POY135dtex/288f环吹风生产工艺分析

化琳

摘 要：随着国内聚酯（PET）长丝制造商规模的不断扩大，市场日益饱和，常规纺丝已经远远无法保证企业的强劲竞争力。唯有持续地研发高品质且富有附加值的新型品种，企业才不会被市场所淘汰。其间充分利用超细旦多孔丝的优良毛细效应和特有的弯钢性，经后加工制造出桃皮绒、防水透气织物和仿真丝仿麻等。这种纤维制成的织物具有诸多应用优势，因此熔体直纺135dtex/288f产品的研制和开发对于企业进一步开拓市场、拓宽产品组合结构来说有着非常重要的作用。多次试验研究结果显示，采用熔体直纺和环吹式冷却、纺丝温度290～300 ℃、无风区高度55～75 mm，风压10～20 Pa、油架高度500～600 mm等工艺条件时，生产保持稳定，产品能够满足客户的要求。

关键词：超细旦;多孔细旦POY;熔体直纺

中图分类号：TQ342.2 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）09-0041-03

Abstract： With the continuous expansion of domestic polyester （PET） filament manufacturers， the market is becoming increasingly saturated， conventional spinning has been far from guaranteeing the strong competitiveness of enterprises. Only by continuously researching and developing new types of high-quality and value-added products can companies not be eliminated by the market. In the meantime， it makes full use of the excellent capillary effect and unique bending properties of ultra-fine denier porous yarn， and after post-processing， peach skin， waterproof and breathable fabric and artificial silk and linen are produced. The fabric made of this fiber has many application advantages， so the research and development of the melt direct spinning 135dtex/288f product plays a very important role for the company to further expand the market and broaden the product portfolio structure. The results of many experiments have shown that under the process conditions of adopting melt direct spinning and ring blowing cooling， spinning temperature 290～300 ℃， windless zone height 55～75 mm， wind pressure 10～20 Pa， oil rack height 500～600 mm， etc.， the production remains stable， and the products can meet customer requirements.

Keywords： ultra-fine denier;porous fine denier POY;melt direct spinning

超細旦纤维指的是单丝纤度为0.3～0.5dtex的纤维。它既是近年来我国化纤市场中得以快速发展的一种差异化纤维，也是具有较高品质、优良性能和高技术含量的新型纤维品种，又是化学纤维朝着高仿真化方向进步发展的一种新合纤维。超细旦纤维被赋予了许多优越的功能，如吸湿、透气、富有弹性等特点。环吹风式自动冷却机作为一种新型的现代纺丝自动冷却设备，为纺织预取向丝（POY）提供了有力的生产技术保障。本文以生产POY 135dtex/288f（纤度中心值为135dtex）为例，讨论了熔体直纺超细旦长丝的工艺条件。

1 试验

1.1 原料

江苏申久（集团）有限公司采用伊文达聚酯装置生产的PET熔体，特性黏度为（0.679 5±0.005 0）dL·g，端羧基含量为（30±4） mol/t，熔点为（260±2）℃，二甘醇含量为（0.95±0.15）%。PET熔体的详细参数如表1所示。另外，试验采用日本竹本公司生产的F-3658油剂。

1.2 设备和仪器

纺丝采用Oerlikon Barmag公司的环吹风机装置。卷绕采用德国巴马格ACW4T型卷绕机设备。物性检测采用江苏常州生产的YG023B-强伸仪和瑞士Uster公司生产的条干仪;热应力测试仪采用美国LAWSON HEMPHILL设备;含油测试仪采用英国牛津MQQ7020设备。

1.3 工艺流程

本研究采用67.5dtex/144f合股生产135dtex/288f涤纶超细旦POY，其工艺流程如下：熔体直纺PET→熔体过滤器→增压泵→熔体热交换器→纺丝箱体→计量泵→组件→环吹风冷却→集束上油→第一热辊（GR1）→网络→（第二热辊GR2）→卷绕。

1.4 主要工艺参数

工艺参数如表2所示。

2 结果和讨论

2.1 纺丝温度

对各种纺丝工艺产品进行纺丝温度的控制管理是十分必要的。若纺丝箱体温度较低，则组件喷丝板板面温度就低，容易造成组件喷丝板出丝不顺畅，从而导致喷丝板板面产生注头现象，无法正常生产。适当增加纺丝箱体温度来降低熔体的内部表观黏度，改善熔体的表观流变运动性能，降低熔体出喷丝孔过程的表观弹性运动效应，提高熔体的均匀性，延缓熔体中细流的冷却持续时间，保持较高的板面温度，减少丝在纺程上的速度运动梯度和纺丝张力，有助于大大增强一些单丝纤度较细品种丝的可纺性，提高初生丝的连续拉伸能力[1]。若纺丝箱体温度太高，则可能会造成熔体降解很严重，喷丝板弯头现象严重，易形成结焦，难以使板面清理干净，从而产生飘丝甚至造成断头。因此，生产135dtex/288f这种超细旦产品时，选择恰当的纺丝温度至关重要。通过多次试验论证，纺丝箱体温度控制在290～300 ℃，管道温度控制在285～295 ℃时，生产比较稳定，断头相对较少。

2.2 喷丝板的设计

该组件本身其实就像是一个纺丝的心脏，其主要功能是对计量泵分配器喷出来的熔体进行精确计量，最终进行处理过滤，混合均匀后，其再被组件分配到每个喷丝板的小细孔中，形成均匀的熔体细流。

组件喷丝板的选取是关键，因为该超细旦纤维品种的泵供量很低，再由于孔数较多，风的穿透性较差，考虑用环吹风冷却，所以喷丝孔采用圆环形分布。

为了使纺丝的组件压力较大，达到工艺要求，金属砂需要填充较细，另外需要考虑的重要因素是喷丝板的背压。通常应选择尺寸合适的喷丝孔直径，根据传统的力学理论统计资料，一般要求控制聚酯熔体吐出到每个喷丝孔的孔径长度和承受剪切力的速率，同时控制喷丝头的横向拉伸速度倍数。然而，实际生产中，随着产品的多孔细旦化，喷丝头拉伸倍数、喷丝孔的剪切速率都会与传统理论数据有较大偏差。熔体在喷丝孔中流动通过每个剪切孔时，剪切速率（v）与孔径（D）存在以下关系[2]，如式（1）所示。生产POY 135dtex/288f品种时，不同喷丝板孔径下的喷丝头拉伸比和剪切速率如表4所示，同时综合考虑生产工艺运行及其质量指标，选用喷丝板孔径0.12 mm较为适宜。

2.3 环吹风条件

超细旦纤维生产过程中，直接影响纤维内部结构及拉伸产品质量的一个重要因素是冷却成型。由于超细旦纤维丝束的独特，单丝纤度相对于常规品种小，比表面积较大，使得丝束的吹风冷却速度相对于常规品种更为迅速，经多次测量证明，每次风压在10～20 Pa即可达到较好的冷却效果。

风温降低或者无风区高度的缩短都可能使丝条加快冷却，从而减少皮芯结构的形成。风温太低会直接导致熔体喷丝板板面受热温度下降，引起熔体表面破裂，从而出现丝条发硬现象，导致生产断头偏多，生产稳定性差。若风温过高，则冷却效果差。另外，环吹风的湿度也有一定要求，以便有效消除丝条和空气的摩擦而可能产生的轻微静电，从而保证纺丝的可纺性能。试验证明，生产135dtex/288f这种超细旦品种时，风温应控制在20～23 ℃，湿度应控制在85%左右。

2.4 集束位置

135dtex/288f这种超细旦品种的单丝比表面积较大，丝条和空气的接触面积也较大，丝条与空气的摩擦力就会较大，纺丝张力偏大。合理选择适当的集束位置，可以有效保证丝束均匀地冷却，又能使丝条与空气的摩擦阻力减小，减少丝束在凝固成型区的晃动，起到有效降低条干不匀率的重要效果。反复试验表明，要想有效优化集束的位置，减小纺丝张力，集束高度控制在500～600 mm比较适宜，生产稳定性较佳。

2.5 合股位置的选择

生产合股丝时，合股位置的确定是十分重要的。它不但直接影响丝路的顺畅，还会影响POY的外形。在第一热辊之前对丝束进行合股，操作方便，还可以提高丝束在导丝盘上的稳定性，减少丝束晃动。卷绕备台导丝钩改为在第1、3、5、7、9锭位合股，效果最佳[3]。根据丝束粗细及生产情况，合理调整网络压空大小，有效改善POY毛丝情况。

2.6 纺速的选择

纤维的取向、伸长及纺丝的张力等决定纺丝的速度。单丝线密度较低的品种应该选择较低的纺丝速度。对于纤维单丝纤度较细的品种，其复合后的生产工艺应该选择合适的卷绕速度。综合考虑，本研究选择卷绕速度2 200～2 500 m/min。

2.7 油剂的选择

纺丝油剂的作用主要有四点。一是增加纤维的集束性，这样可以减少毛羽、毛丝的产生，增加丝束强度，提高织造效率和质量;二是提高柔顺性，让丝束柔软，增加手感;三是抗静电，提高织造效率和质量;四是减少丝与设备接触时的摩擦力，增加单丝之间的抱合力，从而减少生产过程中的断丝现象。从作用来看，油剂的好坏直接影响POY原丝后加工性能，尤其是超细旦丝，所以一定要选取性能优异的油剂。本公司采用日本竹本油剂。

2.8 瓷件的选择

POY加工速度一般介于2 000～3 000 m/min，絲束运行速度较高，上油油嘴及导丝钩表面均要接触丝束表面，必将会产生较大的摩擦力，过大的摩擦力影响正常纺丝。油嘴及导丝钩表面处理性能决定了丝束在运行中的张力，合适的张力是正常生产的保障。因此，要选择表面处理优良的油嘴和导丝钩[4-5]。本公司采用日本汤浅油嘴及导丝钩。

3 结论

适当地提高纺丝的温度，可以大大改善熔体的流变性能，提高熔体均匀性，保证生产质量稳定，综合来看，纺丝温度控制在290～300 ℃比较合适。外环吹风压力可以控制在10～20 Pa;吹风时的风温一般控制在20～23℃，以便吹风，相对湿度一般控制在80%～85%;油架高度为500～600 mm时冷却效果较好。当纺速为2 200～2 500 m/min时，含油率控制在0.45%～0.50%较为适宜，可以减小纺丝张力，增加生产稳定性，同时满足后加工需求。本研究采用上述工艺方法在熔体直纺长丝生产设备上生产POY135dtex/288f品种，生产比较稳定，产品质量可以满足拉伸变形丝（DTY）加工要求。性能优良的油剂、表面处理优良的油嘴、导丝钩是超细旦丝品质的保障。

参考文献：

[1]徐心华，李允成.涤纶长丝生产[M].北京：中国纺织出版社，1995：80.

[2]谢皮斯基.纤维成型原理[M].北京：中国纺织出版社，1983：56.

[3]刘丽娜，唐安俊，储飞，等.涤纶直纺超细旦POY的开发[J].化纤与纺织技术，2013（3）：5-7.

[4]李秀宾.涤纶超细纤维高速纺丝拉伸卷绕设备及技术[J].合成纤维，2001（5）：43-45.

[5]孙建杰.多孔细旦丝生产的环吹风工艺[J].聚酯工业，2012（1）：39-40.