絲束集束位置對滌綸POY生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量的影響

陳郭蘭,蘭金良,潘子剛,潘國華

(江蘇桐昆恒欣新材料有限公司,江蘇 宿遷 223800)

在高速紡絲中,初生纖維的單絲較細(xì),對外界環(huán)境極為敏感[1],生產(chǎn)過程中的紡絲速度、冷卻條件、絲束集束位置、卷繞張力等都會影響到纖維的生產(chǎn)工況及各項質(zhì)量指標(biāo)的均勻性。在熔體直紡滌綸預(yù)取向絲(POY)生產(chǎn)中,絲束集束位置是紡絲過程中的一個關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)[2]。絲束集束位置的變化會影響紡絲張力的變化,紡絲張力過高會導(dǎo)致絲束的取向度大,誘導(dǎo)結(jié)晶,使絲條的凝固點(diǎn)距離噴絲板的距離縮短,引起絲條與導(dǎo)絲器摩擦損傷,產(chǎn)生毛絲[3-4];紡絲張力過低會導(dǎo)致絲餅卷裝松軟,在包裝、運(yùn)輸過程及后道加工退繞過程中易產(chǎn)生“塌邊”和“脫圈”。

絲束集束位置的變化有垂直和水平兩個方向[5]。目前,有關(guān)絲束集束位置對滌綸POY生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量的影響研究較多,主要是通過調(diào)整垂直方向的高度控制產(chǎn)品的生產(chǎn)穩(wěn)定性和物理指標(biāo)均勻性。多孔細(xì)旦絲單絲線密度小,比表面積大,紡絲張力大,且與空氣摩擦較大,提高絲束集束位置可降低纖維與空氣的摩擦[6],減少絲束搖晃[7];粗旦絲單絲線密度大,纖維冷卻相對較慢,通過降低絲束集束位置可防止絲束未完全冷卻而過早集束,從而影響生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量[8]。

桐昆恒欣新材料有限公司在278 dtex/288 f熔體直紡滌綸POY生產(chǎn)中,裝置1#生產(chǎn)線與2#生產(chǎn)線相比,POY產(chǎn)品斷頭較多,質(zhì)量穩(wěn)定性較差,成品優(yōu)等品率較低。為了提高1#生產(chǎn)線POY產(chǎn)品的優(yōu)等品率和物理指標(biāo)均勻性,作者從設(shè)備及工藝兩方面對比分析1#生產(chǎn)線與2#生產(chǎn)線產(chǎn)品優(yōu)等品率的影響因素,重點(diǎn)探討1#生產(chǎn)線絲束集束位置對生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量的影響,并進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)改進(jìn),取得了較好的效果,可為本行業(yè)在試驗(yàn)新品種時提供參考。

1 熔體直紡滌綸POY裝置生產(chǎn)現(xiàn)狀

熔體直紡滌綸POY生產(chǎn)工藝:特性黏數(shù)為(0.660±0.010)dL/g的聚酯熔體經(jīng)熔體增壓泵、冷卻器后由四通閥輸送至各條生產(chǎn)線,各條生產(chǎn)線的熔體分配管均勻地將熔體分配到紡絲箱體中,經(jīng)過紡絲組件噴絲板高壓擠出,再經(jīng)環(huán)吹風(fēng)冷卻、油嘴集束上油、卷裝成形,得到滌綸POY[9]。

桐昆恒欣新材料有限公司熔體直紡滌綸POY裝置生產(chǎn)工藝流程見圖1。裝置1#生產(chǎn)線與2#生產(chǎn)線生產(chǎn)的產(chǎn)品品種相近,目前生產(chǎn)的滌綸POY主要品種有135 dtex/72 f、178 dtex/72 f、180 dtex/144 f、225 dtex/144 f、278 dtex/288 f等。其中,在278 dtex/288 f滌綸POY日常生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn),1#生產(chǎn)線產(chǎn)品優(yōu)等品率為97.27%,2#生產(chǎn)線產(chǎn)品優(yōu)等品率為98.08%;相比2#生產(chǎn)線,1#生產(chǎn)線生產(chǎn)中斷頭較多,產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)穩(wěn)定性較差,產(chǎn)品優(yōu)等品率較低。

圖1 熔體直紡滌綸POY生產(chǎn)工藝流程

2 絲束集束位置對生產(chǎn)的影響

2.1 設(shè)備及紡絲工藝參數(shù)對比

對比1#、2#生產(chǎn)線的設(shè)備參數(shù),熔體管道管徑、紡絲箱體溫度、噴絲板規(guī)格、油劑型號、油嘴型號、卷繞機(jī)等均相同。從表1可知,2條生產(chǎn)線的紡絲工藝參數(shù)無明顯差異。因此,上述生產(chǎn)設(shè)備與紡絲工藝參數(shù)都不是1#生產(chǎn)線產(chǎn)品優(yōu)等品率較低的主要原因。

表1 1#與2#生產(chǎn)線紡絲工藝參數(shù)

2.2 絲束集束位置對比

在278 dtex/288 f滌綸POY生產(chǎn)過程中,觀察1#生產(chǎn)線各紡位運(yùn)行狀況,發(fā)現(xiàn)絲束在油嘴中出現(xiàn)跳動現(xiàn)象,絲路巡檢發(fā)現(xiàn)單絲跳出油嘴現(xiàn)象較多,紡絲過程中飄絲較多,而2#生產(chǎn)線出現(xiàn)的這些現(xiàn)象較少。對比1#、2#生產(chǎn)線的絲路,發(fā)現(xiàn)1#生產(chǎn)線各紡位絲束在噴絲板中心線至油嘴集束位置形成的角度約為90°,而2#生產(chǎn)線各紡位絲束在噴絲板中心線至油嘴集束位置形成的角度約為75°,如圖2所示。

圖2 1#與2#生產(chǎn)線絲束水平方向集束位置示意

紡絲過程中,絲束所受的摩擦力越小,損傷越小,最終的產(chǎn)品質(zhì)量越好。從各紡位的生產(chǎn)狀況并結(jié)合圖2可以看出,1#生產(chǎn)線各紡位的絲束由于在油嘴中有一部分單絲未貼合于油嘴出油孔位置,導(dǎo)致絲束在紡絲過程中受紡絲張力的影響出現(xiàn)單絲在油嘴中的跳動現(xiàn)象,尤其在絲餅滿卷時產(chǎn)品在進(jìn)行切換動作過程中,因卷繞機(jī)壓輥及導(dǎo)絲盤速度的變化導(dǎo)致絲束張力隨之變化,絲束的單根單絲或一部分單絲易從油嘴中跳出,在張力波動較大時,單絲斷裂,最終導(dǎo)致絲束出現(xiàn)斷裂飄絲、少油、斷頭的現(xiàn)象。

2.3 絲束集束位置對紡絲張力的影響

在紡絲過程中絲束經(jīng)過紡絲-卷繞的各個節(jié)點(diǎn)時,絲束受張力變化的影響會產(chǎn)生運(yùn)行不穩(wěn)定現(xiàn)象。張力過大,絲束會出現(xiàn)抖動現(xiàn)象,尤其在卷繞機(jī)進(jìn)行切換動作時,絲束抖動極其明顯。在278 dtex/288 f滌綸POY生產(chǎn)過程中,對1#與2#生產(chǎn)線各紡位在正常生產(chǎn)和卷繞機(jī)進(jìn)行切換過程中絲束的紡絲張力進(jìn)行檢測(使用張力檢測儀于紡絲工段導(dǎo)絲鉤下方10 cm處檢測),檢測發(fā)現(xiàn):正常生產(chǎn)過程中,1#生產(chǎn)線紡絲張力變異系數(shù)為2.35%,2#生產(chǎn)線紡絲張力變異系數(shù)為0.93%,1#生產(chǎn)線張力波動幅度略大于2#生產(chǎn)線,這也是1#生產(chǎn)線絲束在油嘴中跳動現(xiàn)象較為明顯的原因;在卷繞機(jī)進(jìn)行切換動作過程中,絲束紡絲張力共發(fā)生5個階段的變化,如表2所示,1#生產(chǎn)線紡絲張力變異系數(shù)為5.98%,2#生產(chǎn)線紡絲張力變異系數(shù)為2.40%,1#生產(chǎn)線紡絲張力波動幅度明顯大于2#生產(chǎn)線,顯然,1#生產(chǎn)線紡絲張力的大幅波動導(dǎo)致絲束單絲極易跳出油嘴,因而產(chǎn)生飄絲、無油絲、少油絲及絲條斷裂的現(xiàn)象。

表2 1#與2#生產(chǎn)線切換過程紡絲張力的變化

綜上所述,相比2#生產(chǎn)線,1#生產(chǎn)線產(chǎn)品優(yōu)等品率較低的主要原因是絲束在水平方向集束位置即噴絲板中心點(diǎn)至油嘴集束位置形成的角度不合適,該角度對生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量有著較大的影響。

3 改進(jìn)措施及效果

3.1 改進(jìn)措施

在生產(chǎn)278 dtex/288 f滌綸POY時,由于1#生產(chǎn)線各紡位絲束從噴絲板中心點(diǎn)至油嘴的連接中線與油嘴形成的角度大于90°時,絲束有大部分單絲不能貼合于油嘴出油孔,導(dǎo)致油嘴噴油現(xiàn)象嚴(yán)重,絲束上油不均,在油嘴中跳動現(xiàn)象頻繁;絲束從噴絲板中心點(diǎn)至油嘴的連接中線與油嘴形成的角度小于80°時,正視方絲束邊緣單絲接近風(fēng)筒,后視方絲束邊緣單絲離風(fēng)筒較遠(yuǎn),導(dǎo)致絲束冷卻不均勻,影響最終產(chǎn)品質(zhì)量。因此,針對1#生產(chǎn)線存在的上述問題,通過調(diào)整絲束在水平方向的集束位置,調(diào)節(jié)絲束從噴絲板中心點(diǎn)至油嘴的連接中線與油嘴形成的角度,選擇3個角度即90°、85°、80°進(jìn)行試驗(yàn),考察了不同角度對生產(chǎn)工況及產(chǎn)品質(zhì)量的影響。

3.2 改進(jìn)效果

3.2.1 生產(chǎn)工況

在278 dtex/288 f滌綸POY生產(chǎn)過程中,1#生產(chǎn)線3種絲束集束位置對生產(chǎn)過程中的斷頭次數(shù)及降等絲餅量見表3。

表3 3種絲束集束位置對生產(chǎn)工況的影響

從表3可知:絲束集束位置形成角為90°時,斷頭次數(shù)和降等絲餅量最多,分別為0.80 次/(位·d)和2.40 只/(位·d),其中廢絲夾結(jié)與表面毛絲引起的降等占降等絲餅量的71%,其原因是形成角為90°時,有接近二分之一的單絲未貼合于油嘴,紡絲張力波動幅度較大時,單絲跳動現(xiàn)象頻繁,單絲斷裂產(chǎn)生毛羽,導(dǎo)致油嘴、導(dǎo)絲鉤有較多的掛毛現(xiàn)象,絲餅出現(xiàn)廢絲夾結(jié)、表面毛絲等問題;絲束集束位置形成角為85°時,斷頭次數(shù)和降等絲餅量最少,分別為0.35 次/(位·d)和0.40只/(位·d),相比形成角為90°時斷頭次數(shù)減少56%,降等絲餅量減少83%,其原因是雖有少量單絲未完全貼合于油嘴出油孔位置,但因該品種單絲根數(shù)多,單絲之間在生產(chǎn)過程中因高速卷繞速度而產(chǎn)生一定的相互牽引力,最終單絲在油嘴中跳動現(xiàn)象較少,跳出油嘴少;絲束集束位置形成角為80°時,斷頭次數(shù)與降等絲餅量較絲束集束位置形成角為85°時偏多,其原因是單絲根數(shù)多,比表面積大,單絲與油嘴出油孔完全貼合時,絲束與油嘴接觸面積大,磨損較嚴(yán)重,單絲表面受損,絲餅里層易出現(xiàn)夾結(jié)、外觀出現(xiàn)星點(diǎn)狀毛羽現(xiàn)象。生產(chǎn)實(shí)際情況表明,調(diào)整1#生產(chǎn)線的絲束集束位置形成角由原來的90°改為85°,278 dtex/288 f滌綸POY產(chǎn)品優(yōu)等品率由原來的97.27%提升到98.46%,生產(chǎn)工況穩(wěn)定。

3.2.2 產(chǎn)品質(zhì)量

在278 dtex/288 f滌綸POY生產(chǎn)過程中,1#生產(chǎn)線3種絲束集束位置對產(chǎn)品質(zhì)量的影響見表4。

表4 3種絲束集束位置對產(chǎn)品質(zhì)量的影響

從表4可知,當(dāng)絲束集束位置形成角為85°時,滌綸POY的斷裂強(qiáng)度變異系數(shù)、斷裂伸長率變異系數(shù)、條干不勻率及含油率變異系數(shù)數(shù)均最低,相比形成角為90°時均有較大幅度的下降,斷裂強(qiáng)度變異系數(shù)降至2.26%(降幅18.7%),斷裂伸長率變異系數(shù)降至2.18%(降幅20.1%),條干不勻率降至0.93%(降幅8.8%),含油率變異系數(shù)降至1.26%(降幅51.7%)。這表明絲束集束位置形成角為85°時,生產(chǎn)的278 dtex/288 f滌綸POY產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

綜上所述,在1#生產(chǎn)線生產(chǎn)278 dtex/288 f滌綸POY過程中,調(diào)整絲束集束位置形成角為85°時,紡絲張力波動幅度較小,斷頭次數(shù)及降等絲餅量少,產(chǎn)品各項物理指標(biāo)的變異系數(shù)最低,產(chǎn)品生產(chǎn)工況和質(zhì)量較為穩(wěn)定。

4 結(jié)論

a.在278 dtex/288 f滌綸POY生產(chǎn)過程中,在其他設(shè)備和工藝參數(shù)相同的前提下,絲束在水平方向集束位置即噴絲板中心點(diǎn)至油嘴集束位置形成的角度不合適是1#生產(chǎn)線產(chǎn)品優(yōu)等品率低于2#生產(chǎn)線的主要原因。

b.將1#生產(chǎn)線絲束在水平方向的集束位置形成角由原來的90°調(diào)整為85°后生產(chǎn)278 dtex/288 f滌綸POY,斷頭次數(shù)減少56%,降等絲餅量減少83%,優(yōu)等品率由原來的97.27%提升至98.46%。

c.絲束集束位置形成角由90°調(diào)整為85°后,生產(chǎn)的278 dtex/288 f滌綸POY的斷裂強(qiáng)度變異系數(shù)、斷裂伸長率變異系數(shù)、條干不勻率、含油率變異系數(shù)均有較大幅度的降低,產(chǎn)品質(zhì)量更加均勻穩(wěn)定。