生產(chǎn)滌綸低縮絲的工藝探索

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1工藝流程

聚酯切片→干燥→螺桿擠壓機→熔體分配管→靜態(tài)混合器→紡絲箱體→組件→冷卻成形→上油集束→預網(wǎng)絡→卷繞成型→成品絲筒

2結(jié)果與討論

2．1組件準備組件是紡絲的關鍵，為保證熔體良好的擠出性能，必須選擇好合適的噴絲孔和長徑比，以及合適的粗、細砂的配比，這是保證熔體的過濾效果和流動性能的關鍵。2．1．1噴絲板選擇熔體紡絲時，高聚物流體在紡絲加工中有兩種基本流場，以噴絲孔為界，出噴絲孔之前基本上屬于剪切流動，在出噴絲孔后的紡絲線上屬于單軸拉伸流動。熔體在噴絲孔道中流動可視為二維簡單剪切流動。根據(jù)常規(guī)POY生產(chǎn)經(jīng)驗，高速紡熔體出噴絲孔的剪切速率應在104數(shù)量級內(nèi)，一般以(1～3)×104s－1為好，同時應滿足噴絲頭拉伸倍數(shù)在80～180的范圍。由于超高速紡熔體流量大，噴絲孔內(nèi)剪切較大，在高剪切速率作用下，會使熔體彈性效應顯著，熔體流經(jīng)噴絲孔道時彈性內(nèi)應力來不及松弛，產(chǎn)生較多的彈性內(nèi)應力儲存在熔體中，加劇孔口膨化現(xiàn)象，易造成熔體破裂。采用較大孔徑噴絲板可有效降低剪切速率，緩解出口膨脹現(xiàn)象，保證穩(wěn)態(tài)紡絲。通過幾種孔徑噴絲板的試用，孔徑0．30mm的噴絲板既能保證較低的剪切速率，在常規(guī)POY卷繞頭可及的速度范圍內(nèi)，又可保證較高的噴絲頭拉伸比，有效增加了紡程的張力。沸水收縮率在卷繞速度一定時，隨孔徑的增大下降明顯。

2．1．2組件裝砂配比組件上機壓力和熔體過濾混煉的效果是制定組件裝砂工藝必須要考慮的問題，組件上機壓力過高會造成組件漏漿、熔體溫升大等問題，組件上機壓力過低，影響組件的過濾性能，且熔體流動不均勻，會造成生產(chǎn)過程不穩(wěn)定。通過不同目數(shù)金屬砂的組合，試驗各種上機壓力下的紡絲狀況。由于紡速提升，低縮絲泵供量較大，熔體經(jīng)過組件后溫升大，按照常規(guī)高速紡上機壓力控制，生產(chǎn)過程中飄絲較多。通過試驗，最終將組件壓力控制在10MPa左右時，飄絲狀況有了明顯改觀，同時較低的上機組件壓力可以延長組件使用時間。

2．2切片干燥干切片的含水率直接影響熔體的可紡性，只有盡可能地降低切片含水率，才能減少熔體降解。另外熔體中的微量水分易產(chǎn)生微小的氣泡，在超高速卷繞的過程中，更易產(chǎn)生毛絲和飄絲。在低縮絲的生產(chǎn)中，主要通過干燥溫度和干燥風量的調(diào)整，將干切片含水控制在23～28mL/m3。但干燥溫度過高有可能造成切片色值變化和粘度降低，不同干燥溫度下的干燥效果和紡絲情況見表4所示。干燥溫度越高，切片含水率越低，但進風溫度超過185℃，干燥塔中表層切片結(jié)塊嚴重，干切片還有泛黃現(xiàn)象。

2．3側(cè)吹條件冷卻成形是紡絲的重要過程，也是決定纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)的關鍵。側(cè)吹風速是冷卻成型的主要工藝參數(shù)，風速過小，冷卻效果不好，凝固點上下飄移造成條干值偏高，嚴重時甚至造成飄絲。低縮絲生產(chǎn)過程中，由于紡速高，有效冷卻時間變短，必須提高側(cè)吹風速加強冷卻。但過高的風速又可能造成絲條的劇烈晃動，傳遞至噴絲板造成初生纖維的抖動同樣會造成條干升高。因此為保證冷卻效果，在生產(chǎn)線上加裝了風筒自吸風冷卻裝置，即在噴絲板下方安裝一個表面有特定孔眼的風筒，當從噴絲板擠出的絲條冷卻到一定程度，速度會突然增加，絲的界面層會帶動風筒中的空氣沿絲條運動的方向移動，風筒外的空氣經(jīng)孔眼整流，從四周均勻地和定向地補入風筒內(nèi)。在低縮絲生產(chǎn)中，紡程張力是產(chǎn)生高結(jié)晶和高取向的關鍵，而空氣阻力正是決定紡程張力的主要影響因素。因此在整流風筒設計上有別于一般產(chǎn)品，下部整流孔有細微仰角，補入的氣流對絲束的阻力會增大，在保證冷卻效果的同時增加紡程張力。為進一步保證冷卻效果，在增加整流裝置后，側(cè)吹溫度選擇在20～22℃之間。增加整流風筒后，側(cè)吹溫度選擇在20～22℃之間，側(cè)吹風速選擇在0．65m/min左右，可保證獲得充分的冷卻，沸水收縮率也較低。為抑制超高速紡工藝產(chǎn)生的“皮芯層”結(jié)構(gòu)，在噴絲板下方安裝了密閉式保溫插板，并適當延長了無風區(qū)距離，在抑制皮芯層結(jié)構(gòu)的同時，還增加了纖維的結(jié)晶度。

2．4紡絲溫度和常規(guī)紡絲工藝一樣，熔體溫度也是低縮絲工藝中的重要參數(shù)。熔體溫度的高低直接影響到高聚物熔體成形及纖維的超分子結(jié)構(gòu)。從中看出，溫度升高，熔體粘度按指數(shù)關系下降，因此可適當提高紡絲溫度，降低熔體粘度，改善熔體流動性能。由于超高速紡工藝路線卷繞速度高，熔體流動速度加快，在紡絲過程中要求熔體的流變性能更好。紡絲熔體的流變性能主要取決于聚酯的本性和紡絲熔體的溫度。隨著溫度的升高，熔體的自由體積增加，鏈段的活動能力增加，分子間的相互作用力減弱，使高聚物的流動性增大，表觀粘度下降，熔體彈性效應變?nèi)酰毩鞒鰢娊z孔的膨化現(xiàn)象減弱，有利于紡絲。然而熔體溫度過高，會造成熔體粘度降增大，使可紡性變差，纖維的機械性能下降，嚴重時甚至產(chǎn)生飄絲、毛絲和斷頭現(xiàn)象，影響紡絲的順利進行。表6為紡絲速度4750m/min時，不同紡絲溫度下產(chǎn)品的物理指標。紡絲溫度的升高對纖維的物理性能影響不大，但對可紡性影響較大，過高或過低的紡絲溫度都會影響紡絲過程的穩(wěn)定。試驗表明，紡絲溫度控制在288℃左右時，紡絲狀態(tài)較穩(wěn)定。

2．5紡絲速度紡絲速度是超高速工藝路線的主要工藝參數(shù)，也是低縮絲產(chǎn)品能否具有較低熱收縮率的關鍵參數(shù)，其主要機理是通過較高紡速產(chǎn)生足夠的紡絲張力，使絲束在紡程上一次完成絲條的細化拉伸和結(jié)晶取向。采用超高速工藝路線生產(chǎn)的纖維之所以熱收縮率小于FDY主要是由于其非晶區(qū)取向小于經(jīng)拉伸熱處理的纖維。根據(jù)清水二郎等人對超高速紡絲研究［2］，紡絲速度超過5000m/min時制得的纖維的應力應變曲線已觀察不到明顯細頸現(xiàn)象，同時DSC曲線表明在這一速度范圍內(nèi)，低溫結(jié)晶峰已消失，主要是由于在這一速度附近分子鏈取向誘導了大量結(jié)晶，大部分取向程度高、排列規(guī)整的取向態(tài)轉(zhuǎn)為結(jié)晶態(tài)，非晶區(qū)取向隨之下降。因此結(jié)合卷繞頭實際工況，將低縮絲的加工速度定于5000m/min左右。不同紡速對纖維指標的影響見表7所示。從表7可以看出，紡絲速度從4250m/min提至5250m/min，沸水收縮率逐漸降低，但從4750m/min開始，沸水收縮率降幅逐漸減小，結(jié)晶度隨紡速提高逐漸增加，紡速提至4750m/min以上后，其增幅也逐漸放緩，隨著紡絲速度進一步提升，沸水收縮率將繼續(xù)降低而結(jié)晶度也將進一步上升。根據(jù)文獻記載［3］，紡絲速度在7000m/min時，沸水收縮率將降至2%。另外隨著紡絲速度的增加，噴絲頭拉伸比和紡程張力進一步增加，單絲斷裂現(xiàn)象逐漸增多，結(jié)合沸水收縮率等指標綜合考慮，最終將紡絲速度定為4750m/min。在此速度范圍內(nèi)纖維已經(jīng)具有了一定的結(jié)晶度且取向較高，雖然斷裂伸長較DTY和FDY高，但已完全滿足織造要求。經(jīng)客戶試用，完全滿足其使用需求。

2．6紡絲上油自噴絲孔吐出的絲條含水率低，運行速度快，致使纖維間的抱合力差，影響紡絲和卷繞的順利進行。為此，絲條在冷卻成形后，需要進行集束上油，以增加纖維的抱合力，改善絲條與金屬之間的潤滑性和抗靜電性。低縮絲產(chǎn)品由于紡速高，張力大，摩擦也大，因此整個絲道上所有與絲條接觸的瓷件均采用低摩擦系數(shù)的犁地瓷件，減少了絲條的磨損。

3工藝參數(shù)設定

根據(jù)上述討論和試驗，250dtex/48f產(chǎn)品的主要工藝參數(shù)設定。4結(jié)論a)噴絲板的孔徑對噴絲頭拉伸比和噴絲孔內(nèi)剪切速率有直接影響，綜合試驗結(jié)果，噴絲微孔L/d為0．30mm×0．6mm的噴絲板適合該產(chǎn)品的生產(chǎn);b)冷卻條件在低縮絲生產(chǎn)中作用較大，直接決定了纖維結(jié)構(gòu)的構(gòu)成和紡絲穩(wěn)定性，保溫插板和風筒自吸風冷卻裝置的使用對抑制纖維皮芯層結(jié)構(gòu)和紡絲穩(wěn)定性作用明顯;c)在保證熔體流變性能的前提下，紡絲溫度不易過高，綜合試驗結(jié)果，最終紡絲溫度選定在287～289℃;d)紡絲速度在4750m/min左右時，纖維已具有一定的取向和結(jié)晶度，沸水收縮率也大幅度下降至4．1%，運行和染色性能良好。因此最終低縮產(chǎn)品的紡絲速度根據(jù)單絲纖度不同可選擇在4750～5250m/min。

作者：時文單位：中國石化儀征化纖股份有限公司長絲加彈中心