有光三角PA6 FDY生产中毛丝产生原因及对策

2014-08-05李生强

合成纤维工业 2014年1期

王新，李生强，王振

(烟台华润锦纶有限公司，山东烟台264006)

有光三角聚己内酰胺(PA6)全拉伸丝(FDY)具有较好的光线折射性能，织物染色后具有亮丽的光泽，同时由于其异形截面而具有较好的吸湿排汗性能和穿着舒适性。因此，有光三角PA6 FDY越来越受到市场的欢迎。但由于有光三角PA6 FDY单丝截面呈三角形，与导丝器件的摩擦力大，同时三角形喷丝板孔在生产过程中也较圆形板孔容易堵塞，产生细丝和单丝断裂，因此，在生产过程中极易产生毛丝，影响产品质量。作者以44.4 dtex/24 f有光三角PA6 FDY为例，探讨生产过程产生毛丝的影响因素，并给出相应对策，以减少毛丝量，提高产品质量，供同行参考。

1 试验

1.1 原料

PA6切片:大有光，相对黏度 2.42，含水率0.30%，单体质量分数0.5%，BASF公司生产。

1.2 设备与仪器

24D-12E8螺杆挤压机:德国Barmag公司制;ATi-615R/10型卷绕机:日本TMT公司制;5-C800型条干检测仪:瑞士Uster公司制;FDAME型全自动强伸仪:德国Textecho公司制。

1.3 试验

PA6切片熔融纺丝，再经冷却上油、拉伸定型，卷装得到FDY。其工艺参数为纺丝箱体温度256～258℃，卷绕速度4 500～4 600 m/min，拉伸倍数1.15～1.20，热辊温度145～150 ℃。

1.4 分析与测试

毛丝数量:采用手电或日光灯照射观察确定，每筒丝的毛丝数量为该丝筒的上、下两个端面的毛丝个数之和。

力学性能:采用全自动强伸仪检测。每组实验至少检测一落丝，10个丝筒全部检测，各丝筒检测3次。

条干均匀度:使用5-C800型条干检测仪检测，测试长度不小于200 m。

2 结果与讨论

2.1 设备因素

2.1.1 喷丝板的孔形状

从图1可知:采用三叶形喷丝板，异形度过大，丝条截面呈内凹的三角形，三角尖锐，毛丝量较大;采用近似于三角形的板孔，异形度过小，丝条截面介于三角形和圆形之间，毛丝少，但丝束光亮程度欠佳;采用带有圆弧导角的三叶形喷丝板，丝条截面呈规则的正三角形，光泽度最好，同时毛丝非常少，与文献［1］中的结果相符。因此，生产中采用带圆弧导角的三叶形喷丝板较好。

图1 喷丝板孔形状对丝条截面的影响Fig.1 Effect of spinneret hole shape on yarn section

2.1.2 喷丝板板孔排布与间距

喷丝板开孔排布不合理或间距过小，会造成丝束内外层冷却不均匀，使生产过程出现条干不匀、毛丝、圈丝等问题。

多孔数喷丝板采用棱形排布，有利于丝束中的每孔丝均匀获得侧吹风冷却，参考专利ZL201020002922.3中的设计原则，棱形排布角度(α)为50°～70°，中心线与喷丝板水平轴中心线的夹角(β)为3°～10°，可以获得较好的效果［2］。板孔排布如图2所示。孔间距与微孔孔径相关，微孔直径越大，要求孔间距越大。根据实践经验，对于44.4 dtex/24 f品种，孔间距大于7 mm，即可满足冷却要求。

图2 喷丝板孔排布示意Fig.2 Spinneret hole arrangement

2.1.3 喷丝板孔长径比(L/D)

较高黏度的纺丝熔体进入喷丝板微孔，直径显著变小，速度增大，产生拉伸形变和剪切形变，自喷丝板孔喷出时，产生弹性回复，造成出口胀大［3］。L/D越小，松弛时间越短，出口胀大现象越突出，对纺丝的不利影响越严重，影响纤维的细化，造成粘板，纺丝断头，产生毛丝等。但L/D过大，清洗难度加大，纺丝时出现细丝甚至喷丝孔堵塞现象。根据生产实践，生产中采用L/D为2.5，毛丝最少，喷丝板也易于清洗。

2.1.4 喷丝板的损伤

喷丝板在使用过程中的熔体磨损、铲板时刮刀磨损，清洗过程有时用通针捅孔内的残留物操作不当、组装操作不小心引起板孔拉伤等都会影响到产品质量，引起毛丝［4］。

严格按照操作规程组装、拆卸、清洗和煅烧，最大限度减少人为损伤;组装前对每块喷丝板进行投影仪检测和连续变倍体视显微镜检测，剔除有疵点的喷丝板，可有效的避免因喷丝板损伤造成的毛丝。

2.1.5 丝路及导丝部件

PA6 FDY生产过程中，丝束经喷丝板喷出后要经过油嘴、导丝钩、预网络喷嘴、牵伸辊、主网络喷嘴、导丝辊及导丝钩等部件才能到达卷绕机。在丝条经过的整个丝路上，任何部件出现问题都会引起毛丝。

(1)油嘴和导丝钩

大有光三角FDY长丝因切片中没有加入二氧化钛且丝束单丝截面呈三角形，因此与丝路部件摩擦力最大，对油嘴和导丝钩的磨损尤为严重。同时，油嘴和导丝钩位置不正、角度不合适、松动，丝束运行不稳也会造成毛丝。在生产过程要加强对油嘴和导丝钩的检查，注意检测丝束张力，一个纺丝位内的各丝束张力要保持稳定并尽量一致，张力波动大的或差异大的要及时调整油嘴和导丝钩，调整不好的要更换新的油嘴和导丝钩。经验表明，不同规格的有光三叶PA6 FDY，油嘴和导丝钩更换周期一般为90～180 d。

(2)拉伸辊和导丝辊

在升头操作过程中，吸枪可能会碰到拉伸辊和导丝辊，损坏辊表面的喷涂层，如果丝束恰好经过损坏的部位，就会产生毛丝。同时，如果拉伸辊擦拭不及时，表面形成积碳，也会引起毛丝。

因此，操作工在升头过程中应避免人为碰伤拉伸辊和导丝辊。根据不同规格产品制定不同的拉伸辊擦拭周期，擦辊时要采用柔软的纱布和专门的试剂，可在铲板的同时进行擦辊工作。

(3)网络喷嘴

网络喷嘴磨损、出气过大或堵塞，丝束在喷嘴中抖动过大都有可能造成毛丝。因此在生产过程中要注意观察丝束在喷嘴中的运行状态，同时要定期检查丝筒的网络点情况，以便及时发现并解决问题。

(4)卷绕机构

卷绕机构的工况不良也会引起毛丝。TMT公司ATi-615R/10卷绕机最易引起毛丝的部件是拨叉。拨叉前端的瓷片损坏后会引起严重毛丝，出现丝筒的一个端面严重毛丝，而另一端面则没有毛丝。另外，压力辊与丝筒卷绕面接触，如果压力辊被钩刀或吸枪等物品损伤，出现沟痕，会使丝筒内部出现毛丝，从端面难以发现。对于卷绕机，应加强其检查和定期维护，加强对下机产品的分级检验。

2.2 纺丝工艺因素

2.2.1 纺丝温度

纺丝温度过低时，熔体黏度过高，喷丝头熔体膨胀效应严重，甚至出现“熔体破裂”现象，产生毛丝，生产过程断头率升高。温度过高时，聚合物的热分解加剧，造成相对分子质量降低和出现气泡丝、注头丝［5］。

表1 纺丝温度对产品质量的影响Tab.1 Effect of spinning temperature on product quality

从表1可知，生产44.4 dtex/24 f有光三角PA6 FDY选用纺丝温度256～258℃，毛丝少，可纺性好。

2.2.2 冷却条件

熔体细流经喷丝板喷出后，在空气中冷却凝固成形，冷却条件对纤维的结构和性能有决定性的影响。在生产中要保证冷却条件的稳定。包括冷却空气的温度、湿度、流速和冷却高度等。对毛丝影响较为关键的因素为冷却空气的温度和冷却高度。

冷却温度过低，纺丝熔体细流在冷却成形过程中，冷却速度过快，纤维的皮芯结构容易出现应力集中现象，使丝的表皮易产生裂缝和裂纹;而在丝的内部分子中产生球粒，或形成硬丝，拉伸性能低，拉伸时出现较多毛丝和断头［6］。

因此，生产过程冷却温度可适当偏高。但如果冷却温度过高，会使丝束凝固点下移，结晶过快，不利于后拉伸，断头高，甚至出现丝束卷曲。实践证明，采用17～18℃的露点风冷却可以获得较好的结果。

丝束完成冷却固化后才能集束上油，因此，冷却高度要达到要求，否则，不利于纤维内部分子的取向，影响纤维的拉伸性能，拉伸过程单丝断裂产生毛丝和断头。但冷却高度过高，丝条的晃动程度会加大，影响条干均匀度，同时，丝束张力会增加，也会增加断头、毛丝的比例。

从表2可知，对于44.4 dtex/24 f PA6 FDY，采用17～18℃的露点风冷却，集束上油的位置在喷丝板下方1.1～1.2 m处，可获得较好的效果。

表2 冷却条件对产品质量的影响Tab.2 Effect of quenching conditons on product quality

2.2.3 上油率

如果上油量少，不能在丝束表面均匀地形成油膜，摩擦阻力增加，丝束集束性差，易产生毛丝［6］。上油量过高，会造成下游使用过程中滴油和污染等问题。有光三角PA6 FDY多用于经编、纬编和织袜，丝束含油率控制在1.0% ～1.5%，可满足客户使用需求，有效减少毛丝量。

2.2.4 拉伸倍数和定型温度

拉伸倍数提高，纤维的断裂强度会增加，但如果拉伸倍数超过临界值，会使纤维内部的大分子链发生滑移甚至断裂，产生毛丝和断头。因此，拉伸倍数应控制在适当的范围内。为了提高纤维的拉伸性能，消除纤维在拉伸过程中产生的内应力，拉伸过程中同时进行热定型，定型温度随拉伸倍数的增加适当提高。但定型温度过高会影响FDY油剂稳定性，在热辊上产生结焦，影响产品质量。

从表3可知，在一定范围内，随着拉伸倍数的升高，断裂伸长率逐渐下降，强力上升，但拉伸倍数超过临界值后，强力也开始出现下降，毛丝数量显著增加。采用拉伸倍数为1.2，毛丝最少，强力和断伸指标也比较理想。