涤纶FDY分纤母丝纺丝生产工艺研究

涤纶FD饰纤母丝纺丝生产工艺研究涤纶FDY分纤母丝纺丝生产工艺研究南亚芹（中国纺织科学研究院北京中丽制机工程技术有限公司，北京100025）摘要：以圆形截面222dte/10f和三角形截面264dtex/8f为例，通过对涤纶一步法分纤母丝生产中切片干燥、高速纺丝、拉伸一卷绕一热定形工艺条件的探讨，研究出纺丝、拉伸、卷绕各点适宜的关键工艺参数，为指导实际生产提供理论依据。关键词：一步法；分纤母丝；单丝；PET;FD丫纺织材料新品种一涤纶单丝（单丝纤度为20-30dtex）,主要用于渔网线、绳索、高密度滤网、印刷筛网、蝉翼布面料、间隙布、窗帘布、遮阳布、头巾、婚纱、面罩、鞋材、床垫、垫肩、杯罩、集成电路印刷板等，用其制成的纺织品质薄、透明和手感好。单丝生产可以采用多孔喷丝头先生产母丝，再经分纤得到单丝。世界单丝生产只有美、日、韩等国家掌握关键技术。单丝生产具有高技术、高效益、高附加值等特点。目前采用全拉伸丝（FDY）工艺生产的涤纶分纤母丝，最高纺速为4300m/min。1分纤母丝的高速纺丝设备及工艺传统的单丝生产，是通过UDY-DY（未拉伸丝拉伸变形）工艺完成，纺丝速度为700—900m/min,单丝染色性能不均匀，无法满足市场需要，导致国内涤纶单丝市场供不应求，形成主要依靠进口的紧张局面。北京中丽制机公司、北京中纺精业公司和吴江精美化纤公司等单位共同研制，开发了生产分纤母丝的纺丝一拉伸一步法联合机，采用FDY工艺路线，在一台机器上先后完成纺丝成形、初生纤维的拉伸取向、纤维的热定形和卷绕，得到分纤母丝，再经分纤后得到单丝。分纤后的涤纶单丝已在市场上得到广泛应用，完全可以满足国内市场需求。一步法FDY生产工艺路线不仅流程短、生产效率高、能耗低、设备占地面积小，而且生产工艺过程的稳定性和产品质量稳定性较uDY—DT二步法工艺得到较大提高。下面以已开发出的典型广品圆形截面222dtex/1of和三角形截面264dte/8f丝为例，对涤纶一步法分纤母丝纺丝工艺条件及关键参数进行分析研究，为实际生产提供理论依据。1.1产品方案生产涤纶分纤母丝：102—333dtex/6—10f;纺丝头数：24头（3位，8头/位）；纺丝速度：3500—4000m/min1.2生产能力计算以成品母丝222dtex,纺丝速度3900m/min计算：Q=号裟黑精=2.84^）oIOOOOx1000X1000"。〜Q年=2.84删X330d=938妇式中：Q为每天的生产能力；Q年为1年的生产能力。以成品母丝264dtex,纺丝速度3700m/min计算：Q:等勰黑泼铲=3m（九）’10000X1000X1（）00.・・+・・.”、年=3.21t/dX330d=1058t/a3工艺流程干切片一纺丝料仓（氮气保护装置）一+熔融挤压一熔体输送一计量纺丝+缓冷器（过热蒸汽保护装置）一单体抽吸—吹风冷却—上油一喂入辐_+4辐拉伸及定形2分纤母丝高速纺丝工艺.1切片干燥主要工艺参数控制采用切片法生产涤纶时，纺前必须对切片进行干燥。其主要目的为：①去除切片中的水分，避免切片在螺杆挤压机中熔融时发生水解，使聚合物相对分子质量下降，而导致纤维力学性能指标下降；②提高切片的软化点和结晶度。聚酯切片干燥过程中切片的软化点和结晶度都得到很大提高，以保证切片在螺杆挤压机中按正常熔融程序进行熔融。表1为涤纶分纤母丝的聚酯切片干燥工段的主要工艺参数切片含水，%<O.1灰分/%00.01迸风空气除湿系统出风露点，CW—70设定温度，c170-174预结晶器切片停留时间，min>15没定温度代170〜17—5充填干燥器出料温度代165—170干燥切片含水W2.5X.2分纤母丝高速纺丝工艺条件为了提高劳动生产率，降低能耗，保证产品丝的质量，分纤母丝纺丝设备为多头、高产机型。6个纺丝箱/生产线、3纺丝恸纺丝箱、4头助丝位、6头/纺丝位或8头助丝位；纺丝位距1400mm。主要纺丝工艺条件见表2。2.2.1熔融温度及纺丝温度干燥后的聚酯切片，从充填干燥器出口，依靠重力进入螺杆挤压机，为了避免切片过早熔融发黏，冷却区温度控制在60C以下。表2对比裹2典型产品纤维的纺丝工项目形截面截面冷却区温度代060<60一区温度Jt270275二区温度，C275”6各加热区三区温度，C276277温度四区温嚏，C277278五区温度代278279六区温晓代276280纺丝箱温度，C265270高速纺计计量泵规格，（m【朋4X5.54X5.5量泵螺杆挤出机压力12.512.5熔体压力（滤后），MP8组件起始压力〜Pa1614组件更换压力，MPa2020风压，Ik500500侧吹风系风速，(IT1,s)O.40.4统风温代2323风激，%8080喷丝板规格00.44mmX10孔边长0.75mmX8孔过滤金属砂规格，目30—4030—40组件过滤砂数量饭250220组件更换刷期，d20—3020—3222dtex/10f(200D/1Of)圆形截面分纤母丝和264dtex,8f(240D/8f)三角形截面分纤母丝生产中螺杆各区及纺丝箱的温度控制情况。由于聚酯熔体在三角形截面喷丝孔中流动时，其流动阻力远大于圆形喷丝孔，因此提高了螺杆各区的温度及纺丝温度，以降低熔体黏度，提高熔体在三角形截面喷丝孔中的流动性2喷丝头拉伸比分纤母丝的喷丝头拉伸比与一般复丝差别较大，为此我们做了比较详细的工艺计算，见表3/(g,TIIin)200X39cn/9000=86.67240x370^000=98.67喷丝孔面积，1111112霉0.44klO;1.51976（o.752一O・3752）屿’40.375X8=1.94856熔体挤出速度，1.2X1.52'…1.2XI.95…'（mAnin）喷丝头拉伸比961,47・5=20.2898,32・7=27.5注：泵供量=卷绕丝纤度（D）义卷绕速度（rn/min）/9000;熔体挤出速度=熔体密度。喷土i；｝蠡。喷丝板孔数；喷丝她僦=篱脑从表3可见，生产222dte/IOf圆形截面纤维时，聚酯熔体从喷丝孔喷出速度为47.5m/min;生产264dte/8f三角形截面纤维时，聚酯熔体从喷丝孔喷出速度为32.7m/min;前者的喷丝头拉伸比为20.2,后者的喷丝头拉伸比为27.5。由于喷丝头拉伸比比一般涤纶复丝低得多，而且纺丝过程又采取了缓冷措施，这些都确保了到达第一热辐的初生纤维为低取向、无结晶结构，其可拉伸性得到很大提高，为制取高强度纤维奠定了基础.2.2.3冷却条件在风速、风温、风压、风湿的诸冷却条件中，风速对纺丝过程的影响最大，因为纺制分纤母丝的单丝纤度较大，所以风速高于普通涤纶复丝。当然风速也不能过高，过高的风速会使纺程丝束扰动加剧，不利于实现稳态纺丝，因此还要适当降低风温和提高冷却风的湿度，侧吹风湿度控制在80%.3拉伸一热定形一卷绕工3.1拉伸一热定形一卷绕设备采用的新技（1）上油选用宽体油轮，减小丝束的集柬角，确保单丝在冷却时不黏连。上油量可以通过调节油轮转速来控制。（2）拉伸定形辐表面处理：根据纺丝特点，第一对喂入辐表面采用镀铭镜面并有预张紧作用，以增加丝柬与拉伸辐摩擦力，起到稳定拉伸点的作用；第二对辑表面采用镀陶瓷处理，增加辐的耐磨性；第三对辐表面采用镀铭掣地处理，既减小了丝柬与辐的摩擦，又避免了“镜面吸附”现象，降低卷取张力。纺制特殊产品时，可采用具有双段、不同表面粗糙度的热拉伸辐和喂入辐。(3)热拉伸辐采用电感应汽相加热热辐。辐体为圆周钻孔管列式，热辐表面温度分布均匀，在45—250C范围内控制温度精度土1.5c.3.2拉伸一热定形一卷绕工艺条工艺上，通过调整不同热辐速度、拉伸比及热辐温度，能够得到不同强伸度和沸水收缩率的丝束。本工艺生产的分纤母丝的纤度范围为102—333dtex,单丝纤度为17--33dtex(15-30D),纤度偏差W2%。根据产品性能要求和用途，研究出拉伸、热定形、卷绕各点适宜的工艺参数。例如，拉伸辑温度的选择、拉伸比的大小和分布、丝在拉伸辑上的滞留时间等。图1是拉伸一热定形一卷绕部分丝路示意图。表4是不同规格成品纤维的拉伸一热定形一卷绕工艺情况。甬道油轮第一一热辐生产技术第三热辐第二热辐图1拉伸一热定形一卷绕部分丝路示意圈裹4典型产品的拉伸一热定形一卷绕工项目形截面形截面油剂浓度，%12.512.5上油油轮转速/fr,min)12—1412-14第碘辐温度/C122125第一热辐速度/(T11/min)96I898第一热根缠绕圈数，豳7.57.5笔一执籀温彦，C132130拉伸一第二热辐速嘲(“mjn)38003620第二热辑缠绕圈数，圈5.55.5热定形第=执掰湍彦戌145136笔=执辫壤摩，(m,min140903850第三熟辐缠绕幽数，圈5.55.5总拉伸倍数/倍4供10V961=4.2563850,898=4.287第级拉仲倍数，倍3800,961=3・9543620/898=4.031第二级拉伸倍数/倍4090,3800=1.076385叫3620=1.O“卷绕M温度，C2929卷绕问湿度/%62-7062—70卷绕速度/("min)39003700卷绕(4090—3900),(3850^3700),超喂率肠4090{.63850=3.9卷装嘎最，Icg15.515.5满简率/%A93493.2.1第一喂入辐速度及温度第一喂入辐速度就是纺丝速度，在卷绕速度不变的条件下，随着纺丝速度的提高，纤维的强力降低，伸度增加，沸水收缩率降低。第一喂入辐温度对纤维微观结构有很大影响，其宏观现象体现在纤维染色性能的均匀性和丝束的条干不匀率上。2拉伸比名义拉伸比由第一、二、三热辐的速度控制。拉伸比分配及大小将决定拉伸过程的稳定性、纤维强度和均匀性。由涤纶初生纤维的应力一应变曲线得知，涤纶初生纤维的拉伸由预张力过程一细颈拉伸过程一均匀变细过程三部分组成。本工艺的第一级拉伸（在第一、二热辐之间进行）不仅完成了细颈过程，且使细颈部分进一步变细，即实际拉伸比要大于初生纤维固有的自然拉伸比。第二级拉伸（在第二、三热辐之间进行）应使纤维再进一步发生均匀变细C见表4）拉伸温度拉伸温度由第一、二热辐的温度控制。拉伸温度的基本要求是要在纤维大分子能够进行分子链段运动的温度以上，即玻璃化温度以上。第一级拉伸后纤维大分子发生了沿纤维轴向的取向，第二级的拉伸温度要高于第一级拉伸。拉伸温度过高将会减小纤维大分子间在拉伸过程中的内摩擦，影响纤维大分子的取向；拉伸温度过低，纤维形变困难，容易出现毛丝，从而影响纤维的力学指标。实际生产中第二对热辐的温度控制在125〜135c热定形温度热定形温度由第三对热辐的温度控制。第三对热辐的温度越高成品纤维的沸水收缩率越低。第三对热辐温度偏低，会出现染色不匀；温度偏高会出现丝条抖动，断头率增加。实际生产中第三对热辐的温度控制在135—160c超喂卷绕本工艺为了提高热定形效果，在第兰对热辑和卷绕辑之间给予了一定的超喂。如222dtex/10f圆形截面分纤母丝的超喂率为4.6%;264dtex/8f三角形截面分纤母丝的超喂率为3.9%。即在第三对热辐上的定长热定形与离开第三对热辐瞬|'日J的控制收缩热定形相结合，更有利于提高热定形效果，使产品纤维的结构及尺寸更加稳定。另外适当的超喂也有利于纤维的卷绕成形。4母丝的分纤工艺纺丝一拉伸一热定形一卷绕后的母丝可以直接在分丝机上分丝，得到相应根数的单丝，分丝速度为800。1000n1/min,检验合格后，包装装箱。也可以通过分丝整经机直接加工织造所需的盘头，整经速度为400。600m/min。母丝经母丝加弹机加弹后，还可制得相应的加弹单丝。母丝分纤过程主要控制的工艺参数和纤维质量指标见表5。裹5分纤工艺要求及纤维主要质量指标项目主要参数分丝车阳温变，C28—32湿度，％70分丝加工速度，(III,而n)800满简率，％》98断裂强度/(PN,dtex)>4.O母丝主要｛旨标断裂伸长/%28-32断裂强度，%3.8—4.O单丝主要指标断裂伸长，％20卷重Ag25结语采