熔體直紡單板細旦滌綸POY 350 dtex/384 f生產工藝

闞新征

(中國石化儀征化纖股份有限公司長絲生產中心，江蘇儀征 211900)

熔體直紡單板細旦滌綸POY 350 dtex/384 f生產工藝

闞新征

(中國石化儀征化纖股份有限公司長絲生產中心，江蘇儀征 211900)

探討了熔體直紡單板細旦滌綸POY 350 dtex/384 f生產工藝以及紡絲組件、冷卻條件及集束上油、緩冷區、拉伸工藝等條件對產品質量的影響。結果表明，通過環吹風壓的調整和優化工藝可以生產出優質產品。

直紡 細旦 生產工藝 質量

細旦纖維滌綸POY 350 dtex/384 f具有天然絲的柔軟手感，用其織成的織物輕薄、柔軟，透氣性、懸垂性好，具有獨特的風格，可作為仿真絲材料，市場前景較好，但該品種孔數較多，單絲纖度細，條干不勻率、染色不勻率、外觀質量及生產狀況比較難以控制，儀化長絲二裝置64線是2001年引進帝人公司技術設計投產的POY生產線，紡絲纖度范圍:170～275 dtex，孔數:36～192 f。隨著近幾年大量民企新技術和新裝備的使用，該裝置在生產多孔細旦長絲產品質量方面的弱勢逐漸顯現，DTY質量均勻性和染色性能與同行相比存在一定差距，通過現場分析和試驗研究，其主要原因在于帝人生產線紡絲側吹風系統設計不合理，側吹風整流效果不能保證，風速不勻率較大，造成錠位之間的凝固點位置相差較大;而且過濾網極易堵塞和漏風，造成紡絲噴絲板溫度不勻，從而使得絲餅的條干不勻率和動態熱應力不勻率差異較大，產品質量的穩定性和均勻性不能滿足高端用戶生產高檔品種的需求。筆者及同事針對“64線單板350 dtex/384 f品種開發”進行研究，主要通過對64線進行外環吹改造，達到改善紡絲冷卻的效果，消除該裝置原設計最大紡絲192孔的瓶頸，將紡絲品種的孔數擴大至384孔及以上，同時解決側吹風過濾網極易堵塞和漏風、風速不均等問題，達到降低產品的條干和動態CV值，確保產品的內在均勻性，滿足染敏感色的產品品質指標要求。在總結實踐經驗的基礎上，筆者對POY 350 dtex/384 f生產工藝進行了探討。

1 試驗

1.1 原料

儀征化纖生產PET半消光合格熔體，

蘇州竹本公司生產YC-2001TS油劑。

1.2 生產設備及測試儀器

熔體輸送及分配系統由日本帝人公司設計，日本富士公司Duplex Polymer Filter System熔體過濾器、瑞士MAAG公司Thermorex?90-5增壓泵、日本帝人公司紡絲機、巴馬格環吹裝置、NS-612卷繞頭。

主要測試儀器:瑞士 USTER公司生產的USTER-Ⅲ型強伸儀、USTER-Ⅵ型條干儀、日本KANO-MAX6072型風速儀。

1.3 工藝流程

熔體分配閥→過濾器→增壓泵→換熱器→靜態混合器→紡絲箱體(熔體計量泵，組件)→巴馬格環吹裝置→油嘴上油→甬道→切絲、吸絲裝置→預網絡器→一導絲輥→二導絲輥→網絡器→卷繞頭

1.4 主要工藝參數

熔體輸送溫度285℃;紡絲溫度290℃;緩冷器溫度275℃;GR1速度2 640 m/min，GR2速度2 645 m/min;卷繞速度2 620 m/min;油嘴高度800 mm;環吹風壓35 Pa;環吹風風溫21.5℃;環吹風相對濕度85%;含油率0.55%;組件壓力13 MPa，預網絡壓力 0.05 MPa;網絡壓力 0.06 MPa。

1.5 產品質量

改造后POY產品質量指標見表1所示。

2 生產工藝的選擇和控制

2.1 噴絲板的選擇

根據中心外環吹冷卻系統的特性，在噴絲板孔的排列方式上筆者選擇中空型噴絲板，如圖1所示。中空的作用是留出風逐漸衰減的位置，而環吹的噴絲板孔在圓上是均勻分布的。從噴絲板上孔的排布也可以看出，對于多孔產品，中心外環吹冷卻系統從外而內的送風冷卻效果要好于側吹單面的送風冷卻效果。

表1 POY350 dtex/384 f主要物理指標

圖1 外環吹冷卻使用噴絲板形式

噴絲孔孔徑的大小主要是由熔體通過噴絲孔時的剪切應力及噴絲頭拉伸比來確定，根據生產細旦纖維的經驗，剪切應力選擇范圍為0.8×104～1.5×104s-1內，噴絲頭拉伸比范圍應為140～240。在熔紡過程中，噴絲孔的孔徑對多孔細旦絲的可紡性影響很大，孔徑過小，孔道中熔體彈性雷諾數加大，發生彈性湍流;噴絲孔過大，噴絲頭拉伸比增加，出現紡絲內聚能破裂。聚酯熔體在噴絲孔中的流變行為對于紡絲熔體的流動穩定性極為重要。

各孔徑噴絲板的計算如表2:

表2 各種孔徑噴絲板噴絲頭拉伸比的計算

由表1中可以看出，0.15 mm與0.17 mm孔徑的組件均適合POY350 dtex/384 f品質的生產，為得到穩定的紡絲細流，筆者在理論計算的基礎上，同時結合加工難度及清洗難度，選擇了孔徑為0.17 mm的噴絲板。

2.2 冷卻方式的選擇

冷卻條件是固化過程的決定因素，影響纖維的結構和紡絲線上的各種分布，成為一系列不均勻產生的根源。運動絲條在冷卻風的作用下逐漸冷卻，使絲條在紡絲線上形成一軸向溫度場，軸向溫度的變化直接導致拉伸粘度的變化，從而使紡絲線上速度分布和應力分布以及纖維的結晶、分子取向等發生變化。

中心環吹冷卻與傳統側吹冷卻技術最大的區別在于其風向傳遞方式的變化。傳統的矩形側吹風窗裝置紡絲冷卻方式為單側面方向吹風，絲束里外受風不均一，各紡絲頭位之間冷卻條件也不盡相同，因而帶來同紡絲位間絲束質量、同噴絲頭下絲條質量都不均一的先天缺陷。而中心外環吹冷卻系統使冷卻風從外向內均勻的傳遞，從而使絲條冷卻均勻，保證產品質量的均勻性，尤其對于多孔絲的冷卻效果更加明顯。從采用環吹位生產的廠家數據來看，使用環吹冷卻生產的多孔細旦絲條干、斷裂強度和斷裂伸長不勻率均較側吹位生產的產品要好。根據生產的實際情況來看，使用側吹位生產常規品種(72 f以下品種)尚可，條干能保持在1.0%左右，側吹位生產144 f的品種條干約在1.5%左右，而環吹位則在0.9%左右，側吹位不能生產192 f以上的品種，而環吹位生產288 f的品種條干仍在1.0%左右，可見環吹冷卻方式相對多孔細旦產品來說是比較好的冷卻方式。兩種冷卻方式的風向如圖2所示。

圖2 環吹與側吹風風向示意

另外，環吹冷卻系統送風面積較小，約占側吹送風面積的30%左右，同時冷卻效果好，所需風速較側吹風速小，其使用起來非常節能，比普通側吹風系統節省風量70%以上。最終選擇巴馬格的外環吹裝置。

2.3 環吹風壓的選擇

由于環吹風壓對絲的條干不勻率影響較大，因此通過對不同風速下的條干不勻率的比較，來確定最佳的風壓，見表3所示。

表3 不同風壓下的物理指標統計表

由表3可見，通過不同風壓實驗，環吹風壓在35 Pa時產品指標的CV值最好，因此選擇風壓為35 Pa。

2.4 集束位置及上油率

生產350 dtex/384 f品種，由于單絲比表面積大，絲條和空氣的接觸面積大，絲條與空氣的摩擦力相對較大，紡絲張力過高。紡程上張力太大，不但影響到POY的現場穩定生產，而且加工DTY時斷絲增加。在紡絲溫度、紡絲速度、熔體性質一定的前提下，集束位置對紡絲張力的影響比較大。集束位置愈往下，因集束前每根單絲與空氣的摩擦阻力要比集束后的大14倍，集束點愈往下，未上油的絲條與空氣的接觸長度愈長，摩擦力愈大，絲條張力愈大。筆者在35 Pa風壓下進行了油嘴高度的試驗，結果如表4所示:

表4 油嘴高度與紡絲卷繞張力及物理指標表

從以上數據看，油嘴高度對紡絲卷繞張力影響均較大，雖然對條干影響存在一個最佳值，而且對斷裂伸長率影響較大，但對于紡絲來說，希望得到較小的張力，以減輕張力對絲束的影響，提高產品質量及減少斷頭。實踐表明，油嘴位置調整在800 mm，生產較穩定。

在側吹風情況下，油嘴的位置可以通過調整支架的前后位置，使絲與油嘴呈弧形接觸，接觸面更大，并保持一定的張力，以確保上油均勻充分;但中心環吹改造后，油嘴要與風管保持線形一致，油嘴的調節范圍很小，絲在進入油嘴時是垂直的，若接觸不好，易導致上油不足，因此，在油嘴下的導絲鉤上做調整，使絲在油嘴和導絲鉤之間約有一個15°的向內的角度，以確保上油充分。

由于350 dtex/384 f品種的單絲較多，采用單一油嘴上油，已不能滿足上油的需要，故該品種采用雙油嘴上油，含油率控制在0.55%。

2.5 緩冷區高度的選擇

熔體細流自噴絲孔擠出后的冷卻成形過程是影響產品結構和線密度均勻性重要過程。如果熔體細流在擠出噴絲孔后很快冷卻，則會使纖維的拉伸粘度增加很快，拉伸應力增加，導致初生纖維的預取向度提高，同時由于快速冷卻導致纖維內外層的溫度梯度增加，使纖維內外層的應力歷史的差異增加，這會使纖維產生“皮芯效應”，無論是預取向度的提高，還是纖維產生“皮芯效應”，都會使纖維在牽伸過程中產生結構不勻和毛絲。

熔體細流在擠出噴絲孔后很快冷卻造成的另一個問題是噴絲板面溫度的降低，隨著噴絲板面溫度的降低，熔體的粘度提高，這會導致紡程上流變阻力的增加和冷卻長度的減小，使絲條的軸向拉伸速率提高，最終使初生纖維的取向度增加，生產難度加大。特別對于細旦纖維，溫度降低的影響更為強烈。

為了減緩熔體細流在擠出噴絲孔后的冷卻速度，一般采用緩冷方式，在噴絲板下部設置一定高度的無風區，或者設置加熱裝置保溫，使絲條的冷卻延緩，一方面使固化點下移，另一方面使大分子的冷卻速度變慢，有利于大分子鏈在固化前充分消除內應力，使纖維各部位間取向度一致，避免皮芯結構的形成，以獲得低預取向度、無結晶結構、拉伸性能良好的初生纖維。

在中心環吹冷卻裝置，其緩冷高度通過在噴絲板下方增加不同高度的保溫板來實現，根據經驗，選擇了30，45，60 mm 3種高度在卷繞速度2 600 m/min下進行實驗，結果如表5所示:

表5 不同緩冷區高度下的物理指標統計表

由表5中結果可以看出，緩冷區高度45 mm是最佳選擇。

2.6 卷繞速度的選擇

生產中，筆者發現由于該品種單絲纖度較細，且孔數較多，極易產生毛絲，為了找出最佳的卷繞速度，首先對卷繞速度進行了多組試驗，來檢查不同卷繞速度下的絲餅毛絲數，然后采用回歸分析法對卷繞速度與對應的絲餅毛絲數進行相關性分析，找出二者之間的關系，最后對二者之間的關系式進行數學計算，從而找出了最佳的卷繞速度，具體如表6、圖3所示。

表6 不同卷繞速度下的毛絲統計表

圖3 不同卷繞速度下的絲餅毛絲數散布圖

根據計算機數學模型分析求出了卷繞速度與產生的毛絲的關系式:

y=0.0031x2-16.249x+21483

其中:y—毛絲數，x—卷繞速度。

對該關系式進行導數計算，并求出最小值，

y＇=0.0062x-16.249

當 y＇=0 時，x=2 620 m/min

為進一步證明此計算結果，筆者進行了驗證試驗，實際生產再次證明最佳卷繞速度為2 620 m/min，見表7所示。

表7 驗證卷繞速度與毛絲個數

由表7中可見，在卷繞速度2 620 m/min下，毛絲個數最少，最佳卷繞速度為2 620 m/min。

3 結論

a)采用中心外環吹冷卻的方式則可順利生產單板350 dtex/384 f品種，可有效提高產品產量，且中心外環吹冷卻所需的風量較少，為側吹的30%左右，可有效節約能源;

b)采用中心外環吹冷卻方式生產細旦多孔絲POY產品，可以明顯提高絲束冷卻的均勻性，產品物理指標尤其是CV值方面相對側吹冷卻的工藝來講都有顯著的改善，該冷卻方式是穩定生產多孔細旦POY產品的較為理想的方式。

［1］李允成，徐心華.滌綸長絲生產(第二版)［M］.北京:中國紡織出版社，1994.

［2］孫滿英，朱大復.細旦絲紡絲設備及技術探討［M］.紡絲設備，1999.

Research on technology of melt direct spinnning fine polyester POY 350 dtex/384 f

Kan Xinzheng
(Sinopec Filament Central Production-Dept.of Yizheng Chemical Fibre Co.，Ltd.，Yizheng Jiangsu 211900，China)

By melt direct spinning，the technology of producing fine denier POY 350 dtex/384 f polyester is introduced.The influence of process condition such as spinning pack，cooling condition，collection oiling，annealed zone，drawing condition etc on products quality were expounded.The results showed that the high quality production can be obtained by innovation of the quench air chamber and process parameters adjustment.

melt direct spinning;technology;quality

TQ342.21

B

1006-334X(2012)03-0038-04

2012-06-08

闞新征(1968—)，男，江蘇泰興人，工程師，長期從事滌綸長絲工藝及生產工作，已發表論文2篇。