耐候性涤纶POY油剂TF-7716NH的性能与应用研究

卢 书 辉

(浙江传化化学品有限公司，浙江 杭州 311215)

涤纶预取向丝(POY)-假捻变形丝(DTY)纺丝工艺是先通过高速纺丝工艺制备POY，再经过假捻变形加工获得不同类型的DTY。涤纶POY纺丝速度达到2 500～3 500 m/min，在POY及DTY加工过程中，丝条受到摩擦盘的高速剪切作用，均易造成纤维摩擦受损。因此在涤纶POY-DTY加工过程中，需要使用POY油剂对丝条进行保护，保证纺丝过程的顺利进行[1-2]。

POY油剂各组分的种类、结构和配比决定了POY油剂的最终性能[3-4]。目前，我国的涤纶POY油剂仍然需要从德国和日本大量进口，经过多年技术积累，浙江传化化学品有限公司相继开发出TF-7716、TF-7707等具有不同适用性的涤纶POY油剂产品，经过长期市场验证，其综合性能完全能够媲美进口油剂。

随着新冠疫情的爆发，全球贸易形势出现极大的不稳定性，化纤厂家开始频繁出现大规模的产品库存积压现象，导致涤纶POY的存储时间长达6个月以上，造成POY存储过程中易出现含油率(P)大幅降低、产生腐败及发臭现象等问题，库存丝可加工性能变差，这对涤纶POY油剂的存储稳定性和耐候性提出了更高要求。浙江传化化学品有限公司在前期已开发的涤纶POY油剂TF-7716产品配方基础上，针对油剂耐候性的提升，成功开发出耐候性涤纶POY油剂TF-7716NH。

作者将耐候性涤纶POY油剂TF-7716NH应用于熔体直纺132 dtex/144 f涤纶POY的生产，并将POY置于室外密闭环境连续存放90 d，然后测试POY的P、POY-DTY可加工性能，研究了油剂TF-7716NH的基本应用性能和耐候特性，并与德国双S公司的L165M和日本竹本公司的F-3788两种进口油剂进行对比。

1 实验

1.1 油剂

TF-7716NH油剂：由耐高温润滑剂、非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂及微量助剂等组成，浙江传化化学品有限公司产；L165M油剂：德国双S公司产；F-3788油剂：日本竹本公司产。

1.2 主要设备和仪器

涤纶POY熔体直纺装置、EFK-1000型加弹机：德国BARMAG公司制；K-100表面张力仪：德国KRUSS公司制；MQC核磁共振分析仪：英国牛津仪器公司制；HCC μ-Meter精密摩擦测量仪：德国霍尼希曼公司制；YG321纤维比电阻仪：常州市第一纺织设备有限公司制；YG029A型全自动单纱强力机：常州第二纺织仪器厂有限公司制；ME100型乌斯特条干仪：瑞士乌斯特公司制；4.5级灰卡：上海市纺织工业监督所制。

1.3 油剂TF-7716NH应用实验

将3种POY油剂TF-7716NH、L165M、F-3788分别配制成质量分数为10%的乳液，用于熔体直纺132 dtex/144 f圆孔涤纶POY生产，纺丝速度为2 800 m/min；后道配置EFK-1000型加弹机，以加弹速度为750 m/min和速比(D/Y)为1.6进行连续加工生产DTY，进行长周期应用试验以验证油剂性能。

(1)长周期连续适用性验证：以上述工艺为标准，3种油剂均分别选择4个POY纺位，各配置一台加弹机，同等条件下连续生产45 d，对比3种油剂在此周期内所生产的POY的优等品率，以及DTY满管率、染色M率和优等品率。

(2)长期存放性能验证：分别取上述3种油剂所生产的涤纶POY各12锭，置于室外密闭环境连续存放90 d后，按照(1)的要求加工DTY，对比放置90 d后POY丝饼的POY-DTY可加工性能及DTY物性。

1.4 分析与测试

表面张力：按照 GB/T 22237—2008《表面活性剂 表面张力的测定》，以质量分数10%的油剂乳液在常温条件下进行测试。

润湿性能：按照 GB/T 11983—2008《表面活性剂 润湿力的测定 浸没法》，以质量分数为1%的油剂乳液在40 ℃恒温条件下对比润湿时间。

P：按照GB/T 6504—2017《化学纤维含油率试验方法》，以乙醚作为萃取剂，采用萃取法测试POY的P。

摩擦系数(μd)：对于上油后的POY，采用HCC μ-Meter精密摩擦测量仪测试其纤维与陶瓷动摩擦系数(μdF/C)、纤维与金属动摩擦系数(μdF/M)、纤维与纤维动摩擦系数(μdF/F)。

静电压：采用HCC μ-Meter精密摩擦测量仪进行测试。

电阻率：按照GB/T 14342—2015《化学纤维 短纤维比电阻试验方法》进行测试。

耐候性：将3种不同油剂生产的同种规格涤纶POY丝饼置于70 ℃高温烘箱中，连续放置168 h再测试其P，计算其含油损失率(∆P)是否低于10%，丝饼是否存在腐败、发臭等现象。

力学性能：采用YG029A型全自动单纱强力机，在温度25 ℃、相对湿度65%条件下对POY和DTY进行测试。

条干不匀率：采用ME100型乌斯特条干仪，在温度25 ℃、相对湿度65%条件下对POY和DTY进行测试。

2 结果与讨论

2.1 油剂的界面性能

纤维具有良好的上油均匀性是保证后续工艺顺利进行，提高产品质量的必要条件[5]。由于涤纶POY纺丝速度达到2 500～3 500 m/min，因此要求POY油剂在润湿渗透性能上要比常规纺丝油剂表现更优，而良好的润湿性能决定了油剂在上油过程中能够均匀吸附在纤维表面，对纤维表面起到良好的保护作用，避免毛丝和白粉的产生[6]。3种油剂TF-7716NH与L165M、F-3788的表面张力和润湿时间见表1。

表1 不同油剂的界面特性对比

从表1可知：3种油剂TF-7716NH、L165M、F-3788的表面张力分别为0.028 2,0.028 0,0.028 5 N/m，根据Young-Laplace方程，当油剂乳液均匀附着在纤维表面上时，静态表面张力接近的油剂具有相同的接触角，表明3种油剂具有相近的润湿铺展性能；油剂的润湿时间测试结果是上油过程中油剂复杂连续的润湿和渗透性能的综合体现，3种油剂TF-7716NH、L165M、F-3788的润湿时间分别为4.4,5.6,5.3 s，TF-7716NH表现出了比两种进口油剂更低的润湿时间，表明其具有更优异的润湿渗透性，能够在高速纺丝过程中快速均匀的分布在纤维表面。

2.2 油剂的平滑性

涤纶POY油剂中的平滑剂能够赋予纤维较小的μdF/C、μdF/M，以减少纤维摩擦损伤，又要保持适宜的μdF/F，有利于卷绕成型和退绕性能。耐高温润滑剂中的由环氧乙烷和环氧丙烷聚合而成的聚醚具有黏温性能好、耐高温和发烟少等优点，常被作为POY油剂的平滑剂使用。通过改变环氧乙烷-环氧丙烷无规聚醚末端封端基团的结构，以长链烷基封端的聚醚可降低各种摩擦作用力，同时可增加油剂在纤维表面的油膜强度，防止或减少毛丝、断头的产生[4,7]。从表2可知，在POY上油后P相同条件下，油剂TF-7716NH的μd F/C、μd F/M均较2种进口油剂的小，表明在纺丝和加弹过程中，油剂TF-7716NH能够在纤维与导丝件之间形成良好的润滑膜，以更优的平滑性有效预防纤维摩擦受损，从而影响后道加工性能和产品品质。

表2 不同油剂的μd对比

2.3 油剂的抗静电性能

涤纶高速纺丝过程中，纤维摩擦容易导致较大的静电产生，引起丝条抖动，造成毛丝、断头和染色不均匀等问题，因此油剂需要具有良好的抗静电性。而纺丝过程中油剂的抗静电效果主要分为两个部分: 一是通过抗静电剂的加入，降低纤维与导丝件的动摩擦系数，从而减少静电产生；二是纤维上油后，油膜中的抗静电剂能够均匀分布，并能吸附油膜表面的水分，快速导出产生的电荷，达到了抗静电效果[8]。由表3可知：3种油剂生产的POY纤维电阻率基本接近，说明油剂之间的电荷导出效果基本相当；而TF-7716NH能够表现出明显低于2种进口油剂的静电压，表明在纤维高速纺丝过程中，TF-7716NH可以保证纤维表面产生较少的电荷，从而有效提高油剂的抗静电性能。

表3 不同油剂的抗静电性对比

2.4 油剂的耐候性

由于涤纶POY油剂需要在纺丝和加弹两个过程中发挥作用，一般情况下涤纶POY生产完毕后，会在30 d内加工成DTY，30 d内POY能够保持最佳加工性能。但受到市场行情的影响，纺丝企业生产的POY会出现库存量过大，存储时间超过90 d以上的情况，这就容易造成POY出现P降低，高温存储油剂发生热氧化而引起POY出现腐败、发臭等问题，使得POY无法正常进行加弹生产。

目前，化纤行业较为通用的耐候性测试标准：将不同油剂上油生产的同种规格POY丝饼置于70 ℃高温烘箱中，连续放置168 h再测试其P，其∆P低于10%，并且丝饼无腐败、发臭现象产生，表明油剂的耐侯性好。由表4可见，油剂TF-7716生产的POY丝饼连续高温放置168 h后，其∆P仅2.9%，而2种进口油剂生产的POY丝饼的∆P高达30%以上，含油损失非常明显，且丝饼出现腐败发臭现象，这说明进口油剂完全不具备耐候性，而TF-7716NH在耐候性试验过程中，几乎没有含油损失，也没有腐败、发臭现象出现，表明其具有良好的耐候特性。

表4 不同油剂的耐候性对比

2.5 油剂的应用性能

2.5.1 POY纺丝过程中的长期应用性能

不同油剂生产的132 dtex/144 f涤纶POY的物性和优等品率见表5。

表5 不同油剂生产的涤纶POY的物性和优等品率

从表5可知：使用3种油剂连续45 d生产涤纶POY，油剂TF-7716NH与进口油剂生产的POY的断裂强度、断裂伸长率和条干不匀率均接近，表明3种油剂均能满足此规格涤纶POY的生产要求；3种油剂生产的POY优等品率均较高，达到99%以上，表明在实际生产过程中，TF-7716NH的油剂具有较高的批次稳定性，也体现了该油剂良好的配方稳定性。

2.5.2 POY-DTY加弹过程中的长期应用性能

将3种油剂生产的涤纶POY长丝分别进行连续加弹生产，所得涤纶DTY的物性和生产状况如表6所示。从表6可以看出：3种油剂生产的涤纶POY保持相近的加工性能，所加工DTY产品的物性能够保持一致；而在POY-DTY加弹过程中，对于能够体现生产稳定性的在线张力(TCS)变异系数，TF-7716NH略优于2种进口油剂，表明TF-7716NH具有更加均匀的油膜分布，能够稳定附着在纤维表面，起到稳定加工的作用；从整个加弹周期所统计的满卷率、染色M率和优等品率等数据来看，TF-7716NH各项指标均能够达到进口油剂的水平，说明该油剂能保证加弹过程的长期稳定运行。

表6 涤纶DTY的物性和生产状况

2.5.3 长期室外存放的涤纶POY的性能对比

将生产的涤纶POY各取12锭置于室外密闭环境连续存放90 d后，测试涤纶POY长丝的P、POY-DTY可加工性能及DTY长丝物性，具体物性和生产状况见表7。首先，对比POY的P，TF-7716NH生产的POY在连续存放90 d以后P基本保持不变，而L165M和F-3788生产的POY均出现P大幅度降低的现象，表明在长期存储过程中，TF-7716NH具有明显优于进口油剂的优良耐候特性；其次，将连续存放90 d的POY进行POY-DTY加工，TF-7716NH生产的POY的TCS变异系数基本保持不变，而使用进口油剂均出现TCS变异系数增大的现象，说明经过长期存储以后进口油剂在纤维表面开始出现油膜不均的现象；并且进口油剂生产的POY在POY-DTY加工过程中，均同时伴随着产生DTY染色等级由4.5级降至4.0级、丝饼毛丝增多等问题，而TF-7716NH生产的POY与90 d前的加工性能基本一致，依然能够保持着优良的可加工性，这进一步说明油剂TF-7716NH具有良好的耐侯性。

表7 长期存放的涤纶POY的P的变化及DTY加工性能对比

3 结论

a.通过与进口油剂L165M、F-3788在界面性能、平滑性、抗静电性等方面的基本性能对比，耐候性涤纶POY油剂TF-7716NH在应用性能上完全能够达到进口油剂水平，具备满足涤纶高速纺丝工艺的要求。

b.TF-7716NH油剂生产的POY在经过70℃、168 h的连续放置后，其∆P仅2.9%，低于行业标准要求的10%，未出现丝饼腐败、发臭等问题，且其生产的涤纶POY置于室外连续放置90 d仍能保持优良的可加工性能，表现出明显优于进口油剂的耐候特性。

c.TF-7716NH油剂在使用过程中，POY纺丝和POY-DTY加弹的实际生产状况均表现优异，完全能够达到进口油剂的产品应用水平，表明TF-7716NH可以直接替代进口油剂产品，在熔体直纺工艺上进行广泛使用。