中細旦尼龍66 FDY網絡度偏低的原因及改進措施

張 超

(神馬實業股份有限公司,河南 平頂山 467000)

尼龍66全拉伸絲(FDY)具有強度高、耐磨性好、耐疲勞性好等優點,在工業上被廣泛用來制造輪胎骨架材料、傳送帶等。另外,隨著尼龍66纖維行業的不斷發展,一些新的應用領域也不斷出現,特別是100～1 000 dtex的中細旦尼龍66 FDY在工業用水布帶、高速縫紉線、汽車用安全氣囊、尼龍脫模布等領域的應用發展迅速[1]。在這些新的應用領域,尼龍66 FDY除了需要具有高強度外,還需具有較高的網絡度,以保證下游織布加工的穩定性。但現有中細旦尼龍66 FDY產品網絡度偏低,易導致下游用戶使用中出現毛絲、斷絲、斷裂強度偏低、上油率不穩定、染色均勻度變差等問題[2-3]。因此,提高中細旦尼龍66 FDY的網絡度成為行業亟需解決的技術難點。

化學纖維經過網絡器氣流變形后,各根單絲間形成的交絡點就是網絡。衡量化學纖維的網絡質量一般用網絡度來表示,具體指的是在施加一定張力的情況下每米纖維上網絡結的個數[4]。纖維網絡度越高,越不易起毛刺,越有利于后加工;但網絡度過高,纖維及織物的強力降低,同時也會對織物的手感和外觀帶來影響。

466 dtex/70 f尼龍66 FDY是神馬實業股份有限公司簾子布公司生產的主要品種之一,可應用在工業、民用等領域。作者以該產品為例,分析了中細旦尼龍66 FDY生產過程中網絡度偏低的原因,并提出改進措施以提高產品網絡度,大大減少了下游加工過程中毛絲及斷絲的產生,且上油率穩定,滿足了下游用戶的需求。

1 試驗

1.1 原料

尼龍66鹽水溶液:尼龍66鹽質量分數為52.9%,紫外吸收(UV)值(20%水溶液)為0.049×10-3,pH值(10%水溶液)為7.75,色度(35%水溶液)為3.5,河南神馬尼龍化工公司產;尼龍66熔體:相對黏度(硫酸法測試)為2.5～2.8,神馬實業股份有限公司簾子布公司產;紡絲油劑:N-4AS油劑,日本松本油脂制藥株式會社產;紡絲油劑用滲透劑:烷基聚醚改性氟硅油,日本Permachem Asia株式會社產。

1.2 主要設備和儀器

連續縮聚設備:武昌船舶重工集團有限公司制;一步法紡絲拉伸設備:中國恒天集團邵陽紡織機械公司制;BABY ASW 602卷繞頭:德國歐瑞康巴馬格公司制;HJ200/220/230網絡器:瑞士赫伯利纖維技術公司制;SY280/SY420網絡器:蘇州上綸紡機公司制;PJ200預網絡器:瑞士赫伯利纖維技術公司制;S-100C纖維強伸度測試儀:日本島津公司制;R4折光率儀:瑞士梅特勒托利多公司制;R-2072網絡度測試儀:德國Textechno公司制;HC585圓試織襪機:無錫新宏紡織機械公司制;染色機:無錫宏佳針紡織機械廠制;SF600 電腦測色儀:美國Datacolor公司制。

1.3 熔體直紡尼龍66 FDY生產工藝流程

采用連續聚合熔體直紡一步法生產中細旦尼龍66纖維。首先,將尼66鹽液通過燭芯式過濾器進行過濾,然后在140 ℃下濃縮100 min,得到高濃度尼龍66鹽液;然后,將高濃度尼龍66鹽液在反應器中高溫高壓預聚120 min,完成預聚脫水,在聚合器和減壓器中依次進行高溫常壓聚合55 min、負壓聚合35 min,縮聚過程中形成的水分在真空條件下逐步脫除,得到尼龍66聚合物高黏度熔體;最后,高黏度熔體經過熔體增壓泵、輸送管道輸送至紡絲箱,經紡絲、冷卻、上油、拉伸、熱定型、卷繞[5],得到中細旦尼龍66 FDY。熔體直紡生產的尼龍66 FDY規格為466 dtex/70 f,生產工藝流程見圖1。

圖1 尼龍66 FDY生產工藝流程Fig.1 Production process of PA 66 FDY

1.4 分析與測試

網絡度:測試方法采用儀器移針法為主,水浴移針法為輔[6]。儀器移針法采用R-2072網絡度測試儀測試,使用直徑0.6 mm的不銹鋼針鉤,預加張力0.05 cN/dtex;水浴移針法取1 m纖維,預加0.05 cN/dtex張力后,置于1.5 m長的水浴槽中,目測計算網絡結個數。

斷裂強度:采用日本島津S-100C強力儀,參照GB/T 14344—2022《化學纖維 長絲拉伸性能試驗方法》測試。

上油率:先繪制折光率和油劑水溶液濃度的工作曲線,然后采用R4折光率儀進行測試,計算上油率。

染色均勻度:使用SF600 電腦測色儀判色為主,以人工目測判色為輔,產品判定符合灰卡等級4級為合格[7],計算纖維灰卡4級符合率,以此表征纖維的染色均勻度。

2 結果與討論

2.1 網絡度偏低的原因

網絡度是尼龍66 FDY的重要質量指標之一。網絡度偏低,如網絡結數量少、網絡結強度差,是毛絲產生的重要原因[8],也對纖維斷裂強度、染色均勻度有一定影響。網絡度偏低的原因可分為內部原因和外部原因。內部原因指的是生產過程中可以調整的因素,包括設備的選型和規格、紡絲工藝參數等;外部原因指的是原輔材料中進行調整的因素,主要是油劑的黏度及添加劑等。

2.1.1 內部原因

(1)設備因素

網絡器型號眾多,不同型號的網絡器的結構存在差異,包括內部瓷芯、絲道橫截面、上下導絲器形狀等[9-10],網絡器的結構對網絡度有明顯影響。另外,預網絡器的安裝也會影響上油的均勻程度,從而影響網絡度[11]。

(2)紡絲工藝

紡絲工藝是影響網絡度的重要因素之一,主要包括紡絲速度、網絡器接入壓縮空氣壓力等。在實際生產中,為了提高生產效率,一般會盡可能提高紡絲速度。當其他條件一定時,紡絲速度越快,網絡度越低;當紡絲速度一定時,網絡器接入壓縮空氣壓力越大,網絡度越高。

2.1.2 外部原因

(1)油劑黏度

生產尼龍66 FDY時,不同廠家、不同牌號紡絲油劑的黏度相差較大。油劑黏度過高,會使得纖維表面富集油劑、油膜變厚,絲束之間抱合力過強,不容易產生網絡度;油劑黏度過低,會使得油劑在纖維表面的吸附力不足,絲束之間比較松散,也會使得網絡度較低。

(2)油劑添加劑

生產尼龍66 FDY時,在紡絲油劑體系中加入一定量的滲透添加劑[12],可以有效降低油劑的表面張力,增加紡絲油劑在纖維表面的滲透性,使油劑快速滲透進入纖維內部,保證上油量的同時使纖維表面的油膜厚度均勻合理,纖維的抱合力處于合適區間,有利于網絡結的形成和穩定。

2.2 網絡度偏低的改進措施

2.2.1 網絡器選型

(1)不同型號網絡器的結構

試驗選擇了5種不同型號網絡器,分別為蘇州上綸紡機公司制造的SY280、SY420網絡器,以及瑞士赫伯利纖維技術公司制造的HJ200、HJ220、HJ230網絡器,網絡器的實物如圖2所示。

圖2 5種不同型號網絡器實物示意Fig.2 Schematic diagrams of five different types of interlacers

上述5種不同型號網絡器在絲道橫截面及上下導絲器截面形狀上存在差異,絲道橫截面形狀如圖3所示A型、B型,導絲器截面形狀如圖4所示C型、D型,不同型號網絡器的結構組成見表1。

表1 不同型號網絡器的結構組成Tab.1 Structure composition of different types of interlacers

圖3 絲道橫截面形狀Fig.3 Cross-section shapes of yarn path

圖4 導絲器截面形狀Fig.4 Cross-section shapes of yarn guides

(2)不同型號網絡器的網絡效果

在466 dtex/70 f尼龍66 FDY生產中,使用上述5種不同型號網絡器進行對比試驗。從表2可知:生產尼龍66 FDY時,相比使用SY280、SY420、HJ200網絡器,使用HJ220、HJ230網絡器的網絡效果較好,生產的纖維斷裂強度較高,網絡度較高,沒有發生絲束從網絡器中脫出現象;使用HJ220網絡器時,生產的纖維斷裂強度為8.21 cN/dtex,網絡度為27.1個/m,而使用HJ230網絡器時,生產的纖維斷裂強度為8.22 cN/dtex,網絡度為27.8個/m。綜合來看,瑞士赫伯利纖維技術公司制造的HJ230網絡器的網絡效果更好。

表2 使用不同型號網絡器生產的466 dtex/70 f尼龍66 FDY的性能Tab.2 Properties of 466 dtex/70 f nylon 66 FDY prepared using different types of interlacers

2.2.2 安裝預網絡器

在466 dtex/70 f尼龍66 FDY生產中,使用瑞士赫伯利纖維技術公司制造的PJ200預網絡器與未安裝預網絡器對產品質量的影響進行對比試驗。從表3可知:未安裝預網絡器時,尼龍66 FDY斷裂強度為8.10 cN/dtex,網絡度為26.5個/m,平均毛絲根數為2.1根/筒;安裝PJ200預網絡器后,尼龍66 FDY斷裂強度為8.19 cN/dtex,網絡度為27.4個/m,平均毛絲根數為1.6根/筒,纖維斷裂強度及網絡度明顯提高,毛絲根數減少。因此,在尼龍66 FDY生產中,安裝預網絡器可提高纖維的網絡度。

表3 安裝預網絡器對尼龍66 FDY性能的影響Tab.3 Effect of pre-interlacer on Properties of nylon 66 FDY

2.2.3 紡絲工藝優化

466 dtex/70 f尼龍66 FDY的紡絲工藝流程包括熔體擠出、冷卻、拉伸和卷繞工序。為了提高纖維的網絡度,對紡絲工藝進行優化,主要調整紡絲速度及網絡壓力。

(1)紡絲速度

一般來說,尼龍66纖維實際生產中,纖維線密度越大,紡絲速度越快,越難形成網絡結。從圖5可以看出:紡絲速度在2 400 m/min以下時,尼龍66 FDY網絡度最高;紡絲速度在2 400～2 800 m/min時,尼龍66 FDY網絡度維持在27～28 個/m,網絡度較為穩定;紡絲速度高于2 800 m/min時,尼龍66 FDY網絡度明顯下降。實際生產中需要考慮生產效率,紡絲速度越高越好,因此選擇紡絲速度2 800 m/min較為合適。

圖5 紡絲速度對尼龍66 FDY網絡度的影響Fig.5 Effect of spinning speed on interlacing degree of nylon 66 FDY

(2)網絡壓力

一般來說,網絡器的網絡壓力越大,纖維網絡度越高,但網絡壓力過高時生產中會產生毛絲等現象。從圖6可看出:網絡壓力從0.20 MPa增加到0.40 MPa,尼龍66 FDY的網絡度呈明顯上升趨勢;當網絡壓力超過0.40 MPa后,尼龍66 FDY的網絡度趨于穩定。網絡壓力提高,能耗也相應增大,生產成本增加,因此,在466 dtex/70 f尼龍66 FDY生產中設置網絡壓力0.40 MPa較為合適。

圖6 網絡壓力對尼龍66 FDY網絡度的影響Fig.6 Effect of interlacing pressure on interlacing degree of nylon 66 FDY

2.2.4 紡絲油劑選型

不同廠家不同牌號的紡絲油劑黏度差異很大,油劑黏度會影響纖維的抱合度,從而影響纖維的網絡度,同時影響纖維的染色均勻度[13]。選用3種紡絲油劑即德國司馬化學有限公司的TC-15、日本竹本油脂株式會社的F-6056、日本松本油脂制藥株式會社的N-4在生產線上進行在線試驗。從表4可以看出:使用TC-15紡絲油劑,尼龍66 FDY網絡度為26.9 個/m,染色均勻度為82%,網絡度和染色均勻度均相對較低;使用F-6056紡絲油劑,尼龍66 FDY網絡度為27.4 個/m,染色均勻度為93%;使用N-4紡絲油劑,尼龍66 FDY網絡度為27.6 個/m,染色均勻度為95%,網絡度和染色均勻度均較高,但纖維的上油率相對較低,有待改善。綜合考慮,使用日本松本油脂制藥株式會社生產的N-4紡絲油劑有利于提高尼龍66 FDY的網絡度和染色均勻度。

2.2.5 添加油劑滲透劑

一般來說,提高纖維的上油率可以增加纖維的抱合度,從而提高纖維的網絡度。在使用N-4紡絲油劑生產466 dtex/70 f尼龍66 FDY時,為了提高纖維的上油率,選用N-4油劑中添加滲透劑烷基聚醚改性氟硅油的N-4AS油劑牌號進行試驗。從表5可以看出:N-4AS油劑的黏度比N-4油劑明顯提高,達13.6 mPa·s;相比使用N-4紡絲油劑,使用添加滲透劑的N-4AS油劑生產的尼龍66 FDY上油率提高至0.79%,網絡度也略有提高,達27.8個/m。顯然,在N-4油劑中添加滲透劑,在提高尼龍66 FDY上油率的同時也有利于提高纖維的網絡度。

表5 添加油劑滲透劑對尼龍66 FDY網絡度的影響Tab.5 Effect of oil penetrant addition on interlacing degree of nylon 66 FDY

3 結論

a.中細旦尼龍66 FDY網絡度偏低的原因主要是網絡器選型、紡絲工藝參數等內部原因,以及使用的紡絲油劑黏度、油劑添加劑等外部原因。

b.生產466 dtex/70 f尼龍66 FDY時,選擇瑞士赫伯利纖維技術公司制造的HJ230網絡器,安裝預網絡器,控制紡絲速度2 800 m/min、網絡壓力0.40 MPa,使用添加滲透劑的N-4AS紡絲油劑,可以有效提高纖維的網絡度,纖維的網絡度達27.8個/m,上油率達0.79%。