再生滌綸短纖維生產工藝的探討

戚傲春

(江陰職業技術學院，江陰214433)

聚酯瓶具有質量輕、不易破碎、耐腐蝕等優點，在食品包裝上應用廣泛。但廢舊聚酯瓶很難降解，且焚燒會產生有害氣體，污染環境。很多企業以聚酯瓶片等廢聚酯為原料，采用切片熔體紡絲工藝生產再生有色滌綸短纖維，其在后道工序中不需要染色。生產再生滌綸短纖維相比長絲技術要求低。再生滌綸短纖維強度低，疵點多，存在超倍長纖維，可通過紡紗彌補某些缺陷，且單耗低，1 t聚酯瓶片可以生產約0.98 t的再生滌綸短纖維;而生產1 t滌綸卻要消耗6 t石油，生產再生滌綸短纖維具有原料成本低、利潤高、環保的特點。作者以聚酯瓶片等廢聚酯為原料，生產出多種規格的白色和有色再生滌綸短纖維，探討了各生產工序的技術要點，以供同行借鑒。

1 再生滌綸短纖維生產工藝流程

與常規滌綸短纖維的生產相比，再生滌綸短纖維的生產過程中僅前紡增加了原料的篩選及配料工序，其生產工藝如圖1所示。

圖1 再生滌綸短纖維生產工藝流程Fig.1 Flow chart of regenerated polyester staple fiber production

2 生產工藝

2.1 前紡工藝

2.1.1 篩選

篩選的目的是將原料中的雜質剔除，保證成品纖維質量。聚酯瓶、醫學用的膠片、聚酯捆包帶、滌綸生產過程中的下腳料如廢漿塊廢絲等都可以用來生產再生滌綸短纖維。這些原料中雜質多，如橡膠密封墊、聚氯乙烯(PVC)等。PVC分解點低、高溫下分解產生的碳化物易堵塞噴絲孔，同時促使聚酯降解，生產滌綸色澤發黑暗，疵點增多，PVC質量分數超過1%紡絲難以成形［1］。生產過程中，在螺桿擠壓機和紡絲箱體之間安裝一個可切換的雙室過濾器，紡絲組件中用海砂和多層金屬網組成的過濾層，可過濾熔體中的雜質。

2.1.2 配料

透明聚酯瓶片加入質量分數 0.02% ～1.00%的增白劑可生產白色滌綸短纖維，雜色瓶片加入適量的色母粒生產有色滌綸短纖維;為了降低成本也可直接用色粉，在轉鼓干燥出料前2 h加入，并停止抽真空。由于瓶片較薄、蓬松，特性黏數大、相對分子質量分布寬而熔點較低，進入螺桿擠壓機由固態熔融成液態時，其體積迅速減小，造成紡絲壓力不穩定，可添加適當比例的泡料配成混合料來解決。泡料由廢漿塊粉碎或廢絲廢聚酯材料在加熱爐中加熱微融粘結粉碎制得。泡料特性黏數小、顆粒狀，熔融后體積變化小?；旌狭先垠w黏度低，紡絲易斷頭，難以拉伸，成品纖維強度低。由于干燥和紡絲過程中聚酯特性黏數約降解0.05 dL/g，通常要求混合料的特性黏數在0.67～0.72 dL/g比較合適。如果聚酯瓶片混合料特性黏數小，可加入擴鏈劑來提高。

2.1.3 干燥

干燥的目的是去除水分，提高原料的的結晶度，防止紡絲形成氣泡產生毛絲或斷頭，同時減少聚酯的水解。聚酯瓶片經清潔烘干后，仍含1%～4%的水分。采用真空轉鼓干燥機干燥，真空度低于 －0.09 MPa，轉速 4 r/min，干燥溫度110～150℃;若配料中有色母粒因其熔點較低，干燥溫度控制在110～130℃;一般干燥8～12 h，瓶片含水率低于50 μg/g。生產有色滌綸短纖維時，色母粒與瓶片的質量差異大，轉鼓轉動使色母粒在原料中分布不勻，先出的料要和后出的料混合后再喂入螺桿擠壓機，以減小色差。

2.1.4 紡絲

紡絲溫度高，熔體的黏度低，流動性好，飄絲和斷頭少，紡絲順利;但溫度過高，導致熔體熱降解，熔體黏度過低，絲條易粘附噴絲板，造成注頭絲、并絲多;紡絲溫度過低，熔體黏度過高、流動性差，造成熔體輸送困難、易出現漏漿，產生硬絲、絲條條干差，后拉伸時易產生毛絲和斷絲。一般紡絲溫度為 270～285℃，溫度波動控制在±2℃。生產有色滌綸短纖維因色母粒黏度低，含的著色劑易升華，紡絲溫度相應降低5～15℃。原料中雜質含量高，螺桿擠壓機在高溫下工作磨損快，使用一段時間后螺桿與套筒間的間隙增大，熔體回流增多，紡絲溫度設定的低一些。生產中可從噴絲板出絲的“光環”情況來判斷紡絲溫度，如果“光環”很窄很亮、上下跳動不穩定，說明紡絲溫度過高;如果“光環”寬而暗，說明紡絲溫度過低;如果“光環”明亮，1 cm寬左右、不跳動，說明紡絲溫度比較適中。

2.1.5 環吹風冷卻

滌綸短纖維的生產通常采用環吹風冷卻絲束。生產中為了降低成本一般沒有專業的空調，夏季在風機進風口處用水簾降低風溫，冬季噴蒸汽提高風溫，同時起到調節風濕的作用。

滌綸短纖維紡絲根數多、絲束密集，如風速很低，冷卻風只能接觸到外層絲束吹不到內層絲束，造成內外層絲束冷卻條件差異大，增大原絲條干不勻、并絲增多。風速大小以能均勻吹到所有絲束為準，一般為 0.5 ～4.0 m/s。

紡絲速度高，熱交換量增加，應加快絲束冷卻，風溫低些。為了提高后拉伸倍數，選擇較低風溫;風溫低，纖維預取向度低，后拉伸倍數可以大些。選擇合適的風溫，可以控制纖維的結晶度，減少毛絲和斷頭，有利于后道工序加工，風溫一般控制在20～30℃。

增加風濕可以增大冷卻風的比熱，加速絲條的冷卻，減少紡絲時產生的靜電，減少絲條的抖動，有利于絲束冷卻溫度恒定，減少并絲;風濕度偏低，絲束的手感發干發澀，絲束冷卻不均勻，斷頭絲較多。相對濕度控制在65%～80%。

2.1.6 上油

上油率低，纖維易產生靜電;上油過多，容易粘輥。通常，油水比控制在20% ～25%，纖維最終上油率控制在0.1% ～0.2%可保證再生滌綸短纖維的可紡性。初生纖維存放8～24 h，油劑可均勻擴散，消除內應力。

2.2 后紡工藝

2.2.1 集束

集束的總線密度主要由牽伸機的牽伸能力和卷曲輪的寬度決定，進入卷曲機的絲片寬度與卷曲輪寬度要相匹配?？偨z束過粗，絲片就厚，纖維的卷曲度降低，卷曲效果變差;總絲束過細，絲片太薄，絲片進絲不勻，出現卷曲橫斑。一般卷曲輪寬度承擔(4.44 ～6.66)×103dtex/mm 為宜［2］，集束纖維的總線密度變動控制在±4%。

2.2.2 拉伸

生產再生滌綸短纖維采用兩道拉伸，第一道拉伸采用熱的油水浴為加熱介質，有利于拉伸點穩定;第二道拉伸采用過熱蒸汽為加熱介質，利于快速提高絲束的溫度。拉伸倍數與紡絲速度應相匹配，紡絲速度提高，總拉伸倍數減小。一般紡絲速度每提高 100 m/min，總拉伸倍數減小 0.1［3］。生產再生滌綸短纖維時，紡絲速度一般控制在600 ～1 200 m/min，拉伸倍數為 3.5 ～5.0。一般原料特性黏數大，總拉伸倍數大。如第二第三道牽伸機纏輥嚴重，改變加熱介質溫度仍未解決，通過降低總拉伸倍數，提高紡絲速度來解決。采用二道拉伸工藝，第一道拉伸倍數較大，主要消除纖維細頸;第二道拉伸倍數較小，主要使纖維更加均勻;當第一道拉伸倍數與總拉伸倍數之比超過90%時，纖維強度下降，伸長率變大，纖維性能變差，所以生產中第一道拉伸倍數占總拉伸倍數的85%～90%為宜。如第二第三道牽伸機中有一道纏輥嚴重，通過降低第一道拉伸倍數、提高第二道拉伸倍數而總拉伸倍數不變來解決。

拉伸時加熱介質溫度要高于滌綸的玻璃化轉變溫度(Tg)。滌綸初生纖維完全無定形，Tg約67℃。第一道拉伸在熱的油水浴中進行，由于油水的增塑作用，滌綸Tg降低約20℃，因此，在生產中水溫一般控制在60～80℃。經過第一道拉伸后，PET部分結晶，取向度提高，Tg提高到約81℃。因此，第二道拉伸要在較高的溫度下進行，生產中采用130～150℃的過熱蒸汽(蒸汽壓力大于0.1 MPa)將絲束加熱到100～120℃。

2.2.3 卷曲

纖維卷曲加工可以增大纖維間的抱合力，提高可紡性。通常，棉型滌綸短纖維卷曲數為4～7個/cm，毛型3～5個/cm，卷曲度11% ～14%為宜。采用填塞箱機械卷曲機加工時，背壓是決定絲束卷曲數的主要因素，主壓與背壓要匹配，主壓要大于背壓，主壓一般為0.3～0.6 MPa，背壓為0.2 ～0.3 MPa，纖維卷曲度和卷曲數同時滿足優等品的質量要求。絲束進入卷曲機的溫度控制在90～100℃，可穩定卷曲，消除卷曲時產生的內應力;但卷曲溫度過高，絲束會粘結，造成卷曲不良。

2.2.4 松弛熱定型

松弛熱定型可消除內應力，降低纖維收縮率和回潮率。采用鏈板式松弛熱定型機，絲束不容易亂、減少超長纖維的產生;烘干區溫度必須在100℃以上，還要考慮油劑的耐熱性，烘干區溫度一般為110～120℃;熱定型區溫度比烘干區溫度高一點，熱定型區溫度過高，卷曲度減小，纖維強度下降，伸長率增大，熱定型區溫度一般為120～130℃;烘干熱定型時間控制在15～20 min，生產的再生滌綸短纖維回潮率為0.4% ～0.6%。

2.2.5 切斷

纖維的長度根據客戶的需要切斷，切斷工序絲束張力大則切斷長度比要求的偏短;張力小則切斷長度偏長;調節切斷機前的張力裝置使得絲束張力均勻、適中，來減小長度偏差。頭尾絲、亂絲等要及時取出;嚴防鉤刀等金屬物被絲束帶入切斷機;硬絲、接頭絲要在切斷前及時撿出。通過工序工藝參數的優化調節，生產了3種規格的再生滌綸短纖維，其質量指標見表1。

表1 再生滌綸短纖維質量指標Tab.1 Quality index of regenerated polyester staple fiber

3 結論

a.以聚酯瓶片等廢聚酯為原料，通過切片紡絲可生產再生有色滌綸短纖維，具有原料成本低，利潤高、環保等特點。

b.再生滌綸原料特性黏數存在差異，可通過原料篩選合理配料，選擇合適的干燥工藝、紡絲溫度、環吹冷卻成形條件、拉伸、卷曲及松弛熱定型工藝等，生產出質量較好的再生滌綸短纖維。通過各工序工藝優化，生產的1.67 dtex×38 mm有色滌綸短纖維斷裂強度達4.2 cN/dtex，斷裂伸長率29.5%，超長纖維率0.9%。

［1］林忠.聚酯廢料再生纖維研究［J］.廣東化纖，1995(4):31－35.

［2］徐云山，周駿.滌綸短纖維的卷曲［J］.聚酯工業，2003，15(4):44－46.

［3］呂中品.滌綸短纖維生產要點［J］.河南化工，2001(8):15－17.