10D系列超細(xì)旦滌綸長絲紡絲工藝研究

韋開順，王永鋒

(江蘇恒科新材料有限公司，江蘇南通 226368)

應(yīng)用技術(shù)

10D系列超細(xì)旦滌綸長絲紡絲工藝研究

韋開順，王永鋒

(江蘇恒科新材料有限公司，江蘇南通 226368)

為了提高10D系列超細(xì)旦滌綸長絲的物理性能，開發(fā)了新型環(huán)吹風(fēng)技術(shù)、新型環(huán)吹濾芯全錠位清洗及檢測技術(shù)和新型錠軸支撐套加熱技術(shù)，同時(shí)在生產(chǎn)過程中對紡絲溫度、冷卻條件、上油工藝、拉伸條件等工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，得到最佳工藝條件，制備了品質(zhì)優(yōu)良的產(chǎn)品。

滌綸 超細(xì)旦 紡絲工藝

超細(xì)纖維是化學(xué)纖維發(fā)展的一大突破，它的開發(fā)帶來了紡織工業(yè)“劃時(shí)代”的新產(chǎn)品[1]。隨著人們生活水平的不斷提高，人們對衣著的舒適感、功能性、多樣化和品位提出了更高的要求，普通滌綸纖維已不能滿足高檔面料生產(chǎn)的使用要求。對于現(xiàn)代服裝，已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)以材質(zhì)取勝的時(shí)代，采用新型超細(xì)纖維開發(fā)的面料可以極大提高服裝的附加值。熔體直紡10D系列超細(xì)旦滌綸長絲具有輕薄、染色性能好、同時(shí)具有較強(qiáng)柔軟性，其織物具有絲綢般的柔軟，織物覆蓋力極強(qiáng)及服裝生理效果好等優(yōu)點(diǎn)，可以用來做高檔高密滌塔夫等高端紡織產(chǎn)品。

10D系列超細(xì)旦滌綸長絲的關(guān)鍵技術(shù)包括：(1)高穩(wěn)定高均勻熔體制備及熔體輸送與分配的關(guān)鍵技術(shù)；(2)均勻性高壓紡絲組件及噴絲板設(shè)計(jì)加工的關(guān)鍵技術(shù)；(3)高穩(wěn)定高均勻超細(xì)旦纖維成形的關(guān)鍵技術(shù)。江蘇恒科新材料有限公司利用特殊超細(xì)旦纖維成形技術(shù)生產(chǎn)出滌綸半消光或大有光圓形截面10D/12f，10D/6f，10D/24f，以及大有光三角或三葉等異形截面的10D超細(xì)旦滌綸長絲產(chǎn)品并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，同時(shí)不斷與下游織造客戶合作，發(fā)揮10D產(chǎn)品手感柔軟、輕薄、舒適等特性，開發(fā)新型高檔紡織面料。

1 試 驗(yàn)

1.1 原料及指標(biāo)

表1 PET物理指標(biāo)

1.2 主要設(shè)備

熔體增壓泵，Thermorex 140M ，瑞士Maag公司。

熔體分配閥，DN100/68/68/68/68 PN320，奧地利APB公司。

紡絲箱體，容積0.27 m3，設(shè)計(jì)溫度320 ℃，上海鐵美機(jī)械有限公司。

卷繞機(jī)，ATi-II614MR，日本 TMT 公司。

1.3 測試儀器

全自動(dòng)單紗強(qiáng)力機(jī)YG023B-Ⅲ，常州紡織儀器廠。

自動(dòng)型條干儀UT5-C800，瑞士USTER公司。

纖維含油率分析儀Minispec mq20，德國BRUKER公司。

縷紗測長機(jī)YG086，常州紡織儀器廠。

斷面檢測儀Nikon E100，南京江南萬士新電子有限公司。

精密電子天平FA1204N，上海民橋精密科學(xué)儀器有限公司。

接觸式點(diǎn)溫儀HD-1200E，安立計(jì)器株式會(huì)社。

張力儀TENSION STAR TS205，Techno-Mac Corporation。

2 結(jié)果與討論

從噴絲板出來的熔體，首先進(jìn)入甬道進(jìn)行拉伸、冷卻和固化。在整個(gè)熔融紡絲成型過程中，冷卻具有重要的作用，冷卻條件和冷卻形式的選擇，對原絲的后加工性能以及紡絲的穩(wěn)定性有很大的影響。

2.1 紡絲溫度

紡絲溫度是生產(chǎn)超細(xì)旦滌綸長絲的關(guān)鍵參數(shù)，因?yàn)樵诩?xì)旦絲生產(chǎn)過程中，隨著噴絲頭牽伸粘流區(qū)的直徑迅速變小，熔體細(xì)流比表面積增大，細(xì)流和空氣之間的摩擦力相應(yīng)增大，從而紡絲張力增加；同時(shí)由于單絲纖度的下降，使纖維所能承受的張力也隨之下降，纖維易產(chǎn)生毛絲和斷頭；另外，由于熔體細(xì)流比表面積增大，初生纖維易于散熱，冷卻速度變快，凝固點(diǎn)明顯上移，出口形變區(qū)縮短。適當(dāng)提高紡絲溫度可以改善熔體在噴絲板微孔中的流動(dòng)性，減少彈性積累，同時(shí)可延長熔體細(xì)流的熔態(tài)區(qū)，固化點(diǎn)下移，減小噴頭拉伸的張力，獲得較好的紡絲效果。在生產(chǎn)10D系列超細(xì)旦FDY時(shí)，紡絲溫度應(yīng)控制在290～292 ℃。

2.2 集束位置

在生產(chǎn)超細(xì)旦纖維時(shí)，集束位置及冷卻條件是紡絲過程十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，它對產(chǎn)品的最終質(zhì)量起了重要的作用。

超細(xì)旦纖維單絲纖度小，比表面積大，絲束與空氣的摩擦阻力大，導(dǎo)致紡絲張力增高，極易產(chǎn)生超分子結(jié)構(gòu)，取向度和結(jié)晶度增加，這種結(jié)構(gòu)不利于產(chǎn)品的后加工性能；同時(shí)，紡絲張力高容易產(chǎn)生斷頭和毛絲。生產(chǎn)超細(xì)旦FDY時(shí)，集束位置取從噴絲板到上油嘴間距離為850～950 mm處，生產(chǎn)狀況和產(chǎn)品質(zhì)量最好。

2.3 冷卻成型

細(xì)旦由于絲條比表面積大，易于散熱，冷卻風(fēng)速過大，絲條內(nèi)層和表層溫度梯度變大，絲條受到表層拉伸應(yīng)力局部集中會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)不均一，影響后加工性能[2]。熔體出板后的冷卻階段需要?dú)饬鞣€(wěn)定溫和，切忌波動(dòng)或過激或受外界氣流干擾，常規(guī)的側(cè)吹風(fēng)冷卻方法若不做改進(jìn)，首先是無法正常生產(chǎn)，連生頭都很困難；其次，絲束品質(zhì)難以得到保障，不均勻的冷卻使絲條的條干不勻率增加，成品絲染色M率低，造成織物吸色不穩(wěn)定，深淺不一，無法使用。生產(chǎn)中根據(jù)纖維凝固散熱量大小，優(yōu)化工藝風(fēng)控制工藝，使纖維均勻、緩和冷卻，避免急冷導(dǎo)致皮芯層結(jié)構(gòu)，以及冷卻不良導(dǎo)致紡絲的滴絲、韁絲現(xiàn)象。

生產(chǎn)超細(xì)旦纖維采用常規(guī)的側(cè)吹風(fēng)方法很難保證絲束內(nèi)外層冷卻一致，導(dǎo)致紡絲斷頭，無法正常生產(chǎn)。為了解決冷卻問題，采用環(huán)吹的方法對絲束進(jìn)行均勻冷卻，保證了正常生產(chǎn)和產(chǎn)品的條干均勻。同時(shí)為了更好地改善冷卻條件，開發(fā)新型環(huán)吹濾芯清洗檢測技術(shù)，確保絲束冷卻均勻。

2.3.1 新型環(huán)吹風(fēng)技術(shù)開發(fā)

新型環(huán)吹風(fēng)多孔整流技術(shù)的使用，減少了風(fēng)室振動(dòng)，提高了環(huán)吹工藝風(fēng)均勻穩(wěn)定性。在環(huán)吹風(fēng)紡絲的生產(chǎn)中，風(fēng)速的均勻性是紡絲產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，由于環(huán)吹風(fēng)系統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)均勻、工藝性能好、產(chǎn)量大等優(yōu)勢，紡絲生產(chǎn)中采用環(huán)吹風(fēng)系統(tǒng)已是整個(gè)行業(yè)發(fā)展的趨勢，尤其在生產(chǎn)超細(xì)旦纖維的產(chǎn)品方面，有無法取代的優(yōu)勢。但現(xiàn)有環(huán)吹風(fēng)設(shè)備由于工藝風(fēng)壓力大、風(fēng)道小、流速快等原因，導(dǎo)致工藝風(fēng)進(jìn)入風(fēng)箱前已發(fā)生湍流，對工藝風(fēng)的穩(wěn)定性造成極大影響，滿足不了產(chǎn)品的要求。

10D系列超細(xì)旦絲生產(chǎn)中采用了一種新型高品質(zhì)環(huán)吹風(fēng)裝置，在整合現(xiàn)有環(huán)吹設(shè)備基礎(chǔ)上，增加一種通過多孔板整流風(fēng)速，使環(huán)吹風(fēng)風(fēng)速均勻。

在生產(chǎn)中同時(shí)還采用“新型緩冷延長筒使用技術(shù)”來使絲束穩(wěn)定，提高產(chǎn)品條干均勻性。普通環(huán)吹設(shè)備生產(chǎn)高強(qiáng)超細(xì)旦產(chǎn)品時(shí)，易出現(xiàn)受風(fēng)阻干擾大、排風(fēng)不暢導(dǎo)致紗線品質(zhì)不良等問題。采用此種生產(chǎn)超細(xì)旦纖維專用的環(huán)吹風(fēng)緩冷延長筒裝置，解決了環(huán)吹設(shè)備生產(chǎn)超細(xì)旦纖維時(shí)受風(fēng)阻干擾大，絲條難以均勻冷卻導(dǎo)致紗線品質(zhì)不良的問題，彌補(bǔ)了現(xiàn)有環(huán)吹設(shè)備冷卻面積小、風(fēng)阻大等不足。同時(shí)，設(shè)置一定高度的延遲冷卻區(qū)，使熔體細(xì)流的冷卻區(qū)域下降，有利于絲條的取向均勻性和拉伸時(shí)取向度的提高。同時(shí)，一定溫度的延遲冷卻區(qū)可以對噴絲板的板面進(jìn)行保溫，使噴絲板的板面溫度均勻，消除內(nèi)外層單絲的紡絲溫差。

為了進(jìn)一步提高產(chǎn)品的品質(zhì)，還采用了“新型環(huán)吹風(fēng)系統(tǒng)防塵技術(shù)”。通過新型防塵筒與風(fēng)箱密封墊、無風(fēng)區(qū)鋁板及密封墊緊密配合，以及與環(huán)吹風(fēng)箱密封連接，使絲束通過防塵筒進(jìn)行有效防塵，再經(jīng)過濾芯冷卻絲束，減少了因升華物粘附在密封墊及無風(fēng)區(qū)鋁板孔壁導(dǎo)致的絲束毛絲、斷頭現(xiàn)象，提高了產(chǎn)品的品質(zhì)。產(chǎn)品的毛絲率由3%下降到1.5%，風(fēng)箱清理周期由2月/次提高到3月/次。

2.3.2 新型環(huán)吹濾芯全錠位清洗及檢測技術(shù)

產(chǎn)品由于線密度小，為了確保紡絲冷卻均勻一致，對環(huán)吹風(fēng)濾芯清潔度的要求也相應(yīng)的提高。傳統(tǒng)環(huán)吹風(fēng)濾芯的清洗方法是直接用超聲波清洗，缺點(diǎn)是超聲波只能去除小顆粒的灰塵，對油漬和固體升華物的去除效果比較差，清洗后檢測合格率只有30%左右，影響產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，自主研發(fā)了新型濾芯清洗裝置，利用油漬及升華物等污漬在水溫高時(shí)更容易融化流動(dòng)、擴(kuò)散的原理，有效地去除濾芯油污及升華物，濾芯清洗后檢測合格率達(dá)到99.9%以上，同時(shí)操作簡單、安全，提高了工作效率，保證了產(chǎn)品的品質(zhì)。

開發(fā)了環(huán)吹風(fēng)筒濾芯模擬檢測裝置，采用上機(jī)前模擬檢測及上機(jī)后監(jiān)控的方法，對濾芯進(jìn)行檢驗(yàn)確認(rèn)，確保上機(jī)前濾芯和在機(jī)使用濾芯的各項(xiàng)參數(shù)符合工藝生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，提高化纖生產(chǎn)冷卻成型過程均勻穩(wěn)定性，從而提高產(chǎn)品的染色均勻性。

2.4 紡絲卷繞控制關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)纖維質(zhì)量、動(dòng)量和能量平衡方程，及單絲紡絲動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)模型數(shù)據(jù)，同時(shí)結(jié)合超細(xì)旦纖維的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，優(yōu)化了紡絲速度及卷繞速度的控制工藝，合理分配了牽伸絲的紡絲牽伸及卷繞牽伸比例；優(yōu)化了固化區(qū)長度和上油工藝，減少了紡絲過程纖維與空氣摩擦阻力。

2.4.1 絲束上油

細(xì)旦絲由于纖度小，絲條比表面積大，要求上油率高。如果絲條表面上油不足，就會(huì)產(chǎn)生抱合力差，易纏繞[3]；在生產(chǎn)過程中易產(chǎn)生毛絲和斷頭，條干CV值偏大。為了解決此問題，選用了多紋路寬槽進(jìn)口的小油嘴、高精度的0.03×24cm3的油劑計(jì)量泵。在油劑調(diào)配方面，添加了原油加熱裝置，通過對原油進(jìn)行加熱攪拌，確保調(diào)配的油劑更加均勻，有效地解決了細(xì)旦絲不易上油和上油不均的難點(diǎn)，同時(shí)解決了染色不勻的問題，確保了正常生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量。

同時(shí)，為了確保上油穩(wěn)定均勻性，采用油劑泵穩(wěn)定出油檢測控制技術(shù)對油劑泵上油進(jìn)行檢測，油劑泵上油率檢測裝置對不同型號(hào)的油劑泵運(yùn)用變頻器對其轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過比較油劑泵單錠之間流量和質(zhì)量數(shù)值判斷油劑泵清洗維修是否符合上機(jī)要求，有效地解決了油劑泵上機(jī)后由于上油量的差異問題導(dǎo)致同一紡位產(chǎn)品物性指標(biāo)不一致的問題，油劑泵上機(jī)合格率由97%提高到99.5%，提高了產(chǎn)品的品質(zhì)。

2.4.2 預(yù)網(wǎng)絡(luò)

以一定的壓力對入輥前的纖維進(jìn)行混油、施加輕微的網(wǎng)絡(luò)度，使超細(xì)纖維油膜包覆更加均勻，單纖集束性增加，絲條在一輥GR1上穩(wěn)定性增強(qiáng)，這在正常生產(chǎn)時(shí)很重要。但預(yù)網(wǎng)絡(luò)壓力不能過高，否則毛絲反而增多，染色均勻性變差。在生產(chǎn)中采用的預(yù)網(wǎng)絡(luò)壓力為0.07 MPa。

2.4.3 牽伸定型

條干不勻率是引起其他各種性能不勻的基本原因之一[4]。牽伸比和牽伸溫度是FDY工藝中一個(gè)非常重要的參數(shù)，牽伸比和牽伸溫度適當(dāng)時(shí)，GR1上的絲束運(yùn)行穩(wěn)定，強(qiáng)伸及條干等物性指標(biāo)均勻，生產(chǎn)狀況穩(wěn)定。牽伸比過高，牽伸張力過大，毛絲和斷頭會(huì)增多，生產(chǎn)狀況惡化；牽伸比過低或者牽伸溫度過高，都會(huì)導(dǎo)致GR1上的絲束運(yùn)行不穩(wěn)定，晃動(dòng)加劇。輥上的這種不穩(wěn)定、晃動(dòng)容易產(chǎn)生毛絲、斷頭，且強(qiáng)伸及條干等物性指標(biāo)均勻性變差，染色均勻性亦變差；而牽伸溫度過低時(shí)，大分子活動(dòng)性變差，不利于均勻牽伸延展，同樣會(huì)造成毛絲和斷絲增多，生產(chǎn)狀況和質(zhì)量指標(biāo)下降。定型溫度的選擇也不能忽視，定型溫度太低，纖維應(yīng)力無法消除，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差。定型溫度太高，纖維結(jié)晶度增加，沸水收縮率過低，沸水均勻性難以控制，也易出現(xiàn)織物染色不均。牽伸比在2.2～2.4之間，牽伸溫度85～87 ℃，定型溫度在126～128 ℃，生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定，后加工狀況良好。

2.4.3.1 卷繞頭定位導(dǎo)向技術(shù)

由于產(chǎn)品屬于超細(xì)絲束，容易出現(xiàn)卷繞頭導(dǎo)絲器中的絲束與生頭絲槽不能精準(zhǔn)對應(yīng)而導(dǎo)致掛絲失敗的問題。為了解決該問題，開發(fā)了卷繞頭定位導(dǎo)向技術(shù)。卷繞頭定位導(dǎo)向技術(shù)將定位裝置固定在卷繞機(jī)支撐架上，利用外圓柱面對定位導(dǎo)向裝置進(jìn)行限位，使瓷件孔之間的距離在55 mm至60 mm之間，初次生頭成功率由96%提高到98%，減少了廢絲的產(chǎn)生，保證了絲束卷繞的品質(zhì)。

2.4.3.2 新型錠軸支撐套加熱技術(shù)

卷繞機(jī)錠軸是卷繞機(jī)最重要的部件之一，直接影響卷繞產(chǎn)品的品質(zhì)。開發(fā)了一種加熱方便的錠軸支撐套加熱裝置，解決了錠軸支撐套加熱前需要反復(fù)找正加熱位置、步驟繁瑣以及加熱后高溫燙傷的問題，錠軸加熱平均時(shí)間由原來的20分鐘/個(gè)提高到15分鐘/個(gè)，實(shí)現(xiàn)了錠軸支撐套無差別精準(zhǔn)加熱，消除了安全隱患，提高了工作效率。

2.5 產(chǎn)品物理指標(biāo)

10D系列超細(xì)旦滌綸纖維由于總的線密度非常小，紡絲過程中的冷卻成型、絲束上油、牽伸定型、張力控制等工藝環(huán)節(jié)都對產(chǎn)品的品質(zhì)有較大的影響，整個(gè)紡絲過程是一個(gè)系統(tǒng)工程，只有步步精細(xì)，才有可能獲得好品質(zhì)的產(chǎn)品。

由于超細(xì)纖維的線密度較小，而纖維比表面積較大，在拉伸成形中會(huì)產(chǎn)生較大的拉伸應(yīng)力，導(dǎo)致超細(xì)初生纖維比細(xì)旦纖維具有較高的預(yù)取向度和較低的伸度。在拉伸過程中，未拉伸纖維的序態(tài)越高，則其破壞就越大，易使拉伸纖維結(jié)構(gòu)產(chǎn)生缺陷，從而使FDY超細(xì)纖維模量和強(qiáng)伸度下降[5]。但從表2可以看出本公司生產(chǎn)的10D系列超細(xì)旦滌綸纖維其斷裂強(qiáng)度均大于4.0 cN/dtex，具有較高的力學(xué)性能；同時(shí)其線密度不均勻率低于0.20%，條干不勻率低于1.5%，表明10D系列超細(xì)旦滌綸纖維具有較高的穩(wěn)定性。

表2 10D系列超細(xì)旦滌綸纖維及常規(guī)纖維性能指標(biāo)

3 結(jié) 論

a) 10D系列超細(xì)旦滌綸纖維的紡絲溫度控制在290～292 ℃。改善熔體在噴絲板微孔的流動(dòng)性，

減少彈性積累，獲得較好的紡絲效果。

b) 采用新型環(huán)吹風(fēng)多孔整流技術(shù)，減少風(fēng)室振動(dòng)，提高環(huán)吹工藝風(fēng)均勻穩(wěn)定性。

c) 采用多紋路寬槽小油嘴、高精度的0.03×24 cm3的油劑計(jì)量泵，解決生產(chǎn)過程中易產(chǎn)生毛絲和斷頭及條干CV值偏大的問題。

d) 采用卷繞頭定位導(dǎo)向技術(shù)，利用外圓柱面對定位導(dǎo)向裝置進(jìn)行限位，初次生頭成功率由96%提高到98%，保證了絲束卷繞的品質(zhì)。

e) 10D系列超細(xì)旦滌綸纖維其斷裂強(qiáng)度均大于4.0 cN/dtex，具有較高的力學(xué)性能；同時(shí)其線密度不均勻率低于0.20%，條干不勻率低于1.5%，具有較高的穩(wěn)定性。

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Study on spinning process of 10D series superfine denier polyester filament

Wei Kaishun， Wang Yongfeng

(JiangsuHengkeAdvancedMaterialsCo.Ltd.，NantongJiangsu226368，China)

In the paper， a new type of ring blowing technology， a new ring blowing air volume cleaning and detection technology and a new spindle shaft supporting sleeve heating technology were developed to improve the physical properties of 10D series ultrafine denier polyester filament. Meanwhile,the spinning temperature， cooling conditions， oiling process， stretching conditions and other parameters in the production process were optimized to obtain the best technology and prepare good quality products.

polyester; superfine; spinning process

2016-12-05

韋開順(1981-)，江蘇南京人，工程師，長期從事化纖生產(chǎn)管理和新產(chǎn)品開發(fā)工作。

TQ340.64

B

1006-334X(2017)01-0030-04