劉玉栓

(中國(guó)石油化工股份有限公司天津分公司，天津300270)

1 試驗(yàn)

1.1 主要原料

有光聚酯切片:特性黏數(shù)(［η］)為0.642 dL/g，中國(guó)石化股份有限公司天津分公司產(chǎn);黑色母粒TB9081A:蘇州寶力塑膠材料有限公司產(chǎn)。

1.2 設(shè)備及儀器

干燥設(shè)備:英國(guó)Rosin流化床式切片干燥機(jī)，干燥能力為500 kg/h;紡絲設(shè)備:日本ABC工程公司提供，螺桿擠壓機(jī)能力為500 kg/h;工藝空調(diào):瑞士LUWA公司提供;后加工設(shè)備:最大加工速度300 m/min，德國(guó)Fleissner公司提供。

JTT型線密度測(cè)試儀:無(wú)錫第二光學(xué)儀器廠制;Vibrodyn 400型XQ-1纖維強(qiáng)伸度儀:Lenzing公司制;YG362A卷曲彈性儀:太倉(cāng)紡織儀器廠制;YG365A型單纖維熱收縮儀:上海紡織科學(xué)研究院制。

1.3 生產(chǎn)工藝流程

1.67 dtex黑色扁平滌綸短纖維的生產(chǎn)工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 黑色扁平滌綸短纖維工藝流程Fig.1 Flow chart of black and flat PET staple fiber production

1.67 dtex黑色扁平滌綸短纖維的生產(chǎn)工藝參數(shù)見(jiàn)表1，表2。

表1 黑色扁平滌綸短纖維紡絲工藝Tab.1 Spinning process of black and flat PET staple fiber

表2 1.67 dtex黑色扁平滌綸短纖維后加工工藝Tab.2 After-processing process of 1.67dtex black and flat PET staple fiber

1.4 分析測(cè)試

纖維扁平度:將一小束伸直平行的纖維，穿入特制的試樣板孔中，切去兩端露出纖維，形成一薄片，運(yùn)用纖維投影儀放大觀察纖維截面形狀，測(cè)量矩形孔長(zhǎng)度、寬度，其長(zhǎng)寬比即為纖維扁平度。

2 結(jié)果與討論

2.1 噴絲板的設(shè)計(jì)

紡制扁平纖維時(shí)，噴絲板設(shè)計(jì)的合理性直接影響到扁平纖維的異形度和可紡性。目前生產(chǎn)扁平纖維時(shí)，噴絲板的孔形以矩形為主。當(dāng)矩形孔長(zhǎng)寬比太小時(shí)，纖維扁平度低，尤其經(jīng)過(guò)后拉伸后扁平度下降很快;而當(dāng)矩形孔長(zhǎng)寬比太大時(shí)，熔體離開(kāi)噴絲孔后成形不好，甚至無(wú)法紡絲。矩形噴絲板加工難度大，噴絲孔內(nèi)角呈圓弧角，孔內(nèi)壁高度光滑，否則紡絲時(shí)出絲不順暢，且堵孔難度非常大，很容易產(chǎn)生疵點(diǎn)。另外，當(dāng)熔體通過(guò)矩形孔擠出時(shí)，其均勻脹大性不好控制，不利于保證異形度、減少原絲疵點(diǎn)［1］。本設(shè)計(jì)矩形孔長(zhǎng)寬比為10/1。

噴絲孔的排布方式也非常重要，主要考慮到環(huán)吹風(fēng)能均勻穿透絲束，給予初生纖維完全的冷卻。在設(shè)計(jì)時(shí)，噴絲孔的一字型長(zhǎng)度方向朝向噴絲板中心，以等距、每圈噴絲孔錯(cuò)位排列為好。同時(shí)，噴絲孔數(shù)量要低于同線密度的圓形孔孔數(shù)，保證原絲的成形效果。

2.2 色母粒添加量

由于黑色母粒的加入，熔體的可紡性下降，成品絲的強(qiáng)度降低。這是由于熔體中的母粒顏料或多或少地存在凝聚現(xiàn)象或分散不勻，紡絲組件濾層上形成濾團(tuán)，組件壓力上升，同時(shí)噴絲板表面升華物也相對(duì)增多，因而組件使用周期縮短，紡絲時(shí)斷頭增加;另一方面染料粒子能使聚酯分子間的距離增大，分子間的范德華力降低，成品纖維強(qiáng)度下降［2］。因此，在保證纖維顏色深度要求的情況下應(yīng)盡量減少色母粒的加入量。經(jīng)小批量試驗(yàn)對(duì)比，控制色母粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)7.0% ～8.0%，可以滿足生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量要求。

2.3 紡絲溫度

相對(duì)于滌綸常規(guī)紡絲而言，紡絲溫度對(duì)于異形纖維的紡絲狀況及產(chǎn)品性能的影響更大。若提高紡絲溫度，熔體在噴絲孔內(nèi)松弛時(shí)間減少，熔體擠出后的膨化效應(yīng)降低，擠出細(xì)流偏離噴絲孔形狀的阻力減小，這樣使初生纖維的扁平度下降。另一方面，溫度的升高導(dǎo)致黏度降增大，紡絲時(shí)容易產(chǎn)生飄絲、斷頭，影響初生纖維的質(zhì)量。若紡絲溫度過(guò)低，則造成噴絲孔出絲不暢，熔體在紡絲速度的作用下易破裂，扁平度變差，同時(shí)隨著紡絲溫度的下降，熔體細(xì)流的凝固長(zhǎng)度縮短，軸向速度梯度增大，初生纖維的預(yù)取向度增大，自然拉伸比減小，后拉伸性能惡化［2－3］。考慮到紡絲溫度控制低一些時(shí)，有利于提高原絲的扁平度，同時(shí)由于色母粒的加入，聚酯熔體的降解加劇，也宜采用較低的紡絲溫度。

從表3可看出，隨著紡絲溫度提高，纖維的扁平度降低。當(dāng)紡絲溫度為284～286℃時(shí)，紡絲順利，可以保證初生纖維的扁平度。

表3 紡絲溫度對(duì)扁平度的影響Tab.3 Effect of spinning temperature on flatness

2.4 冷卻條件

紡絲時(shí)風(fēng)量大小影響纖維的成形及扁平度。風(fēng)量過(guò)大有利于冷卻，但由于絲束中心發(fā)生湍流，絲束明顯抖動(dòng)影響原絲均勻性，風(fēng)量過(guò)小又不利于冷卻成形，造成絲束內(nèi)外層冷卻凝固不均勻，往往使扁平截面偏向橢圓形［2］。

由表4可見(jiàn)，冷卻風(fēng)量增加，纖維扁平度增加，但原絲的冷拉伸倍數(shù)減小。生產(chǎn)過(guò)程中，當(dāng)風(fēng)溫控制在25℃時(shí)，采用的風(fēng)速為1.20 m/s。

表4 冷卻風(fēng)速對(duì)纖維性能影響Tab.4 Effect of quench air speed on fiber properties

環(huán)形冷卻風(fēng)裝置出風(fēng)口與噴絲板的位置，將直接影響絲束成形和扁平度。當(dāng)距離太短時(shí)，熔體細(xì)流的凝固速度就會(huì)加快，易產(chǎn)生毛絲和斷頭［3］。當(dāng)出風(fēng)口位置離噴絲板面遠(yuǎn)時(shí)，纖維冷卻不充分，不僅扁平度低，而且纖維凝固成形快慢不勻，初生纖維并絲增加。因此冷卻位置的選擇至關(guān)重要。

2.5 紡絲速度

紡絲速度直接影響初生纖維的取向度，紡絲速度增加，則初生纖維的取向度增大，后拉伸時(shí)就越易繞輥;紡絲速度過(guò)低時(shí)，初生纖維的凝固區(qū)域明顯下降，紡絲張力降低，卷繞不穩(wěn)定，內(nèi)外層絲束冷卻效果差異大，在后拉伸時(shí)易產(chǎn)生未拉伸絲。而扁平絲的比表面積比常規(guī)絲的大，在紡絲過(guò)程中冷卻加快，具有更大的預(yù)取向度，因此，為有利于后拉伸性能，卷繞速度通常比紡制常規(guī)圓形截面纖維時(shí)要低。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，選擇紡絲速度為850～950 m/min。

2.6 后拉伸工藝條件

原絲在進(jìn)入后加工拉伸工序前，在盛絲桶內(nèi)均勻澆上一次上油油劑，加蓋密封靜置8 h，使油劑充分浸潤(rùn)原絲，利于拉伸。

為保證纖維的扁平度，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中采取了一些特殊的措施:一是調(diào)整一次油劑的配方，增加油膜強(qiáng)度，提高一次油劑在不斷產(chǎn)生的拉伸纖維新表面上形成均勻的油膜;二是提高拉伸浴槽的油浴溫度和拉伸輥加熱溫度，提高二段拉伸的蒸汽溫度;三是提高一級(jí)拉伸倍數(shù)，相應(yīng)減少二級(jí)拉伸倍數(shù)。通過(guò)這些調(diào)整，提高了纖維的可拉伸性，拉伸過(guò)程能比較平穩(wěn)地進(jìn)行。

2.7 卷曲工藝條件

扁平纖維由于其特殊的纖維截面結(jié)構(gòu)，在卷曲加工時(shí)要得到理想的卷曲數(shù)和卷曲度，存在較大的加工難度。為了減少卷曲輥跳輥，適當(dāng)調(diào)大了卷曲輥間歇，但為確保卷曲質(zhì)量，緊張熱定型后的冷卻溫度不能太低，卷曲前預(yù)熱箱溫度要適當(dāng)提高，確保進(jìn)入卷曲機(jī)的絲束溫度不低于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，即保證在85℃以上，同時(shí)卷曲輥溫度也適當(dāng)提高，并調(diào)大刀輥間隙和增加卷曲箱背壓，可以得到理想的卷曲數(shù)和卷曲度指標(biāo)。

2.8 產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)

在適宜的紡絲工藝(見(jiàn)表1)和后加工條件(見(jiàn)表2)下，生產(chǎn)1.67 dtex黑色扁平滌綸短纖維斷裂強(qiáng)度為4.41 cN/dtex，斷裂伸長(zhǎng)率為21.3%，扁平度為6.5，其產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)如表5所示。

表5 1.67 dtex黑色扁平滌綸短纖維質(zhì)量指標(biāo)Tab.5 Quality index of 1.67dtex black and flat PET staple fiber

3 結(jié)論

a.采用長(zhǎng)寬比為10/1的矩形噴絲孔，長(zhǎng)度方向朝向噴絲板，等距錯(cuò)位排列，可有效保證扁平滌綸短纖維的扁平度，減少原絲疵點(diǎn)。

b.生產(chǎn)1.67 dtex黑色滌綸短纖維的最佳工藝參數(shù)為:黑色母粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)7.0% ～8.0%，紡絲溫度284～286℃，紡絲速度850 m/min，環(huán)吹風(fēng)溫度25℃，風(fēng)速1.20 m/s，卷曲溫度85℃以上，所紡滌綸短纖維扁平度為6.5，斷裂強(qiáng)度為4.41 cN/dtex，斷裂伸長(zhǎng)率為 21.3%。

c.通過(guò)調(diào)整油劑配方，增加油膜強(qiáng)度，提高油浴溫度、拉伸輥溫度、二段拉伸蒸汽溫度，一級(jí)拉伸倍數(shù)，可提高纖維的可拉伸性。

［1］張尚垛，李萍，沈建倫.111 dtex/192 f大有光扁平FDY產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)［J］.聚酯工業(yè)，2010，23(6):29 －33.

［2］肖剛.正十字形滌綸短纖維工藝探討［J］.合成纖維工業(yè)，2005，28(5):51 －54.

［3］王建中，張勇，肖剛，周天.有光扁形滌綸短纖維紡絲技術(shù)探討［J］.聚酯工業(yè)，2004，17(3):23 －24.