44 dtex/144 f超细旦大有光涤纶FDY的开发

2021-05-12姚梦元

合成纤维工业 2021年2期

姚梦元

(江苏恒科新材料有限公司, 江苏南通 226300)

涤纶超细纤维通常是指单丝线密度小于0.55 dtex的涤纶长丝。涤纶超细纤维由于线密度极细，丝的刚度大大降低，丝的比表面积和毛细效应增大[1]。因而，其织物的蓬松性与覆盖性得到提高，织物透湿性得到改善，其吸湿排汗功能优异；织物填充密度高，其保暖性较好；同时单丝强度较低有利于磨毛等后处理加工。与常规纤维相比，多孔超细旦涤纶的生产技术要求更高，难度更大[2]。超细旦化是涤纶长丝发展的一个趋势，目前国内使用普通纺丝方法，生产单丝线密度小于0.4 dtex 的超细旦涤纶长丝仍然较少[3]。为了提高产品差别化，提升公司的盈利能力，公司采用熔体直纺大有光涤纶FDY的工艺流程开发了熔体直纺超细旦单丝线密度为0.31 dtex(即44 dtex/144 f)的大有光涤纶全拉伸丝(FDY)(简称超细旦涤纶FDY)产品。作者探讨了纺丝温度、无风区高度、集束位置、拉伸工艺等对超细旦涤纶FDY生产的影响，以期为同行提供参考。

1 试验

1.1 原料

聚酯熔体：特性黏数为(0.678±0.03)dL/g，熔点为(260.5±0.2)℃，端羟基含量为(29±2)mol/t，二甘醇质量分数为(1.30±0.03)%，灰分质量分数为(0.018±0.002)%，水质量分数为0.10%，恒力石化股份有限公司产； DELIOMHENLI-106(简称HL-106)油剂：日本竹本油脂公司生产。

1.2 主要设备与仪器

Ati-Ⅱ614MR/24卷绕机、纺丝箱体、纺丝组件(无沙组件)：日本TMT公司制；YG 86C 缕纱测长仪、YG023B-Ⅲ 型全自动单纱强力机：常州纺织仪器厂制； USTER TESTER-5型条干测试仪：瑞士乌斯特技术公司制； MQ20核磁共振分析仪：德国Bruker公司制； HWS28型恒温水浴锅：上海一恒科学仪器有限公司制。

1.3 工艺流程

采用熔体直纺大有光涤纶FDY的工艺流程进行超细旦涤纶FDY的试验及生产，其具体工艺流程图如图1所示。

图1 超细旦涤纶FDY的工艺流程示意Fig.1 Process flow of ultra-fine denier polyester FDY

1.4 分析与测试

线密度：其大小用dtex表示，即10 000 m长纱线的质量(g)。通过缕纱测长机测试仪取样300 m，经天平称重，换算成dtex。

断裂强度及伸长率：预加(0.05±0.01)cN/dtex张力，采用全自动单纱强力机对试样进行拉伸，直至断裂，测得试样的断裂强力和伸长值，测试试样12个，取其平均值。

条干不匀率：采用USTER TESTER-5型条干测试仪进行测试。按USTER TESTER-5型条干测试仪的操作方法，输入线密度、捻度、捻向、实验速度等参数后仪器会自动进行测试并出结果。

含油率：采用核磁共振的方法测试纤维中的含油率。先用已知含油量的标准试样，利用MQ20核磁共振分析仪测定对应的核磁共振信号强度，绘出定标曲线。然后取一定量未知试样，测试其信号强度，并与标准曲线进行比较，确定被测试样的含油率。

沸水收缩率：在缕纱测长机上绕取25 m，并预加一定张力测其长度，之后放入100 ℃恒温水浴锅中煮30 min，取出晾干后再以同样的方法测其长度，计算两次测量长度差与第一次测量长度的比值即为产品的沸水收缩率。

网络：取1 m长试样，将其放入常温水浴中，数1 m长试样的缠结数即为网络度。

2 结果与讨论

2.1 喷丝板的设计

喷丝板是熔体直纺的关键部件，喷丝板对生产的稳定和产品质量起到关键性的作用，喷丝板设计是否合理会直接影响超细旦涤纶FDY的可纺性及生产效率[4]。在φ64 mm喷丝板上加工144个微孔，需考虑剪切速率、喷丝头拉伸比、熔体膨化比、组件背压及压损等设计参数，兼顾环风冷却条件和在用喷丝板的情况。试验结果表明，从出丝和冷却效果等方面进行考虑。试验结果表明，选择喷丝板孔径为0.12 mm、孔深为0.4 mm，喷丝板孔呈同心圆分布生产超细旦涤纶FDY时，其生产状况较好。

2.2 熔体输送温度的选择

对于生产超细旦涤纶FDY，要达到稳定生产，均匀稳定的熔体是必不可少的。在熔体的输送过程中，输送温度高熔体流动性好，但是温度过高熔体易发生降解，从而影响熔体质量的均匀、稳定性，会导致在纺丝过程中产生断丝、毛丝等现象；输送温度过低熔体降解较少，但是熔体黏度高流动性差，对熔体的均匀性也会产生影响，从而影响产品的生产。试验结果表明，熔体输送温度控制在281.5～283.5 ℃ 时，有利于生产稳定。

2.3 纺丝温度的选择

生产超细旦涤纶FDY时，纺丝温度的控制至关重要，同时纺丝温度对超细纤维的影响也较为明显。由于单丝及复丝线密度均较小，较低的或较高的纺丝温度均会增加纺丝的毛丝和断头[5]。试验结果表明，在生产超细旦涤纶FDY时，箱体温度应控制在291 ℃附近较为合理，底部加热器(即分布在纺丝组件周围并且组件进行加热的设备)温度控制在295～305 ℃时较为合适。试验过程中发现，当底部加热器温度超过315 ℃时，生产过程中易产生飘丝断头，且停止纺丝之后重新开纺易粘板，底部加热器温度低于285 ℃时，组件压力升压快，生产周期短。

2.4 无风区的选择

无风区高度的选择需要考虑喷丝头拉伸倍数、单丝线密度、纤维单丝数、截面形状等因素。无风区高度过高，则不易冷却，断丝多，可纺性差；无风区高度过低，则冷却过快，纤维易发脆，纺丝及拉伸时易产生毛丝、断丝。结合超细旦涤纶FDY单丝较多，线密度较小，易冷却等特点，以及试验情况，无风区高度为35.5～55.5 mm，环吹风风压为26～32 Pa，相对湿度为22%～24%时生产状况较为理想。

2.5 集束位置和上油

由于超细旦涤纶FDY单丝较多、线密度较小、比表面积大、与空气摩擦较大、纺丝张力大，因此提高集束位置和上油率，有利于减少纤维与空气的摩擦，从而有利于减少因摩擦而产生的毛丝、断丝、条干不匀率变异系数值大等现象。为保证较好的上油均匀性，选用了平滑性、乳液附着性都较好的HL-106油剂和JTC-OJ160油嘴，上油率控制在1.10%左右，集束位置距离喷丝板高度控制在750～850 mm。在此条件下，产品能够较为稳定生产，产品条干不匀率变异系数值较小，条干不匀率可以保持在1.0%以下。

2.6 拉伸工艺的选择

拉伸是超细旦涤纶FDY初生纤维超分子结构发生重大改变并趋于完善的过程，可以提高其物理机械性能。FDY拉伸工艺主要指一热辊(GR1)和第二热辊(GR2)的速度、温度[6]。GR2与GR1的速度比值为拉伸倍数，拉伸倍数过大会容易产生毛丝、断丝，拉伸倍数过小会导致丝束拉伸不匀，产品锭间差异大。表1为不同拉伸倍数条件下，超细旦涤纶FDY产品10%强力(即伸长率为10%时的强力)的数值，由于最后6锭数值对比较明显，因此只取最后6锭具体数值作为参考，1～18锭给出了数值范围。结合超细旦涤纶FDY 单丝线密度小的特点，拉伸倍数控制在1.40～1.70较为合适。

表1 纤维在不同拉伸倍数条件下的10%强力 cNTab.1 10% strength of fiber under different draw ratios

GR1温度的设定要在玻璃化转变温度以上。由于超细旦涤纶FDY含油率较高，GR1温度过低，丝条水分增加，导致GR1表面温度差异变大，从而影响染色的均匀性，在拉伸过程中也容易出现拉毛、拉断的情况；GR1温度过高，丝条水分蒸发快，丝束在GR1表面的抖动增大，从而增加了丝束与热辊、丝束与丝束之间的摩擦，易产生毛丝、断丝等现象，因此GR1温度设定在77～80 ℃ 较为适宜。GR2温度主要是对丝条加热定型，对产品的沸水收缩率影响较大，需根据产品线密度及后道织造的需求来确定，由于超细旦涤纶FDY线密度较小，GR2的温度会比一般常规品种低一些，因此，GR2温度设定在120～125 ℃。