改善熔体直纺98 dtex/48 f三角异形有光涤纶FDY毛丝的探讨

谢尚财,吴维光,孙学江,张 丽,全佳囡,缪堂伟

(浙江盛元化纤有限公司,浙江 杭州 311247)

受原油、煤炭等基础能源价格大幅上涨影响,涤纶行业原材料成本大幅增加,行业面临着低利润、高库存、弱需求的压力[1]。浙江盛元化纤有限公司是浙江荣盛控股集团有限公司的子公司之一,其熔体直纺有光涤纶全拉伸丝(FDY)生产能力达100 kt/a,主要生产三角异形仿真丝,产品规格33～333 dtex,覆盖面全,用途广,其中98 dtex/48 f规格产品主要用于下游经倒筒、倍捻、喷气织机织造纱线,但下游客户反馈产品丝饼易因单丝断裂产生细微毛丝,经过倍捻毛丝数量进一步增加,导致织造效率下降。

作者通过控制原料聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)熔体端羧基含量,优化组件滤网过滤精度、喷丝孔大小,调整纺丝温度、集束上油点位置等工艺参数,改善了熔体直纺98 dtex/48 f三角异形有光涤纶FDY的毛丝,提高了产品竞争力,满足了下游客户使用需求。

1 试验

1.1 原料

大有光PET熔体:特性黏数为0.642～0.648 dL/g,二甘醇质量分数为(1.22±0.05)%,熔点为(260±2)℃,端羧基含量为(31±4)mol/t,浙江盛元化纤有限公司产。

1.2 设备及仪器

QABP280S4A增压泵:瑞士MAAG公司制;纺丝箱体、侧吹风冷却系统、油嘴上油系统、24×2.4 mL计量泵:瑞士欧瑞康集团公司制;卷绕设备:日本TMT公司制; TESTER 5条干仪:瑞士USTER公司制;YG086 型缕纱测长仪:常州市八方科技有限公司制;YG023B-Ⅱ型全自动单纱强力机:常州市中纤检测仪器设备有限公司制。

1.3 生产工艺流程

从PET装置终聚釜出来的PET熔体依次经熔体分配器、增压泵、熔体冷却器、静态混合器、熔体分配阀进入纺丝箱体,再经计量泵、纺丝组件、侧吹风冷却成形,最后经油嘴上油、预网络器、第一热辊(GR1)、第二热辊(GR2)、主网络器、卷绕成形得到熔体直纺98 dtex/48 f三角异形有光涤纶FDY。生产用喷丝板选择三叶形喷丝孔,纺丝工艺主要参数见表1。

表1 纺丝主要工艺参数

1.4 分析与测试

PET端羧基含量:按照GB/T 14190—2008《纤维级聚酯切片(PET)试验方法》测定。

力学性能:根据GB/T 14344—2008《化学纤维 长丝拉伸性能试验方法》,采用全自动单纱强力机对三角异形有光涤纶FDY进行测试。

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》,采用条干仪对三角异形有光涤纶FDY进行测试。

毛丝降等率:按照FZ/T 54039—2018《异形涤纶牵伸丝》外观要求进行判定,统计一段时间内有毛丝的丝饼数量占丝饼总量的百分数。

2 结果与讨论

2.1 PET熔体端羧基含量

端羧基含量是PET的一项重要指标,对PET的热稳定性和结晶行为有很大影响。PET中端羧基含量增大,PET 产品相对分子质量分布变宽,产品品质下降,产品加工性能变差,纺丝加工中的断头、毛丝等现象就会增多[2]。PET熔体端羧基含量对FDY产品毛丝降等率的影响见表2。

表2 PET熔体端羧基含量对毛丝降等率的影响

从表2可以看出:随着PET中端羧基含量增大,毛丝降等率先减小后增大;当PET中端羧基含量控制在28～30 mol/t时,毛丝降等率较小,这是因为PET中端羧基含量对PET熔体在输送和纺丝加工过程的降解反应有一定的抑制作用,而降解反应减少,改善了PET的相对分子质量分布,所以纺丝过程中的断头、毛丝减少。因此生产控制原料PET中端羧基含量在28～30 mol/t。

2.2 组件过滤精度

纺丝组件过滤精度对纺丝有明显影响,组件过滤精度低,熔体中的杂质无法有效滤除,会引起纺丝压力增大,甚至会造成部分喷丝孔堵塞,纺丝时产生毛丝[3]。考察了内砂杯五层滤网400目(60/250/400/250/60)+板上网单层400目、内砂杯五层滤网800目(60/250/800/250/60)+板上网单层400目、内砂杯五层滤网1 200目(150/330/1200/250/60)+板上网单层800目3种不同纺丝组件滤网规格对毛丝降等率的影响,见表3。

表3 纺丝组件过滤精度对毛丝降等率的影响

从表3可以看出,随着纺丝组件滤网过滤精度增大,毛丝降等率减小,当纺丝组件滤网过滤精度达到1 200目时,毛丝降等率明显改善,降至5.1%,且纺丝组件压力增加不大。因此生产选择纺丝组件滤网过滤精度为1 200目。

2.3 三叶形喷丝孔尺寸

喷丝孔孔径过小,熔体在喷丝孔中剪切速率增大,在相同纺速下,熔体细流容易发生破裂;孔径过大,会导致喷头的拉伸比增大,产生毛丝[4]。三叶形喷丝孔尺寸对毛丝降等率的影响见表4。

表4 三叶形喷丝孔尺寸对毛丝降等率的影响

由表4可知:采用叶宽为0.09 mm、叶长为0.25 mm、弧半径为0.25 mm的三叶形喷丝孔时,喷丝头拉伸比为260,相对偏高,且毛丝降等率较高;通过减小喷丝孔叶长、弧半径后,喷头拉伸比为172.6,纺况较稳定,丝饼外观毛丝明显减少,截面规整度好。另外,在相同工艺条件下,喷丝孔叶长弧半径变小后,生产的三角有光异形涤纶FDY的断裂强度会提高0～0.1 cN/dtex,断裂伸长率提高1%～2%,染色偏深。因此,生产选择三叶形喷丝孔叶宽为0.09 mm、叶长为0.22 mm、弧半径为0.22 mm。

2.4 工艺条件

2.4.1 纺丝温度

纺丝温度对熔体的可纺性和产品内在品质有重要的影响,而且对高异形度三角截面纤维的影响更为明显[5-6]。在相同的冷却条件下,提高纺丝熔体温度,熔体流动性能好,凝固点将下移,冷却时间变长,丝条的形变时间变长,纤维拉伸性能提升;降低纺丝熔体温度,熔体流动性能差,使得熔体在喷丝板孔中剪切应力增大,造成熔体破裂,纺丝时易出现注头丝、断丝。纺丝温度对毛丝降等率的影响见表5。

表5 纺丝温度对毛丝降等率的影响

从表5可以看出:纺丝温度为292 ℃时,毛丝毛丝降等率较高;随着纺丝温度升高,毛丝毛丝降等率降低;当纺丝温度达到294.5 ℃时,毛丝降等率与294.0 ℃时相差不大,但生产过程中断丝增加。因此,最终确定纺丝温度为294.0 ℃,减少纺丝过程中毛丝的产生。

2.4.2 集束上油位置

集束上油位置对丝束条干不匀率、毛丝降等率及纺丝工况的影响较大。上油位置过低,纺丝张力增大,抗干扰能力弱,条干不匀率增大,在纺丝过程中容易出现毛丝、断丝。集束上油位置对毛丝降等率的影响见表6。

表6 集束上油位置对毛丝降等率的影响

从表6可以看出:当集束上油位置由1 260 mm上移至1 100 mm时,产品毛丝降等率明显降低,下降至5.3%,且丝束抖动明显减小,条干不匀率减小,纺丝工况稳定;继续上移至1 000 m,毛丝降等率变化不大,但断丝有增加趋势。因此,生产选择集束上油位置在1 100 m。

2.5 产品性能

控制原料PET熔体中端羧基含量在28～30 mol/t,采用过滤精度为1 200目的纺丝组件滤网,设计三叶形喷丝孔叶长、弧半径均为0.22 mm,调整纺丝温度为294 ℃、集束上油位置为1 100 mm,生产的98 dtex/48 f三角异形有光涤纶 FDY 质量指标见表7。从表7可以看出,通过控制原料PET端羧基含量,优化组件滤网过滤精度、喷丝孔大小,调整纺丝温度、集束上油点位置等工艺参数后,生产的纤维毛丝较少,毛丝降等率为3.4%,纤维断裂强度为4.1 c N/dtex,断裂伸长率为45.2%,满足下游客户使用需求。

表7 98 dtex/48 f三角异形有光涤纶FDY质量指标

3 结论

a.控制原料PET中端羧基含量在28～30 mol/t,采用过滤精度为1 200目的纺丝组件滤网,设计三叶形喷丝孔叶长、弧半径均为0.22 mm,调整纺丝温度为294 ℃、集束上油位置在1 100 mm,可有效降低毛丝数量,且生产稳定。

b.工艺优化后,熔体直纺生产的98 dtex/48 f三角异形有光涤纶FDY的毛丝降等率为3.4%,纤维断裂强度为4.1 c N/dtex,断裂伸长率为45.2%,满足下游客户使用需求。