吳金亮， 張逢書(shū)， 盧慶豐， 楊美娟， 周先何， 吳維光

(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)

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研究與技術(shù)

熔體直紡低收縮率滌綸FDY生產(chǎn)工藝

吳金亮1， 張逢書(shū)1， 盧慶豐1， 楊美娟1， 周先何2， 吳維光2

(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)

對(duì)開(kāi)發(fā)的278 dtex/48f低收縮率滌綸FDY生產(chǎn)工藝進(jìn)行試驗(yàn)，探討拉伸溫度、定型溫度、拉伸倍數(shù)等工藝對(duì)滌綸FDY沸水收縮率的影響。結(jié)果表明：熔體溫度控制在286 ℃，紡絲溫度控制在285 ℃，拉伸速度為1 330 m/min、拉伸溫度96 ℃、定型溫度178 ℃、拉伸倍數(shù)在3.2～3.3時(shí)，紡絲狀況穩(wěn)定、FDY的沸水收縮率符合要求。

聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯纖維；FDY；拉伸倍數(shù)；定型溫度；沸水收縮率

隨著人們對(duì)面料日新月異的追求，各類(lèi)仿毛、仿真產(chǎn)品的不斷推陳出新，在各類(lèi)市場(chǎng)中的普及應(yīng)用越來(lái)越廣，常規(guī)纖維的制備已無(wú)法滿(mǎn)足要求。其中異形絲、高、低、異沸水收縮率絲是各類(lèi)差別化纖維中應(yīng)用的主要產(chǎn)品。如何選擇適合的生產(chǎn)工藝條件以達(dá)到預(yù)期穩(wěn)定的生產(chǎn)仍需要不斷研究和探索。滌綸低收縮纖維因其具有相對(duì)較低的沸水收縮率，使用低收縮率的滌綸纖維所織造出織物的尺寸穩(wěn)定性相對(duì)較好，而手感蓬松豐滿(mǎn)程度及織物風(fēng)格等均取決于經(jīng)紗原料的縮率差異，因此FDY的沸水收縮率已成為制約和影響的關(guān)鍵指標(biāo)。FDY低沸水收縮率絲在服用面料、織帶和毛毯等相關(guān)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用[1]，目前國(guó)內(nèi)外廠家開(kāi)發(fā)低收縮纖維的生產(chǎn)工藝主要有高速紡絲牽伸一步法(FDY)或兩步法(UDY-DTY)。雖然兩步法能得到更低的沸水收縮率指標(biāo)，但因生產(chǎn)成本明顯偏高而無(wú)法得到市場(chǎng)推廣。用常規(guī)生產(chǎn)工藝的高速紡絲牽伸一步法(FDY)生產(chǎn)的聚酯纖維，其本身熱收縮性能也不夠理想，同時(shí)使用常規(guī)生產(chǎn)工藝所得的滌綸FDY沸水收縮率一般都在6%～8%，無(wú)法滿(mǎn)足部分織物對(duì)相對(duì)較高的尺寸穩(wěn)定性的需求，因此，進(jìn)一步完善工藝條件以獲得較低的熱收縮性能的聚酯纖維是本文的主要研究方向。本文利用榮盛石化股份有限公司現(xiàn)有的聚酯及紡絲裝置，通過(guò)研究影響纖維沸水收縮率的主要因素及關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，經(jīng)過(guò)不斷的現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)試驗(yàn)，熔體直紡生產(chǎn)出了278 dtex/48f低收縮率滌綸FDY產(chǎn)品，該纖維產(chǎn)品沸水收縮率下降到了3.5%～4.0%，擴(kuò)大了設(shè)備原有設(shè)計(jì)品種范圍，取得了較好的市場(chǎng)效益及客戶(hù)評(píng)價(jià)。

1　試　驗(yàn)

1.1生產(chǎn)主設(shè)備

杜邦康泰斯三釜聚酯裝置(美國(guó)杜邦公司)，POY高速紡絲機(jī)(北京中麗機(jī)械有限公司)，615IR-10型卷繞機(jī)(日本TMT公司)，KHF-1400型空調(diào)機(jī)(杭州中孚公司)。

1.2主要原料

聚酯CP3線(榮盛石化股份有限公司)，F(xiàn)DY油劑、E-2187耐高溫油劑(日本松本公司)。

1.3測(cè)試儀器

瑞士進(jìn)口Uster-4條干儀(瑞士)，Statimat. Me型全自動(dòng)強(qiáng)伸度測(cè)試儀(德國(guó)Textechno公司)，MP20 NMR Analyzer核磁共振分析儀(德國(guó)布魯克光譜儀器有限公司)。

1.4沸水收縮率測(cè)試方法

采用恒溫水浴槽沸煮，參照GB/T 6505—2008《化學(xué)纖維 長(zhǎng)絲熱收縮率試驗(yàn)方法》測(cè)試。

1.5工藝流程

聚酯裝置生產(chǎn)的熔體通過(guò)管道及相關(guān)設(shè)備后直接紡絲，其中熔體管道部分采用液相熱媒保溫，紡絲箱體部分采用鍋爐的汽相熱媒保溫，具體流程如下：

聚合熔體出料泵→熔體過(guò)濾器→熔體冷卻器→紡絲增壓泵→靜態(tài)混器→紡絲二次增壓泵→熔體換熱器→靜態(tài)混器→紡絲箱體→紡絲組件定量擠出→側(cè)吹風(fēng)冷卻→上油→預(yù)網(wǎng)絡(luò)→第一牽伸熱輥→第二熱輥定型→主網(wǎng)絡(luò)→卷繞成型。

1.6主要工藝參數(shù)

生產(chǎn)278 dtex/48f低收縮率FDY滌綸纖維的主要工藝參數(shù)見(jiàn)表1。

表1　278 dtex/48 f主要生產(chǎn)工藝參數(shù)Tab.1　Main production process parameters of 278 dtex/48 f

2　結(jié)果與分析

2.1熔體溫度和紡絲溫度

在確保聚酯熔體良好流動(dòng)性的前提下，盡可能降低熔體輸送的溫度，根據(jù)試驗(yàn)輸送溫度控制在284～287 ℃相對(duì)較好[2-4](因生產(chǎn)線熔體輸送管道相對(duì)較長(zhǎng)，為減少熔體降解，適當(dāng)下調(diào)輸送溫度)。熔體輸送系統(tǒng)使用可調(diào)節(jié)溫度的液相導(dǎo)生熱煤對(duì)熔體管線進(jìn)行伴熱，保證熔體輸送順暢，同時(shí)使用可調(diào)節(jié)溫度的液相導(dǎo)生熔體冷卻器來(lái)對(duì)紡絲熔體進(jìn)行工藝溫度的調(diào)節(jié)，以保證熔體溫度符合紡絲工藝的要求。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)確定在生產(chǎn)278 dtex/48f低收縮率FDY滌綸纖維時(shí)，冷卻器后熔體溫度控制在286 ℃時(shí)生產(chǎn)狀況最穩(wěn)定，現(xiàn)場(chǎng)斷絲較少，滿(mǎn)卷率較高。

紡絲溫度的選擇要有利于紡絲正常出絲。隨著溫度的升高，滌綸大分子鏈間應(yīng)力下降，所得纖維伸長(zhǎng)率增加，強(qiáng)度下降，可紡性變好有利于牽伸。較高的紡絲溫度可以降低熔體的表觀黏度，改善熔體通過(guò)噴絲孔的流變性能，同時(shí)可以延緩熔體細(xì)流的冷卻時(shí)間，使板面保持較高的溫度。但過(guò)高溫度也會(huì)使熔體降解，產(chǎn)生毛絲甚至斷裂，斷頭率增加；若溫度過(guò)低，熔體流變性和均勻性變差，造成毛絲和斷頭，影響滿(mǎn)卷率[5]。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)在生產(chǎn)278 dtex/48f低收縮率FDY滌綸纖維時(shí)，紡絲箱體溫度選擇285 ℃最適宜。此時(shí)紡絲無(wú)油絲在熔體輸送過(guò)程中，因高溫導(dǎo)致的熔體黏度降低值小于0.020 dl/g，故能較好保證生產(chǎn)穩(wěn)定的要求。

2.2拉伸溫度

第一熱輥(GR1)溫度即拉伸溫度(T1)，主要提供絲束牽伸時(shí)所需要的能量，纖維在進(jìn)入GR1之前溫度已降低至玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以下，纖維的大分子鏈段活動(dòng)能力較弱。在牽伸過(guò)程中，GR1溫度使纖維受熱到高于纖維玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，大分子鏈活動(dòng)能力增強(qiáng)，應(yīng)力下降。在拉伸誘導(dǎo)結(jié)晶和熱結(jié)晶的共同作用下，纖維中形成結(jié)晶，GR1的溫度一般需控制在85～98 ℃左右，目的是保證聚酯纖維受熱至聚酯玻璃化溫度之上。圖1是試驗(yàn)生產(chǎn)278 dtex/48f規(guī)格FDY纖維時(shí)，在保持GR1速度(V1)、GR2速度(V2)、GR2溫度(T2)不變的條件下，沸水收縮率與拉伸溫度的關(guān)系。由圖1可知，在其他工藝條件不變的前提下，拉伸溫度在85～105 ℃內(nèi)，隨著拉伸溫度的增加，纖維結(jié)晶速度和結(jié)晶度增加，宏觀上表現(xiàn)為沸水收縮率逐步減小。這是因?yàn)榫埘ダw維收縮率的大小主要取決于非晶區(qū)的取向度大小和纖維的結(jié)晶度。纖維的結(jié)晶度越高，其大分子鏈取向度越高，束縛大分子鏈運(yùn)動(dòng)的阻力就越大，從而使纖維的收縮率變小。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看拉伸溫度為96 ℃時(shí)，生產(chǎn)相對(duì)穩(wěn)定。

V1=1 330 m/min，V2=4 350 m/min，T2=178℃圖1　沸水收縮率與拉伸溫度的關(guān)系Fig.1　Relation between boiling water shrinkage and stretching temperature

2.3拉伸速度

拉伸速度(V1)一般指的是GR1速度。GR1速度增加，初生絲噴頭拉伸比增大，纖維在紡絲成型區(qū)的停留時(shí)間就會(huì)縮短，從而使纖維大分子在紡絲階段所取得的分子取向度變大，所得纖維的結(jié)格穩(wěn)定性相比較高。圖2是在保持T1、T2、V2不變的條件下，沸水收縮率與拉伸速度的關(guān)系。從圖2可以看出，隨著拉伸速度增加，沸水收縮率相應(yīng)有所下降。原因是纖維內(nèi)應(yīng)力的主要宏觀表現(xiàn)就是在纖維沸水收縮率的指標(biāo)上，在其他條件不變的前提下，隨著GR1速度提高，纖維的預(yù)取向度、結(jié)晶度隨之提高，纖維在后續(xù)牽伸時(shí)所帶來(lái)的應(yīng)力就相應(yīng)增大，而較高的拉伸應(yīng)力有利于發(fā)生纖維的塑性形變，所以沸水收縮率會(huì)有所降低[6]。從試驗(yàn)結(jié)果得出目前該品種采用拉伸速度為1 330 m/min時(shí)相對(duì)合理，滿(mǎn)足客戶(hù)沸水收縮率需控制在3.5%～4.0%的需求。

V2=4 350 m/min，T1=96 ℃，T2=178 ℃圖2　沸水收縮率與拉伸速度的關(guān)系Fig.2　Relation between boiling water shrinkage and stretching speed

2.4定型溫度、時(shí)間

第二熱輥(GR2)溫度即定型溫度(T2)。熱定型過(guò)程中，一方面具有一定排列規(guī)整度的取向態(tài)結(jié)構(gòu)由于熱的作用產(chǎn)生結(jié)晶，并通過(guò)結(jié)晶將纖維的取向有效地固定下來(lái)；另一方面，熱的作用使無(wú)定形區(qū)的部分取向結(jié)構(gòu)解取向，消除纖維內(nèi)部的內(nèi)應(yīng)力，提高纖維的分子的穩(wěn)定性。圖3是沸水收縮率與定型溫度的關(guān)系。由圖3可知，GR2溫度越高，纖維沸水收縮率越低。將GR2溫度提高至187℃時(shí)，纖維沸水收縮率可達(dá)到3.64%。這是因?yàn)槎ㄐ蜏囟鹊脑龃螅w維結(jié)構(gòu)中的大分子鏈活動(dòng)能力增強(qiáng)，結(jié)晶度增加，非晶區(qū)含量減少，沸水收縮率降低，但此時(shí)絲條在GR2熱輥上劇烈抖動(dòng)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)穩(wěn)定性從而導(dǎo)致斷頭增加，滿(mǎn)卷率下降。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)論證確定生產(chǎn)該品種時(shí)GR2溫度為178 ℃時(shí)生產(chǎn)狀況最好，品質(zhì)較優(yōu)，同時(shí)也能滿(mǎn)足客戶(hù)的收縮率需控制在3.5%～4.0%的需求。

在高分子定型過(guò)程中，提高定型溫度與提高定型時(shí)間是等效的[7-8]，纖維的熱定型時(shí)間主要由GR2的速度和絲條在GR2上繞絲的圈數(shù)而決定。GR2速度確定以后，隨著絲條在熱輥上的繞絲圈數(shù)的增多，纖維熱定型時(shí)間就同比延長(zhǎng)，而在固有的設(shè)備條件下，定型時(shí)間不可能無(wú)限延長(zhǎng)。經(jīng)過(guò)對(duì)分絲導(dǎo)絲器、熱輥交叉角度的調(diào)整，將原有常規(guī)在GR2上只能繞7圈擠壓調(diào)整為絲條繞8圈來(lái)生產(chǎn)，達(dá)到增加定型時(shí)間的效果。

V1=1 330 m/min，V2=4 350 m/min，T1=96 ℃圖3　沸水收縮率與定型溫度的關(guān)系Fig.3　Relation between boiling water shrinkage and setting temperature

2.5牽伸倍數(shù)

牽伸倍數(shù)(DR)就是GR2與GR1表面的線速度比，即DR=V2/V1。牽伸作用使纖維在作用力的方向上獲得一定的取向，纖維中的高分子再次重新排列，發(fā)生彈性形變和塑性形變?？刂评毂稊?shù)可以分別通過(guò)調(diào)整GR1或GR2來(lái)實(shí)現(xiàn)，但這兩種方式對(duì)纖維沸水收縮率的影響不同。GR2速度確定以后，增大牽伸比，沸水收縮率也增大；但GR1速度確定以后，增大牽伸比，沸水收縮率卻降低。

圖4為在GR1速度不變的條件下，沸水收縮率與拉伸倍數(shù)的關(guān)系。由圖4可以看出，當(dāng)GR1速度不變時(shí)，逐步提高DR，沸水收縮率也相應(yīng)下降。這是因?yàn)镚R1速度固定之后，紡絲時(shí)纖維擠出噴絲孔毛細(xì)管時(shí)的噴頭拉伸比已經(jīng)固定，初生纖維的結(jié)構(gòu)也基本已經(jīng)定型。隨著DR的提高，也就是提高纖維的后牽伸倍數(shù)，其牽伸變型的應(yīng)力隨之增大，牽伸張力產(chǎn)生的纖維結(jié)晶度也提高，生產(chǎn)的纖維表現(xiàn)出沸水收縮率的下降。因此經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，確定在生產(chǎn)278 dtex/48f低收縮率FDY滌綸纖維時(shí)，DR選擇在3.2～3.3時(shí)，生產(chǎn)相對(duì)穩(wěn)定，同時(shí)也能滿(mǎn)足客戶(hù)沸水收縮率需控制在3.5%～4.0%的需求。

T1=96 ℃，T2=178 ℃，V1=1 330 m/min圖4　沸水收縮率與牽伸倍數(shù)的關(guān)系Fig.4　Relation between boiling water shrinkage and the draft ratio

3　結(jié)　論

1)生產(chǎn)278 dtex/48f低收縮率FDY滌綸纖維時(shí)，熔體溫度控制在286 ℃，紡絲箱體溫度控制在285 ℃時(shí)，生產(chǎn)狀況穩(wěn)定，斷頭及毛絲極少。

2)在其他工藝不變的條件下，隨著牽伸溫度的升高、牽伸倍數(shù)的提高、熱定型溫度的提高，定型時(shí)間的延長(zhǎng)，產(chǎn)生的FDY沸水收縮率下降。

3)生產(chǎn)278 dtex/48f低收縮率FDY滌綸纖維時(shí)，選擇拉伸速度為1 330 m/min、拉伸溫度96 ℃、定

型溫度178 ℃、拉伸倍數(shù)在3.2～3.3時(shí)，能夠穩(wěn)定、大批量生產(chǎn)出滿(mǎn)足客戶(hù)低收縮率需求的FDY滌綸低收縮纖維。

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Polyester FDY production process with low shrinkage by melt direct spinning

WU Jinliang1, ZHANG Fengshu1, LU Qingfeng1, YANG Meijuan1, ZHOU Xianhe2, WU Weiguang2

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

This paper tests the production process of 278 dtex/48f polyester FDY with low shrinkage, and discusses the effect of drawing temperature, setting temperature and drawing ratio on the boiling water shrinkage of FDY. The results show that the conditions (i.e. temperature 287 ℃ , spinning temperature 285 ℃ , drawing speed 1 330 m/min, drawing temperature 96 ℃ , the setting temperature 178℃ and drawing ratio 3.2～3.3) can ensure the better spinning stability and boiling water shrinkage of FDY.

polyethylene glycol terephthalate fiber; FDY; drawing ratio; setting temperature; boiling water shrinkage

10.3969/j.issn.1001-7003.2016.07.005

2016-02-01;

2016-06-02

TQ342.2

A

1001-7003(2016)07-0023-04引用頁(yè)碼: 071105