1.67 dtex黑色扁平滌綸短纖維生產工藝探討

劉玉栓

(中國石油化工股份有限公司天津分公司，天津300270)

1 試驗

1.1 主要原料

有光聚酯切片:特性黏數(［η］)為0.642 dL/g，中國石化股份有限公司天津分公司產;黑色母粒TB9081A:蘇州寶力塑膠材料有限公司產。

1.2 設備及儀器

干燥設備:英國Rosin流化床式切片干燥機，干燥能力為500 kg/h;紡絲設備:日本ABC工程公司提供，螺桿擠壓機能力為500 kg/h;工藝空調:瑞士LUWA公司提供;后加工設備:最大加工速度300 m/min，德國Fleissner公司提供。

JTT型線密度測試儀:無錫第二光學儀器廠制;Vibrodyn 400型XQ-1纖維強伸度儀:Lenzing公司制;YG362A卷曲彈性儀:太倉紡織儀器廠制;YG365A型單纖維熱收縮儀:上海紡織科學研究院制。

1.3 生產工藝流程

1.67 dtex黑色扁平滌綸短纖維的生產工藝流程見圖1。

圖1 黑色扁平滌綸短纖維工藝流程Fig.1 Flow chart of black and flat PET staple fiber production

1.67 dtex黑色扁平滌綸短纖維的生產工藝參數見表1，表2。

表1 黑色扁平滌綸短纖維紡絲工藝Tab.1 Spinning process of black and flat PET staple fiber

表2 1.67 dtex黑色扁平滌綸短纖維后加工工藝Tab.2 After-processing process of 1.67dtex black and flat PET staple fiber

1.4 分析測試

纖維扁平度:將一小束伸直平行的纖維，穿入特制的試樣板孔中，切去兩端露出纖維，形成一薄片，運用纖維投影儀放大觀察纖維截面形狀，測量矩形孔長度、寬度，其長寬比即為纖維扁平度。

2 結果與討論

2.1 噴絲板的設計

紡制扁平纖維時，噴絲板設計的合理性直接影響到扁平纖維的異形度和可紡性。目前生產扁平纖維時，噴絲板的孔形以矩形為主。當矩形孔長寬比太小時，纖維扁平度低，尤其經過后拉伸后扁平度下降很快;而當矩形孔長寬比太大時，熔體離開噴絲孔后成形不好，甚至無法紡絲。矩形噴絲板加工難度大，噴絲孔內角呈圓弧角，孔內壁高度光滑，否則紡絲時出絲不順暢，且堵孔難度非常大，很容易產生疵點。另外，當熔體通過矩形孔擠出時，其均勻脹大性不好控制，不利于保證異形度、減少原絲疵點［1］。本設計矩形孔長寬比為10/1。

噴絲孔的排布方式也非常重要，主要考慮到環吹風能均勻穿透絲束，給予初生纖維完全的冷卻。在設計時，噴絲孔的一字型長度方向朝向噴絲板中心，以等距、每圈噴絲孔錯位排列為好。同時，噴絲孔數量要低于同線密度的圓形孔孔數，保證原絲的成形效果。

2.2 色母粒添加量

由于黑色母粒的加入，熔體的可紡性下降，成品絲的強度降低。這是由于熔體中的母粒顏料或多或少地存在凝聚現象或分散不勻，紡絲組件濾層上形成濾團，組件壓力上升，同時噴絲板表面升華物也相對增多，因而組件使用周期縮短，紡絲時斷頭增加;另一方面染料粒子能使聚酯分子間的距離增大，分子間的范德華力降低，成品纖維強度下降［2］。因此，在保證纖維顏色深度要求的情況下應盡量減少色母粒的加入量。經小批量試驗對比，控制色母粒質量分數7.0% ～8.0%，可以滿足生產和產品質量要求。

2.3 紡絲溫度

相對于滌綸常規紡絲而言，紡絲溫度對于異形纖維的紡絲狀況及產品性能的影響更大。若提高紡絲溫度，熔體在噴絲孔內松弛時間減少，熔體擠出后的膨化效應降低，擠出細流偏離噴絲孔形狀的阻力減小，這樣使初生纖維的扁平度下降。另一方面，溫度的升高導致黏度降增大，紡絲時容易產生飄絲、斷頭，影響初生纖維的質量。若紡絲溫度過低，則造成噴絲孔出絲不暢，熔體在紡絲速度的作用下易破裂，扁平度變差，同時隨著紡絲溫度的下降，熔體細流的凝固長度縮短，軸向速度梯度增大，初生纖維的預取向度增大，自然拉伸比減小，后拉伸性能惡化［2－3］?？紤]到紡絲溫度控制低一些時，有利于提高原絲的扁平度，同時由于色母粒的加入，聚酯熔體的降解加劇，也宜采用較低的紡絲溫度。

從表3可看出，隨著紡絲溫度提高，纖維的扁平度降低。當紡絲溫度為284～286℃時，紡絲順利，可以保證初生纖維的扁平度。

表3 紡絲溫度對扁平度的影響Tab.3 Effect of spinning temperature on flatness

2.4 冷卻條件

紡絲時風量大小影響纖維的成形及扁平度。風量過大有利于冷卻，但由于絲束中心發生湍流，絲束明顯抖動影響原絲均勻性，風量過小又不利于冷卻成形，造成絲束內外層冷卻凝固不均勻，往往使扁平截面偏向橢圓形［2］。

由表4可見，冷卻風量增加，纖維扁平度增加，但原絲的冷拉伸倍數減小。生產過程中，當風溫控制在25℃時，采用的風速為1.20 m/s。

表4 冷卻風速對纖維性能影響Tab.4 Effect of quench air speed on fiber properties

環形冷卻風裝置出風口與噴絲板的位置，將直接影響絲束成形和扁平度。當距離太短時，熔體細流的凝固速度就會加快，易產生毛絲和斷頭［3］。當出風口位置離噴絲板面遠時，纖維冷卻不充分，不僅扁平度低，而且纖維凝固成形快慢不勻，初生纖維并絲增加。因此冷卻位置的選擇至關重要。

2.5 紡絲速度

紡絲速度直接影響初生纖維的取向度，紡絲速度增加，則初生纖維的取向度增大，后拉伸時就越易繞輥;紡絲速度過低時，初生纖維的凝固區域明顯下降，紡絲張力降低，卷繞不穩定，內外層絲束冷卻效果差異大，在后拉伸時易產生未拉伸絲。而扁平絲的比表面積比常規絲的大，在紡絲過程中冷卻加快，具有更大的預取向度，因此，為有利于后拉伸性能，卷繞速度通常比紡制常規圓形截面纖維時要低。實際生產過程中，選擇紡絲速度為850～950 m/min。

2.6 后拉伸工藝條件

原絲在進入后加工拉伸工序前，在盛絲桶內均勻澆上一次上油油劑，加蓋密封靜置8 h，使油劑充分浸潤原絲，利于拉伸。

為保證纖維的扁平度，在實際生產過程中采取了一些特殊的措施:一是調整一次油劑的配方，增加油膜強度，提高一次油劑在不斷產生的拉伸纖維新表面上形成均勻的油膜;二是提高拉伸浴槽的油浴溫度和拉伸輥加熱溫度，提高二段拉伸的蒸汽溫度;三是提高一級拉伸倍數，相應減少二級拉伸倍數。通過這些調整，提高了纖維的可拉伸性，拉伸過程能比較平穩地進行。

2.7 卷曲工藝條件

扁平纖維由于其特殊的纖維截面結構，在卷曲加工時要得到理想的卷曲數和卷曲度，存在較大的加工難度。為了減少卷曲輥跳輥，適當調大了卷曲輥間歇，但為確保卷曲質量，緊張熱定型后的冷卻溫度不能太低，卷曲前預熱箱溫度要適當提高，確保進入卷曲機的絲束溫度不低于其玻璃化轉變溫度，即保證在85℃以上，同時卷曲輥溫度也適當提高，并調大刀輥間隙和增加卷曲箱背壓，可以得到理想的卷曲數和卷曲度指標。

2.8 產品質量指標

在適宜的紡絲工藝(見表1)和后加工條件(見表2)下，生產1.67 dtex黑色扁平滌綸短纖維斷裂強度為4.41 cN/dtex，斷裂伸長率為21.3%，扁平度為6.5，其產品質量指標如表5所示。

表5 1.67 dtex黑色扁平滌綸短纖維質量指標Tab.5 Quality index of 1.67dtex black and flat PET staple fiber

3 結論

a.采用長寬比為10/1的矩形噴絲孔，長度方向朝向噴絲板，等距錯位排列，可有效保證扁平滌綸短纖維的扁平度，減少原絲疵點。

b.生產1.67 dtex黑色滌綸短纖維的最佳工藝參數為:黑色母粒質量分數7.0% ～8.0%，紡絲溫度284～286℃，紡絲速度850 m/min，環吹風溫度25℃，風速1.20 m/s，卷曲溫度85℃以上，所紡滌綸短纖維扁平度為6.5，斷裂強度為4.41 cN/dtex，斷裂伸長率為 21.3%。

c.通過調整油劑配方，增加油膜強度，提高油浴溫度、拉伸輥溫度、二段拉伸蒸汽溫度，一級拉伸倍數，可提高纖維的可拉伸性。

［1］張尚垛，李萍，沈建倫.111 dtex/192 f大有光扁平FDY產品的開發［J］.聚酯工業，2010，23(6):29 －33.

［2］肖剛.正十字形滌綸短纖維工藝探討［J］.合成纖維工業，2005，28(5):51 －54.

［3］王建中，張勇，肖剛，周天.有光扁形滌綸短纖維紡絲技術探討［J］.聚酯工業，2004，17(3):23 －24.