半光涤纶FDY切片含水率对长丝质量及面料性能的影响

王敏，戴伟波，施寄青，索俊伟，赵爽

(吴江佳力高纤有限公司,江苏 苏州 215228)

随着经济发展和人民生活水平的提高，人们对服装面料的要求日益增加，如要求服装面料光洁、平整无褶皱，垂感好等。对于长丝织造面料而言，其不匀率是影响面料性能和质量的最主要指标之一。分析化纤长丝的生产工序和流程，发现影响长丝条干不匀率的主要因素有：切片质量、纺丝温度、冷却条件、上油和拉伸工艺等[1]。其中衡量切片质量的最主要标准是切片含水率的多少。切片纺丝工艺流程中，第一道工序是切片干燥，即优化切片含水率。由于聚酯高分子易在纺丝过程中发生水解，使分子量降低，导致丝的质量下降，特别是单丝中若夹带水蒸气，易形成“气泡丝”，造成毛丝和断头；纺丝中含水量的差异还可以造成染色不均[2]。因此，通过切片干燥降低含水率是纺丝前的必要工序。然而，若切片的含水率过低，切片在进入螺杆挤压机时容易产生聚合物粘度大、分子结晶快、分子量大等情况，从而导致纺丝生产时断头率高，甚至无法生产[3]。因此，为了保证纺丝的高效运行以及丝的品质，切片含水率需合理优化。

影响切片干燥的因素主要是温度和时间。温度高则干燥速度加快、时间缩短，干燥后切片的平均含水率降低。但温度太高，切片易粘结，大分子降解，色泽变黄，使片表面氧化，产生大量凝胶粒子，影响纤维的可纺性和物理、化学指标[4]。干燥时间取决于干燥温度，在同一温度下，干燥时间越长则切片含水率越低，均匀性越佳，但时间过长，聚酯大分子易降解，色泽变黄[5]。因此，为得到最佳的切片含水率，需合理优化干燥温度和时间。

文中采用单因素法，在22.2 tex/48F半光涤纶长丝(fully drawn yarn，FDY)纺丝前准备过程中，通过对聚酯切片进行不同干燥时间和温度的处理，得到不同含水率的聚酯切片，并分别在相同的纺丝工艺条件下纺制22.2 tex/48F半光涤纶FDY，探讨切片含水率对涤纶FDY断裂强度和条干不匀率的影响，通过改善切片质量提升长丝的性能和质量，提高服装面料的平整度和染色均匀度。

1 实验部分

1.1 原料

半消光聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)切片，切片粘度：0.678 dL/g，江苏恒力化纤股份有限公司生产。

1.2 实验仪器

电热真空干燥箱，河北隆顺仪器设备有限公司制造；纺丝装置，大连隆盛机械有限公司制造；中心吹风装置，大连隆盛机械有限公司制造；卷绕装置，日本TMT公司制造；微量水分分析仪，深圳冠亚水分仪仪器有限公司制造；YG020 型电子单纱强力仪，常州双固顿达机电科技有限公司制造；USTER-IV型乌斯特条干仪，瑞士乌斯特有限公司制造；梭织布验布机，常州安视智能科技有限公司制造。

1.3 实验方法

1.3.1工艺流程 切片干燥→螺杆挤压→计量泵→纺丝→冷却吹风→丝束上油→卷绕成型。

1.3.2干燥实验 称取同等质量的4份半消光PET切片作为实验样品；将4种试样分别放置在125，130，135，140 ℃温度下的真空箱进行干燥处理，每隔0.5 h抽取试样进行含水率检测，直到切片含水率几乎无变化，停止干燥；最后，记录数据，得到不同干燥温度下切片含水率与干燥时间的关系数据，具体见表1。

表1 不同干燥温度下切片含水率随干燥时间变化情况

1.3.3纺丝实验 对干燥后的切片试样进行纺丝。由表1可知，干燥时间为4 h、干燥温度为140 ℃状态下的切片已充分干燥，如果继续干燥，切片含水率降低不明显，且容易变黄。因此，选择4份干燥4 h的切片样品在相同纺丝条件下进行22.2 tex/48F半光涤纶FDY的纺丝实验，并对纺丝得到的4种涤纶FDY进行断裂强度和条干不匀率检测，得到不同切片含水率下纺制涤纶FDY的断裂强度和条干不匀率数据。实验纺丝温度设定为290 ℃。

1.3.4面料平整度的测试评价 对4种涤纶FDY试样按同样织物经纬密、织物经纬向规格和织物组织结构进行织造，分别得到4块面料，即面料1、面料2、面料3和面料4。根据AATCC 124—2014美国标准，采用AATCC评级观测板对所织造的面料进行平整度评级[6]。

1.3.5面料染色均匀性的检测评价 面料的染色均匀性影响因素主要是色横档、色变档以及色档等布面疵点。对面料进行检验时，采用四分制判定扣分标准：小于8 cm，扣1分；大于等于8 cm且小于16 cm，扣2分；大于等于16 cm且小于24 cm，扣3分；大于等于24 cm，扣4分。对采用4种试样得到的4块面料，即面料1、面料2、面料3和面料4，进行染色均匀性质检，每块面料量取10 m进行检验，并按以下公式计算每100 m2分值K，进行比较。

式中：S为每块面料所量取试样检验物总和分数；Lm为所检验的试样长度；Lw为试样宽度。

2 结果与讨论

2.1 干燥温度与干燥时间对切片含水率的影响

根据表1绘制不同干燥温度下切片含水率与干燥时间的关系，具体如图1所示。由图1可知：①随着干燥时间的增加，切片含水率不断降低，且下降速度由快变慢，并逐渐趋于平缓。这种现象发生的原理是：切片含水量是由两部分构成的，即自由含水量和平均含水量。自由含水量为表面吸附水和内部结合水，较易脱除，而平均含水量由于渗透于切片内部，以氢键的方式与切片结合，则不易脱除[7]。自由含水量远大于平均含水量，所以干燥初始，自由水分快速脱除，其后缓慢脱除平均水分；②不同干燥温度下，4种切片试样经过相同干燥时间后，切片含水量由大到小依次为试样1>试样2>试样3>试样4。干燥4 h后，试样1与试样4的含水量相差50 mg/L，差别较明显。由此说明，干燥温度越高，切片含水率下降越快，充分干燥时间越短。当干燥温度为140 ℃状态时，切片在4 h时达到充分干燥。如继续干燥，切片则容易变黄，聚酯大分子开始降解。

图1 不同干燥温度下切片含水率与干燥时间的关系Fig.1 Relationship between moisture content and drying time under different drying temperature

2.2 切片含水率对涤纶FDY断裂强度的影响

干燥时间达到4 h时，不同切片含水率试样纺丝得到的长丝断裂强度关系如图2所示。由表1和图2可知，4种切片试样纺制的长丝，其断裂强度随着切片含水率的降低而呈现增长趋势，但增长的幅度越来越小。由于切片含水率减少，使得聚酯大分子降解减少，因此纺丝成形度好，断裂强度也得到了提高。而当含水率降低速度越来越慢、降低量越来越少时，长丝的断裂强度则增加缓慢。说明长丝的断裂强度与切片含水率呈正比。

图2 不同切片含水率试样纺丝得到的断裂强度Fig.2 Breaking strength of sample spinned with different moisture content

2.3 切片含水率对涤纶FDY条干不匀率的影响

干燥时间达到4 h时不同切片含水率试样纺制得到的长丝条干不匀率关系如图3所示。由表1和图3可知，4种切片试样纺制的长丝，其条干不匀率随着切片含水率的降低呈现先减小后变大的趋势。采用试样3纺制的长丝，即切片含水率为30 mg/L时，涤纶FDY的条干不匀率最低，长丝均匀度最佳。说明含水率在一定范围内，涤纶FDY的条干不匀率随着切片含水率的减少而减少，含水率的减少降低了聚酯分子的降解，切片特性黏度提高，纺丝成形好，长丝均匀度好，质量稳定。而当切片含水率超过一定范围后，含水率过低使切片特性黏度变大，纺丝易出现断头，甚至纺丝困难等，条干不匀率提高，长丝稳定性变差，从而影响丝的质量。

图3 不同切片含水率试样纺丝得到的条干不匀率Fig.3 Dried irregularity of samples spinnd with different moisture content

2.4 切片含水率对面料平整度的影响

服装外观的平整度(无需熨烫或少熨烫)是服装易护理功能的重要标志之一。为了使面料更加平整，需对平整度进行严格把控[8]。对于长丝织造面料，其长丝的条干均匀度，即纤维长度方向上的粗细变化程度是影响面料平整度的主要因素之一。

对上述4种涤纶FDY试样织造得到的4种面料采用AATCC评级观测板进行平整度评级，得到相应的测试结果，具体如图4所示。

图4 4种面料的外观平整度Fig.4 Apparent smoothness of four types of fabric

由图4可以看出，4种面料的外观平整度级别均在3级以上，但面料3的平整度比其他略高，即试样3纺制的涤纶长丝织造面料的平整度更好。说明切片含水率的合理优化使条干不匀率降低，改善了长丝的粗细变化程度，提高长丝均匀度，从而提升了织造面料的平整度。

2.5 切片含水率对面料染色性的影响

针对染色后面料染色均匀性，对4种面料进行质检评分，得到每块面料的K值，具体见表2。

表2 4种面料K值

由表2可以看出，面料3的染色疵点最少，染色均匀性最好。说明切片含水率的合理优化改善了长丝条干均匀度，从而改善了面料染色均匀性。当切片含水率为30 mg/L时，采用其纺制的22.2 tex/48F半光涤纶FDY条干均匀度最佳，纤维长丝粗细均匀，用其织造的面料，染色后布面颜色均匀，无色档、色差。

3 结语

1)涤纶长丝的断裂强度与其采用的切片含水率呈正比，但随着切片含水率的降低，长丝断裂强度的提高速率呈下降趋势。

2)切片含水率在30～67 mg/L范围内，22.2 tex/48F的涤纶长丝条干不匀率随着切片含水率的减少而减少，但当切片含水率小于30 mg/L时，条干不匀率随着切片含水率的减少而增加。

3)在纺制22.2 tex/48F半光涤纶FDY的纺丝过程中，综合比较4个试样的断裂强度和条干不匀率，选择试样3，即切片含水率为30 mg/L时，条干不匀率最低，且断裂强度得到一定的保证。为控制切片含水率在30 mg/L，干燥温度和干燥时间分别为135 ℃与4 h时最合理。

4)采用切片含水率为30 mg/L纺制的22.2 tex/48F半光涤纶FDY织造的面料，其面料平整度最佳，染色均匀性最好。