44 dtex/144 f超細(xì)旦大有光滌綸FDY的開發(fā)

姚 夢(mèng) 元

(江蘇恒科新材料有限公司, 江蘇 南通 226300)

滌綸超細(xì)纖維通常是指單絲線密度小于0.55 dtex的滌綸長(zhǎng)絲。滌綸超細(xì)纖維由于線密度極細(xì)，絲的剛度大大降低，絲的比表面積和毛細(xì)效應(yīng)增大[1]。因而，其織物的蓬松性與覆蓋性得到提高，織物透濕性得到改善，其吸濕排汗功能優(yōu)異；織物填充密度高，其保暖性較好；同時(shí)單絲強(qiáng)度較低有利于磨毛等后處理加工。與常規(guī)纖維相比，多孔超細(xì)旦滌綸的生產(chǎn)技術(shù)要求更高，難度更大[2]。超細(xì)旦化是滌綸長(zhǎng)絲發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)，目前國(guó)內(nèi)使用普通紡絲方法，生產(chǎn)單絲線密度小于0.4 dtex 的超細(xì)旦滌綸長(zhǎng)絲仍然較少[3]。為了提高產(chǎn)品差別化，提升公司的盈利能力，公司采用熔體直紡大有光滌綸FDY的工藝流程開發(fā)了熔體直紡超細(xì)旦單絲線密度為0.31 dtex(即44 dtex/144 f)的大有光滌綸全拉伸絲(FDY)(簡(jiǎn)稱超細(xì)旦滌綸FDY)產(chǎn)品。作者探討了紡絲溫度、無風(fēng)區(qū)高度、集束位置、拉伸工藝等對(duì)超細(xì)旦滌綸FDY生產(chǎn)的影響，以期為同行提供參考。

1 試驗(yàn)

1.1 原料

聚酯熔體：特性黏數(shù)為(0.678±0.03)dL/g，熔點(diǎn)為(260.5±0.2)℃，端羥基含量為(29±2)mol/t，二甘醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(1.30±0.03)%，灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(0.018±0.002)%，水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.10%，恒力石化股份有限公司產(chǎn)； DELIOMHENLI-106(簡(jiǎn)稱HL-106)油劑：日本竹本油脂公司生產(chǎn)。

1.2 主要設(shè)備與儀器

Ati-Ⅱ614MR/24卷繞機(jī)、紡絲箱體、紡絲組件(無沙組件)：日本TMT公司制；YG 86C 縷紗測(cè)長(zhǎng)儀、YG023B-Ⅲ 型全自動(dòng)單紗強(qiáng)力機(jī)：常州紡織儀器廠制； USTER TESTER-5型條干測(cè)試儀：瑞士烏斯特技術(shù)公司制； MQ20核磁共振分析儀：德國(guó)Bruker公司制； HWS28型恒溫水浴鍋：上海一恒科學(xué)儀器有限公司制。

1.3 工藝流程

采用熔體直紡大有光滌綸FDY的工藝流程進(jìn)行超細(xì)旦滌綸FDY的試驗(yàn)及生產(chǎn)，其具體工藝流程圖如圖1所示。

圖1 超細(xì)旦滌綸FDY的工藝流程示意Fig.1 Process flow of ultra-fine denier polyester FDY

1.4 分析與測(cè)試

線密度：其大小用dtex表示，即10 000 m長(zhǎng)紗線的質(zhì)量(g)。通過縷紗測(cè)長(zhǎng)機(jī)測(cè)試儀取樣300 m，經(jīng)天平稱重，換算成dtex。

斷裂強(qiáng)度及伸長(zhǎng)率：預(yù)加(0.05±0.01)cN/dtex張力，采用全自動(dòng)單紗強(qiáng)力機(jī)對(duì)試樣進(jìn)行拉伸，直至斷裂，測(cè)得試樣的斷裂強(qiáng)力和伸長(zhǎng)值，測(cè)試試樣12個(gè)，取其平均值。

條干不勻率：采用USTER TESTER-5型條干測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試。按USTER TESTER-5型條干測(cè)試儀的操作方法，輸入線密度、捻度、捻向、實(shí)驗(yàn)速度等參數(shù)后儀器會(huì)自動(dòng)進(jìn)行測(cè)試并出結(jié)果。

含油率：采用核磁共振的方法測(cè)試?yán)w維中的含油率。先用已知含油量的標(biāo)準(zhǔn)試樣，利用MQ20核磁共振分析儀測(cè)定對(duì)應(yīng)的核磁共振信號(hào)強(qiáng)度，繪出定標(biāo)曲線。然后取一定量未知試樣，測(cè)試其信號(hào)強(qiáng)度，并與標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行比較，確定被測(cè)試樣的含油率。

沸水收縮率：在縷紗測(cè)長(zhǎng)機(jī)上繞取25 m，并預(yù)加一定張力測(cè)其長(zhǎng)度，之后放入100 ℃恒溫水浴鍋中煮30 min，取出晾干后再以同樣的方法測(cè)其長(zhǎng)度，計(jì)算兩次測(cè)量長(zhǎng)度差與第一次測(cè)量長(zhǎng)度的比值即為產(chǎn)品的沸水收縮率。

網(wǎng)絡(luò)：取1 m長(zhǎng)試樣，將其放入常溫水浴中，數(shù)1 m長(zhǎng)試樣的纏結(jié)數(shù)即為網(wǎng)絡(luò)度。

2 結(jié)果與討論

2.1 噴絲板的設(shè)計(jì)

噴絲板是熔體直紡的關(guān)鍵部件，噴絲板對(duì)生產(chǎn)的穩(wěn)定和產(chǎn)品質(zhì)量起到關(guān)鍵性的作用，噴絲板設(shè)計(jì)是否合理會(huì)直接影響超細(xì)旦滌綸FDY的可紡性及生產(chǎn)效率[4]。在φ64 mm噴絲板上加工144個(gè)微孔，需考慮剪切速率、噴絲頭拉伸比、熔體膨化比、組件背壓及壓損等設(shè)計(jì)參數(shù)，兼顧環(huán)風(fēng)冷卻條件和在用噴絲板的情況。試驗(yàn)結(jié)果表明，從出絲和冷卻效果等方面進(jìn)行考慮。試驗(yàn)結(jié)果表明，選擇噴絲板孔徑為0.12 mm、孔深為0.4 mm，噴絲板孔呈同心圓分布生產(chǎn)超細(xì)旦滌綸FDY時(shí)，其生產(chǎn)狀況較好。

2.2 熔體輸送溫度的選擇

對(duì)于生產(chǎn)超細(xì)旦滌綸FDY，要達(dá)到穩(wěn)定生產(chǎn)，均勻穩(wěn)定的熔體是必不可少的。在熔體的輸送過程中，輸送溫度高熔體流動(dòng)性好，但是溫度過高熔體易發(fā)生降解，從而影響熔體質(zhì)量的均勻、穩(wěn)定性，會(huì)導(dǎo)致在紡絲過程中產(chǎn)生斷絲、毛絲等現(xiàn)象；輸送溫度過低熔體降解較少，但是熔體黏度高流動(dòng)性差，對(duì)熔體的均勻性也會(huì)產(chǎn)生影響，從而影響產(chǎn)品的生產(chǎn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，熔體輸送溫度控制在281.5～283.5 ℃ 時(shí)，有利于生產(chǎn)穩(wěn)定。

2.3 紡絲溫度的選擇

生產(chǎn)超細(xì)旦滌綸FDY時(shí)，紡絲溫度的控制至關(guān)重要，同時(shí)紡絲溫度對(duì)超細(xì)纖維的影響也較為明顯。由于單絲及復(fù)絲線密度均較小，較低的或較高的紡絲溫度均會(huì)增加紡絲的毛絲和斷頭[5]。試驗(yàn)結(jié)果表明，在生產(chǎn)超細(xì)旦滌綸FDY時(shí)，箱體溫度應(yīng)控制在291 ℃附近較為合理，底部加熱器(即分布在紡絲組件周圍并且組件進(jìn)行加熱的設(shè)備)溫度控制在295～305 ℃時(shí)較為合適。試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)撞考訜崞鳒囟瘸^315 ℃時(shí)，生產(chǎn)過程中易產(chǎn)生飄絲斷頭，且停止紡絲之后重新開紡易粘板，底部加熱器溫度低于285 ℃時(shí)，組件壓力升壓快，生產(chǎn)周期短。

2.4 無風(fēng)區(qū)的選擇

無風(fēng)區(qū)高度的選擇需要考慮噴絲頭拉伸倍數(shù)、單絲線密度、纖維單絲數(shù)、截面形狀等因素。無風(fēng)區(qū)高度過高，則不易冷卻，斷絲多，可紡性差；無風(fēng)區(qū)高度過低，則冷卻過快，纖維易發(fā)脆，紡絲及拉伸時(shí)易產(chǎn)生毛絲、斷絲。結(jié)合超細(xì)旦滌綸FDY單絲較多，線密度較小，易冷卻等特點(diǎn)，以及試驗(yàn)情況，無風(fēng)區(qū)高度為35.5～55.5 mm，環(huán)吹風(fēng)風(fēng)壓為26～32 Pa，相對(duì)濕度為22%～24%時(shí)生產(chǎn)狀況較為理想。

2.5 集束位置和上油

由于超細(xì)旦滌綸FDY單絲較多、線密度較小、比表面積大、與空氣摩擦較大、紡絲張力大，因此提高集束位置和上油率，有利于減少纖維與空氣的摩擦，從而有利于減少因摩擦而產(chǎn)生的毛絲、斷絲、條干不勻率變異系數(shù)值大等現(xiàn)象。為保證較好的上油均勻性，選用了平滑性、乳液附著性都較好的HL-106油劑和JTC-OJ160油嘴，上油率控制在1.10%左右，集束位置距離噴絲板高度控制在750～850 mm。在此條件下，產(chǎn)品能夠較為穩(wěn)定生產(chǎn)，產(chǎn)品條干不勻率變異系數(shù)值較小，條干不勻率可以保持在1.0%以下。

2.6 拉伸工藝的選擇

拉伸是超細(xì)旦滌綸FDY初生纖維超分子結(jié)構(gòu)發(fā)生重大改變并趨于完善的過程，可以提高其物理機(jī)械性能。FDY拉伸工藝主要指一熱輥(GR1)和第二熱輥(GR2)的速度、溫度[6]。GR2與GR1的速度比值為拉伸倍數(shù)，拉伸倍數(shù)過大會(huì)容易產(chǎn)生毛絲、斷絲，拉伸倍數(shù)過小會(huì)導(dǎo)致絲束拉伸不勻，產(chǎn)品錠間差異大。表1為不同拉伸倍數(shù)條件下，超細(xì)旦滌綸FDY產(chǎn)品10%強(qiáng)力(即伸長(zhǎng)率為10%時(shí)的強(qiáng)力)的數(shù)值，由于最后6錠數(shù)值對(duì)比較明顯，因此只取最后6錠具體數(shù)值作為參考，1～18錠給出了數(shù)值范圍。結(jié)合超細(xì)旦滌綸FDY 單絲線密度小的特點(diǎn)，拉伸倍數(shù)控制在1.40～1.70較為合適。

表1 纖維在不同拉伸倍數(shù)條件下的10%強(qiáng)力 cNTab.1 10% strength of fiber under different draw ratios

GR1溫度的設(shè)定要在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上。由于超細(xì)旦滌綸FDY含油率較高，GR1溫度過低，絲條水分增加，導(dǎo)致GR1表面溫度差異變大，從而影響染色的均勻性，在拉伸過程中也容易出現(xiàn)拉毛、拉斷的情況；GR1溫度過高，絲條水分蒸發(fā)快，絲束在GR1表面的抖動(dòng)增大，從而增加了絲束與熱輥、絲束與絲束之間的摩擦，易產(chǎn)生毛絲、斷絲等現(xiàn)象，因此GR1溫度設(shè)定在77～80 ℃ 較為適宜。GR2溫度主要是對(duì)絲條加熱定型，對(duì)產(chǎn)品的沸水收縮率影響較大，需根據(jù)產(chǎn)品線密度及后道織造的需求來確定，由于超細(xì)旦滌綸FDY線密度較小，GR2的溫度會(huì)比一般常規(guī)品種低一些，因此，GR2溫度設(shè)定在120～125 ℃。

2.7 產(chǎn)品質(zhì)量

通過試驗(yàn)，確定了最終的生產(chǎn)工藝，各主要工藝參數(shù)如表2所示。

表2 主要生產(chǎn)工藝參數(shù)Tab.2 Main production process parameters

在表2的最終工藝條件下，生產(chǎn)的超細(xì)旦滌綸FDY產(chǎn)品各項(xiàng)具體質(zhì)量指標(biāo)如表3所示。由表3可看出，超細(xì)旦滌綸FDY產(chǎn)品性能優(yōu)異，達(dá)到了公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的AA級(jí)。

表3 超細(xì)旦滌綸FDY質(zhì)量指標(biāo)Tab.3 Quality index of ultra-fine denier polyester FDY

3 結(jié)論

a. 選擇噴絲板孔徑為0.12 mm、孔深為0.4 mm，噴絲板孔呈同心圓分布生產(chǎn)超細(xì)旦滌綸FDY時(shí)，其生產(chǎn)狀況較好。

b. 均勻穩(wěn)定的熔體是穩(wěn)定生產(chǎn)超細(xì)旦滌綸FDY的必要條件，熔體輸送及紡絲溫度控制過高或過低都不利于生產(chǎn)，熔體輸送溫度控制在281.5～283.5 ℃ ，紡絲箱體溫度為291 ℃ 較為適宜。

c. 無風(fēng)區(qū)高度為35.5～55.5 mm，環(huán)吹風(fēng)風(fēng)壓為26～32 Pa，相對(duì)濕度為22%～24%時(shí)，生產(chǎn)狀況較為理想。

d. 超細(xì)旦滌綸FDY單絲較多、線密度較小、比表面積大、與空氣摩擦較大，可適當(dāng)提高上油率并選用性能較好的油劑HL-106油劑，上油率控制在1.10%左右，集束位置距離噴絲板高度控制在750～850 mm。

e. 生產(chǎn)超細(xì)旦纖維時(shí)，拉伸倍數(shù)過大會(huì)容易產(chǎn)生毛絲、斷絲，拉伸倍數(shù)過小會(huì)導(dǎo)致第一熱輥與第二熱輥之間絲束拉伸不勻，產(chǎn)品錠間差異大，拉伸倍數(shù)控制在1.40～1.70時(shí)可生產(chǎn)出質(zhì)量較好的產(chǎn)品。