6.67 dtex非織造專用滌綸短纖生產工藝探究

張 暉，李 青

(中國石化儀征化纖有限責任公司短纖生產中心，江蘇儀征 211900)

應用技術

6.67 dtex非織造專用滌綸短纖生產工藝探究

張 暉，李 青

(中國石化儀征化纖有限責任公司短纖生產中心，江蘇儀征 211900)

利用2萬噸/年東洋紡前后紡設備，通過選擇合適的噴絲板及紡絲、冷卻工藝，增強原絲抱合性能，確定合理的牽伸倍率和卷曲工藝，可以生產出用戶使用性能良好的6.67 dtex非織造滌綸短纖產品。

非織造 滌綸短纖 原絲 質量指標 牽伸倍率

滌綸無紡布因具有高強度、耐高溫、耐老化、化學穩定性好、防蛀、無毒等優點，近年來廣泛用于家用、包裝、防水材料、裝飾材料等領域，具有一定的市場空間。儀化公司于2005年推出了4.44 dtex非織造短纖，因質量穩定，得到了用戶的認可，在市場上享有較高的聲譽。近年來，用戶提出了對更大纖度的非織造專用滌綸短纖維的需求，我公司在此領域仍為空白。2015年以來，儀化公司開發并試生產了6.67 dtex非織造滌綸短纖，產品得到用戶認可，基本取得成功。相較于常規非織造短纖，6.67 dtex非織造短纖對前紡冷卻工藝、原絲抱合性、后紡牽伸和卷曲工藝等都提出了較高的要求。本文結合前后紡試生產過程，對生產6.67 dtex非織造短纖的工藝進行探討。

1 試 驗

1.1 原料與設備

熔體：儀化聚酯生產中心聚酯熔體；設備：2萬噸/年的東洋紡紡絲裝置和后處理聯合機。

1.2 工藝流程

將熔體紡制成短纖維主要經過以下流程：

熔體輸送→增壓泵→熔體過濾器→靜態混合器→紡絲→冷卻→卷繞→落桶→集束→導絲機→油劑浴槽→第一牽伸機→牽伸浴槽→第二牽伸機→蒸汽加熱箱→第三牽伸機→緊張熱定型機→疊絲機→蒸汽預熱箱→卷曲機→冷卻輸送機→曳引機→切斷機→打包機。

1.3 測試方法

EYS1.5：使用XQ-01單纖維強伸度儀，纖維以20 mm的夾持長度和60 mm/min的拉伸速度，在等速伸長型強伸儀上拉伸，在拉伸過程中拉伸應力為屈服應力1.5倍時所對應的伸長讀數。

成品線密度：采用中段切斷法，按照GB/T14335-2008，在標準大氣條件下，從伸直的纖維束上切取中段纖維，測定該中段纖維束的質量和根數，根據公式計算成品線密度。

式中F為成品線密度，dtex；L為中段纖維長度，mm；n為纖維根數；G為中段纖維重量，mg。

斷裂強度、斷裂伸長率：使用XQ-01A單纖維強伸度儀，按照GB/T14337-2008，單根纖維以20 mm的夾持長度和20 mm/min的拉伸速度，在等速伸長型強伸儀上拉伸至斷裂，得到試樣的斷裂強力、斷裂強度和斷裂伸長率。

卷曲數、卷曲度：使用YG362A卷曲彈性儀，根據纖維的粗細，在規定張力條件下、一定的受力時間內，測定纖維長度的變化，并根據下面的公式計算卷曲數和卷曲度：

式中Jn為卷曲數，個/25 mm；JA為在輕負荷時，纖維在25 mm內全部卷曲峰和卷曲谷個數，個；J為卷曲率，%；L0為纖維在輕負荷下測得的長度，mm；L1為纖維在重負荷下測得的長度，mm。

180 ℃干熱收縮率：使用YG365A單纖維熱收縮儀，將纖維經180 ℃半小時自由狀態下熱處理后，平衡半小時，用熱收縮測定儀測定纖維熱處理前后的長度變化，根據下面的公式計算180 ℃干熱收縮率。

式中S為干熱收縮率，%；L0為烘前長度，mm；L1為烘后長度，mm。

2 結果與討論

2.1 噴絲板的選擇

6.67 dtex非織造短纖屬于新開發品種，需要開發或尋找適合的噴絲板。我公司目前有生產6.67 dtex滌綸中空纖維的中空噴絲板，因其與6.67 dtex非織造短纖的名義纖度相同，因此在負荷及單孔吐出量基本相同的前提下，可找一種噴絲板孔數接近該中空噴絲板的棉型噴絲板，用來試生產6.67 dtex非織造短纖。我公司現有一種噴絲板，可用于生產6.67 dtex非織造短纖。這種噴絲板的孔與孔之間間隔大，奇數圈和偶數圈上的噴絲孔交錯分布，且原絲直徑也明顯大于常規品種，即便是加大環吹冷卻風速，也不會因風速過大而產生并絲。另外，這種噴絲板的長徑比也大于常規棉型噴絲板的0.3/0.228=1.31，熔體在噴絲孔內停留時間長，有助于松弛過程的完成，出口膨化效應的減輕，并提高紡絲的穩定性[1]。理論上，如果選擇合適的紡絲、冷卻等工藝，使噴絲頭拉伸比介于75～160之間的穩定情況下[2]，可生產出6.67 dtex非織造短纖。按照60 t/d負荷、前紡24位運行、卷繞紡速1 000 m/min的參數，按下式匡算噴絲頭拉伸比[3]：

式中VL為卷繞紡速，m/min；ρ為熔體密度，為1.19 g/cm3；d0為噴絲孔直徑，為0.04 cm；w為單孔吐出量，g/min，負荷60 t/d、前紡24位時，單孔吐出量w=1.871 g/min。

計算得到：拉伸比S=79.8，在穩定的范圍內。

綜上，在選擇合適工藝參數的條件下，使用這種噴絲板生產6.67 dtex非織造短纖是可行的，這也節約了大量的新產品開發費用。

2.2 紡絲溫度的選擇

生產粗旦纖維，難點在于后加工過程中可能出現牽伸不足、導致大量疵點的現象。表征一段牽伸拉倍率對應的原絲指標為原絲EYS1.5指標，而原絲EYS1.5過高最容易發生后紡牽伸不足。因此，要避免成品中出現大量疵點，就要做好對原絲的EYS1.5指標的控制[4]。根據日本東洋紡提供的EYS1.5經驗公式：

EYS1.5=K-0.25(TQC-20)-500(IVf-0.6)- 0.15(Vsp-1300)+1.4(Tp-287)- 0.7(60-LNZ)+14(VQC-1.1)

式中TQC為環吹風溫度，℃；IVf為原絲的特性粘度，dL/g；Vsp為紡絲速度，m/min；Tp為計量泵出口熔體溫度，℃；LNZ為冷卻風吹出口到噴絲板面的距離，mm；VQC為環吹風速度，m/s。

從上式可看出，影響原絲EYS1.5指標的因素有：冷卻條件、紡絲速度、熔體溫度、粘度等，為了控制原絲EYS1.5指標，可從原絲的特性粘度和計量泵出口熔體溫度兩方面考慮。計量泵出口熔體溫度和原絲EYS1.5呈正相關，調整比較容易。特性粘度和原絲EYS1.5呈負相關，在聚酯允許的調整范圍內也有少量調整空間。在試生產中，下調紡絲箱體溫度，并將熔體粘度按上偏控制，可保證原絲EYS1.5指標不過大，為后紡牽伸充分打下良好基礎。經過上式計算，原絲EYS1.5的范圍約控制在195%～205%之間為宜。

2.3 冷卻工藝的選擇

由于生產6.67 dtex非織造滌綸短纖時，單孔吐出量達到1.85～1.95 g/min，明顯高于常規品種，會導致熔體熱交換量增加，必須強化冷卻效果。同時，此噴絲板的特點在于孔與孔之間距離大且相鄰兩圈之間的孔交錯排布，也有利于冷風吹入內層，具備強化冷卻風工藝的條件。冷卻風工藝包括冷卻風的溫度、濕度、風量和在環吹冷卻筒處吹出的風速。一般地，為了能使更粗的纖維盡快冷卻、形成初生纖維，可以采取加大吹出風速或降低風溫的方式。由于6.67 dtex非織造原絲粗，在環吹處熱交換慢，只大幅度下調風溫，還不夠滿足熔體冷卻的需求，且冷凍水的冷凍空氣能力有限，所以在試驗中，要采取既提高風量又下調風溫的冷卻方式，強化環吹風的冷卻能力。用以下公式計算熔體冷卻時釋放的熱量：

Q=mCpΔt

式中Q為釋放或吸收的熱量，kJ；m為質量，kg；Cp為定壓比熱容，其中PET為1.7 kJ/(kg·℃)，空氣為1.004 kJ/(kg·℃)；Δt為溫度差，℃。

單位吐出量約為1.73 kg/(min·位)，熔體溫度差Δt=288-50=238 ℃，計算得到Q=702 kJ。為了讓熔體釋放和環吹風吸收的熱量平衡，由風溫16 ℃、吸熱后風溫40 ℃，計算環吹風質量：m=29.1 kg/min。再按照下式計算環吹風速：

v=V/A

式中v為環吹風速，m/s；V為環吹風量，m3/s，V=m/ρ=29.1/60/1.29=0.375 m3/s；A為吹出面積，本裝置使用的環吹的吹出面積為0.267 m2。[5]

計算得到v=1.3～1.5 m/s。即采用1.3～1.5 m/s的環吹風速、16 ℃環吹風溫，可以實現熔體的充分冷卻。實際操作中，采用增加主風道壓力以增加環吹部位壓差的方式，這樣操作比較簡單，可達到各個紡絲位風量同步增大的效果。

2.4 原絲抱合性的提高

由于6.67 dtex非織造滌綸短纖原絲纖度達到20 dtex左右，明顯大于常規品種滌綸短纖的原絲纖度，原絲的抱合性會下降，容易出現發散現象，從盛絲桶中牽出時，容易發生亂絲、抽筋絲等異常，且部分抽筋絲無法被集束光電管捕捉到，集束沒有任何報警。這樣的原絲在經過牽伸浴槽后，容易形成大型的硬塊(類似漿塊)，而這種異常纖維會使無紡布形成空洞、硬塊或其他缺陷，并有可能損壞設備，故在生產時應當避免。可通過提高第一油劑濃度和卷繞上油輪變頻，使原絲含油水率從16.5%左右提升至17.5%左右，以提高原絲抱合性，減少原絲的發散，最終達到增強抱合性的目的。

2.5 牽伸工藝的選擇

由于原絲的EYS1.5較高，為保證牽伸充足、成品中不出現疵點，應將總拉伸倍率盡可能都分配在第一段牽伸，使一段牽伸倍率大于自然拉伸倍率。

在選擇一段牽伸倍率時，應當考慮原絲EYS1.5指標，按2.2節計算結果，如果變化幅度超過15%，要提高一段牽伸倍率，否則會因牽伸不足而產生疵點。

表1 EYS1.5與牽伸倍率的選擇表

序號EYS1.5,%一段牽伸倍率成品疵點含量/(mg·(100g)-1)11943.38～3.420.622303.38～3.423232053.38～3.420.8

如表1示，原絲EYS1.5在200%左右時，將一段牽伸倍率定在3.38～3.42左右，成品的疵點含量均小于1.0 mg/100 g，說明牽伸已經充足。如果前紡工藝控制不到位、原絲EYS1.5變化明顯時，如表中第2，較其余的EYS1.5增加了25%，說明原絲拉伸性能已發生變化。為了驗證這種變化，采用3.42的一段牽伸倍率開車，正常后立即停車加樣疵點，疵點含量達32 mg/100 g，已經降等。在顯微鏡下觀察，疵點具有典型的細頸特征，確實屬于牽伸不足。提高一段牽伸倍率至3.45后重新開車，再次加樣疵點含量降至0.5 mg/100 g，說明牽伸已經充足，生產過程正常。

2.6 卷曲工藝的選擇

6.67 dtex非織造短纖纖度大，剛性大，塑性形變困難，纖維不容易彎曲。為了保證卷曲效果，可從卷曲旦數、卷曲溫度和背壓壓力三方面入手。

后紡裝置現使用的HV742型卷曲機，卷曲密度一般在7 000～8 000 dtex/mm左右。考慮到為了保證卷曲效果，且讓三片絲厚薄盡量均勻，可將集束根數增加至18桶/批牽伸。卷曲溫度方面，可提高緊張定型機蒸汽壓力和蒸汽預熱箱開度，以提高卷曲入口絲溫，從105 ℃上升至120 ℃左右。在第三次試驗期間，集束18根牽伸，保持蒸汽預熱箱內有適量蒸汽噴出、卷曲背壓提高至0.45 MPa，終檢樣的卷曲度最終保持在10.7%。

工藝調整對提高卷曲度的貢獻是有限的，可考慮試用其他型號卷曲機。本次開發新品過程中，試用了HV742X型卷曲機，增加集束根數牽伸，終檢樣的卷曲度提高至11%，與工藝調整后的卷曲度基本持平，建議今后改用上壓式卷曲機或其他粗旦纖維專用卷曲機再進行試驗。

2.7 工藝參數與成品質量指標

通過對調整負荷、紡絲溫度、紡速、倍率等的參數的統籌考慮，最終得出試生產的工藝參數如表2。

表2 主要工藝參數表

序 號項目數據1紡絲溫度/℃275～2802紡速/(m·min-1)1000～10503環吹風速/(m·min-1)1.3～1.54環吹風溫/℃16～205集束根數/根186DB槽溫度/℃60～647DF3蒸汽壓力/MPa1.2～1.68HR蒸汽壓力/MPa1.2～1.49牽伸倍率/倍3.38～3.63

在以上工藝條件下，得到的成品質量主要數據見表3。

表3 成品質量數據表

序號項目數據1斷裂強度/(cN·dtex-1)4.302斷裂伸長,%45.03纖度/dtex6.054卷曲數/(個·(25mm)-1)95卷曲度,%11.06180℃干熱收縮率,%3.0

3 結 論

在現有的噴絲板和前后紡設備基礎上，通過選擇合適的紡絲、冷卻、牽伸、卷曲等工藝，可順利生產6.67 dtex非織造滌綸短纖，生產過程穩定，成品纖維各項質量指標均優等。主要的選擇原則有：

a) 通過降低紡絲溫度、適當提高熔體粘度，可使原絲EYS1.5指標受控。

b) 因單孔吐出量、熔體熱交換量增大，冷卻困

難，要強化冷卻效果。

c) 通過提高含油水率增強原絲抱合性，最大程度避免尾絲、亂絲等在牽伸過程中形成異常纖維。

d) 牽伸時，可將總牽伸倍率都分配在一段拉伸，同時要注意原絲EYS1.5指標的變化，及時調整倍率，防止牽伸不足產生疵點。

e) 提高卷曲機入口溫度、卷曲總旦數有利于成品纖維卷曲度的提高，但提高幅度有限，建議今后使用上壓式卷曲機。

[1] 沈新元.高分子材料加工原理[M].北京：中國紡織出版社，2011：99-101.

[2] 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.

[3] 詹領，戚裕軍.0.89～1.33 dtex×38 mm滌綸短纖維噴絲板設計探討[J].合成技術及應用，2002，17(2)：33-35.

[4] 李振峰.滌綸短纖維生產[M].南京：東南大學出版社，1991：125-126.

[5] 吳祥新. HV452環吹冷卻裝置改造和優化[D].蘇州大學，2005：7-8.

Discussion on production process of 6.67 dtex polyester staple fiber for non-woven fabric

Zhang Hui, Li Qing

(StapleFiberProductionCenterofSinopecYizhengChemicalFibreL.L.C.,YizhengJiangsu211900,China)

By using the 20 000 t/a Toyobo polyester staple fiber equipment, the author chose appropriate spinneret, spinning and cooling process, enhanced the yarn cohesive property, selected reasonable draw ratio and the curling process, and produced 6.67 dtex non-woven polyester staple fiber products with good performance.

non-woven; polyester staple fiber; as-spun fiber; quality factor; draw ratio

2016-11-14

張暉(1989-)，江蘇儀征人，助理工程師，主要從事滌綸短纖維工藝質量管理工作。

TQ340.64

B

1006-334X(2016)04-0032-04