一步法涤纶FDY/POY混纤丝成型工艺研究

翁建男，张海兰,马建兴

(1.苏州如盛化纤有限公司，江苏 吴江 215236；2.苏州大学纺织与服装工程学院，江苏 苏州 215021)



一步法涤纶FDY/POY混纤丝成型工艺研究

翁建男1，张海兰2,马建兴2

(1.苏州如盛化纤有限公司，江苏 吴江 215236；2.苏州大学纺织与服装工程学院，江苏 苏州 215021)

通过切片熔融纺丝拉伸复合一步法研究了一步法涤纶FDY/POY混纤丝的成形加工条件.研究表明，在生产规格为130dtex/72f涤纶FDY/POY混纤丝时，纺丝温度应控制在289±2℃，FDY和POY的冷却侧吹风速度应分别选择在0.42m/s和0.35m/s，侧吹风温度为22±1℃，侧吹风湿度为75±5%，复合卷绕速度选择在3 500m/min较为合理，从而可使一步法生产涤纶混纤丝获得较好的差异性复合混纤效果。

涤纶；混纤丝；一步法；复合；成型工艺

随着科技进步和经济发展以及人们生活品质需求的不断提高，现有的普通涤纶长丝及其产品虽然具有强力高、挺括性好、易保养、价格低等优点，但与天然纤维相比，还存在手感和舒适透气性差等缺陷，这就迫使各生产厂家不断开发差异化超高仿真天然纤维产品以替代天然纤维及其织物等产品，来满足人们生活品质的需求。

本文研究的一步法涤纶FDY/POY混纤丝的技术路线，是通过采用不同线密度、不同截面形态、不同结构、不同性能的丝束经过复合交缠而制成混纤丝的生产工艺和制备方法，使制成的一步法涤纶混纤丝的纤维集合体具有不同的差异收缩率而在一定程度上产生微卷曲效果,形成优良的柔软蓬松性和丰满感以及纤维间具有许多小而多的毛细微孔空隙的特点，其织物具备柔软细腻的手感、吸湿排汗、透气疏水、舒适透气能力强等特性，可用来制备超高仿真天然纤维产品以替代天然纤维及其织物等，真正实现用一步法生产涤纶混纤丝的生产技术替代原有的两步法生产涤纶混纤丝的制备方法，与目前市场上采用二步法生产涤纶混纤丝工艺技术相比，具有工艺流程短、能耗低、生产成本低、产品品质好、质量稳定和附加值高以及性价比优势明显的优点，具有很好的产业化开发价值和良好的可持续发展前景。

1 实验

1.1 实验材料

聚酯切片的特性黏度为0.650dl/g、熔点≥258℃、凝聚粒子(>10μm)≤0.4个/mg；涤纶FDY/POY混纤丝规格为130dtex/72f(其中FDY为55dtex/24f、POY为75dtex/48f)。

1.2 试验设备

(1)纺丝螺杆挤出机采用日本帝人公司制造P105-25A型。

(2)纺丝箱体：大连合成纤维研究所研制的SB型。

(3)卷绕机：AWH-614/12ATE由TMT公司生产卷绕头。

1.3 测试仪器及方法

1.3.1 聚酯切片特性黏度测定

采用无锡健康针纺机械生产的NDY-Ⅲ型粘度测定仪，按照纤维级聚酯切片试验方法GB/T 14190-2008的要求，测定聚酯切片的特性粘度。

1.3.2 沸水收缩率测定

用YG086型缕纱测长仪绕取5圈纱线。在预加张力为0.2cN/dtex的条件下测定混纤丝的原始长度L0，然后将纱线绞成8字，对折，在松弛状态下用纱布包好，放入沸水中煮30min，取出后自然冷却，在相同条件下测量纤维长度L1，并用下式计算混纤丝的沸水收缩率ηW。

1.4 工艺流程

一步法涤纶FDY/POY混纤丝成型工艺流程图，如图1所示。

图1 一步法涤纶FDY/POY混纤丝成型工艺流程图

1.5 试验工艺参数

在一步法涤纶混纤丝生产过程中，其纺丝温度、侧吹风工艺条件、拉伸速度、导丝速度及复合卷绕成型工艺条件如表1所示。

表1 一步法涤纶FDY/POY混纤丝成型工艺参数

2 结果与讨论

2.1 聚酯切片质量的影响

聚酯切片质量和稳定性的控制对一步法涤纶混纤丝生产过程中的FDY和POY的纺丝、复合成型工艺条件以及产品加工性能有很大影响，尤其是纺丝熔体中杂质含量对一步法涤纶混纤丝影响更为敏感。试验表明，纺丝熔体中杂质含量多，易阻塞喷丝孔，可纺性变差，在纺丝时产生飘丝、断头增多，严重时会导致生产不能正常进行。因此，要求切片的特性黏度的波动值需小于0.01dL/g，干切片的含水率一般应要求控制在0.005%以下，熔体中采用小于20μm高效过滤芯的过滤装置，减少无机物大颗粒及在熔体输送过程中的凝集粒子，保证熔体在纺丝成形过程中有良好的流变性能和可纺性以及加工性能。

2.2 纺丝温度的影响

在一步法涤纶混纤丝生产过程中，纺丝温度的选择需要根据切片的黏度、熔点、干切片含水率以及熔体中含杂量进行适当调整外，还与所纺FDY和POY的流变性和可纺性以及生产的混纤丝线密度规格有更密切的关系，如表2和图2所示。

表2 一步法涤纶混纤丝的可纺性及混纤效果

图2 同一纺丝位的FDY和POY喷丝系统

由图2和表2可以看出，由于同一纺丝位要同时喷丝FDY熔体(图2左侧)和POY熔体(图2右侧)，其二者对纺丝温度要不同的要求。因此，纺丝温度的选择要有利于纺丝的正常进行，既要保证聚酯熔体的流动性和均匀性，同时还要兼顾温度对所纺FDY和POY熔体流变性和可纺性的影响，当纺丝温度为286℃或低于286℃时，纺丝、混纤过程中出现毛丝及断头，涤纶混纤丝的流变性、可纺性和混纤效果较差，从而影响混纤丝的结构和后拉伸性能，而在纺丝温度为288℃～290℃范围内，飘单丝和断头数量有明显下降，其涤纶混纤丝的流变性、可纺性和混纤效果较好，当纺丝温度超过292℃以上时，导致纺丝、混纤过程出现毛丝断头的现象较多，严重时甚至无法进行正常生产。本文认为，纺丝温度应选择在289℃±2℃较为合理，从而可获得较好的流变性、可纺性效果及混纤丝的沸水收缩性能。

2.3 冷却成形工艺

在一步法涤纶混纤丝形成过程中，由于是采用同时纺制FDY和POY的纺丝、冷却成形过程，因此，冷却成形工艺条件是影响FDY和POY成形过程和FDY、POY混纤过程效果及其产品质量的重要因素，其中尤以冷却吹风速度对FDY、POY混纤过程效果的影响更为明显，它直接影响到FDY、POY混纤过程效果的差异收缩性能的变化及混纤丝后沸水收缩性能。

图3 同一纺丝位的FDY和POY冷却上油系统

从图3可以看出，试验采用同一纺丝位的(图3左侧)和POY(图3右侧)冷却上油系统及其同时生产FDY和POY工艺及制备方法中的不同冷却上油的加工过程。因此，在设置生产工艺条件时需要兼顾所纺FDY、POY的规格、纺丝温度、熔体在纺丝箱体中不同的停留时间、不同泵流量和FDY、POY 熔体从不同喷丝孔挤出熔体细流的冷却固化工艺参数等，还要使其在冷却成形过程中获得较好的结构差异收缩性能和复合混纤过程效果。由表1的试验工艺表明，当FDY和POY冷却吹风速度应分别选择在0.42m/s和0.35m/s 数值范围以外时，其混纤丝的差异收缩性能效果较差，其主要原因可能是取决于POY熔体细流冷却固化和取向结晶化程度。本试验认为，如果要获得差异收缩性好的POY丝条，则需要减少缓冷却速率，降低POY丝条的取向结晶化程度，侧吹风冷却效果越好，POY丝条的取向结晶化程度就会增加，反之则减小，因此，在一步法涤纶混纤丝的研究中可以通过采用适当提高侧吹风温度和降低冷却吹风速度方法来实现。试验结果表明，在冷却成形过程中，FDY和POY冷却吹风速度应分别控制在0.42m/s和0.35m/s ，FDY和POY冷却吹风温度选择在22±1℃之间较为合理。

2.4 复合卷绕成型工艺

由于本试验研究的一步法涤纶混纤丝是采用在同一台机器设备是同时完成生产由FDY、POY两种不同结构性能纤维复合混纤制成，它与整个加工过程中的速度场和应力场密切有关。因此，复合卷绕成型工艺条件是一步法生产涤纶混纤丝的关键所在，其中尤以卷绕速度对混纤丝结构和性能以及产品后加工织物性能影响更为显著。

由表1混纤丝成型试验工艺参数可知，当混纤丝的卷绕速度选择为3 500m/min时，其经纺丝成形的FDY和POY输入复合喷嘴中进行复合，复合喷嘴中的FDY和POY丝束的速度分别设置在3 570m/min和3 580m/min，在复合喷嘴中的FDY和POY丝束形成一定的超喂率，使FDY和POY丝束在复合喷嘴中有所松弛而形成一定的复合网络混纤结构性能，从而获得较好的差异收缩性能效果。若复合卷绕速度选择过高，其POY的拉伸张应力就会相应提高，导致POY的取向度和结晶增大，则POY丝束的断裂伸长率就越小，影响混纤丝的结构差异性；若复合卷绕速度选择过低，则丝条在一步法生产涤纶混纤丝的过程中无法获得较好的差异收缩混纤效果。由此可知，POY卷绕速度的大小，决定了纺丝线上POY丝产生的分子取向结晶化程度和混纤丝获得的结构差异性及其收缩混纤效果。本试验结果表明，复合卷绕速度选择在3 500m/min较为合理，可使一步法生产涤纶混纤丝获得较为理想的差异性收缩混纤效果。

3 结论

在一步法生产涤纶混纤丝的过程中，聚酯切片质量、纺丝温度、冷却成形工艺、复合卷绕成型工艺条件对涤纶混纤丝的结构差异性及其收缩混纤效果以及产品质量影响很大，研究表明，在生产规格为130dtex/72f涤纶FDY/POY混纤丝，选择FDY为55dtex/24f和POY为75dtex/48f的混纤丝规格效果较为合理，其纺丝温度应控制在289±2℃；FDY和POY的冷却侧吹风速度应分别选择在0.42m/s和0.35m/s，侧吹风温度控制在22±1℃；侧吹风湿度为75±5%，复合卷绕速度选择在3 500m/min较为合理，从而可使一步法生产涤纶混纤丝获得较好的差异性复合混纤效果。

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2016-06-22