有光縫紉線升級(jí)產(chǎn)品的開發(fā)

薛 斌

(中國(guó)石化儀征化纖股份有限公司，江蘇儀征 211900)

有光縫紉線升級(jí)產(chǎn)品的開發(fā)

薛 斌

(中國(guó)石化儀征化纖股份有限公司，江蘇儀征 211900)

通過試驗(yàn)分析了熔體的特性粘數(shù)、紡絲速度、拉伸倍率、定型溫度對(duì)1.33 dtex×38 mm有光縫紉線型短纖維強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和干熱收縮率的影響。結(jié)果表明:單方面提高特性粘數(shù)、紡絲速度、拉伸倍率、定型溫度有利于提高纖維的強(qiáng)度，降低纖維的伸長(zhǎng)率;干熱收縮率受定型溫度的影響;特性粘數(shù)和紡絲速度對(duì)可拉伸倍率有影響。在實(shí)際生產(chǎn)中，工藝參數(shù)的選擇要考慮相互之間的影響和設(shè)備的狀況。工業(yè)化試驗(yàn)的纖維斷裂強(qiáng)度為6.52 cN/dtex、斷裂伸長(zhǎng)率為23.07%、干熱收縮率3.4%，達(dá)到了進(jìn)口產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

縫紉線型短纖維 強(qiáng)度 伸長(zhǎng) 干熱收縮率 特性粘數(shù) 紡絲速度 拉伸倍率 定型溫度

2008年，中國(guó)石化儀征化纖股份有限公司曾組織了對(duì)制線用戶滿意度的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)與國(guó)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手相比，儀化有光縫紉線型短纖維產(chǎn)品FR210的質(zhì)量品牌有競(jìng)爭(zhēng)力優(yōu)勢(shì)，但某個(gè)進(jìn)口品牌的產(chǎn)品在質(zhì)量與使用性能方面仍然不可替代。國(guó)內(nèi)知名的縫紉線生產(chǎn)廠商在生產(chǎn)出口產(chǎn)品時(shí)，大部分使用此進(jìn)口品牌的產(chǎn)品。由于其干熱收縮率低、染色后的縫紉線光澤好，用戶口碑較好，是國(guó)內(nèi)有光縫紉線型滌綸短纖維中的尖端產(chǎn)品，價(jià)格高出國(guó)內(nèi)產(chǎn)品1 200元/t以上。儀化公司以世界知名品牌為標(biāo)桿，瞄準(zhǔn)市場(chǎng)高端客戶，開發(fā)出高附加值的有光縫紉線升級(jí)產(chǎn)品。

1 試驗(yàn)

1.1 原料

聚對(duì)苯二甲酸乙二酯直接紡熔體:特性粘數(shù)0.655～0.675 dL/g，熔點(diǎn)258 ℃。

1.2 設(shè)備

0.015 Mt/a連續(xù)紡滌綸短纖維生產(chǎn)線。

1.3 生產(chǎn)工藝流程

工業(yè)化生產(chǎn)流程:聚酯熔體經(jīng)過增壓泵增壓、過濾器過濾、靜態(tài)混和器混和后進(jìn)入紡絲箱體，由計(jì)量泵準(zhǔn)確計(jì)量后進(jìn)入紡絲箱體和紡絲組件，從噴絲孔中成細(xì)流狀流出，經(jīng)過環(huán)吹冷卻、上油后落桶，集束后進(jìn)行牽伸、定型、卷曲和打包。

1.4 分析測(cè)試

特性粘數(shù):在25℃下配制苯酚-四氯化碳(質(zhì)量比1∶1)溶劑，配制PET濃度為0.005 g/mL的溶液，用烏氏粘度計(jì)測(cè)定。

力學(xué)性能:YG-001型纖維電子強(qiáng)力儀測(cè)試?yán)w維的強(qiáng)伸度;XH-1纖維熱收縮儀180℃下30 min后測(cè)定纖維的收縮率。

2 結(jié)果與討論

2.1 開發(fā)方向的確定

對(duì)進(jìn)口品牌的產(chǎn)品進(jìn)行分析測(cè)試，其優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在于較高的斷裂強(qiáng)度、較低的斷裂伸長(zhǎng)率和干熱收縮率。結(jié)合儀化FR210產(chǎn)品的實(shí)物水平和用戶使用情況，將升級(jí)產(chǎn)品FR211研究方向確定為提高斷裂強(qiáng)度、降低斷裂伸長(zhǎng)率和干熱收縮率，其它指標(biāo)保持FR210產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

0.015 Mt/a連續(xù)紡滌綸短纖維生產(chǎn)線是從東洋紡引進(jìn)技術(shù)、國(guó)內(nèi)制造的裝置。影響成品纖維強(qiáng)伸度的因素有很多，以東洋紡的技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合裝置的特點(diǎn)和FR210產(chǎn)品的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行技術(shù)研究。根據(jù)東洋紡關(guān)于纖維強(qiáng)伸度經(jīng)驗(yàn)公式:

式中:DR—總拉伸倍率;

TD—DF3出口處絲束溫度;

EYS 1.5—拉伸應(yīng)力為屈服應(yīng)力1.5倍時(shí)的伸長(zhǎng)率［1］。

由公式(1)、(2)可看出，影響成品纖維強(qiáng)伸度的主要因素有原絲的EYS 1.5和后加工的牽伸倍率、定型溫度。

式中:TQC—環(huán)吹風(fēng)溫度;Ivf—無油絲粘度;Vsp—紡絲速度;Tp—紡絲溫度;LNZ—絲束冷卻固化長(zhǎng)度;Vqc—環(huán)吹風(fēng)速度。

EYS 1.5表征的是原絲的牽伸性能，在一定的負(fù)荷下影響因素包括熔體的特性粘數(shù)、熔體溫度、冷卻風(fēng)溫度、紡絲速度等。主要影響是熔體的特性粘數(shù)和紡絲速度。

2.2 熔體的特性粘數(shù)

在其它工藝參數(shù)不變的情況下，進(jìn)行了不同熔體特性粘數(shù)的對(duì)比試驗(yàn)，成品纖維斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和干熱收縮率見表1所示。

表1 不同熔體特性粘數(shù)下成品纖維品質(zhì)指標(biāo)

高聚物的分子質(zhì)量和分散系數(shù)對(duì)熔體的流動(dòng)性質(zhì)即熔體的特性粘數(shù)有很大影響，熔體特性粘數(shù)與分子質(zhì)量成正比［1］。初生纖維平均分子質(zhì)量和相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)拉伸應(yīng)力和應(yīng)力-應(yīng)變曲線的形狀有影響。一般說，隨著初生纖維相對(duì)分子質(zhì)量的增大，拉伸時(shí)的屈服應(yīng)力有所提高，有利于提高纖維的強(qiáng)度。但初生纖維的相對(duì)分子質(zhì)量并不是越大越好，事實(shí)上，隨著相對(duì)分子質(zhì)量的增加，分子間的作用力增強(qiáng)，使分子間的相對(duì)滑移困難，即難以實(shí)現(xiàn)塑性形變。所以，相對(duì)分子質(zhì)量如超過一定限度，反而會(huì)使纖維的可拉伸性降低［2］。試驗(yàn)表明，隨著熔體的特性粘數(shù)的提高，纖維的斷裂強(qiáng)度增大，斷裂伸長(zhǎng)率降低，干熱收縮率影響不大，后加工過程中纏輥增多，纖維的可牽伸性變差。同時(shí)，熔體的特性粘數(shù)增大，不僅增大了終縮聚釜攪拌功率，對(duì)機(jī)械設(shè)備也提出更高的要求;且縮聚反應(yīng)的時(shí)間延長(zhǎng)，也影響了裝置負(fù)荷。確定合適的熔體特性粘數(shù)，主要取決于后拉伸倍率的選擇和聚酯裝置的設(shè)備能力。

2.3 紡絲速度

保持其它工藝參數(shù)不變，調(diào)整紡絲速度進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，成品纖維的斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和干熱收縮率見表2所示。

表2 不同紡速下成品纖維品質(zhì)指標(biāo)

紡絲過程中發(fā)生取向，是纖維制造過程中重要的結(jié)構(gòu)形成過程之一。當(dāng)然，就成品纖維的取向度而言，貢獻(xiàn)最大的不是紡絲工序，而是牽伸工序，但紡絲過程中得到的取向度，對(duì)拉伸工序的正常操作和纖維的取向度有很大的影響，對(duì)結(jié)晶動(dòng)力學(xué)和晶體形態(tài)也有一定的影響［3］。隨著紡速的提高，纖維的結(jié)晶度和預(yù)取向度增大，具備一定的初始模量和較高的斷裂強(qiáng)力，經(jīng)得起一定應(yīng)力的拉伸。在影響初生纖維預(yù)取向的因素中，卷繞速度(即紡絲速度)起著決定性的作用。有資料指出，卷繞速度每提高100 m/min，總拉伸倍數(shù)相應(yīng)降低0.10～0.15 倍［4］。纖維的強(qiáng)度取決于結(jié)晶度和取向度，提高纖維的預(yù)取向度，在后拉伸條件相同的情況下，一定程度上能夠提高纖維的強(qiáng)度，降低斷裂伸長(zhǎng)率，對(duì)干熱收縮率影響不大。提高紡絲速度，不僅影響初生纖維的力學(xué)性能，也增大了牽引輥、喂入輪的震動(dòng)，使初生纖維進(jìn)入盛絲桶時(shí)拌動(dòng)變大，后牽伸集束時(shí)毛絲增多。因此，對(duì)紡絲速度的選擇不僅要考慮紡絲速度對(duì)成品纖維強(qiáng)、伸度以及拉伸倍率對(duì)成品纖維強(qiáng)、伸度的綜合影響，同時(shí)還必須考慮設(shè)備的承受能力。

2.4 后紡牽伸倍率

使用同樣紡絲工藝條件下的初生纖維原絲，采用不同的牽伸倍率，研究拉伸倍率對(duì)成品纖維的斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和干熱收縮率的影響，如表3所示。

表3 不同牽伸倍率下的成品纖維品質(zhì)指標(biāo)

高聚物在拉伸過程中，纖維的超分子結(jié)構(gòu)發(fā)生深刻的改變，拉伸的結(jié)果，伸直鏈段的數(shù)目增多，而折疊鏈段的數(shù)目減少，由于這些片晶之間的連接鏈增加，從而提高了取向高聚物纖維的力學(xué)強(qiáng)度和韌性。拉伸所引起的最重要的結(jié)構(gòu)變化是大分子、晶粒和其它結(jié)構(gòu)單元沿纖維軸向取向，滌綸纖維在拉伸應(yīng)力作用下，動(dòng)力學(xué)結(jié)晶能力可增大104以上，提高成品纖維強(qiáng)度最主要的手段是提高后加工過程中的牽伸倍率，實(shí)驗(yàn)證明牽伸倍率每提高0.1倍，成品纖維強(qiáng)度可提高0.13 cN/dtex左右［5］。因此在原絲牽伸性能及設(shè)備允許的范圍內(nèi)，提高牽伸倍率，可以使纖維的強(qiáng)度上升。拉伸倍率的選擇要考慮到初生纖維結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的均勻性，拉伸條件超過某些臨界值時(shí)，極少部分弱絲可能被拉斷，牽伸輥上毛絲增多，由于“木桶效應(yīng)”的作用，纏輥頻繁，不僅影響纖維的生產(chǎn)效率，同時(shí)纖維的后道紡紗也容易纏輥、斷頭，可紡性下降。

2.5 定型溫度

縫紉線型滌綸短纖維生產(chǎn)采用高溫緊張熱定型工藝，定型時(shí)間、定型溫度和張力控制是3個(gè)控制要素。定型時(shí)間受設(shè)備的影響，同一臺(tái)設(shè)備，不經(jīng)改造的情況下，只能通過改變加工速度來調(diào)整絲條在高溫下的保持時(shí)間;定型溫度和張力影響纖維的結(jié)晶和取向。筆者就關(guān)鍵參數(shù)定型溫度進(jìn)行研究。表4為不同定型溫度下成品纖維的品質(zhì)指標(biāo)。

表4 不同定型溫度下的成品纖維品質(zhì)指標(biāo)

纖維經(jīng)過拉伸后，超分子結(jié)構(gòu)尚不完善，且不穩(wěn)定。在高溫下，高聚物鏈段運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行纖維結(jié)構(gòu)的重建，內(nèi)應(yīng)力得以消除，大分子在軸向取向的同時(shí)，結(jié)晶度提高。纖維的成品強(qiáng)力，從聚酯的超分子結(jié)構(gòu)上看，取決于高分子鏈的結(jié)晶度大小。

滌綸纖維能夠結(jié)晶，除了拉伸應(yīng)力這一因素外，溫度是主要因素。在足夠的一定的溫度條件下，大分子運(yùn)動(dòng)容易，在張力的作用下纖維內(nèi)部大分子進(jìn)一步沿纖維軸向方向有序排列整齊，同時(shí)取向誘導(dǎo)結(jié)晶。理論上，滌綸纖維的最佳結(jié)晶溫度在186℃左右，因此DF3蒸汽壓力提供的熱量需保證絲束溫度在定型機(jī)的出口達(dá)到186℃以上。筆者所述生產(chǎn)系統(tǒng)牽伸之后的工序?yàn)榫o張熱定型。緊張熱定型是纖維在張力下進(jìn)行的熱定型，由于定型時(shí)受到張力的作用，纖維內(nèi)部大分子進(jìn)一步沿纖維軸方向排列整齊，使得纖維的結(jié)晶度、取向度增加較大，有利于纖維斷裂強(qiáng)度的提高、斷裂伸長(zhǎng)率和干熱收縮率的降低。定型溫度在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和熔點(diǎn)之間適當(dāng)選擇，再加上濕度、張力等的共同作用，主要考慮纖維的晶區(qū)取向，結(jié)晶度、晶粒大小和結(jié)晶完整性。必須充分認(rèn)識(shí)到，定型要達(dá)到的目的，是修補(bǔ)和改善纖維在成形過程中已經(jīng)形成的結(jié)構(gòu)，而不是重建。溫度過高，會(huì)引起纖維內(nèi)大分子的降解，致使纖維結(jié)構(gòu)的破壞，影響纖維的機(jī)械性能。定型輥的溫度通過蒸汽提供，蒸汽的溫度、壓力、疏水器的狀況直接控制定型溫度。

2.6 工業(yè)化試生產(chǎn)

從用戶得到了進(jìn)口的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，見表5所示。

表5 進(jìn)口產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

按照對(duì)熔體的特性粘數(shù)、紡絲速度、牽伸倍率、定型溫度的研究，考慮到設(shè)備狀況，確定了工藝參數(shù)，組織了開發(fā)，并進(jìn)一步加強(qiáng)了定期作業(yè)的管理，確保原絲均勻。生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)強(qiáng)調(diào)了對(duì)質(zhì)量的把關(guān)，要求當(dāng)班操作人員確保工藝控制的平穩(wěn)，認(rèn)真做好卷曲監(jiān)控、上油檢查等工作。產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)見表6所示。

表6 工藝優(yōu)化前后的主要成品指標(biāo)對(duì)比

某進(jìn)口產(chǎn)品提供給用戶的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中線密度和斷裂強(qiáng)度單位沒有按照國(guó)際單位，經(jīng)過換算后，筆者開發(fā)的FR211已經(jīng)達(dá)到進(jìn)口的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

2.7 FR211與進(jìn)口產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能比較

產(chǎn)品開發(fā)出來后，對(duì)FR211與進(jìn)口產(chǎn)品進(jìn)行了結(jié)構(gòu)性能測(cè)試，從微觀結(jié)構(gòu)方面檢驗(yàn)兩者的差異，如表7所示。

表7 纖維超分子結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)果(20090330)

表中可見，二者的雙折射取向、結(jié)晶度、非晶區(qū)取向較為接近。這與宏觀分析測(cè)試的產(chǎn)品性能指標(biāo)相一致。

2.8 用戶試用

2.8.1 與改進(jìn)前進(jìn)行對(duì)比

將工藝調(diào)整前后的同一條生產(chǎn)線生產(chǎn)的FR210產(chǎn)品和FR211產(chǎn)品組織進(jìn)行試紡對(duì)比，產(chǎn)品規(guī)格為40S，從試紡總體情況看，清花、梳棉、并條、粗紗、細(xì)紗工序可紡性良好，毛羽、條干指標(biāo)均優(yōu)于普通有光縫紉線FR210產(chǎn)品，細(xì)紗單紗強(qiáng)力達(dá)到497 cN，優(yōu)于FR210的470 cN。繼續(xù)跟蹤其下道，反映縫紉線經(jīng)染色后，上色均勻，光亮度明顯好于原FR210產(chǎn)品，具體表現(xiàn)為如下幾點(diǎn):

a)纖維柔軟，強(qiáng)力高，彈性好;

b)超倍長(zhǎng)少，疵點(diǎn)少，毛羽少，品質(zhì)好;

c)含油均勻，無靜電感應(yīng)現(xiàn)象，生產(chǎn)穩(wěn)定，可紡性好;

d)紗線經(jīng)染色后上色均勻，光亮度好。

2.8.2 與進(jìn)口產(chǎn)品對(duì)比

國(guó)際知名的制線企業(yè)在國(guó)內(nèi)的工廠以前一直使用進(jìn)口產(chǎn)品生產(chǎn)縫紉線全部出口，在試用FR211后，認(rèn)為其可紡性較好，成紗強(qiáng)力提高約3%，達(dá)到1 030 cN。與進(jìn)口產(chǎn)品、國(guó)內(nèi)其它廠家的產(chǎn)品、FR210、FR211進(jìn)行純紡和混紡紗線共12種，為消除干擾，僅標(biāo)注編號(hào)，進(jìn)行盲樣測(cè)試，結(jié)果FR211與進(jìn)口產(chǎn)品加工的縫紉線沸水收縮率、180℃干熱收縮率接近。從2011年開始，使用FR211全部替代進(jìn)口產(chǎn)品。

3 結(jié)論

a)纖維強(qiáng)伸度指標(biāo)主要取決于纖維的超分子結(jié)構(gòu)，高取向度、高結(jié)晶度賦于纖維高斷裂強(qiáng)度、低斷裂伸長(zhǎng)率和低干熱收縮率。熔體的特性粘數(shù)、紡絲速度、拉伸倍率和定型溫度等因素決定最終產(chǎn)品的性能。

b)按照研究確定的工藝條件生產(chǎn)出的純滌綸縫紉線型滌綸短纖維斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和干熱收縮率達(dá)到了進(jìn)口產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品升級(jí)。

［1］特性粘度、分子量分布、TiO，粒子對(duì)生產(chǎn)工藝影響的初探［J］.黑龍江紡織，2000，4:23-24.

［2］楊東潔.纖維紡絲工藝與質(zhì)量控制［M］.上冊(cè).北京:中國(guó)紡織出版社，2008:47-48.

［3］董紀(jì)震，孫桐，古大治，等.合成纖維生產(chǎn)工藝學(xué)［M］.上冊(cè).第1版.北京:紡織工業(yè)出版社，1984:227.

［4］董紀(jì)震，趙耀明，陳雪英，等.合成纖維生產(chǎn)工藝學(xué)［M］.下冊(cè).第2版.北京:中國(guó)紡織工業(yè)出版社，1994:127.

［5］胡璇.提高1.33 dtex縫紉線型滌綸短纖維強(qiáng)、伸度探討［J］.合成纖維，2006(10):39-41.

Bright sewing thread upgraded product development

Xue Bin
(Sinopec Yizheng Chemical Fiber Co.，Ltd.，Yizheng Jiangsu 211900，China)

Through the experimental analysis of the melt viscosity，spinning speed，draw ratio，setting temperature on 1.33 dtex ×38 mm bright sewing type short fiber strength，elongation and shrinkage effects.The results is that the unilateral increase of viscosity，spinning speed，draw ratio，setting temperature is beneficial to improving the fiber strength and reducing the fiber elongation;shrinkage ratio is effected by the setting temperature.The draw ratio is related to viscosity and spinning speed.In actual production，the effect of each parameters and the condition of the equipment must be considered.The fiber strength of Industrial test product was 6.52 cN/dtex，the elongation at break wsa 23.07%，dry heat shrinkage rate of 3.4%，has reached the importing product.

polyester staple fiber for sewing thread;strength;elongation;shrinkage;intrinsic viscosity;spinning speed;stretching ratio;setting temperature

TQ342.2

B

1006-334X(2012)02-0040-04

2012-05-29

薛斌(1965-)，江蘇泰興人，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事聚酯產(chǎn)品的生產(chǎn)、新產(chǎn)品研發(fā)和管理工作。