基于廢油和廢絲再生的錦綸6生產工藝與性能

張子明 林志鵬 劉旻

摘要： 通過回收錦綸6廢絲進行破碎再造粒，得到相對黏度2.53±0.08的再生切片。回收錦綸6紡絲廢油，通過提純再生，并加入異噻唑啉酮-溴硝丙二醇-乙二醇動態配比除菌劑。同時以聚氧乙烯月桂酸酯和N-十二烷基乙醇胺作為表面活性劑，制造出質量分數85%～90%的再生油劑。進而將再生切片搭配再生油劑用于紡絲生產，以93.5 dtex/68F POY纖維為例，研究發現相對黏度2.53的再生切片搭配使用90%質量分數的再生油劑，同時加裝過濾精度為20 μm的熔體過濾器進行纖維生產的生產狀況和性能最佳：組件周期可達12 d、千錠斷頭35次、纖維斷裂強度為395 cN/dtex、斷裂伸長率為67.55%、條干不勻率為0.97%、纖維含油率為0.58%。由再生93.5 dtex/68F POY纖維加彈生產的再生77 dtex/68F DTY纖維，各項物化指標均吻合原生切片搭配原生油劑生產的DTY纖維。

關鍵詞： 民用長絲纖維;錦綸6;再生纖維;再生切片;再生油;過濾器

中圖分類號： TS109; TQ342.1

文獻標志碼： A

文章編號： 1001-7003（2023）07-0033

作者簡介：

張子明（1990），男，博士，主要從事錦綸6纖維新材料的產業化技術的研究。

近十年，中國錦綸民用長絲纖維產量從107萬t增加至213萬t，年平均增長率為7.13%［1-3］。在錦綸6制成織品的過程中，廢品率大概有2%［4］，若按此估算，2021年有將近4.26萬t的長絲纖維廢品。目前對此類廢品的處理方式一般為直接焚燒、填埋或加工成低質低效品［5］，其中焚燒和填埋將會帶來更多環境污染問題，并且違背了國家“雙碳”和綠色工業發展理念［6］;加工成低質低效品因低效益亦非理想的處理方式。優選的理想方式是對廢品進行深度加工，提質增效。與此同時，錦綸6制成過程中另一亟需解決的問題是在現有錦綸紡絲工藝中的單體抽吸和網絡油霧抽吸系統，會抽吸出大量的紡絲廢油劑［7］，2021年這類廢油劑已有約1萬t［8-10］。這類紡絲廢油劑的處理方式一般為統一收集至污水站處理，處理成本相對較高。隨著錦綸行業產能的日益增長，錦綸民用長絲纖維產量的增長，與之帶來的廢品、廢油等環保壓力增大之間的矛盾愈發尖銳，不容輕視［11-12］。鑒于此狀，本研究通過設計回收處理廢絲和廢油，自主開發了廢絲破碎再造粒、廢油循環利用、再生預取向絲和再生彈力絲的生產技術，并依次展開生產工藝與理化性能的相關研究，充分貫徹國家“雙碳”及發展綠色工業的工作指示到錦綸行業的產業轉型中，以期緩解產量增長所帶來的環保問題［12-14］。

1 實 驗

1.1 材 料

錦綸6廢絲（包括預取向絲（POY）/全拉伸絲（FDY）/高取向絲（HOY）無油絲及POY/FDY/HOY有油絲）、錦綸6紡絲廢油（廢油包括POY油劑5178、POY油劑6582、HOY油劑A256、HOY油劑6588）、原生POY油劑6582（科凱精細化工（上海）有限公司），電導率≤1 μs/cm去離子水（福建永榮錦江股份有限公司），分析純苯酚、分析純甲醇、鹽酸、乙醇、苯甲醇、氫氧化鉀、乙二醇、異噻唑啉酮和優級純三氨基甲烷、苯甲醇（湖北巨勝科技有限公司），分析純溴硝丙二醇（江蘇雷恩環保科技有限公司），分析純聚氧乙烯月桂酸酯（濟南浩天化工有限公司），分析純N-十二烷基乙醇胺（南通辰潤化工有限公司）。

1.2 設備與儀器

1.2.1 再生油制造設備

自主研發再生油回收系統（福建永榮錦江股份有限公司），包括靜置→一道過濾→提純分離→添加除菌劑及表面活性劑→增壓二道過濾→收集備用，如圖1所示。

1.2.2 再生油檢測儀器

DF-101S型集熱式恒溫磁力攪拌器（鄭州長城科工貿有限公司），pH值試紙（杭州試三科技有限公司），PV60 AVS600型黏度儀（上海魯玟科學儀器有限公司），T5型電位滴定儀（梅特勒-托利多集團）。

1.2.3 再生切片制造設備

DTSC-3152型破碎機（日進鑫塑膠機械有限公司），SHJ-36型高扭平行同向雙螺桿擠出造粒生產線（南京杰亞擠出裝備有限公司），SCD-80U/40H-D型歐化除濕干燥送料組合（東莞信易電熱機械有限公司），FR-1020AL/S型連續封口機（深圳華盛聯強包裝機械有限公司）。

1.2.4 再生切片檢測儀器

YT-48A型白度色度測定儀（杭州研特科技有限公司），ME104E型電子天平（梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司），QXR1000-30型箱式馬弗爐（上海黔通儀器科技有限公司）。

1.2.5 纖維制造設備

WINGS型高速卷繞機系統（德國巴馬格公司），Testo425精密型風速儀（德國儀器國際貿易（上海）有限公司），ABM-2-418型母粒機（廈門幫眾科技有限公司），PF2T-1.05D型高溫高壓雙套缸連續切換熔體過濾器（蘇州東海濾機設備有限公司）。

1.2.6 纖維檢測儀器

KU483B型染色試驗編織機（無錫市天翔針織機械有限公司），YG086型縷紗測長機（常州八方力士紡織儀器有限公司），YG023B型全自動單紗強力儀（常州八方力士紡織儀器有限公司），CFE400C型條干測試儀（蘇州長風儀器有限公司），MQC型油分分析儀（上海麟文儀器有限公司），YG368型全自動卷縮儀（常州八方力士紡織儀器有限公司），Cac-1200L（YG60）型標準光源箱配水浴槽（常州八方力士紡織儀器有限公司），HP-5型硬度儀（德國SCHMIDT公司），光學顯微鏡（上海浦赫光電科技有限公司）。

1.3 方 法

1.3.1 錦綸6紡絲廢油再生設備及再生工藝

通過自主研發設計了一套錦綸6紡絲廢油劑循環利用的設備及再生工藝，包括靜置→一道過濾→提純分離→添加動態配比除菌劑及表面活性劑→增壓二道過濾→收集備用。通過設計得到不同的有效濃度再生油實驗6～8及對比實驗使用的原生POY油劑6582進行對比。

1.3.2 錦綸6廢絲再造粒工藝

首創了錦綸6再生纖維的工藝流程，其中包括廢棄纖維回收→纖維等長破碎→整體酯化脫油→低溫熔融→熔體多層精濾→等距切粒→旋風分離除塵→低壓連續干燥→靜電除塵→物料分離式混合，主要工藝流程如圖2所示。

1.3.3 再生POY應用實驗

再生POY的實驗流程為：再生切片熔融→螺桿保溫輸送→計量泵計量輸送→紡絲組件過濾吐絲→給濕集束上再生油→絲條冷卻→網絡交絡→卷繞成形→物性檢測→入庫，主要工藝流程如圖3所示。

1.3.4 再生DTY應用實驗

選擇再生POY實驗中實驗1～2及對比實驗產出的再生POY進行再生DTY應用實驗，流程包括：原絲架→切絲架→第一羅拉→生頭桿導絲器→加熱箱→冷卻板→假捻器→張力器→第二羅拉→網絡噴嘴→二輔羅拉→探絲器→上油輥→卷繞成型，主要工藝流程如圖4所示。

2 結果與分析

2.1 再生切片

由于錦綸6有油廢絲和無油廢絲存在含油與否的差異，并且有油廢絲因產品規格不同導致其含油量不同，在生產過程中會造成熔體的流動性波動，導致熔體拉條均勻性下降，易造成斷條現象和再生切片粒度不均勻等問題。因此在錦綸6廢絲再造粒中，控制有油廢絲和無油廢絲投入比例是生產高質量再生切片的關鍵。為此，本研究對錦綸6廢絲再造粒工藝進行有油廢絲和無油廢絲的比例實驗，結果如表1所示，其中無油廢絲切片每小時斷條次數最少，清理機臺周期及組件周期時間最長。隨著有油廢絲比例的增加，每小時生產斷條次數也隨之增加，清理機臺周期及組件周期時間也發生明顯縮短。但在回收的錦綸6廢絲中，有油廢絲的占比約為60%，所以亟需對這部分有油廢絲進行回收再生處理。綜合考慮，選取有油廢絲︰無油廢絲=1︰1進行再生切片生產，所生產的再生切片的質量穩定：含水小于340 ppm、可萃取物含量小于0.3%、相對黏度為2.53±0.08、端氨基含量為（46±1） mmol/kg、端羧基含量為（65±1） mmol/kg，如圖5所示。

2.2 再生油

2.2.1 再生油配方

再生油劑主要由平滑劑、表面活性劑和除菌劑三個部分組成，其中平滑劑主要成分為提純后的紡絲廢油。表面活性劑為月桂酸聚氧乙烯酯和N-十二烷基二乙醇胺兩種，以1︰1的比例進行調配，并按5%的添加比添加進再生油中。除菌劑為異噻唑啉酮-溴硝丙二醇-乙二醇混合物，通過動態配比混合除菌劑（表2），每月動態配比更換一次，防止細菌因長期使用單一配比除菌劑產生適應性，以更好地起到對再生油劑防腐保護作用，保證再生油有1～2個月的存儲時間。

表3為紡絲廢油再生所得80%、85%、90%質量分數的再生油（對應實驗編號為實驗6～8）及原生POY油劑6582（對應實驗編號為對比實驗A）的物性檢測結果。

紡絲廢油、實驗6～8再生油及對比實驗A使用的原生POY油劑6582實物如圖6所示。

2.2.2 再生油可紡性實驗

通過將上述實驗6～8的再生油及對比實驗A的原生油應用于93.5 dtex/68F POY長絲纖維的可紡性實驗研究，表4為對應實驗9～11及對比實驗B的生產可紡性統計。由此可見，實驗11與對比實驗B的千錠飄絲和千錠斷頭數最為接近。因此，本研究優選90%質量分數的再生油應用于紡絲。

2.3 再生POY長絲纖維

2.3.1 再生POY正交實驗

通過2.2.2的可紡性實驗，優選90%有效質量分數的再生油、原生油與再生切片、原生切片進一步進行生產935 dtex/68F POY長絲纖維的正交實驗研究，結果如表5所示。由表5可見，實驗12～15所生產纖維的纖維斷裂強度、斷裂伸長率、條干不勻率和含油率并無明顯差異，從而證實了再生油和再生切片的使用并不會對纖維的物性造成不良影響。

2.3.2 再生POY截面實驗

為了進一步探究再生切片和原生切片應用于紡絲后纖維中的二氧化鈦分布情況，本研究選取實驗12～15生產的纖維做1 000︰1顯微截面研究，如圖7所示。

由圖7可見，四種纖維截面形貌相近，證實了二氧化鈦在四種纖維中的分布并無顯著差異。但實驗12～13纖維截面局部存在較大尺寸的雜質顆粒，本研究推測這些雜質顆粒主要來源于再生切片的制造過程，尤其在廢絲的回收階段中，廢絲分類、儲存、運輸過程繁瑣，暴露在空氣中極易引入灰塵顆粒，在熔融再造粒階段混入再生切片中，易形成二氧化鈦團聚點，進而形成有較大尺寸的雜質顆粒，所以在紡絲生產過程中會導致組件升壓更快，進而縮短組件使用周期影響生產效率。

2.3.3 過濾器濾芯精度實驗

為減少2.3.2所述纖維內部雜質顆粒對紡絲組件的影響，本研究在紡絲螺桿擠壓機后安裝熔體過濾器，并進行濾芯精度實驗研究，追蹤紡絲纖維組件周期情況，結果如表6所示。由表6可知，當濾芯精度為25 μm時，紡絲組件周期無明顯改善，說明過濾效果并不理想，未能起到明顯的改善效果;當濾芯精度為15 μm時，紡絲組件周期較無過濾器增長了11 d，但是過濾器的使用周期僅為2 d，會因過濾器頻繁切換，導致過濾濾芯使用壽命減短，對原料和人工都將造成過度浪費;當濾芯精度為20 μm時，過濾器切換周期較15 μm濾芯延長了7 d，紡絲組件周期較無過濾增長了7 d。因此，本研究優選20 μm的濾芯精度，其綜合周期改善效果最佳，紡絲紡況穩定，千錠斷頭約為28次，相當于使用原生切片搭配原生油劑的26次千錠斷頭。

2.4 再生DTY長絲纖維

將實驗12～15四種93.5 dtex/68F POY長絲纖維用于加彈生產77 dtex/68F DTY纖維，所對應的實驗編號為16～19。由于再生POY長絲纖維加彈生產再生DTY長絲纖維時，生產POY過程中添加的再生油劑會在熱箱處蒸發，并在上油輥處重新上DTY油劑，因此前紡再生油的使用對DTY的生產

不會造成影響。表7為實驗16～19的DTY纖維物性檢測結果。由表7可見，實驗16～19所產的DTY纖維斷裂強度、斷裂伸長率、條干不勻率和含油率等指標并無明顯差異，證實了再生切片的使用不會影響DTY纖維的物性指標。綜上所述，再生油搭配再生切片生產的DTY纖維，物性指標基本等同于原生切片搭配原生油劑生產的DTY纖維。

3 結 論

通過上述實驗及分析，本研究可得出以下結論：

1） 本研究選取回收廢絲中有油廢絲與無油廢絲比例1︰1進行再生切片生產，所生產的再生切片質量穩定。

2） 通過錦綸6紡絲廢油提純再生后，加入月桂酸聚氧乙烯酯和N-十二烷基二乙醇胺作為表面活性劑，并添加動態混合配比除菌劑異噻唑啉酮-溴硝丙二醇-乙二醇的混合物得到再生油劑。經可紡性實驗，優選有效質量分數為90%的再生油用于生產再生POY長絲纖維。再生油搭配再生切片生產所得的POY長絲纖維質量，與使用原生油搭配原生切片生產的POY長絲纖維物性指標基本一致。

3） 為改善紡絲組件使用周期，優先加裝濾芯精度為20 μm的熔體過濾器，組件周期可達12 d，較未加裝過濾器延長了7 d的使用壽命，紡絲紡況穩定，千錠斷頭約為28次，相當于使用原生切片搭配原生油劑的26次千錠斷頭。

4） 進一步將93.5 dtex/68F POY長絲纖維用于加彈生產77 dtex/68F DTY纖維，再生油搭配再生切片生產的DTY纖維，物性指標基本等同于原生切片搭配原生油劑生產的DTY纖維。

目前本研究團隊所在公司再生油和再生切片年產能約為4 300 t，合計可以貢獻14 620 t碳減排，未來將持續積極貫徹國家“雙碳”的工作指示，響應國家循環經濟的號召，提高資源循環利用率，積極發展綠色工業，助力行業的轉型升級。

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