熔体直纺半消光/大有光涤纶POY的转产工艺优化

2022-05-06陈士良邱中南王春燕陆建伟

合成纤维工业 2022年2期

陈士良，邱中南，王春燕,3，陆建伟

(1.桐昆集团股份有限公司，浙江桐乡 314500； 2.桐昆集团浙江恒通化纤有限公司，浙江桐乡 314500； 3.浙江省桐昆恒通新纤维研究院，浙江桐乡 314500)

涤纶预取向丝(POY)熔体直纺产能大、效率高、能耗低、成本低，是当前国际最先进的主导工艺，但存在着工艺调节影响面广、品质控制难等问题。尤其是为了满足目前多变的市场需求，涤纶POY生产企业需要频繁转产，如何优化转产操作，减少转产切换时间及转产过程产生的过渡产品，提高转产产品品质，以此提升企业的经济效益，是涤纶POY生产企业最关心的问题[1]。

目前，行业内涤纶POY生产装置转产主要是先停产、清洗系统后再进行转产[2]。以400 kt/a涤纶POY装置为例，装置日产量约1 100 t，采用此方式转产需耗用10 d左右的时间过渡，不但影响产量11 000 t，而且还会产生大量的停、开车过渡产品，损失效益近千万元；同时，如果整套装置全部切换转产为同一系列产品(半消光或大有光产品)，会导致单类产品产能过剩。

为此，作者在400 kt/a “一头两尾”聚合装置的基础上(“一头两尾”即第一酯化反应釜和第二酯化反应釜分别为一套设备，但从第二酯化釜反应系统出料开始分两条线路，并联生产半消光及大有光涤纶POY)，对2条线(72个纺位)进行设备改造，由半消光涤纶POY转产大有光涤纶POY，通过对生产工艺进行优化，生产出质量稳定的大有光涤纶POY。该方法可以切换生产大有光涤纶POY和半消光涤纶POY，切换时间短，可为同行业装置的柔性化技术改造提供借鉴。

1 试验

1.1 原料

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)大有光熔体：特性黏数为(0.622±0.010)dL/g，端羧基含量为(40±3)mol/t，二甘醇质量分数为(1.30±0.05)%，桐昆集团浙江恒通化纤有限公司生产。

1.2 主要设备及仪器

WINGS高速卷绕机及环吹冷却设备：德国巴马格公司制；PVS6型自动特性黏数测定仪：德国LAUDA公司制；YG023B-11型全自动单纱强力机：常州纺织仪器厂有限公司制；YG367热应力测试仪：常州纺织仪器厂有限公司制；MQC23-10型核磁共振含油率分析仪：英国牛津公司制；USTER 5型条干均匀度仪：瑞士Uster公司制。

1.3 半消光涤纶POY生产工艺流程

技术改造前，400 kt/a“一头两尾”四釜聚合装置并联差别生产半消光涤纶POY及大有光涤纶POY。其中，半消光涤纶POY生产工艺流程依次为：浆料配制、第一酯化、第二酯化、添加消光剂、预缩聚、终缩聚、熔体分配、增压输送、静态混合、熔体分配、熔体挤出、冷却、油嘴上油、卷绕成型。

1.4 转产大有光涤纶POY技术改造

为应对多变的市场需求，将2条半消光涤纶POY生产线进行改造，转产生产大有光涤纶POY。通过装置大有光涤纶POY生产线预留一个管道开口，加装输送管道连接原2条半消光涤纶POY生产线，同时在接口处加装三通阀，使这2条线前端熔体管路既有半消光熔体管路，又有大有光熔体管路，可通过三通阀的开关进行切换生产大有光涤纶POY和半消光涤纶POY产品，转产工艺技术路线见图1。

图1 半消光/大有光涤纶POY转产工艺技术路线Fig.1 Technical route of semi-dull/bright polyester POY production conversion

1.5 分析与测试

力学性能：依据GB/T 14344—2008《化学纤维长丝拉伸性能试验方法》，采用YG023B-11型全自动单纱强力机进行测试。纤维试样在温度(20±2) ℃和相对湿度(65±5)%环境下调湿4 h，夹持长度(250.0±1.0) mm，预加张力(0.050±0.005) cN/dtex，拉伸速度1 000 mm/min。

热应力：根据FZ/T 50051—2020《涤纶预取向丝动态热应力试验方法》，采用YG367热应力测试仪进行测试。试样调湿后以一定速度和预加张力通过加热装置和拉伸装置，测试试样受热条件下拉伸产生的拉伸应力。其中，加热温度为170～185 ℃，预加张力为(0.050±0.005) cN/dtex，速度为100 m/min，拉伸比为1.65。

条干不匀率：根据GB/T 14346—2015《化学纤维长丝条干不匀率试验方法电容法》，采用USTER5条干仪进行测试，速度为200 m/min，时间2.5 min。

含油率：根据GB/T 6504—2017《化学纤维含油率试验方法》，采用MQC23-10型核磁共振含油率分析仪测试。

2 结果与讨论

2.1 转产前后生产工况对比

在相同生产工艺条件下，2条半消光涤纶POY生产线(72纺位)转产大有光涤纶POY，12 h生产中的异常情况如断头、飘丝饼、松圈丝饼、注头丝饼、成型不良丝饼等见表1。从表1可知，直接采用半消光涤纶POY生产工艺转产大有光涤纶POY，生产中断头、飘丝、丝饼质量异常(松圈丝、注头丝、成型不良)等均大幅度增加。因此，为了生产出质量稳定的大有光涤纶POY，需在半消光涤纶POY生产工艺基础上进一步优化生产工艺。

表1 转产前后生产工况对比Tab.1 Comparison of production conditions before and after production conversion

2.2 转产工艺优化措施

2.2.1 调整纺丝箱体温度

2条半消光涤纶POY生产线转产后，主要生产 “三叶”形和“一”字形扁平大有光涤纶POY，而生产2种异形截面纤维均需采用较低的纺丝箱体温度[3]。因为异形截面纤维的异形度会随纺丝温度的增加而降低，当纺丝箱体温度升高时，初生纤维的凝固点下移，纺丝冷却时间和丝的变形时间增加，导致纤维截面更易向圆形截面方向变化[4]；但当纺丝箱体温度过低时，熔体黏度高，流动不畅、阻力大，易出现熔体破裂现象，生产中会出现注头丝、断头等。因此，转产大有光涤纶POY后，选择纺丝箱体温度292～298 ℃进行了优化试验。从表2可知：纺丝箱体温度由292 ℃提高到296 ℃后，断头、注头丝明显减少；但纺丝箱体温度达298 ℃时，断头、注头丝有所增加。综合考虑选择纺丝箱体温度296 ℃较为合适。同时，为改善冷却效果，经多次试验，将环吹风温度由22 ℃降低到21 ℃，集束位置由800 mm提高到850 mm，生产工况较好。

表2 纺丝箱体温度对大有光涤纶POY生产工况的影响Tab.2 Effect of spinning box temperature on production conditions of bright polyester POY

2.2.2 优化卷绕工艺

(1)预网络气压

2条半消光涤纶POY生产线转产异形大有光涤纶POY后，出现较多松圈丝，松圈丝过多会造成后加工容易断头。生产实践表明，松圈丝的产生主要是由含油率、预网络气压等引起。因该品种含油率为0.35%(已属偏高)，因而试验时未对含油率进行调整，通过将预网络气压由0.80 MPa提高到0.85 MPa，优化预网络器的位置，生产中松圈丝饼由原来的50只(12 h)减少到6只(12 h)。这是由于丝束通过预网络器合理设计的丝道及气流喷孔，经网络气压后可在预网络器内部丝束经过区域产生“涡流”，从而促进丝束表面的油剂成分向丝束内部“渗透”，且使纺丝油剂均匀分布在各单丝表面，使单丝具有更好的集束性[5]，从而减少松圈丝的产生。

(2)卷绕角

卷绕角是指卷绕中丝条径向卷取运动与横向导丝运动的夹角，直接影响丝饼的成型质量。当卷绕角过小时，丝束之间会形成平行叠加，在适宜的接触压力作用下，丝束逐渐向两端滑移，导致丝饼成型不良，甚至出现塌边现象；当卷绕角过大时，丝束容易在卷绕过程中甩出端面，形成蛛网丝[6]。为此，在实际生产中，根据纤维线密度和丝饼底层异常情况优化卷绕角。多次试验表明，将底层卷绕角由5.3°上调至5.5°～5.6°，丝饼底层端面成型不良现象得到了解决。

2.2.3 缩短停位铲板时间

当纺丝组件上机使用一段时间后，喷丝板面及喷丝孔周围会有升华物，容易造成断头或毛丝等问题。通过定期硅油铲板，将喷丝板面和喷丝孔铲干净，可使熔体细流喷出顺畅，避免丝条划伤[7]。但是生产多孔异形纤维时通常采用停位铲板,而停位时间长短对产品性能存在一定的影响。为此，在同一锭位上对停位铲板时间进行了优化试验，试验结果见表3。

表3 停位铲板时间对产品性能的影响Tab.3 Effect of stopping shovel time on product properties

由表3可知：铲板前产品的物理性能指标基本一致，但停位铲板时间越长，产品的断裂伸长率、热应力差异较大，且停位时间越长，断裂伸长率越小，热应力越大；而不停位铲板时，产品的物理性能指标波动不大。因此，转产异形大有光涤纶POY时，尽量采用不停位铲板或缩短停位铲板时间，从而保证产品性能的均一性。

2.3 产品质量

通过设备改造，优化转产工艺参数，可生产出质量较佳的大有光涤纶POY产品。以转产133 dtex/144 f“一”字形扁平大有光涤纶POY产品为例，在生产半消光涤纶POY生产工艺基础上，调整纺丝箱体温度为296 ℃、环吹温度为21 ℃、集束位置为850 mm、预网络气压为0.85 MPa、底层卷绕角为5.5°～5.6°，生产的产品质量指标(见表4)达到了AA级标准。