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水刺非织造布专用涤纶短纤维开发 水刺非织造布专用涤纶短纤维开发 中文提要 在水束l j t b 织造布用原料中，涤纶短纤维占原料总量约5 0 左右，且目 前基本上使用传统纺织用短纤。但随着市场竞争日趋激烈，传统纺织用短 纤在某些性能方面已经不能满足水刺用户提高质量、开发新品的需求。因 此，本文在传统纺织用短纤生产设备上，开发水刺专用涤纶短纤维。主要 研究内容有：通过对水刺非织造布生产厂家进行专题调研，对适合水刺用 途的涤纶短纤维质量特性进行研究，确定了水刺专用短纤的质量指标；通 过工艺设计及优化，开发出水刺非织造布专用涤纶短纤维生产的成套工艺 技术；利用疵点图片分析技术，研究疵点杂质含量的控制方法；通过试用 多种水刺专用油剂，对油剂品种和上油方案进行了优化选择；对水刺专用 纤维附加质量特性分析方法探索，建立了亲水性、活性物指标的分析方法。 关键词：水刺非织造布，涤纶短纤维，断裂强度，断裂伸长率，疵点 含量，亲水性，活性物指标。 作者：张秀芬 指导老师：周正华韩惠琴 t h ed e v e l o p m e n to f s p u n l a c i n gp o l y e s t e r s t a p l ef i b e r a b s t r a c t t h ed e v e l o p m e n to f s p u n l a c i n gp o l y e s t e rs t a p l ef i b e r a b s t r a c t a tp r e s e n t ，5 0 o ft h er a wm a t e r i a l so fs p u n l a c y i n gn o n w o v e n sa r ep e t s t a p l ef i b e r s ，m o s to fw h i c ha r et h es a m ek i n du s e df o rt r a d i t i o n a lt e x t i l e h o w e v e r ，w i t hs t r o n g e ra n ds t r o n g e rm a r k e tc o m p e t i t i o n ，s o m ep r o p e r t i e so f t h et e x t i l ep e tf i b e rc a n tm e e tt h er e q u i r e m e n t so ft h eu s e r sf o rt h e i rq u a l i t y i m p r o v e m e n ta n dn e wp r o d u c td e v e l o p m e n t t h u s ，t h i sp a p e rd i s c u s s e st h e d e v e l o p m e n to ft h es p u n l a c i n gp o l y e s t e rs t a p l ef i b e ro nt h ep r o d u c t i o nl i n eo f t e x t i l ef i b e r t h em a i nc o n t e n t so ft h er e s e a r c ha r ea sf o l l o w i n g a c c o r d i n gt ot h e s p e c i a li n v e s t i g a t i o no ft h ee q u i p m e n t sa n dp r o c e s so fs p u n l a c en o n w o v e n f a c t o r i e sa n dp r o p e r t ya n a l y s i so ft h ep e tf i b e r su s e df o rs p u n l a c en o n w o v e n s ， t h ep r o p e r t ys t a n d a r do ft h e s p e c i a ls p u n l a c e f i b e ri s s e t t l e d t h r o u g h d e s i g n i n ga n do p t i m i z i n gt h ep r o c e s sp a r a m e t e r s ，t h ew h o l es e to fp r o d u c i n g t e c h n o l o g yi sd e v e l o p e d t a k i n ga d v a n t a g eo fd e f e c ti m a g ea n a l y s i st e c h n i q u e ， t h ed e f e c tc o n t e n ti nt h ef i b e ri s e f f e c t i v e l yc o n t r o l l e d b yt r y i n gs o r t so f s p e c i a lo i l ，t h eo i lt y p ea n do i l i n gp r o c e s sa r eo p t i m a l l ys e l e c t e d t h r o u g h e x p l o r i n gt h et e s t i n gm e t h o do fa d d i t i o n a lp r o p e r t i e s ，t h ea n a l y s i sm e t h o d so f h y d r o p h i l i c i t ya n df o a m i n gt e n d e n c ya r ee s t a b l i s h e d k e yw o r d s ：s p u n l a c i n gn o n w o v e n s ，p o l y e s t e rs t a p l ef i b e r ，b r e a k i n g t e n a c i t y ，p e r c e n t a g eo fb r e a k i n ge l o n g a t i o n ，d e f e c t ，h y d r o p h i l i c i t y ，f o a m i n g t e n d e n c y w r i t t e nb yz h a n gx i u f e n s u p e r v i s e db yz h o uz h e n g h u a ，h a nh u i q i n i i y9 5 - 7 2 0 5 苏州大学学位论文独创性声明及使用授权的声明 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏 州大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作 出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本 声明的法律责任。 研究生签名：遣触 日期：翌塑 学位论文使用授权声明 苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论 文合作部、中国社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论 文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的 保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的 全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权苏州大学学位办办理。 研究生签名： 导师签名： 日期：逆：z 日期：2 乏：墨 水刺非织造布专用涤纶短纤维开发 第一章前言 1 概述 目前，非织造材料的主要生产工艺有水刺、针刺、纺粘、熔喷和浆粕 气流成网法。水刺非织造材料是上世纪非织造产业的重大技术突破，自七 十年代末问世以来，现在已进入普及推广阶段，在非织造材料中占的比例 越来越高。水刺法依靠水力喷射器( 水刺头) 喷出的极细高压水流( 又称 水针) 来穿刺纤网，使短纤维或长丝缠结而固结纤网。水刺产品性能优越， 应用范围广泛，以其手感柔软，透气性好，强力大大优于同类非织造材料， 并具有不含任何化学粘合剂的突出优点，很快占领了医料卫生用品、合成 革基布、家庭用品( 装饰布、揩布) 及其它工业( 电池隔膜、衣衬、屋顶材 料等) 市场，成为国际市场上的抢手货，其产品规格从3 0 9 m 2 至1 5 0 9 m 2 。 既可以做衣衬、医疗用品，也可做装饰、革基布及建材基布等中厚型产品， 用途广泛。 在我国，水刺非织造材料开始于1 9 9 4 年海南欣龙引进的第一条水刺 线，经过几个阶段的发展，目前，我国已成为世界上几个主要生产水刺非 织造材料的国家之一。表1 1 显示了我国近几年水刺非织造材料的产量和 生产能力。 表1 1中国近几年水刺非织造材料产能和产量 年份企业数生产线生产能力( t )产量( t ) 1 9 9 781 018 0 0 03 5 0 0 1 9 9 8 1 2 1 3 2 3 0 0 07 3 0 0 1 9 9 91 31 52 5 0 0 01 0 3 0 0 2 0 0 0 1 61 83 0 0 0 01 5 5 0 0 2 0 0 11 61 83 0 0 0 01 9 0 0 0 2 0 0 21 82 23 6 0 0 02 1 5 0 0 2 0 0 3 3 7 4 67 5 0 0 03 2 0 0 0 水刺非织造布专用涤纶短纤维开发 第一章前言 表1 1 中的数值显示出我国近6 年水刺非织造材料年均增长率达到 4 5 8 。到2 0 0 4 年底，国内水刺非织造材料生产线已经达到7 0 条左右， 年生产能力超过1 1 万吨。 国内生产水刺非织造卷材主要用于：p v c 和p u 基布，医用敷料块、 抹布、手术衣等，其中p v c 和p u 基布产量比例为4 5 ，卫生用材料5 5 。 虽然近年来我国的水刺布产量在迅速增加，但仍然不能满足市场需求，每 年仅进口来料加工各类水刺非织造材料( 技术含量高，附加值高的专利产 品) 为4 0 0 0 4 5 0 0 吨。因此，科技含量高的水刺布或复合水刺材料在今后 3 5 年内具有良好的市场前景。 表1 2 ：水刺非织造材料的应用领域及纤维原料 主要用途纤维 抹布、服装衬、医用品、包覆材料粘胶、涤纶 抹布、服装衬、医用吸收产品、包覆 材料、服装、床上用品 l y o c e l l 、棉、粘胶 个人擦布、湿巾、医用品、卸装棉分裂纤维、海岛纤维、木浆 超细纤维、改性p p 、涤纶、聚乙烯 电池隔布、过滤、合成革、抹布 醇、p a 合成革、抹布、服装p a 、p e t 、粘胶 甲壳质纤维、棉、粘胶、p e t 、p p p e t 外衣( 耐用) 、医用 复合纤维 医用吸收产品p e t 木浆、粘胶 湿抹布、外科屏障布、手术衣p p 纺粘木浆、p e t 、粘胶 我国水刺非织造布生产厂家中，以杭州路先、郑州水刺、东纶科技、 河南飘安为代表的进口生产线主要产品为p u 基布，纤维原料大部分采用 聚酯短纤，少量采用粘胶短纤；以宁波育豪、杭州育豪、杭州福华、龙翔 2 水刺非织造布专用涤纶短纤维开发第一章前言 水刺等为代表的台湾或国产生产线主要产品为p v c 基布，纤维原料1 0 0 采用聚酯；以北京大源、合肥卫材等为代表的进口生产线主要产品为医疗 卫生用水刺非织造布，少量采用聚酯短纤。 2 项目来由 国内水刺非织造材料产品由于产量大，价格优势明显，这些年来出口 量逐年增加，己成为非织造材料出口商品中的主要品种。随着产量的不断 扩大，产品也趋向低价竞争，对这一产品的后续发展影响很大，其中一个 重要因素是产品档次较低，品种系列少。造成这一现象的重要因素是纤维 原料的差别化技术，国内纤维原料( 涤纶、粘胶) 的差别化率较低，水刺 非织造布使用的全部是传统纺织用短纤原料，造成产品档次趋同、质量趋 同、品种趋同。因此开发水刺非织造材料用差别化合成纤维，有利于提高 水刺非织造产品质量、档次、品种，有利于继续保持并扩大这一材料的出 口优势，同时对于发展我国化纤差别化、走出普通化纤生产过剩的困境是 非常必要的，也是具有重要的现实意义的。 为满足用户需求，优化短纤品种结构，同时分散风险，争取更大的经 济效益，中国石化仪征化纤公司从2 0 0 2 年开始与合作单位共同努力，在 仪化常规棉型短纤生产装置上研究开发出适应水刺非织造用途的专用涤 纶短纤维。2 0 0 3 年初，仪化公司向中石化申报课题水刺无纺布专用涤 纶短纤开发，经中国石化集团公司批准后，列入科研开发计划。 3 研究开发主要内容 对适合水刺用涤纶短纤维质量特性进行研究，确定质量指标 水刺专用涤纶短纤维生产工艺设计及优化 采取有效措施，控制纤维中疵点含量 优化选择专用油剂及上油方案 探索水刺专用短纤附加质量特性分析方法 水刺非织造布专用涤纶短纤维开发 第二章水刺适用涤纶短纤维质量特性研究 第二章水刺适用涤纶短纤维质量特性研究 水刺非织造布生产工艺及产品特点与纺织差异很大，这决定了适合用 于水刺生产的涤纶短纤维质量特性与传统纺织短纤维不同，本章首先从水 刺工艺理论方面分析适用短纤的质量特性要求，然后收集并测试剖析了多 家用于水刺用途的涤纶短纤维，最后结合仪化公司短纤生产工艺及产品特 点，提出水刺用涤纶短纤维质量特性指标建议值。 1 水刺非织造布生产工艺流程对原料纤维的要求 水刺非织造布生产工艺流程，通常由以下主要工序组成： 开混系统一梳棉机一铺网机一牵伸机一水刺机一烘干机一卷 绕机。 1 1 梳理成网工艺对纤维眭能的要求 在非织造的成网生产中，梳理是关键的工序。它把经过准备工序的纤 维原料加工成由单纤维组成的薄网( 见图2 1 ) ，供铺叠成网( 见图2 2 ) 或直接进行纤网加固。梳理机直接成网适合于轻定量薄型非织造布，如热 轧衬布基布、用即弃卫生用品、包覆材料等，交叉铺网适合于中厚型非织 造布，如水刺合成革基布、针刺合成革基布、土工布、地毯等。 图2 1 双道夫梳理杂乱成网 1 一锡林2 一上道夫 3 、4 一上杂乱辊5 、6 一下杂 乱辊 7 一纤网输出罗拉8 一下道夫 水刺非织造布专用涤纶短纤维开发 第二章水刺适用涤纶短纤维质量特性研究 图2 2 四帘式交叉铺网 1 一梳理机输出薄网2 一输网帘3 一补偿帘 4 一铺网帘5 一成网帘6 一纤网 梳理工序对非织造加工中聚酯纤维的性能提出了要求，在加工过程 中，要求纤维可梳理性强、静电少、抱合力高，适合高速高产，而且最终 成网均匀。良好的亲水性可增强纤维的抗静电性能和梳理性能，提高纤维 的成网均匀性。因此，从梳理的角度来说，希望纤维亲水性好、抗静电性 能好，卷曲状况良好。 1 2 水刺工艺对纤维性能的要求 水刺法固结纤网是依靠水力喷射器( 水刺头) 喷出的极细高压水流( 又 称水针) 来穿刺托网帘上的纤维网，使纤维在连续水流的冲击下相互缠结 从而使纤网得到加固，见图2 3 。 流 图2 3 水刺工艺原理 1 一水刺头2 一高压细束水 3 一纤网4 一托网帘 5 一开孔滚筒 7 一密封装置 6 一真空箱 8 一抽吸水流 纤网在进入水刺区前须进行预加湿处理，预湿的目的在于纤网在水刺 水刺非织造布专用涤纶短纤维开发 第二章水刺适用涤纶短纤维质量特性研究 过程中能更充分吸收利用水力喷射的能量。经过预湿的纤网进入水刺区 后，由水刺头喷水板小孔喷射出多股极细的高压集束水流，垂直射向纤网， 使纤网中一部分表层纤维发生位移，垂直向网底运动。当水针穿透纤网后， 受到输送网帘对高压水流的反弹，以不同方向散射到纤网的反面，纤网在 水针冲击力和反射作用力的双重作用下，纤维间发生移动、穿插、缠结、 抱合，形成无数个柔软缠结点，经过正面、反面多次水刺后，就形成了具 有一定强度的湿态非织造布，再经烘燥装置烘干后，就制成了水刺法非织 造布。 良好的亲水性好可使纤维因吸湿膨胀而增加迎水面积，提高水针带动 纤维的效率。同时纤维吸湿后，抗弯模量和弹性恢复率下降，伸长率上升， 可提高织造效率和纤维间缠结点牢度。 因此，水刺工序对非织造加工中聚酯纤维的性能提出了要求，要求纤 维伸长高，初始模量低，抗弯刚度小，才能保证在该双重作用过程中不受 损伤不断裂，同时纤维之间、纤维束之间或纤维与纤维束之间容易互相穿 插、纠缠从而形成性能良好的纤网。因此需要涤纶短纤在满足较高的断裂 强度的条件下，增大断裂伸长率，以有利于水刺加工及提高水刺产品质量。 1 3 水处理系统对纤维性能的要求 水刺非织造布生产的用水量很大，一般一条中等产量的水刺生产线每 小时需水达2 0 0 m 3 ，为节约用水，需将其中约9 5 0 , o 的水经处理后循环使用。 由于生产用水的水源含有一些杂质，且高压水针对纤网冲击时会发生纤维 脱落，这些杂质、短纤很容易将直径仅为0 0 8 0 1 5 m m 的水刺头钢片喷 水微孔堵塞，影响生产的正常进行。因此水的循环过滤系统是水刺生产的 一个重要部分。 水循环过滤系统通常包括袋式粗效过滤、加药沉淀、砂滤、精细过滤 等主要工序。如果水刺生产原料短纤维所附着油剂易脱落、易起泡，则大 水刺非织造布专用涤纶短纤维开发第二章水刺适用涤纶短纤维质量特性研究 量油剂泡沫极易堵塞过滤袋，影响生产稳定运行，增加生产成本。 因此水处理工序对非织造加工中聚酯纤维的性能提出了要求，要求加 工纤维时使用专用油剂，减少水刺加工时的泡沫，同时提高革基布和p v c 、 p u 涂层的结合力。 1 4 水刺非织造产品对纤维性能的要求 非织造布生产中没有对短纤维进行除杂的工序，纤维中含有疵点会直 接进入无纺布产品中，造成纤网不匀，严重时造成布面硬点，影响皮革基 布涂层工艺。若医疗、卫材无纺布用纤维中含有脏污丝或尾丝疵点杂质， 则其影响更为恶劣，甚至有可能造成整批产品报废。因此希望纤维中疵点 杂质含量尽量低，最好达到零疵点。 为满足皮革基布水刺无纺布产品的需要，希望纤维在热处理过程中收 缩率稳定。因此，要求短纤具有稳定的干热收缩率。 另外，对于医疗、卫材用水刺产品用原料纤维，须采用卫生、安全的 附着油剂，出口欧洲产品需获得f d a 认证。 2 样品质量特性剖析 2 1 国内水刺用涤纶短纤的质量数据 收集国内外多家用于的水刺的涤纶短纤的质量指标或实物，进行对比 分析。数据见表2 1 表2 5 。 表2 1日本a 公司水刺专用涤纶短纤的性能指标 项目单位指标 线密度 d t e x1 4 9 0 0 4 平均长度 m m 3 7 5 1 5 断裂强度c n d t e x 6 0 0 o 2 6 断裂伸长 2 0 0 3 o 干热收缩率 6 5 1 5 卷曲数个2 5 m m1 3 5 1 5 卷曲率 1 1 5 1 5 水刺非织造布专用涤纶短纤维开发 第二章水刺适用涤纶短纤维质量特性研究 项目单位指标 卷曲回复率 9 5 1 5 含油率 0 1 4 0 0 4 规格s d1 5 5 d t e x 3 8 m m 表2 2台湾b 公司水刺用涤纶短纤的性能实物测试数据 项目测试结果 平均d t e x 1 5 7 线密度 偏差率 0 6 c v9 3 平均c n d t e x 5 7 6 断裂强度 c v 6 7 1 0 定伸强度t e x 3 2 3 断裂伸长 平均 2 3 8 c v 1 9 2 卷曲性能 卷曲数个2 5 m m 1 0 4 卷曲率 1 3 2 比电阻 q c m5 5 1 0 。 长度 平均 3 9 2 偏差率 3 2 b 值 1 6 l 值 9 3 6 干热收缩率 5 95 7 回潮率 o 6 1o 5 7 倍长纤维m g l o o g 0 10 1 超长纤维 0 2 0 2 疵点含量 m g l o o g 0 10 2 含油率 0 1 2 水刺非织造布专用涤纶短纤维开发第二章水刺适用涤纶短纤维质量特性研究 表2 3台湾c 公司水刺用涤纶短纤的性能 ( s n 一8 4 3 0 w l 1 5 5 d t e xx3 8 r a m ) 实物钡试结果 项目单位质量指标 样品1样品2 线密度 d t e x 1 5 5 o 1 0 1 5 41 5 6 平均长度 m m 3 8 0 3 o 3 9 6 断裂强度 c n d t e x5 3 0 0 4 4 5 4 75 6 9 断裂伸长 3 0 0 8 o 3 2 o 2 7 4 卷曲数个2 5 r a m 1 0 8 1 01 0 81 2 0 卷曲率 1 3 5 3 5 1 4 21 4 4 卷曲弹性率 8 0 o 6 08 4 3f 干热收缩率 7 05 36 3 含油率 0 1 4 o 0 20 1 4 0 1 3 回潮率 0 8 0 0 4 1 比电阻 q c m 2 4 1 0 8 表2 4台湾c 公司水刺用涤纶短纤的性能 ( s n 一8 5 3 2 t m 1 6 7d t e xx3 8 m m ) 项目单位质量指标实物测试结果 线喾度 d t e x1 6 7 0 1 01 7 0 平均长度 皿3 8 0 2 33 8 8 断裂强度c n d t e x4 4 l o 4 4 4 5 9 断裂伸长 4 5 o 1 0 04 5 9 卷曲数个2 5 r a m 1 2 o 1 51 1 4 卷曲率 1 6 o 3 51 4 5 卷曲弹性率 8 0 0 8 0 8 2 1 干热收缩率 6 55 0 含油率 0 1 6 0 0 1 50 1 5 回潮率 0 8 0o 2 0 9 水刺非织造布专用涤纶短纤维开发第二章水刺适用涤纶短纤维质量特性研究 表2 5台湾c 公司水刺用涤纶短纤的性能 ( s n - 8 2 5 0 n i2 2 2 d t e x 5i m m ) 项目单位质量指标实物测试结果 线卷发 d2 1 l 0 1 02 0 8 平均长度 1 i i l 5 1 o 3 0 5 0 9 断裂强度 c n d t e x4 8 5 0 4 4 4 9 5 断裂伸长 4 0 0 8 0 4 0 3 卷曲数个2 5 r m 1 0 5 1 o9 9 卷曲率 1 4 0 3 5 1 5 4 卷曲弹性率 8 0 0 8 0 8 4 9 干热收缩率 6 53 3 含油率 o 2 0 0 0 4 0 2 0 回潮率 0 8 0 0 4 5 2 2 质量特性数据分析 日本a 公司产品：规格指标1 4 9 d t e x * 3 7 5 m m ，强度6 o o c n d t e x ， 伸长2 0 ，干热：6 5 1 5 ，卷曲数1 3 5 个2 5 r a m ，卷曲度1 i 5 。 台湾b 公司：测试数据1 5 7 d t e x * 3 9 2 m m ，强度5 7 6 c n d t e x ，伸长 2 3 8 ，干热：5 7 、5 8 ：卷曲数1 0 4 个2 5 m m ，卷曲度1 3 2 。 台湾c 公司：规格指标1 5 5 d t e x * 3 8 m m ，强度5 3 0 c n d t e x ，伸长 3 0 0 ，干热：7 0 。卷曲数1 0 8 个2 5 1 m ，卷曲度1 3 5 。规格指 标1 6 7d t e x * 3 8 m m ，强度4 4 1 c n d t e x ，伸长4 5 0 ；规格指标2 2 2 d t e x * 5 1 m m ，强度4 8 5 c n d t e x ，伸长4 0 0 。 2 3 仪化棉型短纤质量特性数据 因国内没有水刺专用涤纶短纤维生产，国内部分用户选用仪化 1 5 6 d t e x * 3 8 o m m 棉型短纤用于水刺加工，质量特性见表2 6 。 0 水刺非织造布专用涤纶短纤维开发 第二章水刺适用涤纶短纤维质量特性研究 表2 6 ：仪化1 5 6 d t e x * 3 8 0 m m 棉型短纤质量特性 序号项目优等品一等品 l断裂强度，c n d t e x5 6 05 4 0 2断裂伸长，2 5 0 4 02 5 o 5 o 3线密度偏差率，3 04 0 4长度偏差率，3 06 0 5超长纤维率，0 51 0 6 倍长纤维率，m g 1 0 0 9 2 o6 o 7 疵点含量，m g 1 0 0 9 2 08 0 8卷曲数，个2 5 r a m 1 2 o 2 51 2 o 3 5 9卷曲率， 1 3 o 2 51 3 0 3 5 1 01 8 0 干热收缩率，6 5 2 o6 5 2 5 1 l比电阻，q c mm * 1 0 8m * 1 0 8 1 21 0 定伸长强度，c n d t e x3 0 0 2 8 0 1 3断裂强度变异系数，8 01 0 0 1 4含油率，0 1 3 0 0 3o 1 3 o 0 3 1 5圉潮率，o 60 6 注：m = i o 9 9 3 确定水刺非织造布专用涤纶短纤质量指标 从收集的产品质量指标和实物测试数据来看，线密度在i 4 9 i 5 7 d t e x 的产品断裂强度均比较高，从5 3 0 6 0 0c n d t e x ，断裂伸长率从 2 0 3 0 o 。线密度在i 6 7 2 2 2d t e x 的产品断裂强度均比较低，从 4 4 1 4 8 5c n d t e x ，断裂伸长率很高，从4 0 4 5 o 。其余质量特 水刺非织造布专用涤纶短纤维开发第二章水刺适用涤纶短纤维质量特性研究 性指标与仪化1 5 6 d t e x * 3 8 0 m m 棉型短纤指标基本相近。 仪化1 5 6 d t e x * 3 8 0 m m 棉型短纤断裂强度5 6 0 ，正常控制在 5 8 0 c n d t e x 左右，断裂伸长率通常约为2 4 o 2 6 0 ，与几家对手相近 线密度产品相比，断裂强度较高，断裂伸长中等。 仪化1 5 6 d t e x * 3 8 0 m m 棉型短纤经国内多家用户用于水刺加工，反映 纤维断裂伸长率可适当上偏控制，干热收缩率需要控制稳定，纤维中小疵 点很少，但时有僵块状大疵点严重影响产品使用。 综合考虑了用户提出的建议和对手产品特性，结合仪化装置产品特 点，制定出水刺非织造布专用涤纶短纤质量指标，见表2 7 。 表2 7 ：仪化1 5 6 d t e x * 3 8 0 m m 水刺专用涤纶短纤质量指标 序号项目优等品 1断裂强度，c n d t e x5 5 0 2 断裂伸长， 2 7 5 3线密度偏差率，3 5 4长度偏差率，5 0 5超长纤维率，0 8 6 倍长纤维率，m g 1 0 0 9 4 0 7 疵点含量，m g 1 0 0 9 2 o 8卷曲数，个2 5 m mm 2 5 9卷曲率， m ：2 5 1 01 8 0 。c 干热收缩率， m 3 1 5 1 l 比电阻， q c mm * 1 0 8 1 2 1 0 定伸长强度，c n d t e x 1 3 断裂强度变异系数， 1 4含油率，积累数据 1 5回潮率，0 6 水刺非织造布专用涤纶短纤维开发第二章水刺适用涤纶短纤维质量特性研究 与1 5 6 d t e x * 3 8 m m 规格棉型指标相比，水刺型指标有以下特点： a 提高了断裂伸长率，断裂强度略微降低。 b 干热收缩率控制精度加严。 c 疵点含量指标为棉型优等指标，但在生产中杜绝了尾丝疵点的产生。 d 含油率指标根据油剂的不同及用户需求而定，需积累数据( 通常无特 殊需求时，采用棉型标准中优等指标) ；1 0 定伸长强度及断裂强度变异系 数需结合用户需求，积累数据后再制定。 e 对水刺工艺及产品质量影响很小的指标如线密度、长度偏差率、超长、 倍长控制精度略为放宽，其余项目沿用棉型标准中优等指标。 水刺非织造布专用涤纶短纤维开发第三章生产工艺设计优化 第三章生产工艺设计优化 1 概述 仪化涤纶短纤维老装置采用直接酯化连续缩聚生产的聚酯熔体为原 料的直接纺丝工艺。主要工艺特点有：采用熔体直纺工艺，t d c - - 3 0 0 0 分散集中控制系统、切换式熔体过滤器，低压、低阻尼开放式环吹，冷却 型静态混合器，双液相热媒循环系统，油轮双面上油，高速一水一汽两段 热牵伸，及高温机械卷曲。 1 1 前纺工艺流程： 1 2 后纺工艺流程： 上下导卜刊五辊导卜- 刊油剂浴卜叫第一牵伸+ 叫牵伸浴 丝架li 丝机ll 槽c bl 机d f 1l 槽d b 水刺非织造布专用涤纶短纤维开发 第三章生产工艺设计优化 2 工艺试验 仪化短纤装置通常用于常规纺织用涤纶短纤维生产，为了在该装置上 开发出水刺专用短纤，需依据水刺专用短纤的质量指标定位进行工艺设 计，并在生产过程中进行不断的优化。 因此，在涤纶原丝生产过程中控制适当的纤度及纤度均匀性，控制大 分子预取向程度，赋予初生纤维良好的牵伸性能。涤纶短纤维生产后加工 过程中，根据原丝e y s l 5 值，进行适当的牵伸和热定型，获得满足要求 的超分子结构。为满足纤维合适抗弯刚度及合适的强伸力学性能的要求， 适当增加大分子链中折叠链数目，但大分子链沿纤维轴向排列基本不变， 确保纤维仍具备较高的断裂强度的同时伸长明显增大，初始模量下降，抗 弯刚度合适。同时，加严工艺参数平稳性控制，减少强伸性能、热收缩率 等产品等质量特性的波动。 2 1 原料 熔体主要质量指标：端羧基m 6 m o l t ；特性粘度m 0 0 2 5 d l g ； t i 0 2 含量：m 0 0 3 ；二甘醇含量1 5 。 2 2 纺丝设备及主要分析仪器分析方法 纺丝设备：h v 4 0 2 熔体输送装置、h v 4 5 2 型纺丝机 后加工设备：l h v 9 0 2 后处理联合机 e y s l 5 ：上海利浦应用科学技术研究所x l 一1 e y s l 5 测试仪，挂钩式夹持 距离l o o m m ，拉伸速度选2 0 0 名义隔距长度。 原丝线密度：烘干称重法。 成品线密度：中断法。 断裂强度、断裂伸长率、1 0 定伸强度：x q 一1 单纤维强伸度仪，夹持距 离2 0 m m ，拉伸速度选1 0 0 名义隔距长度。 1 8 0 c 干热收缩率：y g 3 6 5 a 单纤维热收缩仪。 1s 水刺非织造布专用涤纶短纤维开发 第三章生产工艺设计优化 2 3 工艺参数设定 2 3 1 水刺工艺参数的优化试验步骤 第一步，负荷不变，主要通过调整纺速和牵伸倍率，使产品平均断裂 伸长率提高，将产品从棉纺用途逐步转变定位于非织造用途。 第二步，降低生产负荷，使纺丝速度降低保证原丝纤度，后牵伸倍率 不变保证以成品纤度恒定，使产品的强伸力学性能满足水刺专用纤维要 求。 2 3 2 工艺参数设定值 表3 1 工艺优化各阶段参数设定情况 项目棉型工艺参数水刺型试验1水刺型试验2 负荷d t 6 46 46 2 g p 变频h z 5 3 7 25 3 7 25 2 0 4 纺丝温度 2 8 92 8 92 8 9 环吹风温 2 2 52 2 52 2 5 环吹风压p a 1 3 5 01 3 5 01 3 5 0 纺速m m i n 1 1 8 01 2 0 81 1 7 0 f r 一1 变频h z 5 2 0 85 3 4 0 h z5 1 7 2 h z f r 一2 变频h z 5 2 1 85 3 5 1 h z5 1 8 3 h z s r 变频h z 5 5 5 75 6 9 8 h z5 5 1 9 h z 原丝纤度d t e x 5 2 55 1 35 1 3 d f 3 蒸汽压力m p a 1 1 1 4 1 51 1 1 3 1 51 1 1 3 1 4 h r 压力m p a o 9 0 91 0 一段牵伸倍率 3 2 5 6 83 2 2 3 93 2 2 3 9 二段牵伸倍率 1 1 6 7 61 1 4 4 31 1 4 4 3 d b 槽温度 6 06 06 0 c p 热水槽温度 8 08 08 0 水刺非织造布专用涤纶短纤维开发第三章生产工艺设计优化 3 结果与讨论 3 1 生产运行情况 水刺试验工艺参数运行期间，前纺纺丝组件、环吹正常，卷绕各牵 引辊电流基本无变化。后纺牵伸运行正常，缠辊停车次数无明显变化。因 此，设备能力能够满足水刺专用纤维的生产需要。 3 2 原丝质量数据分析 表3 2 水刺工艺试验前后原丝质量特性数据平均值 工艺条件线密度e y s l 5e y s l 5 c v 棉型工艺 5 3 12 0 1 o6 2 0 水剌型试验1 5 2 0 1 9 5 4 5 5 8 水剌型试验2 5 2 l2 0 2 44 7 数据分析： 从试验前后原丝质量特性数据统计可以看出：在水刺型试验l 条件 下，原丝主要质量指标e y s l 5 降低，初生纤维预取向度增加，原丝线密 度减小；在水刺型试验2 条件下，原丝线密度与试验1 相近，原丝主要质 量指标e y s l 5 略有增加，初生纤维预取向度降低，e y s l 5 变动率c v 值 减小，单纤维间取向度差异减小，后) j h c c 性能得到改善。 3 3 前纺工艺条件对原丝质量特性的影响 3 3 1 纺丝成形过程 聚酯熔体成纤是一个随着传热过程而产生的物态变化，即熔融态的聚 酯在纺丝压力下挤出喷丝孔，然后冷却凝固为固态丝条的过程。纺丝过程 中根据物态变化可划分为5 个区：入口区、孔流区、膨化区、形变区和稳 定区。2 9 0 左右的熔体从喷丝板孔中喷出，受到环吹空气强制对流传热， 粘流态熔体细流的轴向速度不断加大，直径变细，温度下降，聚合物大分 水刺非织造布专用涤纶短纤维开发第三章生产工艺设计优化 子不断改变其聚集状态，使熔体细流逐渐固化成低取向、非晶态的初生纤 维。 原丝微细结构是过冷的非晶相，属非平衡态的亚稳态体系，相转变的 速度很小，由于大分子链的应力松驰，表征光学各向异性的双折射率逐渐 降低，大约8 小时左右达到恒定。 熔体细流自喷丝孔挤出后，在卷绕张力下迅速向下运动，细流在运动 过程中发生凝固和变形，使大分子沿纤维轴发生一定的伸长和取向，同时 也可能发生结晶作用。纺丝过程中产生的预取向度和结晶度，不但直接影 响到后拉伸能否顺利进行，而且也间接地影响成品纤维的质量。 涤纶短纤维生产过程中，初生纤维的x 一线衍射呈一个弥散圈环，说 明其结晶度几乎等于零( 一般认为结晶度不超过1 ) ，可见，纤维在成 形过程中基本上未产生结晶现象，涤纶初生纤维基本上是无定型结构的。 因此，我们主要讨论纺丝成形过程中的取向作用及对原丝质量的影响。 3 3 2 成形过程中大分子的取向 下列过程将产生初生纤维的分子取向： a 喷丝板孔道中液流因切变而取向。 b 纺程变形区中的流变取向。 c 在塑性或弹性塑性区域中凝固纤维的形变取向。 实践表明，对于熔体纺丝，熔体细流一出喷丝孔，在离喷丝头不远 处，原有的( 喷丝孔道内产生的) 分子取向便完全消失了，取向主要是在 具有轴向速度梯度场中的液流取向过程。聚酯熔体白喷丝板挤出后到卷绕 机构之间的取向过程实际上只与挤出熔体的冷却速度及与此有关的松弛 因素，以及纺丝速度、纺丝应力等有关。 3 3 3 纺丝取向机理 纺程中取向情况可分为四个阶段： 1r 水刺非织造布专用涤纶短纤维开发第三章生产工艺设计优化 0 段：喷丝孔道内，x s x = o ，q ；= 0 ，但在一径向速度梯度场作用下， 形成流动取向。 i 段：在膨化区，细流出喷丝孔至细流直径最大点，x = o x = x 。，靠 近喷丝头处细流温度较高，大分子发生松弛后解取向，q ， 0 ，且 在x = x 。处q 。有一极大值，从此点开始q x 趋于减小，到x 。处减小为零，此 时预取向度达到一个恒定值，这一段对初生纤维的结构和性能影响最大。 在x m x 。一x = x 。段，因细流温度高，解取向是主要方面；在x = x 。一x = x 。段温 度相对较低，因q x o 引起的取向作用才能被固定下来。 i i i 段：固态丝条运动区，从固化点至卷绕点，x = x 。一x = l ，q 。= 0 ， 冷却继续进行，不再产生取向作用。 综上所述，在熔体纺丝过程中，结构单元的取向是在轴向速度梯度的 作用下，大分子发生的流动取向。结构单元取向的总效果取决于两个过程 相互竞争的结果：一是由轴向速度梯度( q 。= d r ，d x ) 引起的取向作用，另 一个是由热运动引起的解取向作用。能被固定下来的有效取向作用主要发 生在x m x 。一x = x 。段。 3 3 4 纺丝条件对取向度的影响 纺丝取向的理论与实践表明，取向度是在纺丝行程中逐渐形成和扩大 的，并且取向单元同时受到两个相反的分子运动过程的控制，即取向与解 取向。 由喷丝头拉伸比s 与平均轴向速度梯度q ，的关系式： q ，= v 。( 卜1 s ) x l 式中，x 。为纺程，是一个固定值。因s 通常在1 0 0 以上，因此， s 的变化对q 。几乎没有影响，q 。可看作只与v 。相关。 1 9 水刺非织造布专用涤纶短纤维开发第三章生产工艺设计优化 随着纺丝速度v 。的增加，平均轴向速度梯度q 。增加，因此，双折射 的饱和值增加。试验表明，若保持卷绕丝直径一定，在纺丝速度较小，挤 出量也较小的情况下，丝条冷却较快，双折射也随之生成较早，双折射的 饱和值则较小。反之，在卷绕速度较大，挤出量也较大的情况下，丝条冷 却细化较慢，双折射的生成较晚，双折射的饱和值则较大。 当挤出量不变而纺丝速度增加，初生纤维直径变细时，q ，随着v 。的增 加而增加，双折射的饱和值增大。 在实际生产中，因双折射指标测试相对较繁琐，原丝的取向情况常常 用e y s l 5 即倍半伸长率表示，指当纤维所承受的应力为本身屈服应力的 1 5 倍时对应的应变。取向度越高e y s l 5 值越小。 本试验中，在水刺型试验1 条件下，与棉型工艺相比，熔体接受量保 持在6 4 t d ，挤出量不变，纺丝速度v 。提高，喷头拉伸比s 增大，e y s l 5 值降低，说明原丝预取向度增加。因原丝纤度变细，后牵伸倍率可以设定 较低，最终纤维产品的断裂伸长率也能做到比较棉型产品高。 本试验中，在水刺型试验2 条件下，与棉型工艺相比，降低了熔体接 受量( 从6 4 t d 降到6 2 t d ) ，纺丝速度v 。略有降低，从1 1 8 0 m m i n 降到 1 1 7 0 m m i n ，使喷头拉伸比s 略增，原丝纤度变细。从原丝测试结果来看， e y s l 5 值略增，预取向度略降低，同时，e y s l 5 变动率c v 值减小，说 明单纤维间取向度差异减小，均匀性增加，原丝后牵伸性能得到改善，这 对后加工的稳定性和最终产品的质量均匀性都有帮助。因原丝纤度较细， 预取向度又较低，设定较低的后牵伸倍率就能使产品线密度符合要求，因 此与棉型工艺及试验1 工艺条件下的的产品相比，相同倍率牵伸后试验2 条件下最终产品的断裂伸长率最高。 3 4 成品质量分析 统计水刺工艺试验前后各1 5 批产品的质量特性数据，见表3 3 。 ，n 水刺非织造布专用涤纶短纤维开发 表3 3 试验前后主要质量数据对比 统计 线密度断裂强度 断裂伸长1 0 定伸干热 项目 区间d t e xc n d t e x率 强c n d t e x 棉型最大值1 5 65 9 52 6 7 4 0 l7 1 工艺最小值1 5 55 8 02 5 03 7 56 2 标准偏差 00 0 30 6 90 0 80 2 7 平均值1 5 55 8 7 2 5 63 8 26 6 试验最大值1 5 65 8 1 2 8 13 8 57 o 工艺l最小值1 5 55 7 42 6 6 3 3 9 6 5 标准偏差00 0 40 7 10 0 80 2 5 平均值 1 5 55 7 72 7 63 6 06 7 最大值1 5 65 7 4 2 9 73 5 66 8 试验最小值1 5 55 6 5 2 7 13 3 16 3 工艺2标准偏差0 0 0 30 6 90 0 9o 1 9 平均值 1 5 55 6 82 8 2 93 4 56 4 数据分析： 对比各工艺条件下成品质量统计数据，可看出：在两次试验条件下， 成品断裂强度都有明显降低，分别从平均5 8 7 c n d t e x 降为5 7 7 c n d t e x 和 5 6 8 c n d t e x ；断裂伸长率相应增大，分别从2 5 6 增加为2 7 6 和2 8 3 ， 而且试验2 条件下1 5 批均大于2 7 5 ，完全达到水刺专用的伸长率指标； 1 0 定伸强度明显降低，分别从平均3 8 2 c n d t e x 降为3 6 0 c n d t e x 和 3 4 5 c n d t e x ，纤维抗弯刚度下降；干热收缩率较棉型工艺产品下降，且试 验2 条件下，标准偏差由0 2 7 减小到0 1 9 ，批与批之间均匀性增加。 3 5 后纺工艺条件对产品质量的影响 水刺非织造布专用涤纶短纤维开发第三章生产工艺设计优化 原丝微细结构取向度、结晶度都低，经过后加工的牵