柳敦雷，林樞瓏

(江蘇恒科新材料有限公司，江蘇南通 226368)

10D系列超細(xì)旦滌綸長(zhǎng)絲的開(kāi)發(fā)

柳敦雷，林樞瓏

(江蘇恒科新材料有限公司，江蘇南通 226368)

采用熔體直紡的工藝制得了高穩(wěn)定高均勻的熔體，成功研制了10D系列超細(xì)旦滌綸長(zhǎng)絲產(chǎn)品。通過(guò)優(yōu)化的工藝塔回流水裝置、噴絲板、計(jì)量泵裝置，新型金屬燒結(jié)氈材料與金屬無(wú)紡多孔氈結(jié)合的材料過(guò)濾，熔體輸送溫度在282～284 ℃及較高壓力的條件下，制備出的產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定，后加工及織造效果良好。

超細(xì)旦 滌綸 計(jì)量泵 過(guò)濾

隨著人們生活水平的不斷提高，人們對(duì)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，熔體直紡10D系列超細(xì)旦滌綸長(zhǎng)絲具有輕薄、染色性能好、其織物具有絲綢般的柔軟等特點(diǎn)，產(chǎn)品附加值較高。該類產(chǎn)品可以用來(lái)做高檔高密滌塔夫等高端紡織產(chǎn)品，因此開(kāi)發(fā)高均勻高穩(wěn)定性10D系列超細(xì)旦滌綸長(zhǎng)絲具有廣闊的市場(chǎng)前景[1]。

10D系列超細(xì)旦滌綸長(zhǎng)絲總纖度極細(xì)，熔體質(zhì)量對(duì)此產(chǎn)品的可紡性影響很大，因此要求制備高穩(wěn)定高均勻的熔體，并要克服在熔體輸送過(guò)程中所產(chǎn)生的質(zhì)量差異，從而保證聚合物質(zhì)量均一、穩(wěn)定。10D系列超細(xì)旦滌綸長(zhǎng)絲通過(guò)新型噴絲板、優(yōu)化的工藝塔回流水裝置和計(jì)量泵裝置，并采用新型金屬燒結(jié)氈材料與金屬無(wú)紡多孔氈結(jié)合的材料過(guò)濾，達(dá)到了對(duì)熔體質(zhì)量的要求，降低了生產(chǎn)成本，且產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

1 試 驗(yàn)

1.1 原 料

試驗(yàn)所用原料為江蘇恒科新材料有限公司的PET，指標(biāo)如表1所示。

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(cè)試儀器

全自動(dòng)單紗強(qiáng)力機(jī)，YG023B-Ⅲ型，常州紡織儀器廠；自動(dòng)型條干儀，UT5-C800型，瑞士USTER公司；纖維含油率分析儀，Minispec mq20型，德國(guó)BRUKER公司；縷紗測(cè)長(zhǎng)機(jī)，YG086型，常州紡織儀器廠；斷面檢測(cè)儀，Nikon E100型，南京江南萬(wàn)士新電子有限公司；精密電子天平，F(xiàn)A1204N型，上海民橋精密科學(xué)儀器有限公司；接觸式點(diǎn)溫儀，HD-1200E型，安立計(jì)器株式會(huì)社；張力儀，TENSION STAR TS205型，Techno-Mac Corporation。

2 結(jié)果與討論

2.1 熔體制備

精對(duì)苯二甲酸(PTA)和乙二醇(EG)經(jīng)過(guò)一系列的打漿、酯化反應(yīng)、縮聚反應(yīng)得到熔體，其中PTA/EG的配比直接影響熔體的質(zhì)量，工藝塔的回流水裝置及熔體的輸送會(huì)影響聚酯的可紡性。

2.1.1 PTA/EG配比

PTA/EG的配比主要影響熔體的質(zhì)量，熔體質(zhì)量直接關(guān)乎聚酯的可紡性，可紡性決定10D系列滌綸長(zhǎng)絲毛羽率、斷絲率及染色均勻性。制備高穩(wěn)定高均勻的熔體，需要加強(qiáng)聚酯質(zhì)量自動(dòng)反饋與控制，增加漿料配置閉環(huán)反饋控制模塊和在線粘度串級(jí)控制模塊，找到PTA/EG漿液最優(yōu)配比為1∶1.5～1.8，同時(shí)要求聚合在終聚釜后要采用15 um的過(guò)濾器，以減少熔體中雜質(zhì)顆粒，降低聚酯的質(zhì)量指標(biāo)波動(dòng)幅度。

2.1.2 工藝塔回流水裝置

為獲得高穩(wěn)定高均勻的熔體，要求抗擾動(dòng)能力強(qiáng)，運(yùn)行更穩(wěn)定的塔，經(jīng)分析采用流水溫度控制裝置與工藝塔相連的回路，從工藝塔的頂端流向空冷器的底端，再?gòu)目绽淦黜敹说姆趴展芫€上流向回流槽，并從回流槽流向工藝塔的塔頂，塔頂壓力波動(dòng)由±0.05 MPa降至±0.01 MPa，回流水溫度波動(dòng)由±6 ℃降至±0.5 ℃，減少了生產(chǎn)過(guò)程的波動(dòng)。

2.2 熔體輸送

熔體輸送過(guò)程中，熔體的質(zhì)量會(huì)受輸送過(guò)程中壓力、溫度和停留時(shí)間等參數(shù)的影響，通過(guò)分析管道內(nèi)外徑及熱媒溫度條件，根據(jù)10D產(chǎn)品熔體流量小的特點(diǎn)及各參數(shù)的變化規(guī)律，設(shè)定了熔體輸送過(guò)程中輸送溫度為282～284 ℃，輸送時(shí)間為30 min左右，壓力降為10 MPa。

2.2.1 輸送溫度、停留時(shí)間及壓力

熔體從聚合的輸送泵輸送到紡絲箱體的各個(gè)紡絲部位，都是采用多分支管道來(lái)進(jìn)行的。聚酯熔體特性粘度降受熔體本身的溫度和在管線中的停留時(shí)間影響。溫度越高，停留時(shí)間越長(zhǎng)，則相應(yīng)的熱降解程度就越大。

采用較低熔體溫度，較高的壓力，增加產(chǎn)能等有利于減小粘度降。而溫度升高主要受初始特性粘度、熔體溫度及液相熱媒溫度的影響，較高熔體溫度及較低的液相熱媒溫度增加了傳熱溫差，加大了熱交換速率，有利于熔體溫度的下降。停留時(shí)間主要受產(chǎn)能的影響，產(chǎn)能增加，熔體在管道內(nèi)的停留時(shí)間呈遞減一階指數(shù)形式下降。

經(jīng)過(guò)模擬計(jì)算與實(shí)踐確定：由于項(xiàng)目產(chǎn)品熔體的耗量小，在長(zhǎng)達(dá)150米以上的熔體輸送管道中，熔體在管道中的停留時(shí)間長(zhǎng)，粘度降較大，采用適中的熔體溫度282～284 ℃及較高的壓力，充分利用熱交換器的調(diào)節(jié)作用，有利于獲得質(zhì)量均勻、穩(wěn)定的熔體，總的特性粘度降0.014 2 dL/g，小于0.02 dL/g的控制范圍內(nèi)[2]。

2.3 紡絲

紡絲過(guò)程中，紡絲組件噴絲板、分配板、熔體過(guò)濾材料等都會(huì)影響紡絲。通過(guò)監(jiān)測(cè)聚酯高分子熔體流動(dòng)特性及生產(chǎn)數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)計(jì)算熔體在微孔內(nèi)的剪切速率、噴絲板背壓及噴絲頭牽伸比等參數(shù)，研究熔體直紡超細(xì)旦滌綸長(zhǎng)絲噴絲機(jī)理，設(shè)計(jì)了噴絲板等關(guān)鍵部件。

2.3.1 噴絲板的導(dǎo)孔和微孔

噴絲板的導(dǎo)孔和微孔是連續(xù)紡絲成形的關(guān)鍵部件，開(kāi)發(fā)合適的噴絲板是保證生產(chǎn)穩(wěn)定和產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一[3]。

如圖1所示噴絲板孔由1-導(dǎo)孔、2-計(jì)量孔、3-第一過(guò)渡孔、4-第二過(guò)渡孔和5-毛細(xì)孔五個(gè)部組成。噴絲板制造加工中采用“導(dǎo)孔+導(dǎo)槽”的方式，即在導(dǎo)孔基礎(chǔ)上增開(kāi)導(dǎo)槽，增加熔體勢(shì)能和流動(dòng)性，降低熔體在入口區(qū)獲得的彈性能，減少板前網(wǎng)和噴絲板背面的接觸面，減小出現(xiàn)死角的可能性，同時(shí)也縮短了熔體停留時(shí)間，減少降解和炭化的產(chǎn)生。

圖1 噴絲板孔的結(jié)構(gòu)圖

噴絲孔尺寸對(duì)紡絲的穩(wěn)定性有較大的影響，噴絲孔直徑和長(zhǎng)徑比是根據(jù)噴絲孔剪切速率和噴絲頭拉伸倍數(shù)計(jì)算出的。熔紡過(guò)程中，噴絲孔的孔徑對(duì)細(xì)旦絲的可紡性影響很大，孔徑過(guò)小，孔道中熔體彈性雷諾準(zhǔn)數(shù)加大，發(fā)生彈性湍流；噴絲孔過(guò)大，噴絲頭拉伸比增加，出現(xiàn)紡絲滴絲，絲束無(wú)法擠出成型，無(wú)法實(shí)現(xiàn)正常紡絲。對(duì)于孔徑相對(duì)較小的噴絲板，熔體剪切速率較大，在噴絲孔道中的經(jīng)過(guò)時(shí)間較短，彈性能松弛所需孔道長(zhǎng)度較長(zhǎng)，需要選較大的長(zhǎng)徑比。但隨著長(zhǎng)徑比的增加，特別是較細(xì)孔徑的噴絲板，清洗難度增加，影響出絲狀況，組件上機(jī)合格率下降，根據(jù)計(jì)算及實(shí)際情況選用長(zhǎng)徑比3.4～3.7時(shí)效果最好。

2.3.2 新型噴絲板微孔排列技術(shù)開(kāi)發(fā)

噴絲孔排列主要方式有同心圓形、星形、菱形等，噴絲孔的密度和排列方式直接影響冷卻風(fēng)的穿透能力，噴絲孔密度不超過(guò)3個(gè)/cm2。結(jié)合環(huán)吹生產(chǎn)特點(diǎn)，根據(jù)空氣在纖維束中的流體動(dòng)力學(xué)計(jì)算優(yōu)化孔型排列，采同同心圓排布，且不同直徑的同心圓錯(cuò)位分布，提高了冷卻風(fēng)對(duì)絲束的穿透能力。異形板設(shè)計(jì)時(shí)，必須注意微孔異形面與吹風(fēng)方向?qū)?yīng)，既保證冷卻效果，也要避免單絲因環(huán)吹風(fēng)作用導(dǎo)致絲條湍流振動(dòng)。

為了提高微孔加工的精準(zhǔn)性，通過(guò)噴絲板全自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，運(yùn)用“數(shù)控影像定位”的方法和八(十六)領(lǐng)域局部搜索算法，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)糾偏，達(dá)到精確定位；運(yùn)用最小二乘擬合方法對(duì)目標(biāo)圖像邊緣進(jìn)行直線或圓的擬合，快速達(dá)到亞像素級(jí)檢測(cè)精度，解決了目前噴絲板自動(dòng)檢測(cè)儀存在誤檢、漏檢的問(wèn)題；檢測(cè)精度在0.8 μm，檢測(cè)速率在1.0秒/孔，噴絲板各孔徑的相對(duì)偏差<0.2%；結(jié)合美國(guó)新型Spintrak掃描電鏡，檢查并分析噴絲板孔尺寸及臟污狀況，確保噴絲板上機(jī)質(zhì)量。

2.3.3 過(guò)濾材料、過(guò)濾配比

化纖行業(yè)中在紡絲組件組裝時(shí)，普遍使用40～100#金屬砂與15～25 μ金屬網(wǎng)結(jié)合過(guò)濾的方式進(jìn)行過(guò)濾，對(duì)組裝質(zhì)量要求高。生產(chǎn)超細(xì)旦纖維時(shí)，組件上機(jī)后容易出現(xiàn)細(xì)絲、柱頭等異常組件，嚴(yán)重影響上機(jī)質(zhì)量及生產(chǎn)穩(wěn)定性[4]。

圖2 新型組合濾網(wǎng) 1. 鋁質(zhì)包邊； 2. 新型金屬燒結(jié)氈； 3. 金屬無(wú)紡布；4. 金屬網(wǎng)50MESH

運(yùn)用新型金屬燒結(jié)氈材料與金屬無(wú)紡多孔氈結(jié)合過(guò)濾，組態(tài)時(shí)可以單組或多層多組交叉等方式，提高過(guò)濾效果、提升組件上機(jī)成功率。同時(shí)，也減少了金屬砂使用，提高組裝效率。采用新型組件耗材后，組件尺寸縮小28%，生產(chǎn)使用時(shí)更節(jié)能。較高的組件壓力也有利于改善熔體的均勻性和流動(dòng)性，并能強(qiáng)化過(guò)濾效果，但壓力過(guò)高會(huì)縮短組件的周期，并影響紡絲計(jì)量泵計(jì)量的精確性。組件初壓在13～15 MPa最佳。

表2 有砂與無(wú)砂組件濾材對(duì)比表

2.3.4 新型熔體計(jì)量泵

計(jì)量泵也是紡絲機(jī)的關(guān)鍵部件之一，紡絲計(jì)量泵安裝在紡絲箱體內(nèi)部，作用是將紡絲熔體定量均勻的輸向噴絲組件，通過(guò)噴絲小孔噴出絲束，以確保絲束纖度均勻[5]。

10D超細(xì)旦纖維極細(xì)，熔體流速較快，導(dǎo)致計(jì)量泵泵體內(nèi)部壓力不足，計(jì)量泵軸頭端熔體會(huì)留在通道口處，這些會(huì)導(dǎo)致色澤絲質(zhì)量缺陷、卡泵，為了確保纖維穩(wěn)定成形，設(shè)計(jì)一種新型熔體計(jì)量泵，利用在計(jì)量泵上蓋板軸套下端進(jìn)行加開(kāi)引流槽口并加大倒角，使泵體內(nèi)部的熔體加大流通通道，減小計(jì)量泵泵頭熔體溢出阻力，使熔體停留時(shí)間縮短，解決了計(jì)量泵潤(rùn)滑通道熔體流通不順暢的問(wèn)題，新型計(jì)量泵確保了熔體流量計(jì)量準(zhǔn)確、保證產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定、均勻。

2.4 產(chǎn)品指標(biāo)

由于10D系列纖維的總線密度很小，在紡絲與拉伸成形的張力較難控制，易使纖維結(jié)構(gòu)產(chǎn)生缺陷，從而使FDY 超細(xì)纖維不均率增加。筆者通過(guò)高穩(wěn)定高均勻熔體制備及熔體輸送與分配、均勻性高壓紡絲組件及噴絲板設(shè)計(jì)加工等關(guān)鍵技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，10D系列超細(xì)旦滌綸長(zhǎng)絲產(chǎn)品的品質(zhì)得到的較大地提高。從表3中可以了解到，10D系列超細(xì)旦滌綸長(zhǎng)絲產(chǎn)品的穩(wěn)定性較高，在線密度不均勻率、條干不勻率、斷裂強(qiáng)度不勻率等指標(biāo)均與常規(guī)產(chǎn)品相當(dāng)。

表3 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) 采用工藝塔回流水溫度控制裝置，減少生產(chǎn)過(guò)程的波動(dòng)，確保熔體制備的穩(wěn)定。

b) 采用適中的熔體溫度282～284 ℃及較高的壓力，充分利用熱交換器的調(diào)節(jié)作用，獲得質(zhì)量均勻、穩(wěn)定的熔體，特性粘度降小于0.02 dL/g。

c) 噴絲孔同心圓排布，且不同直徑的同心圓錯(cuò)位分布, 提高了冷卻風(fēng)對(duì)絲束的穿透能力，既保證了冷卻效果，也避免了單絲因環(huán)吹風(fēng)作用導(dǎo)致絲條湍流振動(dòng)。

d) 利用在計(jì)量泵上蓋板軸套下端進(jìn)行加開(kāi)引流槽口并加大倒角，使泵體內(nèi)部的熔體加大流通通道，減小計(jì)量泵泵頭熔體溢出阻力，確保熔體流量計(jì)量準(zhǔn)確、保證了質(zhì)量穩(wěn)定、均勻。

e) 10D系列超細(xì)旦滌綸長(zhǎng)絲產(chǎn)品的穩(wěn)定性較高，在線密度不均勻率、條干不勻率、斷裂強(qiáng)度不勻率等指標(biāo)均與常規(guī)產(chǎn)品相當(dāng)。

[1] 姜軍.滌綸超細(xì)旦POY 278 dtex/288 f有光扁絲的生產(chǎn)工藝分析[J].紡織機(jī)械，2013，29(6):11-14.

[2] 趙偉峰，赫斌，江力，等.70 dtex/192 f細(xì)旦滌綸長(zhǎng)絲制備工藝[J].合成纖維，2011,42(9):41-43.

[3] 楊崇倡.異形纖維噴絲板的設(shè)計(jì)、加工及應(yīng)用研究[D].東華大學(xué)，2008.

[4] 傅波濤，陸傳榮，區(qū)文初，等.全金屬網(wǎng)結(jié)構(gòu)的細(xì)旦絲紡絲組件[J].合成纖維工業(yè)，1995，18(2)2:53-55.

[5] 吳秀魁，張紫陽(yáng)，李倩.熔體計(jì)量泵傳動(dòng)軸頭斷裂原因分析及改進(jìn)[J].合成纖維，2014，43(4)4:38-40.

The development of 10D series superfine polyester filament

Liu Dunlei, Lin Shulong

(JiangsuHengkeAdvancedMaterialsCo.，Ltd.,NantongJiangsu226368,China)

High stability and homogeneous melt was successfully prepared by the process route of melt direct spinning. After the optimization of processing route, a series of 10D super fine denier polyester filament products were developed successfully. When the water reflux device, spinneret, metering pump device of the processing tower were optimized and the melt was filtered by the materials of which combining new type metal sintering felt material with metal porous mat non-woven, the obtained product was stable quality and good in post processing and weaving effect under the conditions of the transfer temperature was 282～284 ℃ and higher pressure.

superfine; polyester; metering pump; filtration

2016-12-05

柳敦雷(1972-)，山東青島人，高級(jí)工程師、高級(jí)經(jīng)濟(jì)師，長(zhǎng)期從事化纖企業(yè)管理和科技創(chuàng)新工作。

TQ342

B

1006-334X(2017)02-0052-04