一种并列型复合弹性（T400）纤维设备及工艺分析

2020-07-28周晓辉张红亮

纺织科学研究 2020年7期

周晓辉张红亮

（北京中丽制机工程技术有限公司北京 101111）

1 前言

并列复合纤维是利用两种不同特性的原料按50:50 左右的比例复合，得到截面形状类似“8”的、有特殊卷曲性或高回弹性的复合丝。并列复合纤维有很多种，使用PTT 与低粘PET并列复合可以得到一种高回弹性纤维（T400），T400 纤维是用量较大的并列复合丝之一，因其生产过程类似FDY，初生纤维经过拉伸直接卷装成型，具有类似DTY 的高回弹性，广泛应用于各种面料中。北京中丽制机工程技术有限公司（以下称“北京中丽”）是做复合丝装置较早、量较大的工程公司之一。下面将以北京中丽装置为基础，生产T400 复合丝75de/36f 为例，对设备、工艺等分析和探讨。

2 设备及工艺情况

2.1 实例设备装置

（1）PET 干燥系统：郑州中远；PTT 干燥系统：郑州中远

（2）PET 螺杆：北京中丽；PTT螺杆：北京中丽

（3）复合纺丝箱体：北京中丽

（4）复合喷丝板：北京中丽

（5）油嘴、预网络器、导丝器：日本AWA

（6）计量泵：英国斯奈克1.8cc/r

（7）油剂泵：英国斯奈克0.10cc/r

（8）热辊系统：北京中丽

（9）卷绕机：北京中丽BWA55T

2.2 工艺流程（见图1）

图1 生产工艺流程图

2.3 原料

2.3.1 低粘PET 切片：上海石化（见表1）

表1 上海石化切片指标

2.3.2 PTT 切片：杜邦L2268（见表2）

表2 杜邦L2268 切片指标

2.3.3 油剂：竹本F-1748

此处使用涤纶FDY 油剂：竹本F-1748。

2.4 测试仪器

（1）压差法微量水分仪：常州纺织仪器厂有限公司SF-I 型

（2）测长仪：常州纺织仪器厂有限公司 YG082 型

（3）强伸仪：常州纺织仪器厂有限公司 YG023B 型

（4）乌斯特仪：Uster-III 型

2.5 实例工艺参数（见表3）

表3 75de/36f T400 复合丝主要工艺

2.6 实例成品质量（见表4）

3 设备及工艺分析

3.1 概述

T400 复合丝，通过低粘PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）、PTT（聚对苯二甲酸丙二醇酯）两种不同的原料，分别经过干燥、螺杆熔融，计量泵计量输送，进入同一个复合组件，再经过复合喷丝板的并列对喷吐丝，离开喷丝孔后马上复合在一起，再经侧吹冷却，油嘴上油，预网络，热辊牵伸，网络，最后卷绕机卷绕成型，得到T400 弹性纤维。T400 纤维具有高回弹性，CP 一般在80%～90%，同时这种纤维还具有高的光热稳定性，可以通过与其他纤维混织，包覆等，广泛应用于不同风格的弹性面料生产，比如近年较流行的四面弹等。

生产T400 复合丝75de/36f，通常低粘PET：PTT比例为50～55：50～45，拉伸比2.3～2.8，纺丝速度一般在3800～4200m/min 之间选择，单纤维截面成“8”型（见图2），因两种成分粘度差较大，纤维接近取向后，产生了较高回弹卷曲性。

3.2 干燥（见图3）

低粘PET，熔点250℃。低粘PET切片干燥系统，采用BM 型干燥系统，原料切片经投料装置送入高位切片料仓，经过沸腾床预结晶后，送入干燥塔，经过热干空气干燥后，干切片含水率小于25ppm，干切片进入螺杆。如干切片含水率较高时熔融降解大，会造成断头多，无法保证顺利进行复合纺丝。因为生产T400 使用的是0.5（dl/g）粘度的低粘PET，这样粘度差更大，卷曲回弹效果更好。预结晶温度130℃左右，温度高切片表面易黏连，结块。干空气露点要求-80℃以下，即达到较好的除湿效果。经过6～8 小时，130℃左右的干燥塔干燥，干切片含水率低于25ppm，纺丝达到好的效果。

PTT 为半结晶高聚物。DSC 法熔点228℃。PTT 切片干燥系统，也采用BM型干燥系统，原料切片经投料装置送入高位切片料仓，经过沸腾床预结晶后，送入干燥塔，经过热干空气干燥后，干切片含水率小于25ppm，干切片进入螺杆。PTT 原料更易熔融热降解，含水率必须严格控制，否则断头多，无法保证顺利进行复合纺丝。因为生产T400 使用的是1.2（dl/g）粘度的经过固相增粘的PTT 切片，这样粘度差更大，卷曲回弹效果更好。PTT 预结晶温度120℃左右，温度高切片表面易黏连，结块。经过6～8 小时，120℃左右的干燥塔干燥，干切片含水率必须低于25ppm，PTT 极容易降解。

图2 T400 截面示图

图3 干燥系统原理图

3.3 螺杆（见图4）

低粘PET 使用带销钉混炼头的LTD 螺杆。干燥好的低粘PET 干切片进入螺杆，经过输送，挤压，熔融，再经销钉混炼头均化混合，经熔体管路送入过滤器过滤杂质，再进行纺丝。低粘PET 螺杆各区从进料端依次由低到高，控制在250℃～280℃之间，温度不宜过高，否则热降解大，不利复合纺丝。

PTT 熔体有较高的特性粘度，扭矩大，剪切发热大，通常选择带强制冷却的双螺纹螺杆。干燥好的PTT 干切片进入螺杆，经过输送，挤压，熔融，再经熔体管路送入过滤器过滤杂质，再进行纺丝。PTT 螺杆各区从进料端依次由低到高，控制在240℃～265℃之间，PTT 原料更易热降解，通常温度不宜过高，否则不利复合纺丝。PTT 原料螺杆易超温，可通过风冷强制降温，达到工艺温度要求。

图4 螺杆

3.4 熔体过滤器

低粘PET、PTT 熔体由于都是间接纺，前加工过程多，可能含有的杂质多，都需要熔体过滤器过滤后再送去纺丝。PTT 熔体因热降解剧烈，做某些特殊品种时，为了减少熔体停留时间，减少熔体降解，需要加配过滤器直通管，减少停留时间，保证可纺性。

3.5 复合箱体及联苯系统（见图5）

经熔体过滤器过滤后的低粘PET、PTT 熔体，分别进入主箱体和副箱体（见图6）。通常高熔点低粘PET进入主箱体，这样可以保证可纺性好。复合箱体结构复杂：包含副箱体PTT部分：PTT 计量泵，PTT 熔体管路，副箱独立联苯系统，使用中温联苯热媒（沸点240℃）以保证联苯循环良好，保证箱体各部分温度均匀。主箱体低粘PET部分：低粘PET 计量泵，低粘PET 熔体管路，PTT 泵后部分熔体管路，低粘PET 熔体管路，主箱独立联苯系统，复合组件等，使用常温联苯热媒（沸点256℃）即可保证生产。

熔体管路，都采用等长设计，以保证两种熔体箱体停留时间相同，防止产生热降解差异，影响成品丝品质一致性。

正常纺丝需要联苯温度高20℃～40℃，以保证熔体适宜的流动性和喷丝板面温度，便于顺利纺丝。低粘PET 熔点247℃左右，主箱体联苯温度控制在270℃左右；PTT 熔点228℃左右，副箱体控制在260℃左右。

图5 联苯系统图

图6 复合箱体图

3.6 复合组件（见图7）

T400 复合丝为并列复合，组件一般采用双砂腔下装杯形组件，双入料口，经计量泵计量后的低粘PET、PTT 熔体两路熔体，进入组件，分别走独立通道，最终在出复合喷丝板后复合成丝。

图7 复合组件图

T400 复合丝为板外复合，组件背压控制也很重要，两组分背压不匀将会影响截面形状，使得纤维CP 值将下降，达不到回弹要求。

3.7 复合喷丝板（见图8）

T400 喷丝板采用复合喷丝板，一般由5 块板组合，把两种熔体输送到出丝孔外熔融态下复合成丝，这种纤维有“8”字型截面。

复合喷丝板出丝微孔设计计算时，按涤纶计算，控制剪切速率应在8000～15000s-1，喷头拉伸比控制在150～200 倍。因为出丝孔为斜向，很难清洗和检板，通常稍微放大孔径20%～30%，生产使用效果更好。

在生产中，因PTT 熔体单体析出较多，为保证截面均匀，丝品质稳定，复合喷丝板面通常需要12～24 小时清理，保证出丝均匀，同时减少中间断头次数。一般8～12 天，断头率会增加，丝品质稳定性下降，需要更换组件，确保丝品质均匀稳定。

表5 无风区高度对条干的影响趋势

图8 复合喷丝板

3.8 侧吹冷却系统

T400 复合丝生产过程中，PTT 熔体会有少量低聚物析出，一般采用侧吹方式，析出低聚物通过抽吸装置抽走。

T400 复合丝生产中，因为复合丝板面大，通常大于Φ95，需防止初生骤冷，一般需要使用电加热缓冷器，缓冷器控制温度稍低于主箱体温度。同时无风区高度不应超过100℃，否则条干大，易产生色差等质量问题（见表5）。

T400 复合丝生产过程中，PTT为半结晶高聚物，DSC 法熔点为228℃。这样就需要侧吹风温度控制在20℃～22℃，过高不利于纤维均匀冷却结晶，拉伸过程中易产生毛丝。

3.9 热辊牵伸

T400 复合丝生产，最早是在FDY设备上开发，牵伸系统为两组热辊，因PTT 为半结晶高聚物，不易冷却，结晶定性困难，丝饼应力大，同时成型不易控制，给后纺加工带来困难。现在一般采用3 组热辊牵伸系统。HGR1 和HGR2 之间为牵伸，拉伸比一般在2.5～3.0倍，HGR2和HGR3之间为冷却定型，拉伸比一般在0.95～1.05倍，主要起到冷却定型，稳定张力作用。生产75dtex/36f，HGR1 温度控制在80 ℃～90 ℃，以使丝束玻璃化充分，便于牵伸。HGR2 温度控制在150℃～160℃，充分牵伸定型。HGR3温度需要降温，进一步平衡结晶定型，一般控制在80℃～130℃。