖維 扁平纖維 生產工藝 性能

扁平纖維主要是通過物理改性方法利用噴絲板改變纖維形狀，形成“一”字形的異性截面。扁平纖維對光的反射率大、反射程度強，透光性差，具有優(yōu)異的毛立直感，其耐污性好。同時，扁平纖維還擁有吸濕性好、散熱快、抗起球性等特點。扁平纖維廣泛適合于織造高密防水織物、仿真絲織物、仿麻織物、起絨和拉絨織物，用于制作春亞紡、冰花燈芯絨、珊瑚絨、桃皮絨等產品，具有較大的市場需求。扁平滌綸全拉伸絲(FDY)具有扁平度保留程度高的特點，其織物具有鉆石般的光澤與亮度，手感柔軟滑糯，被稱為“鉆石紗”。

作者對熔體直紡2- 85dtex/48f扁平滌綸FDY的雙頭紡工藝進行了探討，取得了較滿意的結果。

1 試驗

1.1 原料

聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)半消光熔體：特性黏數0.645 dL/g，端羧基含量30 mol/t，熔點254 ℃，中國石油化工股份有限公司洛陽分公司產；TF-98油劑：天津工業(yè)大學生產。

1.2 主要設備及儀器

增壓泵：瑞士Maag公司制；紡絲機：北京中麗化纖機械織造有限公司制； TW-716/8-4B全自動卷繞頭：日本TMT公司制；Uster-Ⅲ型強伸儀、Uster-Ⅳ型條干儀：瑞士Uster公司制；OXFORD MQA7020型核磁共振測試儀：英國牛津儀器有限公司制。

1.3 生產工藝

采用雙頭紡技術生產2- 85 dtex/48 f扁平滌綸FDY，其紡絲卷繞工藝流程見圖1，工藝參數見表1。

圖1 2- 85 dtex/48 f扁平FDY生產工藝流程示意

2 結果與討論

2.1 噴絲板與組件配比

紡絲熔體的流動狀態(tài)與噴絲孔的形狀及尺寸的大小密切相關。按照流變學觀點，紡絲熔體大多數是非牛頓流體，它在不同的孔道中流動時，有如下公式可以提供對噴絲板微孔尺寸的設計、檢驗和修正[1]。

D=4q/s

(1)

(2)

纖維的扁平度隨孔截面的長寬比增加而增加，但是隨著噴絲板孔長寬比的增大，會降低熔體在孔道中的流速，造成噴絲頭拉伸比太大，后拉伸倍數小，容易使單絲斷裂，產生注頭，增加毛絲和斷絲[2]。另外長寬比太大，噴絲板的制造和維護成本會大幅增加，紡出的織物發(fā)軟[3]。本試驗采用了環(huán)吹風的冷卻形式，噴絲板的選型采用長周邊指向噴絲板中心的排列指向，以利于絲束的均勻冷卻，減少冷卻風對絲束的擾動。與紡制單頭的FDY工藝相比，2- 85dtex/48f扁平FDY是利用單個組件紡制雙頭絲束的雙頭紡工藝生產，容易因為熔體在組件內受力不均勻而造成偏流現象。試驗表明，噴絲板孔徑的大小和噴絲孔的排列方式對兩束絲的均勻性起決定性作用。

表2 不同規(guī)格噴絲板生產的扁平滌綸的線密度變異系數及扁平度

異形噴絲孔的孔面積約為圓形孔孔面積的4倍，熔體的噴出速度比常規(guī)品種小，熔體在噴絲孔中的流動性較差，出口脹大效應相對嚴重。采用非圓形噴絲孔紡絲時，其孔壁的法向應力不均勻，噴絲孔的擠出脹大也是不均勻的[4]。為了減少脹大效應的發(fā)生，生產中通過調整組件砂配比來提高組件的初始壓力以改善熔體的流變性，經過試驗，確定組件初始壓力為12.5 MPa。

2.2 紡絲溫度

扁平纖維長寬比隨紡絲溫度的提高而下降[5]，較低的紡絲溫度有利于纖維扁平度的增加。這是因為隨著紡絲熔體溫度的升高，在相同的冷卻條件下，熔體細流的凝固點下移，冷卻時間變長，絲條的變形時間增加。同時，在形變區(qū)內熔體細流的黏度隨溫度的升高而下降，熔體擠出后的膨化效應降低，基礎細流偏離噴絲孔形狀的阻力減小[6]，在表面張力的作用下更易向圓形截面變化。因此，較低的紡絲溫度更有利于提高纖維的扁平度。另外，扁平纖維的比表面積大，在噴絲孔附近的熱降解程度大于普通纖維，會使噴絲板周圍白粉聚集快，板面易臟，導致紡絲鏟板周期縮短，紡絲斷頭多。為抑制熱降解的發(fā)生，適宜于采用較低的紡絲溫度。但較低的紡絲溫度又會使熔體流動黏度增大，熔體的流動性降低，加劇熔體的出口脹大現象，引起紡絲過程中毛絲和斷頭的增加，降低紡絲的穩(wěn)定性。過低的紡絲溫度又會導致熔體細流的流變阻力增大和可紡性變差，影響纖維的結構和后拉伸性能。從表3可知，紡絲溫度控制在288 ℃比較合適，既可兼顧扁平度，又可減少毛絲和斷頭的發(fā)生。

表3 紡絲溫度對滌綸扁平FDY可紡性的影響

2.3 吹風冷卻

扁平纖維的生產工藝中，冷卻成形條件是影響扁平度和后拉伸產品質量的關鍵參數。冷卻越快，扁平度越高[7]。扁平纖維的比表面積大，絲條迎風的受力面積大，散熱性好，相對的冷卻速度較快，熔體凝固點上移。因此扁平纖維宜采用稍低的吹風速度，以避免初生纖維因急冷產生的皮芯現象，并減小因風速高帶來的絲條晃動，以得到條干均勻，染色良好的產品[8]。比較側吹和外環(huán)吹這兩種冷卻形式，外環(huán)吹風從四周吹風，冷卻風能夠以一半的行程即穿透絲束，可以以更低的風速達到快速冷卻的目的，而且外環(huán)吹的冷卻風比較集中，有利于減少凝固點以下冷卻風對絲束的干擾。因此，環(huán)吹風冷卻更適合于扁平絲的生產。經過試驗，選擇環(huán)吹風壓力在35～40 Pa為宜。實踐發(fā)現，在生產扁平纖維時，采用環(huán)吹風冷卻可以顯著減少噴絲板周圍的白粉現象，延長紡絲的鏟板周期，這是因為環(huán)吹風快速有效的冷卻在一定程度上抑制了熔體在細流拉伸階段的降解現象。

2.4 紡絲速度

采用油嘴上油后，由于集束上油位置上移而造成的紡絲張力降低的因素大于扁平纖維比表面積大造成的紡絲張力增加的因素，因此，要保證紡絲的張力在適宜的范圍內，必須適當提高紡絲速度即GR1速度。經過試驗，選取紡絲速度控制在1 900 m/min比較合適，在此條件下，生產斷頭少，毛絲少。

2.5 集束上油

按照扁平度為4.8對2- 85 dtex/48 f扁平纖維的比表面積進行測算，約為普通圓形85 dtex/48 f纖維比表面積的2.2倍。由于扁平纖維的比表面積大，采用油輪上油時，其集束位置低，紡程長，會造成紡絲張力過高，后果是毛絲、斷頭增多，紡絲狀況不穩(wěn)定，為了降低紡絲張力要相應地降低紡絲速度，進而造成生產效率下降。采用油嘴上油，可以使集束上油位置上移，降低紡絲張力，消除上述矛盾，并保證生產效率。由表4可見，生產扁平滌綸FDY絲時，宜在紡絲集束，采用油嘴上油。經過試驗,確定油嘴集束位置為距離噴絲板800 mm。

表4 2種上油方式對紡絲的影響

2.6 熱輥拉伸工藝

在FDY熱輥拉伸工藝中，噴絲頭拉伸倍數主要取決于GR1的速度，后拉伸倍數主要取決于GR2的速度。兩個熱輥必須保持一定的比例關系，才能保持成品絲的線密度和伸長率在預先設定的范圍內。生產中噴絲板的板孔規(guī)格和產品線密度一旦確定，總拉伸倍數就固定下來。在FDY的兩段拉伸中，熱輥拉伸倍數對纖維的物理機械性能有決定性的作用[9]。由于扁平初生纖維的取向度較高，在拉伸過程中，與圓形纖維相比，其拉伸應力增大，拉伸倍數降低。拉伸倍數較高時，染色性能好，但扁平纖維的應力較大，應力集中處絲條容易斷裂，產生毛絲，導致GR2上卷絲嚴重[10]。拉伸倍數過低會造成拉伸張力低，絲條在熱輥表面的穩(wěn)定性差，易造成產品出現染斑或繞輥斷頭。經過試驗，一般選取拉伸倍數2.2～2.5為宜。本試驗中由于采用油嘴上油，紡絲速度即GR1速度相對較高，為保證后拉伸倍數，GR2速度和卷繞速度也相應提高。試驗中控制GR1速度為1 900 m/min，GR2速度為4 400 m/min。采用雙頭紡工藝生產2- 85 dtex/48 f扁平滌綸FDY時，因為絲條數量增加一倍，為保證分絲效果，在GR1，GR2單元的繞絲各減少一圈，絲束在熱輥上的行程變短，但扁平纖維與熱輥的接觸面積較常規(guī)圓形纖維要大，因此在GR1和GR2的溫度控制上與常規(guī)圓形纖維相比變化不大。通過試驗, 確定GR1，GR2溫度分別為91，133 ℃，染色M率為99%，在此工藝條件下生產狀況良好。

2.7 產品質量

綜合以上優(yōu)化的工藝條件，生產得到的2- 85dtex/48f扁平滌綸FDY產品質量優(yōu)良，纖維的線密度變異系數小于1.0%，滿卷率達到95%。其產品質量指標如表5所示。

表5 2- 85 dtex/48 f扁平滌綸FDY產品質量指標

纖維扁平度為4.78，截面均勻、閃光、蓬松、手感豐滿，達到了預定的效果。

3 結論

b.扁平纖維長寬比隨紡絲溫度的升高而下降，較低的紡絲溫度有利于纖維扁平度的增加。

c.扁平纖維的初生纖維具有較高取向度，采用較為緩和的拉伸工藝有利于纖維拉伸的順利進行和保持較高的扁平度。

d.通過設計適宜的噴絲板規(guī)格參數，選擇合適的紡絲/拉伸/卷繞工藝，可以在直接紡裝置上穩(wěn)定地生產出質量優(yōu)良的2- 85 dtex/48 f扁平滌綸FDY。

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Development of 2-85 dtex/48 f flat polyester FDY

Sun Rongzhao

(SINOPECLuoyangCompany,Luoyang471012)

A flat polyester fully-drawn yarn (FDY) of 2-85 dtex/48 f was produced from semi-dull polyethylene terephthalate melt with the intrinsic viscosity of 0.645 dL/g. The production process conditions were discussed. The results showed that the flat polyester FDY could be produced with the yarn irregularity of 1.36%, boiling water shrinkage 7.5%, dyeing uniformity not less than grade 4, flatness 4.78 via double spinning process under the conditions of spinneret hole length 1.4 mm and hole width 0.12 mm, nipple oiling, spinning temperature 288 ℃, circular air blow pressure 40 Pa, the first hot roller rotation speed 1 900 m/min and temperature 91 ℃,the second hot roller rotation speed 4 450 m/min and temperature 133 ℃, draw ratio 2.2-2.5, winding speed 4 400 m/min; and the fiber was of even cross section and rich handle and the quality index of the fiber satisfied the desired requirements.

polyethylene terephthalate fiber; fully-drawn yarn; profiled fiber; flat fiber; production process; property

2016- 09-26； 修改稿收到日期：2016-12- 02。

孫榮召(1972—)，男，高級工程師，長期從事化纖生產管理和新產品開發(fā)工作，現從事安全管理工作。E-mail：sunrz.lysh@sinopec.com。

TQ342+.21

B

1001- 0041(2017)01- 0068- 04