防紫外線PA6細旦FDY的生產工藝探討

呂傳香，楊建春，牟貞艷

(煙臺華潤錦綸有限公司，山東煙臺264006)

具有防紫外線功能的全消光PA6細旦全拉伸絲(FDY)具有獨到的優勢，包括光穩定性好、色牢度高、著色均勻、光澤亮麗等，這些都是常規細旦FDY無法達到的。全消光FDY絲用全消光切片紡絲制得，切片中二氧化鈦含量高達1.6%，是普通半消光切片二氧化鈦含量的5～6倍。由于二氧化鈦是一種金屬氧化物，是一種性能優良的紫外線屏蔽劑，因此該絲加工的織物具有防紫外線的功能，產品附加值較高。細旦纖維和超細旦纖維具有良好的服用性能，在紡織用纖維中占有主導地位，可用來紡制高仿真纖維以替代天然纖維，其紡絲織物可達到輕、柔、爽、滑的效果。

目前錦綸纖維的主要生產方法是切片熔融法，原料利用率高，成本低，工序簡單，是化學纖維生產最常用的方法。對于具有防紫外線功能的全消光PA6細旦FDY纖維生產，因其纖度低(8至20旦尼爾)、二氧化鈦含量高、摩擦大、制造過程易產生毛絲、斷頭等，所以生產難度大，尤其是20旦尼爾以下的纖維滿卷率較低。我公司通過調整生產工藝、對設備進行適當改造調整等方式，成功開發出多種具有抗紫外線功能的全消光PA6細旦FDY產品，生產滿卷率高，產品質量優異。本文以22.2dtex/7f品種為例進行探討，以供同行參考。

1 試驗

1.1 原料與試劑

BASF產全消光PA6切片，其各項指標:含水率＜0.020%;相對粘度2.42;二氧化鈦1.6%;粒度80粒/克。

1.2 設備與儀器

主要生產設備:

紡絲機，由北京三聯虹普科技有限公司組裝制造;ATi－12R/8型卷繞機，日本TMT公司制造。

主要檢測儀器:

FDAME型全自動強伸儀，德國Textecho公司制造;YG086型縷紗測長儀，山東萊州市電子儀器有限公司制造;5－C800型條干均勻度測試儀，瑞士烏斯特公司制造。

1.3 試驗

生產工藝流程如下:

全消光PA6切片→螺桿機壓機熔融→計量泵→紡絲組件及噴絲板→側吹風冷卻→集束上油→拉伸→熱輥定型→交絡→卷繞頭卷裝→FDY產品。

紡絲溫度265℃～270℃;卷繞速度4400～4500m/min;拉伸倍數1.3～1.4;熱輥定型溫度145℃～155℃。

2 結果與討論

2.1 原料

BASF全消光PA6切片，各項化學指標嚴格控制，尤其含水率必須控制在0.020%以內。為達到抗紫外線的效果，二氧化鈦的含量必須達到規定值，實踐證明，BASF切片二氧化鈦含量為1.6%，織物具有較好的抗紫外線效果。

2.2 噴絲板的設計

噴絲板的設計至關重要，直接關系到生產過程的可紡性和產品質量。如果噴絲板設計不當，會造成歪脖絲、注頭絲、毛絲、飄絲等多種不良，引起斷頭并影響產品的內在質量。

第一要考慮熔體流動的均勻性，組件中間的熔體容易通過，而周邊的熔體受到阻力較大，二氧化鈦容易在噴絲孔周邊形成死角，因此設計噴絲板時首先要防止熔體在板孔中形成死角，保證熔體流動的均勻性。

第二要考慮噴絲板孔的高度和直徑(長徑比)。為減少熔體從噴絲板噴出時熔體膨化現象，應結合噴絲頭拉伸倍數考慮，采用適當的長徑比。選擇較大的長徑比有利于釋放熔體內部應力，減少管口膨化效應，但噴絲板的加工和清洗難度也會加大［1］。經過實驗，采用2.5～3.0的長徑比可以獲得理想的效果。對于22.2dtex/7f品種，微孔直徑一般控制在0.23mm～0.25mm。

第三要考慮到絲束的冷卻效果，單絲線密度較高，容易在表層和內部形成溫差，產生應力造成絲條破裂甚至斷絲，因此設計時要充分考慮絲條冷卻效果，噴絲板孔的排布要科學合理，要保證足夠的孔間距，并使絲條獲得相同的冷卻效果［1］。

2.3 紡絲和卷繞工藝

2.3.1紡絲溫度

全消光切片的二氧化鈦含量達到1.6%左右，是普通半光切片二氧化鈦含量的5倍以上，在切片熔融時對熔體的流變性產生很大影響，要確保紡絲效果，尤其細旦FDY，必須調整合適的紡絲溫度。紡絲溫度過高，會使聚合物的熱分解加劇，造成相對分子質量降低和出現氣泡絲，并因熔體黏度太低而出現毛細斷裂，形成“注頭”。紡絲溫度過低，會使熔體黏度過高，增加泵輸送的負擔，往往出現漏料，而且使擠出物出口脹大現象趨于嚴重，甚至出現“熔體破裂”現象，影響正常紡絲。嚴重時還會出現硬頭絲，使絲發白，暗無光澤，手感發硬，后拉伸時斷頭增加，甚至不能拉伸［2］。通過實驗得知，紡絲溫度在265℃～270℃時，紡絲效果最佳。

2.3.2絲條冷卻條件

因為該纖維對冷卻的要求較高，需要系統研究絲條的冷卻。生產采用側吹風冷卻方式，關鍵控制參數包括風速、風壓、風溫、風濕，冷卻距離等。

為保證各紡絲位出風的穩定性和均勻性，空調系統要提供一定壓力的側吹風，一般風壓控制在400Pa～500Pa是比較合適的。

為使絲條獲得均勻的冷卻效果及良好的后拉伸性能，要避免絲束驟冷形成內外層溫差，應減緩絲束的冷卻速度。一方面，側吹風溫度不能太低，風速不能太高，另一方面，冷卻的距離不能太短。在生產過程中采用18℃的露點風，濕度控制在80%以上。同時我公司通過對現有設備的改造，將絲束的上油點由二樓下降到一樓，延長了冷卻距離，獲得滿意的生產效果。

側吹風風速也是一個非常關鍵的參數，風速過高易引起湍流，引起絲束的振動和抖動，而風速過低易受野風干擾，造成絲束凝固點飄移。風速過高或過低都會影響產品的條干均勻度。通過實驗發現，對于22.2dtex/7f全消光FDY，側吹風控制在0.3～0.35m/s比較合適。

表1 側吹風速度對條干均勻度的影響(22.2dtex/7f)Table 1 Effects of quenching speed on evenness of fiber

2.3.3上油位置和上油方式

紡二氧化鈦含量高的全消光切片時，絲條不易冷卻，過早上油使絲條固化不能充分冷卻，影響絲條的拉伸性能。我公司通過設備改造，將上油點從二樓下降到一樓，增加了絲束的冷卻距離，使平均軸向溫度梯度減少，從而使初生纖維的預取向度減少，具有良好的后拉伸性能。

2.3.4拉伸倍數及定型溫度

拉伸倍數(GR2與GR1的速度比)提高，纖維的斷裂強度會增加，但如果拉伸倍數超過臨界值，會使纖維內部的大分子鏈發生滑移甚至斷裂，引起纖維取向度和強力下降，因此拉伸倍數應控制在適當的范圍內［3］。

為了提高纖維的拉伸性能，消除纖維在拉伸過程中產生的內應力，拉伸過程中進行熱定型，定型溫度隨拉伸倍數的增加適當提高。熱定型溫度一般設定在145℃～155℃，溫度過高會影響FDY油劑穩定性，在熱輥上產生結焦，影響產品質量。

從表2可看出，拉伸倍數小于1.4時，隨著拉伸倍數提高，絲束斷裂強度上升，斷裂伸長下降，當拉伸倍數超過1.5以后，隨著拉伸倍數的增加，斷裂強度和斷裂伸長均下降。因此，生產22.2dtex/7f PA6全消光FDY時，拉伸倍數一般控制在1.3～1.4，熱輥定型溫度為145℃～155℃。

表2 拉伸倍數對產品質量的影響(22.2dtex/7f)Table 2 Effects of stretch ratio on the quality of the products

2.3.5卷繞速度

卷繞速度一般要低于GR2和GR3的速度，以使絲條內應力得到一定程度的釋放，并保證絲餅具有較好的成型。對于22.2dtex/7f全消光FDY，卷繞速度一般控制在4400～4500m/min。

2.4 產品質量

通過對各工藝參數的調整，最終生產的22.2dtex/7f全消光FDY產品指標如下:

表3 產品抽檢指標(22.2dtex/7f)Table 3 Index of Sampling observatio n

3 結論

(1)生產具有防紫外線功能錦綸長絲對切片質量要求較高，使用全消光切片生產，紫外線屏蔽劑TiO2含量等指標必須達到要求;

(2)噴絲板的設計對產品質量有顯著影響，要選擇恰當的長徑比，提高產品質量，同時要考慮清洗和制造的困難程度;

(3)冷卻條件直接影響到絲束內部分子的取向、結晶和后拉伸性能，要嚴格控制側吹風的風速、風溫、風濕和風壓，減緩冷卻速度，延長冷卻距離;

(4)拉伸倍數的增大有利于提高產品的斷裂強度，但超過臨界點后，會破壞纖維內部分子結構引起強力的下降，因此拉伸倍數的選擇要適當。對22.2dtex/7f品種，拉伸倍數選擇1.3～1.4比較合適。

［1］劉讓同，李銳.噴絲板的設計生產［J］.輕紡工業與技術.2011，40(1):17－20.

［2］梁冬.全消光錦綸6全拉伸絲生產工藝探討［J］.合成纖維.2006，12:43－45.

［3］李生強，王新，王振，等.11.1dtex/7f細旦PA66 FDY生產工藝探討［J］.合成纖維工藝.2012，35(1):72－74.