高色牢度色母粒紡絲工藝探討及POY蛛網絲產生的原因分析

王保柱

（蘇州寶麗迪材料科技股份有限公司，江蘇蘇州 215141）

隨著原液著色紡絲技術在化纖領域的廣泛運用，除了以炭黑和鈦白粉為代表的黑色和白色聚酯母粒大量應用在聚酯紡絲生產外，色彩艷麗、耐曬、耐候、抗紫外、不褪色、不掉色的彩色含顏料高色牢度產品也越來越多地應用在戶外紡織品上，如遮陽傘、窗簾、帳篷、廣告布、地毯等。但是，此類產品在紡絲生產過程中，容易產生POY卷裝蛛網絲等成型不良現象[1-3]，給后道加彈生產帶來困難，并成為阻礙高色牢度產品原液紡絲的一道攔路虎。為此，本課題圍繞紡絲工藝條件的選擇和蛛網絲產生的機理等方面進行探討，通過工藝條件的優化為解決這個難題提出一些技術方案。

1 實驗

1.1 原料

纖維級聚酯PET切片（江蘇恒力和浙江榮盛石化有限公司，特性黏度IV：0.675dl/g，熔點Tm：259℃～262℃，端羧基—COOH：30.5mol/t），聚酯類高色牢度色母粒（蘇州寶麗迪材料科技股份有限公司，特性粘度IV ：0.40dl/g 0.55dl/g，熔點Tm：253℃～261℃），油劑（日本進口滌綸紡絲油劑，型號竹本F-2707）。

1.2 主要實驗設備和測試儀器

1.2.1 實驗設備

沸騰床式結晶器和充填式干燥塔（鄭州中遠），JWM135/25螺桿擠出機（上海金緯，φ135螺桿，長徑比L/D 25，螺桿頭部帶銷釘混煉頭），PF2T立式雙筒套缸過濾器（蘇州東海濾機設備有限公司，過濾面積2×2.34m2，過濾精度30μm），紡絲機（側吹風裝置）、BWA40T-1200卷繞頭（北京中麗），小型充填式干燥塔，稱重式母粒注射機（進口，METTLER）。

1.2.2 測試設備

NCY-4型自動烏氏黏度儀（上海思爾達科學儀器有限公司），WRX-1S型顯微熱分析儀（上海精密儀器有限公司），YG029全自動單紗強力機（常州紡織儀器廠）。

1.3 工藝流程

2 結果與討論

2.1 干燥條件

干燥條件見表1。

表1 干燥條件

2.1.1 PET切片結晶干燥

PET聚酯（聚對苯二甲酸乙二醇酯）切片，含有親水基團羥基—OH和端羧基—COOH，在切片生產過程中會吸收和結合大約0.2%～0.4%的水份，在高溫紡絲過程中易發生水解而使PET大分子鏈段斷裂，致使熔體粘度降低，造成紡絲時的飄絲斷頭和毛絲，影響正常生產行。另外，原生聚酯切片的結晶度較低，受熱后容易發生粘連結塊。所以，必須對PET切片進行有效的結晶干燥。一般用沸騰床式結晶器在沸騰狀態下對聚酯切片結晶，去除表面水份、提高軟化點和結晶度，結晶溫度175℃～185℃左右，結晶時間15min～20min[4,5]。用干燥壓縮空氣作為氣源，160℃～170℃溫度下干燥4h～8h即可除去切片毛細孔結合水，使PET切片的含水率降低到30×10-6以下，滿足高速紡絲生產要求。

2.1.2 色母粒干燥

為方便化纖廠使用，彩色母粒在出廠前一般都已經過預結晶處理，不但提高了母粒的軟化點和結晶度，可有效防止母粒干燥時結塊，且大部分水份也已除去，含水率小于0.1%。因此，其干燥條件無需像切片干燥那樣強，一般用干燥壓縮空氣作為氣源，干燥溫度130℃～140℃下干燥6h～10h即可。由于高色牢母粒中含有較高含量的顏料成份，母粒硬而脆，易摩擦產生粉屑，所以，干燥過程中不要攪拌以免造成色差，影響正常紡絲。

2.2 紡絲卷繞

2.2.1 紡絲溫度

高色牢度母粒在加入紡絲系統后，由于母粒的特性粘度偏低，往往會引起紡絲組件壓力降低大約10bar～20bar，為防止組件壓力過低引起飄絲斷頭，需要適當降低紡絲溫度，一般箱體溫度比本色絲降低2℃～5℃即可。但是，由于高色牢度母粒中加入了較高含量的顏料粉體（顏料的著色力較低，加入比例偏高），降低了母粒熔體的流動性能，同時在紡絲螺桿中這些顏料粉體也會吸收掉一定的熱量而延緩母粒中聚酯成份的熔融。所以，紡絲螺桿的溫度應適當高些，以保證母粒在螺桿中的熔融效果和熔體的流動性。但是當熔體溫度過高時，熔體會發生熱降解而使粘度降低，這會減弱對顏料粉體的粘附作用，使顏料粉體小顆粒發生二次凝聚，會縮短預過濾器和紡絲組件的使用周期，造成經濟損失。為此，生產高色牢度POY時，螺桿溫度比本色絲稍稍低2℃～3℃即可，具體需根據產品規格和母粒加入比例來綜合考慮。

2.2.2 側吹風條件

高色牢度母粒加入后，由于顏料粉體的存在，POY單絲冷卻加快，在絲束運行過程中，單絲和空氣的摩擦阻力增大，由此產生較多的靜電，不利于紡絲。為消除和減弱靜電，側吹風濕度要加大，一般85%～90%為宜，比普通POY紡絲時的濕度高20%～30%，風速、風溫均不宜過高，實驗表明風溫21℃～23℃比較合適。

2.2.3 上油率及集束位置

給POY上油不但能增大單絲之間的抱合性，減小絲束與導絲器、單絲與空氣之間的摩擦力，提高后加彈時POY的退繞性能，更重要的是有利于減小紡程張力，消除絲束高速拉伸而產生的內應力。尤其是對于單絲纖度dpf偏大且含有較高顏料成份的粗旦絲來說，單絲的剛性較強，柔韌性不足，單絲間抱合力較差。為增大單絲間的抱合力，需增大紡絲油劑的粘度、乳液濃度及絲條上油率，一般乳液濃度以12%～15%為宜，上油率要達到0.6%（含）以上。顏料成份的存在，使單絲表面形成一些細小的凸起，增大了單絲和空氣的摩擦力，并使單絲間的冷卻不均勻性增大。所以，為減小紡絲張力波動和靜電，應適當提高集束位置，經過實驗，集束位置同常規品種相比，提高10%較好。

2.2.4 紡絲速度和卷繞工藝

300D/96f 高色牢度 PET-POY紡絲條件和成型狀況比較見表2。

表2 300D/96f 高色牢度 PET-POY紡絲條件和成型狀況比較

2.2.4.1 紡絲速度

紡絲速度是POY紡絲的重要技術參數，它的選擇以POY可紡性及后加彈性能好壞為基準，一般要重點考察POY的動態熱應力和伸長率大小，僅從POY伸長率看控制在135%～145%為宜。對高色牢度POY，由于高色牢度母粒的加入，熔體的粘度有所降低。如果紡速不變，高色牢度POY的伸長率就會過大，超過150%以上，給后道加工條件選擇帶來困難，加彈過高的拉伸比也易造成加彈斷頭增多，因此，要適當提高POY紡絲速度至5%～10%。但是，紡速過高又會造成紡程張力過大，導致絲餅成型不良，甚至出現絆絲和蛛網絲。一般紡絲速度以3 250m/min比較適宜。

2.2.4.2 卷繞張力選擇

卷繞張力是否合適不僅影響著POY絲餅成型的好壞，還會影響到POY在后加工時的退繞性能。尤其是對于高色牢度POY，單絲和空氣的摩擦阻力較大，由此產生的靜電又影響到絲束上油的均勻性，經過導絲瓷件摩擦后單絲間的剩余伸長率差異增大，有的單絲會游離在絲束之外，在卷繞成型時脫離圓周曲線軌道而形成絆絲和蛛網絲。卷繞張力越大絆絲和蛛網絲越嚴重，為此要適當降低卷繞張力。經過反復實驗，當卷繞張力控制在絲束纖度的0.06～0.08倍時，可有效避免絆絲和蛛網絲的產生，可通過調整GR1和GR2兩個導絲盤對卷繞頭的速度超喂率來實現。

2.2.4.3 成型角度和卷繞接壓

當成型角較大時，卷繞成型時的往復次數增多，往復速度增大，絲束的往復拉力就增大，往復到絲餅端部的拐點增多，POY絲餅易形成凸肩并發生疊絲。當成型角度較小時，卷繞成型的往復頻率降低，往復方向上的絲束纏繞比較緊密，易形成凸肚并發生端部絲束滑脫即常說的脫圈現象。所以，必須選擇合適的成型角度才能得到良好的卷裝成型。由于高色牢度POY一般都是單絲纖度超過3D的粗旦絲產品[6]，而且因單絲中含有的顏料成份使單絲的剛性增大，柔軟性變差，單絲的抱合性尤其不好，在高速卷繞成型的往復拐點處（絲餅的兩端），單絲易逃逸而脫離原先的運行軌跡，形成蛛網絲或絆絲。為減小單絲在往復拐點處因張力過大逃出而變成“網絲”，經反復實驗，在保證不塌邊和脫圈的前提下，應盡可能的減小卷繞成型角，一般絲餅底層的卷繞角選擇4.2°～4.8°比較合適，其它位置的成型角應相應減小，這樣就避免和減少了絆絲和蛛網絲的產生。在做卷繞角調整時，為防止絲餅凸肚和塌邊，應適當減小卷繞頭接壓，實驗表明200N比較合適。

2.3 環境溫濕度的影響

高色牢度POY基本都是粗旦絲，絲束中的顏料成份使單絲的柔韌性變差，單絲和空氣以及絲導的摩擦阻力增大，因而產生較多靜電，最終導致單絲的抱合性變差，在卷繞成型時產生蛛網絲。所以，為減少單絲靜電，紡絲和卷繞間的濕度應大于85%，環境溫度也不宜過高，30℃以下比較好。

3 結語

經過反復實驗和生產條件優化，通過選擇合適的紡絲工藝，采用高濕度的冷卻吹風、提高上油集束位置和上油率、選擇合理的紡絲溫度及紡絲速度、減小成型角及接壓、采用低卷繞張力并選擇高濕低溫的環境條件等方法，很好地解決了高色牢度POY卷裝出現的蛛網絲問題。