熔体直纺低收缩率涤纶FDY生产工艺

吴金亮， 张逢书， 卢庆丰， 杨美娟， 周先何， 吴维光

(1. 荣盛石化股份有限公司，杭州 311247；2. 浙江盛元化纤有限公司，杭州 311247)



研究与技术

熔体直纺低收缩率涤纶FDY生产工艺

吴金亮1， 张逢书1， 卢庆丰1， 杨美娟1， 周先何2， 吴维光2

(1. 荣盛石化股份有限公司，杭州 311247；2. 浙江盛元化纤有限公司，杭州 311247)

对开发的278 dtex/48f低收缩率涤纶FDY生产工艺进行试验，探讨拉伸温度、定型温度、拉伸倍数等工艺对涤纶FDY沸水收缩率的影响。结果表明：熔体温度控制在286 ℃，纺丝温度控制在285 ℃，拉伸速度为1 330 m/min、拉伸温度96 ℃、定型温度178 ℃、拉伸倍数在3.2～3.3时，纺丝状况稳定、FDY的沸水收缩率符合要求。

聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维；FDY；拉伸倍数；定型温度；沸水收缩率

随着人们对面料日新月异的追求，各类仿毛、仿真产品的不断推陈出新，在各类市场中的普及应用越来越广，常规纤维的制备已无法满足要求。其中异形丝、高、低、异沸水收缩率丝是各类差别化纤维中应用的主要产品。如何选择适合的生产工艺条件以达到预期稳定的生产仍需要不断研究和探索。涤纶低收缩纤维因其具有相对较低的沸水收缩率，使用低收缩率的涤纶纤维所织造出织物的尺寸稳定性相对较好，而手感蓬松丰满程度及织物风格等均取决于经纱原料的缩率差异，因此FDY的沸水收缩率已成为制约和影响的关键指标。FDY低沸水收缩率丝在服用面料、织带和毛毯等相关领域被广泛应用[1]，目前国内外厂家开发低收缩纤维的生产工艺主要有高速纺丝牵伸一步法(FDY)或两步法(UDY-DTY)。虽然两步法能得到更低的沸水收缩率指标，但因生产成本明显偏高而无法得到市场推广。用常规生产工艺的高速纺丝牵伸一步法(FDY)生产的聚酯纤维，其本身热收缩性能也不够理想，同时使用常规生产工艺所得的涤纶FDY沸水收缩率一般都在6%～8%，无法满足部分织物对相对较高的尺寸稳定性的需求，因此，进一步完善工艺条件以获得较低的热收缩性能的聚酯纤维是本文的主要研究方向。本文利用荣盛石化股份有限公司现有的聚酯及纺丝装置，通过研究影响纤维沸水收缩率的主要因素及关键技术参数，经过不断的现场生产试验，熔体直纺生产出了278 dtex/48f低收缩率涤纶FDY产品，该纤维产品沸水收缩率下降到了3.5%～4.0%，扩大了设备原有设计品种范围，取得了较好的市场效益及客户评价。

1　试　验

1.1生产主设备

杜邦康泰斯三釜聚酯装置(美国杜邦公司)，POY高速纺丝机(北京中丽机械有限公司)，615IR-10型卷绕机(日本TMT公司)，KHF-1400型空调机(杭州中孚公司)。

1.2主要原料

聚酯CP3线(荣盛石化股份有限公司)，FDY油剂、E-2187耐高温油剂(日本松本公司)。

1.3测试仪器

瑞士进口Uster-4条干仪(瑞士)，Statimat. Me型全自动强伸度测试仪(德国Textechno公司)，MP20 NMR Analyzer核磁共振分析仪(德国布鲁克光谱仪器有限公司)。

1.4沸水收缩率测试方法

采用恒温水浴槽沸煮，参照GB/T 6505—2008《化学纤维 长丝热收缩率试验方法》测试。

1.5工艺流程

聚酯装置生产的熔体通过管道及相关设备后直接纺丝，其中熔体管道部分采用液相热媒保温，纺丝箱体部分采用锅炉的汽相热媒保温，具体流程如下：

聚合熔体出料泵→熔体过滤器→熔体冷却器→纺丝增压泵→静态混器→纺丝二次增压泵→熔体换热器→静态混器→纺丝箱体→纺丝组件定量挤出→侧吹风冷却→上油→预网络→第一牵伸热辊→第二热辊定型→主网络→卷绕成型。

1.6主要工艺参数

生产278 dtex/48f低收缩率FDY涤纶纤维的主要工艺参数见表1。

表1　278 dtex/48 f主要生产工艺参数Tab.1　Main production process parameters of 278 dtex/48 f

2　结果与分析

2.1熔体温度和纺丝温度

在确保聚酯熔体良好流动性的前提下，尽可能降低熔体输送的温度，根据试验输送温度控制在284～287 ℃相对较好[2-4](因生产线熔体输送管道相对较长，为减少熔体降解，适当下调输送温度)。熔体输送系统使用可调节温度的液相导生热煤对熔体管线进行伴热，保证熔体输送顺畅，同时使用可调节温度的液相导生熔体冷却器来对纺丝熔体进行工艺温度的调节，以保证熔体温度符合纺丝工艺的要求。经过多次试验确定在生产278 dtex/48f低收缩率FDY涤纶纤维时，冷却器后熔体温度控制在286 ℃时生产状况最稳定，现场断丝较少，满卷率较高。

纺丝温度的选择要有利于纺丝正常出丝。随着温度的升高，涤纶大分子链间应力下降，所得纤维伸长率增加，强度下降，可纺性变好有利于牵伸。较高的纺丝温度可以降低熔体的表观黏度，改善熔体通过喷丝孔的流变性能，同时可以延缓熔体细流的冷却时间，使板面保持较高的温度。但过高温度也会使熔体降解，产生毛丝甚至断裂，断头率增加；若温度过低，熔体流变性和均匀性变差，造成毛丝和断头，影响满卷率[5]。经过试验在生产278 dtex/48f低收缩率FDY涤纶纤维时，纺丝箱体温度选择285 ℃最适宜。此时纺丝无油丝在熔体输送过程中，因高温导致的熔体黏度降低值小于0.020 dl/g，故能较好保证生产稳定的要求。

2.2拉伸温度

第一热辊(GR1)温度即拉伸温度(T1)，主要提供丝束牵伸时所需要的能量，纤维在进入GR1之前温度已降低至玻璃化转变温度以下，纤维的大分子链段活动能力较弱。在牵伸过程中，GR1温度使纤维受热到高于纤维玻璃化转变温度，大分子链活动能力增强，应力下降。在拉伸诱导结晶和热结晶的共同作用下，纤维中形成结晶，GR1的温度一般需控制在85～98 ℃左右，目的是保证聚酯纤维受热至聚酯玻璃化温度之上。图1是试验生产278 dtex/48f规格FDY纤维时，在保持GR1速度(V1)、GR2速度(V2)、GR2温度(T2)不变的条件下，沸水收缩率与拉伸温度的关系。由图1可知，在其他工艺条件不变的前提下，拉伸温度在85～105 ℃内，随着拉伸温度的增加，纤维结晶速度和结晶度增加，宏观上表现为沸水收缩率逐步减小。这是因为聚酯纤维收缩率的大小主要取决于非晶区的取向度大小和纤维的结晶度。纤维的结晶度越高，其大分子链取向度越高，束缚大分子链运动的阻力就越大，从而使纤维的收缩率变小。从试验结果来看拉伸温度为96 ℃时，生产相对稳定。

V1=1 330 m/min，V2=4 350 m/min，T2=178℃图1　沸水收缩率与拉伸温度的关系Fig.1　Relation between boiling water shrinkage and stretching temperature

2.3拉伸速度

拉伸速度(V1)一般指的是GR1速度。GR1速度增加，初生丝喷头拉伸比增大，纤维在纺丝成型区的停留时间就会缩短，从而使纤维大分子在纺丝阶段所取得的分子取向度变大，所得纤维的结格稳定性相比较高。图2是在保持T1、T2、V2不变的条件下，沸水收缩率与拉伸速度的关系。从图2可以看出，随着拉伸速度增加，沸水收缩率相应有所下降。原因是纤维内应力的主要宏观表现就是在纤维沸水收缩率的指标上，在其他条件不变的前提下，随着GR1速度提高，纤维的预取向度、结晶度随之提高，纤维在后续牵伸时所带来的应力就相应增大，而较高的拉伸应力有利于发生纤维的塑性形变，所以沸水收缩率会有所降低[6]。从试验结果得出目前该品种采用拉伸速度为1 330 m/min时相对合理，满足客户沸水收缩率需控制在3.5%～4.0%的需求。

V2=4 350 m/min，T1=96 ℃，T2=178 ℃图2　沸水收缩率与拉伸速度的关系Fig.2　Relation between boiling water shrinkage and stretching speed

2.4定型温度、时间

第二热辊(GR2)温度即定型温度(T2)。热定型过程中，一方面具有一定排列规整度的取向态结构由于热的作用产生结晶，并通过结晶将纤维的取向有效地固定下来；另一方面，热的作用使无定形区的部分取向结构解取向，消除纤维内部的内应力，提高纤维的分子的稳定性。图3是沸水收缩率与定型温度的关系。由图3可知，GR2温度越高，纤维沸水收缩率越低。将GR2温度提高至187℃时，纤维沸水收缩率可达到3.64%。这是因为定型温度的增大，纤维结构中的大分子链活动能力增强，结晶度增加，非晶区含量减少，沸水收缩率降低，但此时丝条在GR2热辊上剧烈抖动，严重影响生产稳定性从而导致断头增加，满卷率下降。经过多次试验论证确定生产该品种时GR2温度为178 ℃时生产状况最好，品质较优，同时也能满足客户的收缩率需控制在3.5%～4.0%的需求。

在高分子定型过程中，提高定型温度与提高定型时间是等效的[7-8]，纤维的热定型时间主要由GR2的速度和丝条在GR2上绕丝的圈数而决定。GR2速度确定以后，随着丝条在热辊上的绕丝圈数的增多，纤维热定型时间就同比延长，而在固有的设备条件下，定型时间不可能无限延长。经过对分丝导丝器、热辊交叉角度的调整，将原有常规在GR2上只能绕7圈挤压调整为丝条绕8圈来生产，达到增加定型时间的效果。

V1=1 330 m/min，V2=4 350 m/min，T1=96 ℃图3　沸水收缩率与定型温度的关系Fig.3　Relation between boiling water shrinkage and setting temperature

2.5牵伸倍数

牵伸倍数(DR)就是GR2与GR1表面的线速度比，即DR=V2/V1。牵伸作用使纤维在作用力的方向上获得一定的取向，纤维中的高分子再次重新排列，发生弹性形变和塑性形变。控制拉伸倍数可以分别通过调整GR1或GR2来实现，但这两种方式对纤维沸水收缩率的影响不同。GR2速度确定以后，增大牵伸比，沸水收缩率也增大；但GR1速度确定以后，增大牵伸比，沸水收缩率却降低。

图4为在GR1速度不变的条件下，沸水收缩率与拉伸倍数的关系。由图4可以看出，当GR1速度不变时，逐步提高DR，沸水收缩率也相应下降。这是因为GR1速度固定之后，纺丝时纤维挤出喷丝孔毛细管时的喷头拉伸比已经固定，初生纤维的结构也基本已经定型。随着DR的提高，也就是提高纤维的后牵伸倍数，其牵伸变型的应力随之增大，牵伸张力产生的纤维结晶度也提高，生产的纤维表现出沸水收缩率的下降。因此经过多次试验，确定在生产278 dtex/48f低收缩率FDY涤纶纤维时，DR选择在3.2～3.3时，生产相对稳定，同时也能满足客户沸水收缩率需控制在3.5%～4.0%的需求。

T1=96 ℃，T2=178 ℃，V1=1 330 m/min图4　沸水收缩率与牵伸倍数的关系Fig.4　Relation between boiling water shrinkage and the draft ratio

3　结　论

1)生产278 dtex/48f低收缩率FDY涤纶纤维时，熔体温度控制在286 ℃，纺丝箱体温度控制在285 ℃时，生产状况稳定，断头及毛丝极少。

2)在其他工艺不变的条件下，随着牵伸温度的升高、牵伸倍数的提高、热定型温度的提高，定型时间的延长，产生的FDY沸水收缩率下降。

3)生产278 dtex/48f低收缩率FDY涤纶纤维时，选择拉伸速度为1 330 m/min、拉伸温度96 ℃、定

型温度178 ℃、拉伸倍数在3.2～3.3时，能够稳定、大批量生产出满足客户低收缩率需求的FDY涤纶低收缩纤维。

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Polyester FDY production process with low shrinkage by melt direct spinning

WU Jinliang1, ZHANG Fengshu1, LU Qingfeng1, YANG Meijuan1, ZHOU Xianhe2, WU Weiguang2

(1.Rongsheng Petrochemical Co.,Ltd., Hangzhou 311247, China; 2.Zhejiang Shengyuan Chemical Fiber Co.,Ltd.,Hangzhou 311247, China)

This paper tests the production process of 278 dtex/48f polyester FDY with low shrinkage, and discusses the effect of drawing temperature, setting temperature and drawing ratio on the boiling water shrinkage of FDY. The results show that the conditions (i.e. temperature 287 ℃ , spinning temperature 285 ℃ , drawing speed 1 330 m/min, drawing temperature 96 ℃ , the setting temperature 178℃ and drawing ratio 3.2～3.3) can ensure the better spinning stability and boiling water shrinkage of FDY.

polyethylene glycol terephthalate fiber; FDY; drawing ratio; setting temperature; boiling water shrinkage

10.3969/j.issn.1001-7003.2016.07.005

2016-02-01;

2016-06-02

TQ342.2

A

1001-7003(2016)07-0023-04引用页码: 071105