熔體直紡聚酯長(zhǎng)絲POY 投產(chǎn)過(guò)程中物性指標(biāo)的優(yōu)化

胡 軍，周 龍，季文藝，吳 斌，嵇志剛，陶雅萍

（ 新鳳鳴集團(tuán)湖州中石科技有限公司，浙江 湖州313021 ）

0 前言

受中美貿(mào)易戰(zhàn)及世界經(jīng)濟(jì)走勢(shì)趨弱的國(guó)際大環(huán)境影響，國(guó)內(nèi)紡織品出口明顯受到抑制，化纖紡織行業(yè)形勢(shì)愈發(fā)嚴(yán)峻，作為紡織原料的上游產(chǎn)業(yè)，化纖產(chǎn)品只有走差別化[1]、功能化、精細(xì)化的非常規(guī)路線(xiàn)才能被下游市場(chǎng)認(rèn)可，才能提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。 國(guó)內(nèi)聚酯行業(yè)幾大巨頭逆勢(shì)而動(dòng)，紛紛擴(kuò)大產(chǎn)能，上馬高附加值的節(jié)能環(huán)保型聚酯紡絲項(xiàng)目，搶占市場(chǎng)制高點(diǎn)，行業(yè)產(chǎn)能形成寡頭集中的現(xiàn)象。 我司在2019 年投產(chǎn)兩套熔體直紡差別化聚酯項(xiàng)目，每套裝置均在13 ～15 個(gè)月的時(shí)間內(nèi)完成土建到紡絲全部達(dá)產(chǎn)，將紡絲開(kāi)車(chē)調(diào)試至全部達(dá)產(chǎn)壓縮到兩個(gè)月內(nèi)完成，由于開(kāi)車(chē)過(guò)程中聚酯負(fù)荷不斷提高，聚酯熔體指標(biāo)需要不斷調(diào)整，紡絲生產(chǎn)技術(shù)人員必須依據(jù)設(shè)備配置特點(diǎn)，對(duì)工藝調(diào)整優(yōu)化、對(duì)產(chǎn)品物性指標(biāo)跟蹤，對(duì)生產(chǎn)操作過(guò)程嚴(yán)格管控，才能在最短時(shí)間內(nèi)獲得物性指標(biāo)良好的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。

1 測(cè)試儀器

縷紗測(cè)長(zhǎng)儀YG086C （常州八方力士紡織儀器有限公司）； YG023B-Ⅲ全自動(dòng)單紗強(qiáng)力機(jī)（常州八方力士紡織儀器有限公司）； UT-5 條干儀（瑞士Uster 公司）； DYNIFILM 動(dòng)態(tài)熱應(yīng)力儀（德國(guó)TEXTECHNO 公司）。

2 主要生產(chǎn)設(shè)備

“W” 型紡絲箱體、WINGS-1800/12T 型卷繞機(jī)、環(huán)吹風(fēng)裝置 （歐瑞康蘇拉紡織機(jī)械公司提供）； 高溫短流程三釜聚酯裝置； 熔體輸送管道及動(dòng)力設(shè)備（美國(guó)康泰斯公司提供）。

3 POY 產(chǎn)品物理指標(biāo)的要求

3.1 POY 強(qiáng)伸度及CV 值的要求

POY 產(chǎn)品要具有一定的取向度和較低的結(jié)晶度，才能滿(mǎn)足下道加彈工序的需要，在物理結(jié)構(gòu)性能方面體現(xiàn)在強(qiáng)伸度及變異系數(shù) （CV值）上，較高的結(jié)晶度不利于后拉伸進(jìn)行，較低的取向度會(huì)造成強(qiáng)度低、伸長(zhǎng)率大，后加工需要較高的牽伸倍數(shù)才能保持穩(wěn)定； 若取向度較高、結(jié)晶度大，伸長(zhǎng)率變小，拉伸時(shí)需要破壞已經(jīng)建立起來(lái)的大分子結(jié)晶結(jié)構(gòu)，拉伸張力較高，容易產(chǎn)生毛絲。 為了提高加彈拉伸工藝的范圍和拉伸均勻性，POY 必須具備高強(qiáng)度、高伸長(zhǎng)率，而且強(qiáng)伸度變異系數(shù) （簡(jiǎn)稱(chēng)CV 值）越小越好。 企業(yè)內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)要求半光圓孔強(qiáng)度大于2.5 cN/dtex，伸長(zhǎng)率在128%以上，強(qiáng)伸度CV 值小于2.0%。

3.2 POY 熱應(yīng)力值(簡(jiǎn)稱(chēng)HDK）及其CV 值的要求

為了表征POY 后拉伸過(guò)程中張力的變化，用POY 熱應(yīng)力數(shù)值的變化來(lái)模擬加彈張力的變化有著很好的參考價(jià)值。 一般來(lái)說(shuō)，同規(guī)格POY 的HDK 值越大，在相同的加工條件下加彈張力也越大； 其HDK 的CV 值越大，說(shuō)明紡絲成形過(guò)程中均勻性越差，超分子結(jié)構(gòu)越不均勻，加彈時(shí)張力CV 值也越大。 企業(yè)內(nèi)控要求熱應(yīng)力CV 值同一錠內(nèi)小于1.0%，錠間小于2%。

3.3 POY 條干CV 值的要求

POY 條干值大小反映產(chǎn)品分子結(jié)構(gòu)的均勻性，一般條干波譜圖上反映出長(zhǎng)片段、中片段、短片段三個(gè)區(qū)域的圖形，有利于分析紡絲過(guò)程中哪個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常； 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求半光圓孔POY 產(chǎn)品條干CV 值小于1.6%即可，企業(yè)內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)一般為小于1.2%。 條干CV 值大，加工出來(lái)的產(chǎn)品襪帶染色時(shí)容易出現(xiàn)條紋，對(duì)應(yīng)的加彈絲也產(chǎn)生僵絲、毛絲等外觀異常。

3.4 關(guān)鍵性指標(biāo)

POY 物性指標(biāo)中，強(qiáng)伸度越高、強(qiáng)伸度CV值越小、條干CV 值越小、熱應(yīng)力CV 值越小越有利于后道產(chǎn)品的加工，產(chǎn)品質(zhì)量越好。 下面以紡絲投產(chǎn)生產(chǎn)DIO 185 dtex/144 f 為例，物理指標(biāo)內(nèi)部控制范圍要求如表1。

4 熔體紡聚酯POY 長(zhǎng)絲達(dá)產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)品物理指標(biāo)存在的問(wèn)題及原因分析

4.1 強(qiáng)伸度偏低

強(qiáng)伸度偏低的產(chǎn)品，后加工過(guò)程中斷頭多、毛絲多，染色均勻性差，纖維復(fù)絲中存在單絲斷裂形成弱絲。 對(duì)于圓孔常規(guī)POY 產(chǎn)品，一般我們把強(qiáng)度低于2.3 cN/dtex，伸長(zhǎng)率低于120%的絲稱(chēng)為弱絲。 產(chǎn)生弱絲的原因主要有熔體端羧基值不合適，熔體均勻性差，紡絲溫度不合適、紡絲速度不合適、絲路存在異常等。

4.2 熱應(yīng)力值超出正常控制范圍及其CV 值大

首次開(kāi)車(chē)過(guò)程中，不是一次性所有生產(chǎn)線(xiàn)全部在幾天之內(nèi)開(kāi)完，而是存在分階段、分批次來(lái)完成達(dá)產(chǎn)的過(guò)程，這期間存在聚酯熔體負(fù)荷變化，熔體在終聚釜和輸送管道內(nèi)停留時(shí)間也發(fā)生變化，即使相同規(guī)格的產(chǎn)品，不同的錠位，錠間、錠內(nèi)熱應(yīng)力值大小存在差異，差異程度越大，其CV 值就越大，若工藝控制和錠位管理方面存在缺陷，則導(dǎo)致產(chǎn)品的熱應(yīng)力大小不勻。 熔體黏度不勻、熔體管道及紡絲箱體保溫效果不佳、不同的線(xiàn)生產(chǎn)相同的規(guī)格產(chǎn)品流量的差異、紡絲組件、環(huán)吹風(fēng)密封條件的差異以及環(huán)吹風(fēng)裝置水平調(diào)整的精度都會(huì)影響熱應(yīng)力的大小及均勻性； 同時(shí)更換組件、風(fēng)筒作業(yè)時(shí)，存在人為操作上的差異也會(huì)造成熱應(yīng)力偏差及其CV 值大。

4.3 條干CV 值偏大

在某一條線(xiàn)或者幾條線(xiàn)開(kāi)車(chē)時(shí)，紡絲、卷繞環(huán)境風(fēng)調(diào)節(jié)不能單獨(dú)分開(kāi)進(jìn)行，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境氣流的調(diào)節(jié)困難，紡絲時(shí)絲條受到 “野風(fēng)” 干擾，對(duì)細(xì)旦多孔絲冷卻成形不利，條干CV 值會(huì)變大； 環(huán)吹風(fēng)裝置潔凈程度、工藝風(fēng)壓大小及冷卻上油位置、無(wú)風(fēng)區(qū)高低均會(huì)對(duì)條干CV 值影響較大，故需要針對(duì)不同的規(guī)格產(chǎn)品選擇不同的冷卻成形條件。

表1 DIO 185 dtex/144 f POY 物理指標(biāo)內(nèi)部控制標(biāo)準(zhǔn)

5 產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的優(yōu)化

5.1 聚酯熔體端羧基和黏度指標(biāo)

紡絲首次開(kāi)車(chē)投產(chǎn)時(shí)，聚酯熔體產(chǎn)量一般控制在每天300 ～400 t 之間，并依據(jù)后續(xù)紡絲投產(chǎn)的進(jìn)度來(lái)逐步提高熔體負(fù)荷，在較低的聚合產(chǎn)量下，物料在反應(yīng)釜停留時(shí)間長(zhǎng)，反應(yīng)劇烈，端羧基質(zhì)量摩爾濃度較低，熔體黏度高，為了及時(shí)提高端羧基質(zhì)量摩爾濃度，降低聚酯熔體在輸送過(guò)程中的降解程度，聚合在短時(shí)期內(nèi)將最初的熔體端羧基質(zhì)量摩爾濃度從35 mol/t 提高到42 mol/t，同時(shí)將熔體黏度從0.640 dL/g 降低到0.630 dL/g，對(duì)應(yīng)紡絲產(chǎn)品的強(qiáng)度及伸長(zhǎng)率變化如表2。

表2 不同的熔體端羧基質(zhì)量摩爾濃度--黏度組合對(duì)185 dtex/144 f 的強(qiáng)伸度影響

從表2 不同的端羧基質(zhì)量摩爾濃度—黏度組合對(duì)應(yīng)的強(qiáng)伸度變化可以看出：隨著產(chǎn)量的提高，降低熔體黏度，同時(shí)提高端羧基質(zhì)量摩爾濃度，產(chǎn)品的強(qiáng)伸度出現(xiàn)一個(gè)最大值，在紡絲項(xiàng)目投產(chǎn)過(guò)程中，及時(shí)匹配好黏度與端羧基質(zhì)量摩爾濃度、產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)性，能得到較好的產(chǎn)品物理指標(biāo)。

5.2 熔體溫度

熔體在輸送過(guò)程中，由熔體冷卻器液相熱媒SXE 溫度來(lái)調(diào)節(jié)熔體溫度的高低，氣相熱媒SXA 對(duì)熔體輸送管道進(jìn)行伴熱； 熔體進(jìn)入紡絲箱體后，由氣相熱媒對(duì)箱體保溫，故熔體的溫度受液相熱媒和氣相熱媒分段調(diào)節(jié)控制。 一般采用較低的熔體輸送溫度和伴熱溫度，而紡絲箱體溫度適當(dāng)提高，既減少熔體在輸送過(guò)程中的熱降解，又能提高熔體的均勻性和產(chǎn)品的強(qiáng)伸均勻性。 隨著產(chǎn)量的提高，熔體輸送溫度及伴熱溫度也相應(yīng)提高，但是過(guò)高的溫度會(huì)造成飄絲斷頭增加，強(qiáng)伸度減小。 在紡絲投產(chǎn)的過(guò)程中，對(duì)熔體溫度控制進(jìn)行試驗(yàn)，找到最佳的產(chǎn)量與溫度的匹配點(diǎn) （以生產(chǎn)88 dtex/72 f POY為例）見(jiàn)表3。

表3 熔體溫度對(duì)強(qiáng)伸度及可紡性的影響

5.3 環(huán)境氣流

從紡絲噴絲板擠出來(lái)的熔體細(xì)流通過(guò)環(huán)吹風(fēng)風(fēng)箱盒中冷卻固化，再經(jīng)過(guò)油嘴集束上油后，通過(guò)紡絲甬道進(jìn)入一對(duì)帶有導(dǎo)盤(pán)的卷繞頭卷繞成形。 絲條出風(fēng)筒到集束上油點(diǎn)之間區(qū)域，容易受到環(huán)境氣流的干擾，俗稱(chēng) “野風(fēng)” 干擾，產(chǎn)品的條干不勻率CV 值也與干擾程度相關(guān)，紡絲投產(chǎn)是一次性單條線(xiàn)或者多條線(xiàn)同時(shí)進(jìn)行，由于紡絲區(qū)域是敞開(kāi)式，整個(gè)環(huán)境氣流需要在相對(duì)隔離狀態(tài)下才便于調(diào)節(jié)。 為了降低環(huán)境氣流對(duì)紡絲的影響，采用紡絲層通往計(jì)量泵層地面洞口密封、紡絲位線(xiàn)后通往卷繞層孔板密封、兩條線(xiàn)為一個(gè)單元采用透明薄膜簾密封的方式，保持紡絲層氣流通過(guò)紡絲甬道進(jìn)入卷繞層，紡絲層與卷繞層保持正壓為30 Pa 左右，紡絲層與外界保持正壓在20 Pa 左右。 表4 為環(huán)境氣流在密封前后對(duì)185 dtex/144 f 產(chǎn)品條干影響的對(duì)比。

表4 環(huán)境氣流在密封前后對(duì)產(chǎn)品條干影響的對(duì)比

5.4 紡絲無(wú)風(fēng)區(qū)

紡絲無(wú)風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度對(duì)POY 產(chǎn)品的熱應(yīng)力 （簡(jiǎn)稱(chēng)HDK）值影響較大，在相同的品種規(guī)格和工藝條件下，無(wú)風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度越長(zhǎng)，產(chǎn)品的熱應(yīng)力越小，故不同的品種無(wú)風(fēng)區(qū)選擇有所不同。 無(wú)風(fēng)區(qū)由組件連接塊、石棉墊、鋁板、密封墊共同組成，組件連接塊、鋁板在使用過(guò)程中長(zhǎng)度是固定不變的，但是石棉墊、密封墊在使用過(guò)程中隨著時(shí)間延長(zhǎng)出現(xiàn)壓縮變形，導(dǎo)致無(wú)風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度變短，產(chǎn)品的熱應(yīng)力 （HDK）值變大[2]。 由于紡絲線(xiàn)投產(chǎn)時(shí)間先后差異，對(duì)已經(jīng)投產(chǎn)的線(xiàn)密封墊制定合理的更換周期，縮小相同的規(guī)格產(chǎn)品在不同生產(chǎn)線(xiàn)上的使用差異，經(jīng)過(guò)實(shí)踐，將密封墊使用周期定為4 個(gè)月較為合理。

圖1 為密封墊使用時(shí)間對(duì)POY 熱應(yīng)力（HDK）值的影響。

圖1 密封墊使用時(shí)間對(duì)POY 熱應(yīng)力 （HDK）值影響的對(duì)比

5.5 箱體保溫

新投產(chǎn)的紡絲裝置，為了防止箱體散熱造成熔體溫度均勻性差異，箱體內(nèi)部的保溫棉需要進(jìn)一步添加，箱體外面采用稀土保溫。 箱體經(jīng)過(guò)稀土保溫后，表層溫度下降8 ～10 ℃，不同產(chǎn)品的物理指標(biāo)也發(fā)生變化。

表5 為箱體保溫前后POY 物理指標(biāo)變化對(duì)比。

表5 箱體保溫前后POY 物理指標(biāo)變化對(duì)比表

從表5 數(shù)據(jù)對(duì)比中可看出，箱體保溫后，強(qiáng)伸度提高，CV 值變小，熱應(yīng)力不變，熱應(yīng)力CV 值變小。 說(shuō)明保溫效果加強(qiáng)后，熔體的均勻性和流動(dòng)性提高，噴絲板板面溫度較為均勻一致，減少了溫度變化對(duì)熔體的影響[3]，避免紡絲出現(xiàn)弱絲的狀況，產(chǎn)品的強(qiáng)伸度及熱應(yīng)力得到提高，其CV 值變小。

6 結(jié)論

（1）在紡絲首次開(kāi)車(chē)投產(chǎn)過(guò)程中，依據(jù)聚酯產(chǎn)量的變化，及時(shí)調(diào)整熔體端羧基質(zhì)量摩爾濃度，選擇合適的熔體黏度，能夠達(dá)到提高產(chǎn)品強(qiáng)伸度的效果；

（2）隨著紡絲產(chǎn)量的變化，調(diào)整熔體輸送溫度，依據(jù)不同規(guī)格的產(chǎn)品，控制好紡絲箱體溫度，得到強(qiáng)伸度均較大的產(chǎn)品；

（3）對(duì)紡絲現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境氣流進(jìn)行調(diào)節(jié)，保持一定的工況壓差，減少氣流對(duì)紡絲的影響，可以得到較小的條干CV 值；

（4）投產(chǎn)過(guò)程中，制定好環(huán)吹風(fēng)密封墊周期，消除錠位之間差異，確保了POY 熱應(yīng)力值穩(wěn)定； 對(duì)紡絲箱體采用稀土保溫，保證了紡絲噴絲板面溫度的均勻性，提高了產(chǎn)品的強(qiáng)伸度和降低了強(qiáng)伸CV 值。