扁平形滌綸工業絲生產工藝探討

王利娜，遲長龍，鄧照西

(1.河南工程學院材料與化學工程系，河南 鄭州450007;2.鄭州華信學院藥學系，河南鄭州451150)

扁平絲因纖維橫截面的扁平化賦予了產品特殊的閃亮光澤、高抱合性、優異的毛直立性，廣泛應用于高級毛毯、高檔織物中。對于扁平纖維生產的熔紡理論，國外學者進行了較深入的研究，如Takarada等［1］通過建立模型和實驗方法，對扁平和中空纖維進行了研究;國內對于異形纖維紡絲理論的研究相對較少，王華平等［2］對中空纖維的成形機理進行了研究，楊崇倡等［3］則以圓形纖維成形理論為基礎，提出了扁平纖維的成形機理。國內對扁平形等異形纖維的具體生產工藝研究得較多［4－5］，但這些均集中在滌綸民用絲的研究上，對于異形滌綸工業絲的研究較少。

作者采用Barmag工業絲設備及自主設計的噴絲板，通過工藝優化生產出具有較好扁平截面且物理機械性能良好的扁平形滌綸工業絲，其產品在改善普通工業絲產品外觀的前提下，可以降低網絡壓力，節約成本。

1 試驗

1.1 原料

增黏聚酯切片:特性黏數(［η］)1.04 dL/g，浙江古纖道新材料有限公司生產。

1.2 設備

滌綸工業絲生產設備:15E10螺桿，SP46紡絲箱體，ACW41-1200/4卷繞頭，瑞士蘇拉紡織集團德國巴馬格公司制;扁平形噴絲板:自主設計，常州噴絲板廠加工。

1.3 扁平形滌綸工業絲的工藝流程

在滌綸工業絲設備上生產1 110 dtex/192 f高強扁平形滌綸工業絲，其生產流程如圖1所示。

圖1 扁平滌綸工業絲生產工藝流程Fig.1 Flow chart of flat PET industrial yarn production

1.4 分析測試

異形度:用哈氏切片器制樣，并用奧林巴斯X31顯微鏡進行拍照，按照標準FZ/T50002—91化學纖維異形度試驗方法進行測定計算。

力學性能:使用Instron5566電子強力拉伸儀進行力學性能測試。

2 結果與討論

2.1 噴絲板的設計

聚酯熔體為非牛頓粘彈體，在毛細孔中作粘性流動的同時也發生彈性形變，而彈性能在出噴絲板孔后的釋放將會影響絲條異形截面的形狀，因此合理設計噴絲板微孔的幾何形狀和尺寸十分重要［6－7］。

因為考慮到熔體的出口脹大效應存在，會使得纖維截面偏離噴絲孔的形狀，所以為了得到扁平截面的纖維，設計的噴絲板孔長度方向為內凹型，當纖維因彈性能釋放而更趨于圓形時，則使內凹趨勢變平緩而趨于平面;若將寬度方向也設計成為內凹型，則使得噴絲板加工難度加大，因此僅考慮一個方向上的內凹設計。設計了導孔角度為60°，連通噴絲孔的熔體通道與所設計的噴絲孔形狀相似，其噴絲板剖面圖以及噴絲孔的斷面圖如圖2所示。

圖2 噴絲板示意Fig.2 Profile and sectional drawing of spinneret hole

從表1可以看出，噴絲孔的凹度(c/b)對紡絲性能的影響很大。當采用矩形孔的1#噴絲板紡絲時，生產比較穩定，但所紡制的纖維截面由于熔體的出口脹大效應趨于橢圓形，對于后道涂覆織物的平整度不利;當采用2#噴絲板時，紡絲穩定，所得產品截面為扁平型，而且產品達到優等級;當采用3#噴絲板時，由于凹度值過小，在絲條最窄處容易發生應力集中，導致運轉過程中斷頭較多，生產無法順利進行。因此，生產中選用2#噴絲板。

表1 噴絲孔形狀與可紡性的關系Tab.1 Relationship between spinneret hole shape and spinnability

此外，要綜合考慮加工成本和清洗效果，因為噴絲孔的長寬比越大成本越高，故選用孔的長寬比(a/b)為2.5。并且為了保證絲條冷卻均勻，安裝組件時其噴絲孔寬方向與側吹風成45°［8］。

2.2 主要紡絲工藝條件

2.2.1 紡絲溫度

在紡絲過程中，當熔體從扁平孔中通過時，產生的不規則流動，導致熔體細流在出噴絲孔時表現出較圓形孔更明顯的出口脹大效應［5］。因此，適當升高紡絲溫度利于熔體在噴絲孔中釋放彈性能，易于控制截面形狀，但也不易太高，因為紡絲溫度過高，熔體黏度降增大，紡絲過程中飄絲較多，對紡絲不利。由圖3可知，紡絲溫度，較常規工業絲生產高2～3℃為301℃時，生產正常，產品滿卷率達到96%，無油絲黏度降小。

圖3 紡絲溫度和滿卷率及無油絲［η］的關系Fig.3 Relationship between spinning temperature and full package ratio or［η］of oil-free yarn

2.2.2 側吹風

由于異形絲的比表面積比較大，絲條散熱快，因此要提高側吹風風溫或降低側吹風風速，來提高纖維的異形度［9］。試驗發現，當側吹風速度由0.60 m/s降至 0.45 m/s時，纖維異形度明顯提高，因為降低側吹風風速，使得固化點上移，絲條趨向圓形變化的時間縮短，因此異形度提高。但冷卻速度過快，會導致絲條徑向溫度差較大，生成皮芯結構，甚至會導致斷頭，影響生產穩定性。

通過對其他生產工藝的優化，得到較佳的工藝條件見表2。

表2 扁平滌綸工業絲主要紡絲工藝參數Tab.2 Spinning parameters for flat PET industrial yarn

2.3 產品質量

選用2#噴絲板，以表2所示的工藝條件進行48 h的紡絲試驗，產品滿卷率達到96%，且產品質量達到高強滌綸工業絲AA等級，其物理指標如表3所示。

表3 扁平形滌綸工業絲的物理性能Tab.3 Physical properties of flat PET industrial yarn

由圖4可以看出，扁平形滌綸工業絲的截面非常清晰，且纖維緊密地排列在一起，抱合性大大提高。

圖4 纖維截面的顯微鏡照片Fig.4 SEM image of fiber cross-section

在同樣的油劑泵轉速下，2#噴絲板所得產品的含油率最高，這是因為2#噴絲板所得產品絲束間排列規整，絲條之間的摩擦增大，在固定油劑供給量的條件下，油劑在絲束間得以更好的留存。

生產過程中還發現將網絡氣壓由常規產品所需的0.36 MPa降低到0.2 MPa，所得產品仍具有較好的抱合性，因此扁平形滌綸工業絲的生產減少了壓縮空氣的使用量，節約成本。

3 結論

a.生產中選用扁平形噴絲孔的長寬比為2.5，凹度為0.84，可紡性及異形度均較好。

b.適當提高紡絲溫度或降低冷卻速度有利于生產及異形度的控制。較佳紡絲溫度為301℃，側吹風速度為0.45 m/s，側吹風溫度為20℃，產品滿卷率達96%，纖維截面扁形狀清晰，異形度為48.3%，質量指標達高強滌綸工業絲AA級。

c.生產扁平纖維可將網絡氣壓降低到0.2 MPa，產品仍具有較好的抱合性。

［1］Takarada W，Ito H，Kikutani T，et al.Studies on high-speed melt spinning of noncircular cross-section fibers.III.Modeling of melt spinning process incorporating change in cross－sectional shape［J］.J Appl Polym Sci，2001，80(9):1589 －1600.

［2］王華平，余曉蔚，朱建民.熔紡中空纖維皮芯結構的形成原理及動力學模擬［J］.合成纖維工業，1999，22(5):1 －4.

［3］楊崇倡，譚志銀，魏蕊，等.扁平纖維紡絲成形研究I.扁平纖維紡絲成形的數學模型及模擬分析［J］.合成纖維工業，2009，32(3):56 －61.

［4］逯瑞龍.130 dtex/36 f直紡扁平滌綸FDY的生產工藝［J］.合成纖維工業，2009，32(6):51－53.

［5］管新海.扁平形聚酯纖維成形工藝的研究［J］.合成技術及應用，2001，16(4):36 －39.

［6］王永恒，石彩杰，崔再治.噴絲板的設計［J］.聚酯工業，2006，19(3):27 －30.

［7］過明言，楊崇倡，譚志銀，等.扁平纖維紡絲成行研究II.扁平PET纖維噴絲板的設計及產品開發［J］.合成纖維工業，2009，32(4):61 －63.

［8］浙江古纖道新材料有限公司.異型工業絲及其生產方法、專用噴絲板:中國，200810062022［P］.2008 －10 －29.

［9］浙江理工大學.一種異形復合纖維及其制造方法:中國，200910096552［P］.2009 －03 －06.