謝尚財(cái),吳維光,孫學(xué)江,張 麗,全佳囡,繆堂偉

(浙江盛元化纖有限公司,浙江 杭州 311247)

受原油、煤炭等基礎(chǔ)能源價(jià)格大幅上漲影響,滌綸行業(yè)原材料成本大幅增加,行業(yè)面臨著低利潤(rùn)、高庫(kù)存、弱需求的壓力[1]。浙江盛元化纖有限公司是浙江榮盛控股集團(tuán)有限公司的子公司之一,其熔體直紡有光滌綸全拉伸絲(FDY)生產(chǎn)能力達(dá)100 kt/a,主要生產(chǎn)三角異形仿真絲,產(chǎn)品規(guī)格33～333 dtex,覆蓋面全,用途廣,其中98 dtex/48 f規(guī)格產(chǎn)品主要用于下游經(jīng)倒筒、倍捻、噴氣織機(jī)織造紗線(xiàn),但下游客戶(hù)反饋產(chǎn)品絲餅易因單絲斷裂產(chǎn)生細(xì)微毛絲,經(jīng)過(guò)倍捻毛絲數(shù)量進(jìn)一步增加,導(dǎo)致織造效率下降。

作者通過(guò)控制原料聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)熔體端羧基含量,優(yōu)化組件濾網(wǎng)過(guò)濾精度、噴絲孔大小,調(diào)整紡絲溫度、集束上油點(diǎn)位置等工藝參數(shù),改善了熔體直紡98 dtex/48 f三角異形有光滌綸FDY的毛絲,提高了產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力,滿(mǎn)足了下游客戶(hù)使用需求。

1 試驗(yàn)

1.1 原料

大有光PET熔體:特性黏數(shù)為0.642～0.648 dL/g,二甘醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(1.22±0.05)%,熔點(diǎn)為(260±2)℃,端羧基含量為(31±4)mol/t,浙江盛元化纖有限公司產(chǎn)。

1.2 設(shè)備及儀器

QABP280S4A增壓泵:瑞士MAAG公司制;紡絲箱體、側(cè)吹風(fēng)冷卻系統(tǒng)、油嘴上油系統(tǒng)、24×2.4 mL計(jì)量泵:瑞士歐瑞康集團(tuán)公司制;卷繞設(shè)備:日本TMT公司制; TESTER 5條干儀:瑞士USTER公司制;YG086 型縷紗測(cè)長(zhǎng)儀:常州市八方科技有限公司制;YG023B-Ⅱ型全自動(dòng)單紗強(qiáng)力機(jī):常州市中纖檢測(cè)儀器設(shè)備有限公司制。

1.3 生產(chǎn)工藝流程

從PET裝置終聚釜出來(lái)的PET熔體依次經(jīng)熔體分配器、增壓泵、熔體冷卻器、靜態(tài)混合器、熔體分配閥進(jìn)入紡絲箱體,再經(jīng)計(jì)量泵、紡絲組件、側(cè)吹風(fēng)冷卻成形,最后經(jīng)油嘴上油、預(yù)網(wǎng)絡(luò)器、第一熱輥(GR1)、第二熱輥(GR2)、主網(wǎng)絡(luò)器、卷繞成形得到熔體直紡98 dtex/48 f三角異形有光滌綸FDY。生產(chǎn)用噴絲板選擇三葉形噴絲孔,紡絲工藝主要參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 紡絲主要工藝參數(shù)

1.4 分析與測(cè)試

PET端羧基含量:按照GB/T 14190—2008《纖維級(jí)聚酯切片(PET)試驗(yàn)方法》測(cè)定。

力學(xué)性能:根據(jù)GB/T 14344—2008《化學(xué)纖維 長(zhǎng)絲拉伸性能試驗(yàn)方法》,采用全自動(dòng)單紗強(qiáng)力機(jī)對(duì)三角異形有光滌綸FDY進(jìn)行測(cè)試。

條干不勻率:根據(jù)GB/T 14346—2015《化學(xué)纖維 長(zhǎng)絲條干不勻率試驗(yàn)方法 電容法》,采用條干儀對(duì)三角異形有光滌綸FDY進(jìn)行測(cè)試。

毛絲降等率:按照FZ/T 54039—2018《異形滌綸牽伸絲》外觀要求進(jìn)行判定,統(tǒng)計(jì)一段時(shí)間內(nèi)有毛絲的絲餅數(shù)量占絲餅總量的百分?jǐn)?shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 PET熔體端羧基含量

端羧基含量是PET的一項(xiàng)重要指標(biāo),對(duì)PET的熱穩(wěn)定性和結(jié)晶行為有很大影響。PET中端羧基含量增大,PET 產(chǎn)品相對(duì)分子質(zhì)量分布變寬,產(chǎn)品品質(zhì)下降,產(chǎn)品加工性能變差,紡絲加工中的斷頭、毛絲等現(xiàn)象就會(huì)增多[2]。PET熔體端羧基含量對(duì)FDY產(chǎn)品毛絲降等率的影響見(jiàn)表2。

表2 PET熔體端羧基含量對(duì)毛絲降等率的影響

從表2可以看出:隨著PET中端羧基含量增大,毛絲降等率先減小后增大;當(dāng)PET中端羧基含量控制在28～30 mol/t時(shí),毛絲降等率較小,這是因?yàn)镻ET中端羧基含量對(duì)PET熔體在輸送和紡絲加工過(guò)程的降解反應(yīng)有一定的抑制作用,而降解反應(yīng)減少,改善了PET的相對(duì)分子質(zhì)量分布,所以紡絲過(guò)程中的斷頭、毛絲減少。因此生產(chǎn)控制原料PET中端羧基含量在28～30 mol/t。

2.2 組件過(guò)濾精度

紡絲組件過(guò)濾精度對(duì)紡絲有明顯影響,組件過(guò)濾精度低,熔體中的雜質(zhì)無(wú)法有效濾除,會(huì)引起紡絲壓力增大,甚至?xí)斐刹糠謬娊z孔堵塞,紡絲時(shí)產(chǎn)生毛絲[3]?？疾炝藘?nèi)砂杯五層濾網(wǎng)400目(60/250/400/250/60)+板上網(wǎng)單層400目、內(nèi)砂杯五層濾網(wǎng)800目(60/250/800/250/60)+板上網(wǎng)單層400目、內(nèi)砂杯五層濾網(wǎng)1 200目(150/330/1200/250/60)+板上網(wǎng)單層800目3種不同紡絲組件濾網(wǎng)規(guī)格對(duì)毛絲降等率的影響,見(jiàn)表3。

表3 紡絲組件過(guò)濾精度對(duì)毛絲降等率的影響

從表3可以看出,隨著紡絲組件濾網(wǎng)過(guò)濾精度增大,毛絲降等率減小,當(dāng)紡絲組件濾網(wǎng)過(guò)濾精度達(dá)到1 200目時(shí),毛絲降等率明顯改善,降至5.1%,且紡絲組件壓力增加不大。因此生產(chǎn)選擇紡絲組件濾網(wǎng)過(guò)濾精度為1 200目。

2.3 三葉形噴絲孔尺寸

噴絲孔孔徑過(guò)小,熔體在噴絲孔中剪切速率增大,在相同紡速下,熔體細(xì)流容易發(fā)生破裂;孔徑過(guò)大,會(huì)導(dǎo)致噴頭的拉伸比增大,產(chǎn)生毛絲[4]。三葉形噴絲孔尺寸對(duì)毛絲降等率的影響見(jiàn)表4。

表4 三葉形噴絲孔尺寸對(duì)毛絲降等率的影響

由表4可知:采用葉寬為0.09 mm、葉長(zhǎng)為0.25 mm、弧半徑為0.25 mm的三葉形噴絲孔時(shí),噴絲頭拉伸比為260,相對(duì)偏高,且毛絲降等率較高;通過(guò)減小噴絲孔葉長(zhǎng)、弧半徑后,噴頭拉伸比為172.6,紡況較穩(wěn)定,絲餅外觀毛絲明顯減少,截面規(guī)整度好。另外,在相同工藝條件下,噴絲孔葉長(zhǎng)弧半徑變小后,生產(chǎn)的三角有光異形滌綸FDY的斷裂強(qiáng)度會(huì)提高0～0.1 cN/dtex,斷裂伸長(zhǎng)率提高1%～2%,染色偏深。因此,生產(chǎn)選擇三葉形噴絲孔葉寬為0.09 mm、葉長(zhǎng)為0.22 mm、弧半徑為0.22 mm。

2.4 工藝條件

2.4.1 紡絲溫度

紡絲溫度對(duì)熔體的可紡性和產(chǎn)品內(nèi)在品質(zhì)有重要的影響,而且對(duì)高異形度三角截面纖維的影響更為明顯[5-6]。在相同的冷卻條件下,提高紡絲熔體溫度,熔體流動(dòng)性能好,凝固點(diǎn)將下移,冷卻時(shí)間變長(zhǎng),絲條的形變時(shí)間變長(zhǎng),纖維拉伸性能提升;降低紡絲熔體溫度,熔體流動(dòng)性能差,使得熔體在噴絲板孔中剪切應(yīng)力增大,造成熔體破裂,紡絲時(shí)易出現(xiàn)注頭絲、斷絲。紡絲溫度對(duì)毛絲降等率的影響見(jiàn)表5。

表5 紡絲溫度對(duì)毛絲降等率的影響

從表5可以看出:紡絲溫度為292 ℃時(shí),毛絲毛絲降等率較高;隨著紡絲溫度升高,毛絲毛絲降等率降低;當(dāng)紡絲溫度達(dá)到294.5 ℃時(shí),毛絲降等率與294.0 ℃時(shí)相差不大,但生產(chǎn)過(guò)程中斷絲增加。因此,最終確定紡絲溫度為294.0 ℃,減少紡絲過(guò)程中毛絲的產(chǎn)生。

2.4.2 集束上油位置

集束上油位置對(duì)絲束條干不勻率、毛絲降等率及紡絲工況的影響較大。上油位置過(guò)低,紡絲張力增大,抗干擾能力弱,條干不勻率增大,在紡絲過(guò)程中容易出現(xiàn)毛絲、斷絲。集束上油位置對(duì)毛絲降等率的影響見(jiàn)表6。

表6 集束上油位置對(duì)毛絲降等率的影響

從表6可以看出:當(dāng)集束上油位置由1 260 mm上移至1 100 mm時(shí),產(chǎn)品毛絲降等率明顯降低,下降至5.3%,且絲束抖動(dòng)明顯減小,條干不勻率減小,紡絲工況穩(wěn)定;繼續(xù)上移至1 000 m,毛絲降等率變化不大,但斷絲有增加趨勢(shì)。因此,生產(chǎn)選擇集束上油位置在1 100 m。

2.5 產(chǎn)品性能

控制原料PET熔體中端羧基含量在28～30 mol/t,采用過(guò)濾精度為1 200目的紡絲組件濾網(wǎng),設(shè)計(jì)三葉形噴絲孔葉長(zhǎng)、弧半徑均為0.22 mm,調(diào)整紡絲溫度為294 ℃、集束上油位置為1 100 mm,生產(chǎn)的98 dtex/48 f三角異形有光滌綸 FDY 質(zhì)量指標(biāo)見(jiàn)表7。從表7可以看出,通過(guò)控制原料PET端羧基含量,優(yōu)化組件濾網(wǎng)過(guò)濾精度、噴絲孔大小,調(diào)整紡絲溫度、集束上油點(diǎn)位置等工藝參數(shù)后,生產(chǎn)的纖維毛絲較少,毛絲降等率為3.4%,纖維斷裂強(qiáng)度為4.1 c N/dtex,斷裂伸長(zhǎng)率為45.2%,滿(mǎn)足下游客戶(hù)使用需求。

表7 98 dtex/48 f三角異形有光滌綸FDY質(zhì)量指標(biāo)

3 結(jié)論

a.控制原料PET中端羧基含量在28～30 mol/t,采用過(guò)濾精度為1 200目的紡絲組件濾網(wǎng),設(shè)計(jì)三葉形噴絲孔葉長(zhǎng)、弧半徑均為0.22 mm,調(diào)整紡絲溫度為294 ℃、集束上油位置在1 100 mm,可有效降低毛絲數(shù)量,且生產(chǎn)穩(wěn)定。

b.工藝優(yōu)化后,熔體直紡生產(chǎn)的98 dtex/48 f三角異形有光滌綸FDY的毛絲降等率為3.4%,纖維斷裂強(qiáng)度為4.1 c N/dtex,斷裂伸長(zhǎng)率為45.2%,滿(mǎn)足下游客戶(hù)使用需求。