中细旦尼龙66 FDY网络度偏低的原因及改进措施

张 超

(神马实业股份有限公司,河南 平顶山 467000)

尼龙66全拉伸丝(FDY)具有强度高、耐磨性好、耐疲劳性好等优点,在工业上被广泛用来制造轮胎骨架材料、传送带等。另外,随着尼龙66纤维行业的不断发展,一些新的应用领域也不断出现,特别是100～1 000 dtex的中细旦尼龙66 FDY在工业用水布带、高速缝纫线、汽车用安全气囊、尼龙脱模布等领域的应用发展迅速[1]。在这些新的应用领域,尼龙66 FDY除了需要具有高强度外,还需具有较高的网络度,以保证下游织布加工的稳定性。但现有中细旦尼龙66 FDY产品网络度偏低,易导致下游用户使用中出现毛丝、断丝、断裂强度偏低、上油率不稳定、染色均匀度变差等问题[2-3]。因此,提高中细旦尼龙66 FDY的网络度成为行业亟需解决的技术难点。

化学纤维经过网络器气流变形后,各根单丝间形成的交络点就是网络。衡量化学纤维的网络质量一般用网络度来表示,具体指的是在施加一定张力的情况下每米纤维上网络结的个数[4]。纤维网络度越高,越不易起毛刺,越有利于后加工;但网络度过高,纤维及织物的强力降低,同时也会对织物的手感和外观带来影响。

466 dtex/70 f尼龙66 FDY是神马实业股份有限公司帘子布公司生产的主要品种之一,可应用在工业、民用等领域。作者以该产品为例,分析了中细旦尼龙66 FDY生产过程中网络度偏低的原因,并提出改进措施以提高产品网络度,大大减少了下游加工过程中毛丝及断丝的产生,且上油率稳定,满足了下游用户的需求。

1 试验

1.1 原料

尼龙66盐水溶液:尼龙66盐质量分数为52.9%,紫外吸收(UV)值(20%水溶液)为0.049×10-3,pH值(10%水溶液)为7.75,色度(35%水溶液)为3.5,河南神马尼龙化工公司产;尼龙66熔体:相对黏度(硫酸法测试)为2.5～2.8,神马实业股份有限公司帘子布公司产;纺丝油剂:N-4AS油剂,日本松本油脂制药株式会社产;纺丝油剂用渗透剂:烷基聚醚改性氟硅油,日本Permachem Asia株式会社产。

1.2 主要设备和仪器

连续缩聚设备:武昌船舶重工集团有限公司制;一步法纺丝拉伸设备:中国恒天集团邵阳纺织机械公司制;BABY ASW 602卷绕头:德国欧瑞康巴马格公司制;HJ200/220/230网络器:瑞士赫伯利纤维技术公司制;SY280/SY420网络器:苏州上纶纺机公司制;PJ200预网络器:瑞士赫伯利纤维技术公司制;S-100C纤维强伸度测试仪:日本岛津公司制;R4折光率仪:瑞士梅特勒托利多公司制;R-2072网络度测试仪:德国Textechno公司制;HC585圆试织袜机:无锡新宏纺织机械公司制;染色机:无锡宏佳针纺织机械厂制;SF600 电脑测色仪:美国Datacolor公司制。

1.3 熔体直纺尼龙66 FDY生产工艺流程

采用连续聚合熔体直纺一步法生产中细旦尼龙66纤维。首先,将尼66盐液通过烛芯式过滤器进行过滤,然后在140 ℃下浓缩100 min,得到高浓度尼龙66盐液;然后,将高浓度尼龙66盐液在反应器中高温高压预聚120 min,完成预聚脱水,在聚合器和减压器中依次进行高温常压聚合55 min、负压聚合35 min,缩聚过程中形成的水分在真空条件下逐步脱除,得到尼龙66聚合物高黏度熔体;最后,高黏度熔体经过熔体增压泵、输送管道输送至纺丝箱,经纺丝、冷却、上油、拉伸、热定型、卷绕[5],得到中细旦尼龙66 FDY。熔体直纺生产的尼龙66 FDY规格为466 dtex/70 f,生产工艺流程见图1。

图1 尼龙66 FDY生产工艺流程Fig.1 Production process of PA 66 FDY

1.4 分析与测试

网络度:测试方法采用仪器移针法为主,水浴移针法为辅[6]。仪器移针法采用R-2072网络度测试仪测试,使用直径0.6 mm的不锈钢针钩,预加张力0.05 cN/dtex;水浴移针法取1 m纤维,预加0.05 cN/dtex张力后,置于1.5 m长的水浴槽中,目测计算网络结个数。

断裂强度:采用日本岛津S-100C强力仪,参照GB/T 14344—2022《化学纤维 长丝拉伸性能试验方法》测试。

上油率:先绘制折光率和油剂水溶液浓度的工作曲线,然后采用R4折光率仪进行测试,计算上油率。

染色均匀度:使用SF600 电脑测色仪判色为主,以人工目测判色为辅,产品判定符合灰卡等级4级为合格[7],计算纤维灰卡4级符合率,以此表征纤维的染色均匀度。

2 结果与讨论

2.1 网络度偏低的原因

网络度是尼龙66 FDY的重要质量指标之一。网络度偏低,如网络结数量少、网络结强度差,是毛丝产生的重要原因[8],也对纤维断裂强度、染色均匀度有一定影响。网络度偏低的原因可分为内部原因和外部原因。内部原因指的是生产过程中可以调整的因素,包括设备的选型和规格、纺丝工艺参数等;外部原因指的是原辅材料中进行调整的因素,主要是油剂的黏度及添加剂等。

2.1.1 内部原因

(1)设备因素

网络器型号众多,不同型号的网络器的结构存在差异,包括内部瓷芯、丝道横截面、上下导丝器形状等[9-10],网络器的结构对网络度有明显影响。另外,预网络器的安装也会影响上油的均匀程度,从而影响网络度[11]。

(2)纺丝工艺

纺丝工艺是影响网络度的重要因素之一,主要包括纺丝速度、网络器接入压缩空气压力等。在实际生产中,为了提高生产效率,一般会尽可能提高纺丝速度。当其他条件一定时,纺丝速度越快,网络度越低;当纺丝速度一定时,网络器接入压缩空气压力越大,网络度越高。

2.1.2 外部原因

(1)油剂黏度

生产尼龙66 FDY时,不同厂家、不同牌号纺丝油剂的黏度相差较大。油剂黏度过高,会使得纤维表面富集油剂、油膜变厚,丝束之间抱合力过强,不容易产生网络度;油剂黏度过低,会使得油剂在纤维表面的吸附力不足,丝束之间比较松散,也会使得网络度较低。

(2)油剂添加剂

生产尼龙66 FDY时,在纺丝油剂体系中加入一定量的渗透添加剂[12],可以有效降低油剂的表面张力,增加纺丝油剂在纤维表面的渗透性,使油剂快速渗透进入纤维内部,保证上油量的同时使纤维表面的油膜厚度均匀合理,纤维的抱合力处于合适区间,有利于网络结的形成和稳定。

2.2 网络度偏低的改进措施

2.2.1 网络器选型

(1)不同型号网络器的结构

试验选择了5种不同型号网络器,分别为苏州上纶纺机公司制造的SY280、SY420网络器,以及瑞士赫伯利纤维技术公司制造的HJ200、HJ220、HJ230网络器,网络器的实物如图2所示。

图2 5种不同型号网络器实物示意Fig.2 Schematic diagrams of five different types of interlacers

上述5种不同型号网络器在丝道横截面及上下导丝器截面形状上存在差异,丝道横截面形状如图3所示A型、B型,导丝器截面形状如图4所示C型、D型,不同型号网络器的结构组成见表1。

表1 不同型号网络器的结构组成Tab.1 Structure composition of different types of interlacers

图3 丝道横截面形状Fig.3 Cross-section shapes of yarn path

图4 导丝器截面形状Fig.4 Cross-section shapes of yarn guides

(2)不同型号网络器的网络效果

在466 dtex/70 f尼龙66 FDY生产中,使用上述5种不同型号网络器进行对比试验。从表2可知:生产尼龙66 FDY时,相比使用SY280、SY420、HJ200网络器,使用HJ220、HJ230网络器的网络效果较好,生产的纤维断裂强度较高,网络度较高,没有发生丝束从网络器中脱出现象;使用HJ220网络器时,生产的纤维断裂强度为8.21 cN/dtex,网络度为27.1个/m,而使用HJ230网络器时,生产的纤维断裂强度为8.22 cN/dtex,网络度为27.8个/m。综合来看,瑞士赫伯利纤维技术公司制造的HJ230网络器的网络效果更好。

表2 使用不同型号网络器生产的466 dtex/70 f尼龙66 FDY的性能Tab.2 Properties of 466 dtex/70 f nylon 66 FDY prepared using different types of interlacers

2.2.2 安装预网络器

在466 dtex/70 f尼龙66 FDY生产中,使用瑞士赫伯利纤维技术公司制造的PJ200预网络器与未安装预网络器对产品质量的影响进行对比试验。从表3可知:未安装预网络器时,尼龙66 FDY断裂强度为8.10 cN/dtex,网络度为26.5个/m,平均毛丝根数为2.1根/筒;安装PJ200预网络器后,尼龙66 FDY断裂强度为8.19 cN/dtex,网络度为27.4个/m,平均毛丝根数为1.6根/筒,纤维断裂强度及网络度明显提高,毛丝根数减少。因此,在尼龙66 FDY生产中,安装预网络器可提高纤维的网络度。

表3 安装预网络器对尼龙66 FDY性能的影响Tab.3 Effect of pre-interlacer on Properties of nylon 66 FDY

2.2.3 纺丝工艺优化

466 dtex/70 f尼龙66 FDY的纺丝工艺流程包括熔体挤出、冷却、拉伸和卷绕工序。为了提高纤维的网络度,对纺丝工艺进行优化,主要调整纺丝速度及网络压力。

(1)纺丝速度

一般来说,尼龙66纤维实际生产中,纤维线密度越大,纺丝速度越快,越难形成网络结。从图5可以看出:纺丝速度在2 400 m/min以下时,尼龙66 FDY网络度最高;纺丝速度在2 400～2 800 m/min时,尼龙66 FDY网络度维持在27～28 个/m,网络度较为稳定;纺丝速度高于2 800 m/min时,尼龙66 FDY网络度明显下降。实际生产中需要考虑生产效率,纺丝速度越高越好,因此选择纺丝速度2 800 m/min较为合适。

图5 纺丝速度对尼龙66 FDY网络度的影响Fig.5 Effect of spinning speed on interlacing degree of nylon 66 FDY

(2)网络压力

一般来说,网络器的网络压力越大,纤维网络度越高,但网络压力过高时生产中会产生毛丝等现象。从图6可看出:网络压力从0.20 MPa增加到0.40 MPa,尼龙66 FDY的网络度呈明显上升趋势;当网络压力超过0.40 MPa后,尼龙66 FDY的网络度趋于稳定。网络压力提高,能耗也相应增大,生产成本增加,因此,在466 dtex/70 f尼龙66 FDY生产中设置网络压力0.40 MPa较为合适。

图6 网络压力对尼龙66 FDY网络度的影响Fig.6 Effect of interlacing pressure on interlacing degree of nylon 66 FDY

2.2.4 纺丝油剂选型

不同厂家不同牌号的纺丝油剂黏度差异很大,油剂黏度会影响纤维的抱合度,从而影响纤维的网络度,同时影响纤维的染色均匀度[13]。选用3种纺丝油剂即德国司马化学有限公司的TC-15、日本竹本油脂株式会社的F-6056、日本松本油脂制药株式会社的N-4在生产线上进行在线试验。从表4可以看出:使用TC-15纺丝油剂,尼龙66 FDY网络度为26.9 个/m,染色均匀度为82%,网络度和染色均匀度均相对较低;使用F-6056纺丝油剂,尼龙66 FDY网络度为27.4 个/m,染色均匀度为93%;使用N-4纺丝油剂,尼龙66 FDY网络度为27.6 个/m,染色均匀度为95%,网络度和染色均匀度均较高,但纤维的上油率相对较低,有待改善。综合考虑,使用日本松本油脂制药株式会社生产的N-4纺丝油剂有利于提高尼龙66 FDY的网络度和染色均匀度。

2.2.5 添加油剂渗透剂

一般来说,提高纤维的上油率可以增加纤维的抱合度,从而提高纤维的网络度。在使用N-4纺丝油剂生产466 dtex/70 f尼龙66 FDY时,为了提高纤维的上油率,选用N-4油剂中添加渗透剂烷基聚醚改性氟硅油的N-4AS油剂牌号进行试验。从表5可以看出:N-4AS油剂的黏度比N-4油剂明显提高,达13.6 mPa·s;相比使用N-4纺丝油剂,使用添加渗透剂的N-4AS油剂生产的尼龙66 FDY上油率提高至0.79%,网络度也略有提高,达27.8个/m。显然,在N-4油剂中添加渗透剂,在提高尼龙66 FDY上油率的同时也有利于提高纤维的网络度。

表5 添加油剂渗透剂对尼龙66 FDY网络度的影响Tab.5 Effect of oil penetrant addition on interlacing degree of nylon 66 FDY

3 结论

a.中细旦尼龙66 FDY网络度偏低的原因主要是网络器选型、纺丝工艺参数等内部原因,以及使用的纺丝油剂黏度、油剂添加剂等外部原因。

b.生产466 dtex/70 f尼龙66 FDY时,选择瑞士赫伯利纤维技术公司制造的HJ230网络器,安装预网络器,控制纺丝速度2 800 m/min、网络压力0.40 MPa,使用添加渗透剂的N-4AS纺丝油剂,可以有效提高纤维的网络度,纤维的网络度达27.8个/m,上油率达0.79%。