0.89 dtex超有光缝纫线涤纶短纤维生产工艺探讨

覃燕杰

(中国石化仪征化纤有限责任公司短纤部，江苏仪征 211900)

涤纶缝纫线按制备的技术通常可分为长丝缝纫线、短纤缝纫线、包芯线等。其中，包芯缝纫线是采用涤纶短纤包覆长丝的纺纱技术制备生产的，既有涤纶长丝缝纫线的高强度，适合于高速缝纫；又具有涤纶短纤维缝纫线的自然毛羽和手感，能够满足高档服装缝纫线的风格。包芯缝纫线外层包覆所用的涤纶短纤要求细旦高强，细旦通常指线密度小于0.8D，高强则指纤维断裂强度高于6.0 cN/dtex，细度越细，成纱截面中纤维的根数越多，成纱均匀度越好，同时短纤的断裂强度也在一定程度上影响着包芯缝纫线的强度。此外，涤纶细旦短纤还能用于生产手感柔软、悬垂性较好的薄型面料。目前国内市场上高强细旦有光短纤有一定的需求量，为了满足市场的需求，替代进口，开发出高强细旦有光短纤，本文在1.33 dtex超有光缝纫线用涤纶短纤的基础上对生产0.89 dtex超有光缝纫线涤纶短纤维的工艺进行探讨，以开发0.89 dtex超有光缝纫线涤纶短纤维。

1 试 验

1.1 生产原辅料

熔体：仪征化纤，特性黏度0.670～0.690 dL/g。

纺丝油剂第一油剂：YCD 1070/ TERON E300；纺丝油剂第二油剂：YCD 1070/ TERON E300/ TERON E22。

1.2 仪器设备

纺丝设备，HV452型，2万吨/年，日本东洋纺；后处理联合设备，LHV902型，日本东洋纺。

单纤维强伸度仪，XQ-01B型，上海新纤仪器有限公司；纤维强伸度仪，XQ-01A型，上海利浦应用科学技术研究所；卷曲弹性仪，YG362B型，常州市华纺纺织仪器有限公司；纤维热收缩仪，XH-1型，上海利浦应用科学技术研究所。

1.3 工艺流程

熔体输送→增压泵→熔体过滤器→静态混合器→纺丝→冷却→卷绕→落桶→集束→导丝机→油剂浴槽→第一牵伸机→牵伸浴槽→第二牵伸机→蒸汽加热箱→第三牵伸机→紧张热定型机→叠丝机→蒸汽预热箱→卷曲机→冷却输送机→曳引机→切断→成品打包

1.4 分析测试

倍半伸长率(EYS1.5)：根据仪化企标Q/SH3070 08.4006—2014，使用XQ-01B单纤维强伸度仪，纤维以60 mm/min的拉伸速度(隔距长度20 mm)进行拉伸，在拉伸过程中计算1.5倍屈服应力时的拉伸应力的大小，读取1.5倍屈服应力时所对应的伸长读数，即为EYS1.5，每个样品测试15根纤维。

式中E为倍半伸长率平均值，%；Ei为各次试验的倍半伸长率试验值，%(当计算机上的拉伸图形出现第一平台时，记下此时的应力值F1，计算其1.5倍的应力值F2；当应力显示为F2时停止拉伸，此时的伸长率即为倍半伸长率E)；n为试验次数。

成品线密度：根据GB/T 14335—2008，采用中段称量法，在标准大气条件下，从伸直的纤维束上切取一定长度的纤维束(本产品中段长度为20 mm)，切下的中段试样中不得有游离纤维，在投影仪上逐根计数并将试样平衡后进行称量，计算线密度平均值。

式中T为线密度，dtex；m为所数根数的纤维重量，mg；n为所数纤维根数；L为中段切断长度，mm。

断裂强度、断裂伸长率：根据GB/T 14337—2008，从待测试样中随机取出一根纤维，将纤维置于夹持器中并沿轴向伸长，然后开始测试，测试时纤维以20 mm/min的拉伸速度(隔距长度为20 mm)，在等速伸长型单纤维拉伸仪上拉伸至断裂，得到试样的断裂强力和断裂伸长率，每个样品要测试50根纤维。

卷曲数、卷曲率：根据GB/T 14338—2008，使用YG362B卷曲弹性仪，随机取出20束纤维(卷曲未被破坏)，从每束纤维中随机夹一根纤维进行测试：

式中Jni为单根纤维卷曲数，个/25mm；JAi为加轻负荷平衡后，在夹持距离20 mm时，25 mm纤维内所有的卷曲峰和卷曲谷数；J为卷曲率，%；Li为读取卷曲数的纤维长度，为25 mm；L0为加轻负荷平衡后下纤维长度，mm；L1为加重负荷平衡后下纤维长度，mm。

180 ℃干热收缩率：根据FZ/T 50004—2011，使用XH-1纤维热收缩仪，将放有纤维的样筒放入180 ℃的烘箱中进行热处理30 min后，立即取出平衡30 min，用热收缩测定仪测定纤维热处理前后的长度变化，根据下面的公式计算180 ℃干热收缩率，每个样品要测试30根纤维。

式中S为干热收缩率，%；L0为热处理前的长度，mm；L1为热处理后长度，mm。

2 结果与讨论

2.1 熔体特性黏度

在纺丝生产中，用熔体黏度来表征高聚物熔体相对分子质量的大小和分布，以[η]来表示，黏度是否稳定是直接纺丝成功的关键。聚酯熔体的黏度决定了纤维的性能，在一定程度上熔体黏度越高，纤维的断裂强度越高，断裂伸长率越低，可以通过提高熔体黏度来提高纤维的断裂强度。但黏度过高，相对分子质量大，流变性能变差，纤维均匀性差，在后处理中容易产生毛丝，牵伸缠辊增多，生产困难。黏度太低往往纺丝流体离开喷丝板变成液滴出现毛细断裂[1]。纺制不同品种的涤纶纤维，对熔体的特性黏度要求是不同的，0.89 dtex有光要求成品纤维强度控制在6.10 cN/dtex左右，断裂伸长率控制在22.0%左右。不同熔体黏度下，后加工运行及质量情况如表1所示。

表1 不同熔体黏度下运行及质量情况

从表1可以看出，熔体黏度太低，产品断裂强度低，熔体黏度太高，后加工缠辊次数明显增多，熔体黏度为0.675～0.685 dL/g时，成品的断裂强度、断裂伸长率达到要求，后加工缠辊数较少，故控制熔体黏度在0.675～0.685 dL/g。

2.2 喷丝板、负荷、纺速的选择

聚酯熔体属于黏弹性的非牛顿流体，在喷丝孔之前基本属于剪切流动，出喷丝孔之后为单轴拉伸流动，熔体在毛细管入口处，流速增加，发生流线收缩产生了弹性能，由于在孔径中流动时间较短，弹性能未能全部消散，故在喷丝孔毛细管出口区域产生出口膨大现象[2]。

一般随着喷丝板的L/D的增大，大分子在毛细管中的松弛时间增加，剩余弹性能减少，有利于减弱出口胀大现象[2]。0.89 dtex有光的线密度小，按照经验公式，可以下调喷丝板单孔吐出量或提高纺丝速度来降低线密度。提高纺丝速度，原丝的EYS1.5明显减小，即原丝预取向度高，伸长小，后加工倍率需降低，否则后加工难以进行，故采用降低单孔吐出量来降低线密度，纺丝速度不调整。

喷丝板是纺丝组件中的核心部件，现本装置生产1.33 dtex有光使用3064喷丝板(L/D为0.3/0.228)，0.89 dtex有光缝纫线的线密度小(下降30%～50%)，故喷丝板的单孔吐出量要大幅度下调，但单孔吐出量下调后，喷丝头拉伸比S(卷绕速度与熔体喷出线速度之比)会明显增大，喷丝头拉伸比S过高，熔体挤出时出现熔体破裂，均不利于后加工。喷丝头拉伸比S在100～150范围内，纺丝生产稳定，喷丝头拉伸比计算公式[3]如下：

V0=4w/(ρπd02)

S=VL/V0=VLρπd02/(4w)

式中VL为卷绕纺速，m/min；ρ为熔体密度，1.18 g/cm3；d0为喷丝孔直径，mm；w为单孔吐出量，g/min。

表2为3064板和3392板生产0.89 dtex有光时的喷丝头拉伸比。

表2 3064板和3392板生产0.89 dtex有光纤维

如表2，假设0.89 dtex有光的纺丝速度不变，即与1.33 dtex有光的纺丝速度一致，计算使用3064板和3392板生产0.89 dtex有光时的喷丝头拉伸比，在3064喷丝板生产0.89 dtex有光时S2=173.9，喷丝板拉伸比太高，不利于稳定生产；用3392板生产0.89 dtex有光时S3=133.80，与S1相近，纺丝生产稳定。在选择合适工艺参数的条件下，使用3392孔喷丝板生产0.89 dtex有光缝纫线是可行的。

根据东洋纺经验公式并经过计算对比，具体调整结果见表3。

表3 主要工艺参数

2.3 纺丝温度的选择

纺丝喷丝的关键参数为纺丝温度、泵供量和纺丝压力。纺丝压力与泵供量成正相关，0.89 dtex有光由于负荷的大幅度下降，组件压力也将大幅度下降。为了改善熔体的流动性能，需适当提高纺丝温度[4]，有利于纺丝成形，并改善初生纤维的拉伸性能，但也不宜过高，过高会导致热降解，熔体黏度下降，造成气泡丝；温度过低，则使熔体黏度增高，造成熔体输送困难，组件内压力升高而出现漏浆现象。纺丝温度是指熔体挤出喷丝板时的温度。纺丝温度的选择主要考虑熔体的降解程度和熔体流动性。细旦高强纤维需要熔体具有更好的流动性，在一定范围内提高纺丝温度，可使丝束冷却更加缓和，有利于提高后加工的牵伸性能。不同纺丝温度下，前纺不定期浆块数及原丝质量情况如表4所示。

表4 不同纺丝温度的浆块数及原丝质量

从表4所示看出，纺丝箱体温度在288～293 ℃，前纺的浆块数最少，纺丝生产稳定，原丝EYS1.5(倍半伸长率)为150%，原丝牵伸性能较好。

2.4 冷却吹风距离的选择

熔体自喷丝板孔喷出后，随即向周围介质放出热量，凝固成丝，熔融纺丝过程中的传热主要是熔体细流向冷却介质的对流传热[2]。冷却吹风距离指吹风口顶部离喷丝板面的高度，增加冷却吹风的距离，可以降低熔体细流的冷却速率，延长熔态区，使凝固点下移，从而减小喷丝头拉伸的张力，原丝的预取向度减小，拉伸性能得以提高。但冷却吹风距离增加过多，纺丝的凝固长度增大，出喷丝孔后的液态熔体细流易受外界干扰发生黏连，形成并丝甚至产生浆块[2]。

试验表明，随着冷却吹风距离的增大，原丝的断面不匀率有所提高，反之，如果冷却吹风距离太小，即吹风口顶部离喷丝板太近，会使板面温度下降，影响纺丝的顺利进行[2]。

在其它条件不变的情况下，调整冷却吹风的距离，观察对应原丝拉伸性能产生的变化，如表5所示。

表5 不同冷却吹风距离的原丝指标

通过表5可以看出，吹风距离为70 mm和60 mm 的原丝断面不匀率变大，前纺浆块丝多，即原丝的质量均匀性变差，故将0.89 dtex有光的吹风距离定为65 mm。

2.5 牵伸工艺的选择

原丝的指标如表6所示。

表6 原丝质量指标

由表6可以看出，0.89 dtex原丝的EYS1.5也大幅度下降，EYS1.5的数值大小为后加工倍率的设定提供支撑。根据东洋纺公式，EYS1.5降低后，原丝的取向度增大，牵伸性能有所降低，在保证断裂强度、成品线密度符合要求的前提下，需要适当降低牵伸倍率，以使后加工稳定运行。DF3蒸汽压力及HR蒸汽压力不变的情况下，调整牵伸倍率，对应的成品质量如表7所示。

表7 不同牵伸倍率下的成品纤维品质指标

由表7可以看出，提高牵伸倍率，纤维的断裂强度明显增高，但倍率过高，牵伸缠辊多，牵伸倍率3.30～3.35，纤维的质量指标满足用户需求，后纺运转率高，故将牵伸倍率设定为3.30～3.35。

2.6 纤维的膨松度

纤维的膨松度用纤维的开包高度进行表征。纤维的开包高度是将包装好的纤维打开放置一段时间(一般为24 h)后纤维的高度。下游纺织的开清棉工序是纺纱工艺流程的第一道工序，纤维越膨松，杂质越易被清除掉，混和也易均匀和充分。理论上，纤维越膨松，则纤维的开包高度越高，纤维也容易开松，反之，纤维膨松性差，纤维抓棉不稳，造成棉卷不均匀，产生棉结。

纤维的膨松性能与纤维的卷曲外观、卷曲数、卷曲率以及纤维进卷曲机的温度有关。涤纶纤维产生卷曲的外部条件是机械挤压，而形成卷曲的内部条件则是聚对苯二甲酸乙二酯的线形大分子在高温下具有塑性。随着温度的提高，纤维模量减小，当温度上升到玻璃化温度以上时大分子链开始缓慢运动，材料变得柔软，在外力作用下变形产生卷曲[2]。降低紧张定型机和第三牵伸机之间的回缩比，定型张力减小，有利于释放内应力，从而降低成品的干热收缩率，提高产品的尺寸稳定性[4]。为了得到膨松性能符合要求的产品，对影响纤维膨松性能的2水平3因素进行试验，试验情况及结果如下：

表8 正交实验设计表

表9 L4(23)表

表10 不同试验条件下的成品丝质量指标

从表11极差分析表可知，极差R1B>R1A>R1C，差异很大，所以三牵蒸汽压力对开包高度的影响最大，其次是回缩比，紧张定型蒸汽压力影响最小；极差R2A、R2B、R2C的差异不大，极差R3A、R3B、R3C的差异不大，极差R4A、R4B、R4C的差异也不大，即试验1～4条件下成品丝的断裂强度、断裂伸长率和180 ℃干热收缩率无明显差异，试验2纤维的开包高度最大即纤维的膨松性能最好。即试验2对应的工艺条件(紧张定型回缩比为0.928，三牵蒸汽压力为1.9 MPa、紧张热定型压力为1.6 MPa下，产品质量达到要求。

表11 极差分析表

3 结 论

在现有的3392孔喷丝板和前后纺设备基础上，在1.33 dtex有光的工艺参数上进行纺丝、冷却、牵伸工艺调整，可以生产出断裂强度6.10 cN/dtex左右，断裂伸长率22.0%左右、膨松性能较高的0.89 dtex超有光缝纫线用涤纶短纤。

a) 使用3392板生产0.89 dtex有光涤纶短纤时，喷丝头拉伸比为133.80在稳定范围，原丝质量稳定。

b) 为了提高原丝的牵伸性能，熔体黏度控制在0.675～0.685 dL/g，纺丝温度控制在288～293 ℃。为了提高原丝均匀性，降低断面不匀率，冷却风的吹风距离调整为65 mm。

c) 0.89 dtex有光的EYS1.5较小，适当降低倍率以提高后纺运转率，牵伸倍率控制在3.30～3.35。为提高纤维的膨松性能，紧张定型的回缩比控制在0.928，并提高三牵蒸汽压力为1.9 MPa、紧张热定型压力1.6 MPa。