浅谈阳离子丝饼重量波动的影响因素

＊周 洋

（江苏恒科新材料有限公司 江苏 226000）

1.前言

涤纶具有高强高模，弹性好，不易起皱等特点，是一种理想的纺织材料，但是众所周知，涤纶纤维是疏水性合成纤维，缺乏能与直接染料，酸性染料，碱性染料等结合的官能团，虽然涤纶具有能与分散染料形成氢键的酯基，但是由于其分子键结构紧密，染料分子不易进入纤维内部，从而导致涤纶染色困难以及可染色调单一，同时由于涤纶纤维的高结晶度，使得其大分子链较为规整，分子间空隙小，当温度较低时，分子间热运动改变幅度较小，而在潮湿的环境下涤纶又不会像棉等天然纤维一样通过剧烈溶胀而增大空隙，两者的综合作用使得染料难以渗透到纤维内部，涤纶通常使用分散染料染色，并且必须在高温高压下或借助载体染色。

阳离子涤纶丝全称“cationic dyed polyester”也叫阳离子可染涤纶，是改性涤纶的一种，可在110℃温度下用阳离子染料染色，现在常用的阳离子改性涤纶长丝是在聚酯切片中引入带有极性基团的间苯二甲酸二甲酯，其外观与普通涤纶没有差别，但是由于使用了离子改性，不仅大大改善了纤维的吸色性能，同时大大降低了结晶度使染料分子更加容易渗入，纤维的上染率和吸湿率提高，这种纤维既保证了阳离子染料易染，同时又增加纤维的微孔，提高了纤维的透气性和吸湿性，阳离子纤维既可以用作仿真丝，使织物具有透气舒适，抗静电，常压可染的特点，又可用于仿毛织物，使织物具有手感柔软，抗静电，抗起毛起球，能常温常压与毛共染的的特点。阳离子纤维在穿着舒适性，颜色鲜艳性等方面可与天然纤维媲美，但在价格上低于天然纤维，具有很高的产品附加价值。而我司在阳离子切片纺生产中发现生产出的阳离子丝饼普遍存在重量波动的情况，造成丝饼重量偏大或者偏小，严重影响了生产稳定性，容易造成客诉，本文将从组件，计量泵，熔体质量与指标三个方面来分析可能造成阳离子切片纺重量波动的原因。

2.实验部分

(1)实验原料

恒力石化聚酯熔体质量指标，如表1所示：

表1 恒力石化熔体质量表

(2)工艺流程

聚酯熔体→分配阀→增压泵→熔体热交换器→熔体分配管→静态混合器→纺丝箱体→计量泵→纺丝组件→侧吹风→油嘴上油→预网络器→第一热辊→第二热辊→主网络器→卷绕成型。

3.结果与讨论

(1)组件对丝饼重量的影响

纺丝组件由本体，螺纹压板，自封压板，喷丝板，分配板，过滤层等组装而成，它的作用是过滤熔体，除去熔体中夹带的机械杂质和凝胶粒子，使熔体均匀混合，防止熔体间产生粘度差异，将熔体均匀地分配到每一个喷丝孔中，由于阳离子切片纺的挤出量大，流变阻力大，因此要求过滤材料的颗粒略大一些，如果上机的组件发生堵孔或者漏浆，则会产生注头和毛丝，同时也会影响丝饼的纤度和重量，为了查明更换组件对阳离子丝饼重量的影响，我们跟踪了两个纺位更换组件周期内重量变化的情况，每天的平均重量变化曲线图见图1。

图1 组件更换重量变化曲线图

通过图2可以看出在一个组件周期内，丝饼重量起伏不定，刚开始时更换组件时重量大多呈上升趋势，经分析有可能是由于阳离子纤维的特性粘度较大，在生产中容易在喷丝板上结焦，发生堵孔，造成喷丝孔吐出量减小，造成重量偏小，刚更换组件后，喷丝板吐出量正常，重量偏差程度减小，但是随着时间的推移，会再次造成粘板，阳离子丝饼重量偏差变大，随着组件周期的临近，丝饼重量变化的现象会越来越严重，由此我们可以得出更换组件周期可以暂时解决丝饼偏轻偏重的问题，但是一段时间后，问题依然会出现。不能从根本上解决丝饼重量波动的问题。

图2 组件周期内重量变化曲线图

(2)计量泵对于丝饼重量的影响

在化纤纺丝中一般使用齿轮泵作为计量泵，齿轮计量泵又称为纺丝泵，计量泵的主要作用是均匀连续并以一定压力将熔体输送至喷丝板，以保证熔体能克服阻力从喷丝板上的毛细口喷出形成均匀的纤维，纺丝计量泵的结构一般由一对外啮合的齿轮及三块上，中，下的泵板组成，在下泵板上开有入口及出口，当主动齿轮和被动齿轮啮合转动时，入口吸入熔体，充满齿骨，沿着中间板8字形孔内侧带到出口处，由一对齿的啮合把齿骨中的熔体压出，输送到纺丝组件，故齿轮泵是属于容积泵。计量泵的结构如图3所示。

图3 计量泵结构图

计量泵吐出异常，漏浆，卡泵，断轴都会导致丝饼重量不均匀，而阳离子纤维由于粘度高，流变不好，更容易出现这一问题，目前涤纶化纤生产中解决质量波动最常见的方法就是提高计量泵转速和更换计量泵，为了探明这二种方法是否能解决丝饼重量波动，我们跟踪了一个纺位换泵和提高计量泵转速之后，丝饼重量的变化如图4、图5所示。

图4 GP调整阳离子丝饼重量变化

图5 更换计量泵后丝饼重量变化

从图中我们可以看出无论是调整计量泵转速还是更换计量泵后丝饼的重量都有所回升，但是然后丝饼重量均有所下降，但是总体来看，丝饼重量减小幅度变缓，且均大于处理前丝饼重量，结合阳离子的特性分析，换泵和提高计量泵转速能暂时提高流量，改善阳离子丝饼重量不匀的情况，但是阳离子由于粘度高，流变不好而粘附在计量泵表面从而随着时间的推移，又会导致丝饼重量波动，所以没有从根本上改善这一问题。

(3)阳离子切片特性对丝饼重量的影响

①含锑催化剂对丝饼重量的影响

聚酯切片原料的催化剂是含锑的无机盐，而阳离子由于引入第三单体，反应比较困难，所以需要加入更多的催化剂，但是含锑催化剂中的锑元素会影响阳离子纤维的色泽，降低“L值”，同时会引起喷丝板毛细孔内的积垢，造成断头，堵孔，降低可纺性和丝饼重量的均匀性，所以在选择阳离子催化剂时，因尽量选择不含锑或锑含量少的催化剂。

②提高纺丝温度对阳离子丝饼重量波动的影响

纺丝温度是由螺杆挤出机，纺丝箱体和组件压力决定的，纺丝温度控制适当，纤维不仅可纺性好，而且成品丝的机械性能也相对较好，纺丝温度一般控制在285℃-290℃之间为宜，一般来说，纺丝温度越高，熔体的流动粘度越低，熔体的流变变好，可纺性提高，但温度也不能过高，过高的温度会加速熔体降解，造成生产波动。阳离子纤维由于引入了第三单体SPIE,使熔体的粘流活化能随第三单体量的增多而增大，同时SPIE中的极性磺酸基团会使得分子间的相互作用急剧增大，大分子间的运动受阻，因此在相同的分子质量下，阳离子纤维的表观黏度要远大于常规的PET纤维。

同时阳离子纤维的流变性不好，使得阳离子纤维在生产中容易粘附在管壁上，造成计量泵泵前压力波动、堵管，从而影响阳离子丝饼重量的均匀性。为了验证纺丝温度对于阳离子丝饼重量波动的影响，我们将一个位的纺丝温度从284℃提高到288℃，并且跟踪其丝饼重量变化的趋势如图6、图7所示。

图6 纺丝温度提高后丝饼重量

图7 提高纺丝温度前丝饼重量变化

通过对比我们可以看出，提高纺丝温度前，丝饼重量波动很大，且起伏不定，提高纺丝温度后丝饼重量呈上升趋势，且基本上没有波动，根据阳离子纤维自身的特性我们可以分析，在提高纺丝温度后，熔体流变变好，使附着在管壁的阳离子大大减少，改善了计量泵泵前压波动的情况，从而改善了丝饼重量不匀。

4.结论

（1）组件的更换对阳离子的影响很小，更换组件后阳离子丝饼重量依然波动明显。

（2）更换计量泵和提高计量泵转速能短时间提升阳离子丝饼重量，减小波动幅度，但是随着时间的推移，丝饼重量波动会越来越大，且重量异常的丝饼增多。

（3）结合阳离子自身的特性，减少锑元素催化剂的使用和提高纺丝温度改善流变是目前解决阳离子重量最好的方法。