再生涤纶短纤维生产工艺的探讨

戚傲春

(江阴职业技术学院，江阴214433)

聚酯瓶具有质量轻、不易破碎、耐腐蚀等优点，在食品包装上应用广泛。但废旧聚酯瓶很难降解，且焚烧会产生有害气体，污染环境。很多企业以聚酯瓶片等废聚酯为原料，采用切片熔体纺丝工艺生产再生有色涤纶短纤维，其在后道工序中不需要染色。生产再生涤纶短纤维相比长丝技术要求低。再生涤纶短纤维强度低，疵点多，存在超倍长纤维，可通过纺纱弥补某些缺陷，且单耗低，1 t聚酯瓶片可以生产约0.98 t的再生涤纶短纤维;而生产1 t涤纶却要消耗6 t石油，生产再生涤纶短纤维具有原料成本低、利润高、环保的特点。作者以聚酯瓶片等废聚酯为原料，生产出多种规格的白色和有色再生涤纶短纤维，探讨了各生产工序的技术要点，以供同行借鉴。

1 再生涤纶短纤维生产工艺流程

与常规涤纶短纤维的生产相比，再生涤纶短纤维的生产过程中仅前纺增加了原料的筛选及配料工序，其生产工艺如图1所示。

图1 再生涤纶短纤维生产工艺流程Fig.1 Flow chart of regenerated polyester staple fiber production

2 生产工艺

2.1 前纺工艺

2.1.1 筛选

筛选的目的是将原料中的杂质剔除，保证成品纤维质量。聚酯瓶、医学用的胶片、聚酯捆包带、涤纶生产过程中的下脚料如废浆块废丝等都可以用来生产再生涤纶短纤维。这些原料中杂质多，如橡胶密封垫、聚氯乙烯(PVC)等。PVC分解点低、高温下分解产生的碳化物易堵塞喷丝孔，同时促使聚酯降解，生产涤纶色泽发黑暗，疵点增多，PVC质量分数超过1%纺丝难以成形［1］。生产过程中，在螺杆挤压机和纺丝箱体之间安装一个可切换的双室过滤器，纺丝组件中用海砂和多层金属网组成的过滤层，可过滤熔体中的杂质。

2.1.2 配料

透明聚酯瓶片加入质量分数 0.02% ～1.00%的增白剂可生产白色涤纶短纤维，杂色瓶片加入适量的色母粒生产有色涤纶短纤维;为了降低成本也可直接用色粉，在转鼓干燥出料前2 h加入，并停止抽真空。由于瓶片较薄、蓬松，特性黏数大、相对分子质量分布宽而熔点较低，进入螺杆挤压机由固态熔融成液态时，其体积迅速减小，造成纺丝压力不稳定，可添加适当比例的泡料配成混合料来解决。泡料由废浆块粉碎或废丝废聚酯材料在加热炉中加热微融粘结粉碎制得。泡料特性黏数小、颗粒状，熔融后体积变化小。混合料熔体黏度低，纺丝易断头，难以拉伸，成品纤维强度低。由于干燥和纺丝过程中聚酯特性黏数约降解0.05 dL/g，通常要求混合料的特性黏数在0.67～0.72 dL/g比较合适。如果聚酯瓶片混合料特性黏数小，可加入扩链剂来提高。

2.1.3 干燥

干燥的目的是去除水分，提高原料的的结晶度，防止纺丝形成气泡产生毛丝或断头，同时减少聚酯的水解。聚酯瓶片经清洁烘干后，仍含1%～4%的水分。采用真空转鼓干燥机干燥，真空度低于 －0.09 MPa，转速 4 r/min，干燥温度110～150℃;若配料中有色母粒因其熔点较低，干燥温度控制在110～130℃;一般干燥8～12 h，瓶片含水率低于50 μg/g。生产有色涤纶短纤维时，色母粒与瓶片的质量差异大，转鼓转动使色母粒在原料中分布不匀，先出的料要和后出的料混合后再喂入螺杆挤压机，以减小色差。

2.1.4 纺丝

纺丝温度高，熔体的黏度低，流动性好，飘丝和断头少，纺丝顺利;但温度过高，导致熔体热降解，熔体黏度过低，丝条易粘附喷丝板，造成注头丝、并丝多;纺丝温度过低，熔体黏度过高、流动性差，造成熔体输送困难、易出现漏浆，产生硬丝、丝条条干差，后拉伸时易产生毛丝和断丝。一般纺丝温度为 270～285℃，温度波动控制在±2℃。生产有色涤纶短纤维因色母粒黏度低，含的着色剂易升华，纺丝温度相应降低5～15℃。原料中杂质含量高，螺杆挤压机在高温下工作磨损快，使用一段时间后螺杆与套筒间的间隙增大，熔体回流增多，纺丝温度设定的低一些。生产中可从喷丝板出丝的“光环”情况来判断纺丝温度，如果“光环”很窄很亮、上下跳动不稳定，说明纺丝温度过高;如果“光环”宽而暗，说明纺丝温度过低;如果“光环”明亮，1 cm宽左右、不跳动，说明纺丝温度比较适中。

2.1.5 环吹风冷却

涤纶短纤维的生产通常采用环吹风冷却丝束。生产中为了降低成本一般没有专业的空调，夏季在风机进风口处用水帘降低风温，冬季喷蒸汽提高风温，同时起到调节风湿的作用。

涤纶短纤维纺丝根数多、丝束密集，如风速很低，冷却风只能接触到外层丝束吹不到内层丝束，造成内外层丝束冷却条件差异大，增大原丝条干不匀、并丝增多。风速大小以能均匀吹到所有丝束为准，一般为 0.5 ～4.0 m/s。

纺丝速度高，热交换量增加，应加快丝束冷却，风温低些。为了提高后拉伸倍数，选择较低风温;风温低，纤维预取向度低，后拉伸倍数可以大些。选择合适的风温，可以控制纤维的结晶度，减少毛丝和断头，有利于后道工序加工，风温一般控制在20～30℃。

增加风湿可以增大冷却风的比热，加速丝条的冷却，减少纺丝时产生的静电，减少丝条的抖动，有利于丝束冷却温度恒定，减少并丝;风湿度偏低，丝束的手感发干发涩，丝束冷却不均匀，断头丝较多。相对湿度控制在65%～80%。

2.1.6 上油

上油率低，纤维易产生静电;上油过多，容易粘辊。通常，油水比控制在20% ～25%，纤维最终上油率控制在0.1% ～0.2%可保证再生涤纶短纤维的可纺性。初生纤维存放8～24 h，油剂可均匀扩散，消除内应力。

2.2 后纺工艺

2.2.1 集束

集束的总线密度主要由牵伸机的牵伸能力和卷曲轮的宽度决定，进入卷曲机的丝片宽度与卷曲轮宽度要相匹配。总丝束过粗，丝片就厚，纤维的卷曲度降低，卷曲效果变差;总丝束过细，丝片太薄，丝片进丝不匀，出现卷曲横斑。一般卷曲轮宽度承担(4.44 ～6.66)×103dtex/mm 为宜［2］，集束纤维的总线密度变动控制在±4%。

2.2.2 拉伸

生产再生涤纶短纤维采用两道拉伸，第一道拉伸采用热的油水浴为加热介质，有利于拉伸点稳定;第二道拉伸采用过热蒸汽为加热介质，利于快速提高丝束的温度。拉伸倍数与纺丝速度应相匹配，纺丝速度提高，总拉伸倍数减小。一般纺丝速度每提高 100 m/min，总拉伸倍数减小 0.1［3］。生产再生涤纶短纤维时，纺丝速度一般控制在600 ～1 200 m/min，拉伸倍数为 3.5 ～5.0。一般原料特性黏数大，总拉伸倍数大。如第二第三道牵伸机缠辊严重，改变加热介质温度仍未解决，通过降低总拉伸倍数，提高纺丝速度来解决。采用二道拉伸工艺，第一道拉伸倍数较大，主要消除纤维细颈;第二道拉伸倍数较小，主要使纤维更加均匀;当第一道拉伸倍数与总拉伸倍数之比超过90%时，纤维强度下降，伸长率变大，纤维性能变差，所以生产中第一道拉伸倍数占总拉伸倍数的85%～90%为宜。如第二第三道牵伸机中有一道缠辊严重，通过降低第一道拉伸倍数、提高第二道拉伸倍数而总拉伸倍数不变来解决。

拉伸时加热介质温度要高于涤纶的玻璃化转变温度(Tg)。涤纶初生纤维完全无定形，Tg约67℃。第一道拉伸在热的油水浴中进行，由于油水的增塑作用，涤纶Tg降低约20℃，因此，在生产中水温一般控制在60～80℃。经过第一道拉伸后，PET部分结晶，取向度提高，Tg提高到约81℃。因此，第二道拉伸要在较高的温度下进行，生产中采用130～150℃的过热蒸汽(蒸汽压力大于0.1 MPa)将丝束加热到100～120℃。

2.2.3 卷曲

纤维卷曲加工可以增大纤维间的抱合力，提高可纺性。通常，棉型涤纶短纤维卷曲数为4～7个/cm，毛型3～5个/cm，卷曲度11% ～14%为宜。采用填塞箱机械卷曲机加工时，背压是决定丝束卷曲数的主要因素，主压与背压要匹配，主压要大于背压，主压一般为0.3～0.6 MPa，背压为0.2 ～0.3 MPa，纤维卷曲度和卷曲数同时满足优等品的质量要求。丝束进入卷曲机的温度控制在90～100℃，可稳定卷曲，消除卷曲时产生的内应力;但卷曲温度过高，丝束会粘结，造成卷曲不良。

2.2.4 松弛热定型

松弛热定型可消除内应力，降低纤维收缩率和回潮率。采用链板式松弛热定型机，丝束不容易乱、减少超长纤维的产生;烘干区温度必须在100℃以上，还要考虑油剂的耐热性，烘干区温度一般为110～120℃;热定型区温度比烘干区温度高一点，热定型区温度过高，卷曲度减小，纤维强度下降，伸长率增大，热定型区温度一般为120～130℃;烘干热定型时间控制在15～20 min，生产的再生涤纶短纤维回潮率为0.4% ～0.6%。

2.2.5 切断

纤维的长度根据客户的需要切断，切断工序丝束张力大则切断长度比要求的偏短;张力小则切断长度偏长;调节切断机前的张力装置使得丝束张力均匀、适中，来减小长度偏差。头尾丝、乱丝等要及时取出;严防钩刀等金属物被丝束带入切断机;硬丝、接头丝要在切断前及时捡出。通过工序工艺参数的优化调节，生产了3种规格的再生涤纶短纤维，其质量指标见表1。

表1 再生涤纶短纤维质量指标Tab.1 Quality index of regenerated polyester staple fiber

3 结论

a.以聚酯瓶片等废聚酯为原料，通过切片纺丝可生产再生有色涤纶短纤维，具有原料成本低，利润高、环保等特点。

b.再生涤纶原料特性黏数存在差异，可通过原料筛选合理配料，选择合适的干燥工艺、纺丝温度、环吹冷却成形条件、拉伸、卷曲及松弛热定型工艺等，生产出质量较好的再生涤纶短纤维。通过各工序工艺优化，生产的1.67 dtex×38 mm有色涤纶短纤维断裂强度达4.2 cN/dtex，断裂伸长率29.5%，超长纤维率0.9%。

［1］林忠.聚酯废料再生纤维研究［J］.广东化纤，1995(4):31－35.

［2］徐云山，周骏.涤纶短纤维的卷曲［J］.聚酯工业，2003，15(4):44－46.

［3］吕中品.涤纶短纤维生产要点［J］.河南化工，2001(8):15－17.