大有光扁平滌綸POY環吹風冷卻改造及工藝探討

沈 杰,陸建偉,3,錢建會,邵海峰,王海泉,王春燕，2*

(1.桐昆集團浙江恒通化纖有限公司，浙江 桐鄉 314500； 2.浙江恒創先進功能纖維創新中心有限公司，浙江 桐鄉 314500； 3.浙江省桐昆恒通新纖維研究院，浙江 桐鄉 314500)

隨著化學纖維行業的不斷發展，纖維逐步向細旦、多孔等差別化方向發展，而大有光滌綸預取向絲(POY)產品也逐步從粗旦少孔向細旦多孔，從常規三葉孔形向扁平孔形等差別化纖維發展[1-3]。因大有光扁平滌綸POY為“一”字形截面的纖維，后道織造的織物具有光澤好、拉絨后毛型好、抗起毛起球、剛性好、吸濕透氣等優良性能，常用于生產高檔毛毯、玩具、衣物等，產品附加值較高，具有較好的市場前景[4]。

桐昆集團浙江恒通化纖有限公司長絲裝置設計的品種為側吹風冷卻生產大有光三葉滌綸 POY，該設計不能滿足生產大有光多孔細旦扁平滌綸POY的技術要求。這是由于側吹風通過大面積網板吹向多孔集束纖維時，靠近網板處的絲束冷卻強度大于遠離網板處的絲束，導致各單絲之間冷卻不均勻，從而使最終產品的條干不勻率上升。因此，為解決生產線設備配置無法滿足生產大有光扁平滌綸POY的技術要求，作者對大有光扁平滌綸POY側吹風生產線進行環吹風冷卻改造，并對280 dtex/288 f大有光扁平滌綸POY的生產工藝進行探討，以期為同類裝置大有光扁平滌綸POY的生產提供指導。

1 試驗

1.1 主要原料

聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)大有光熔體：特性黏數(0.622±0.01)dL/g，端羧基含量(30±3)mol/t，二甘醇質量分數(1.20±0.05)%，桐昆集團浙江恒通化纖有限公司產。

1.2 設備與儀器

ACW4T-1500/10型卷繞機：德國巴馬格公司制；10×3.0 mL/r 計量泵、10×0.12 mL/r油劑泵：蘇州斯賓耐特化纖科技有限公司制；PVS6型自動黏度檢測儀：德國勞達公司制；YG023B-11型全自動單紗強力機：常州紡織儀器廠有限公司制；MQC23-10型核磁共振含油率分析儀：英國牛津儀器集團制；TESTER條干儀：瑞士Uster公司制；LW300-28LT生物顯微鏡 :上海測維光電公司制。

1.3 大有光扁平滌綸POY生產工藝流程

大有光扁平滌綸POY生產工藝流程與大有光三葉滌綸 POY生產工藝流程一致，其工藝流程依次為：PET熔體輸送、熔體增壓、熔體冷卻、靜態混合、熔體分配、噴絲頭擠出、環吹風冷卻成形、油嘴上油、卷繞成形。

1.4 技術改造

1.4.1 紡絲箱體和環吹風冷卻設備改造

1條大有光生產線共計36個位，為保證生產穩定性，改造前后熔體管道分配的流量應盡量保持不變，而改造后生產的多孔細旦扁平纖維單位日產量比原三葉異形纖維單位日產量減少40%左右，因此只有增加位數才能達到總日產量不變的要求。

考慮到生產場地空間距離無法改變，增加位數只有通過縮短單個位長度實現，因此改造將單個位紡絲箱體內10個組件由“一”字形排列改為“W”形錯位排列，并配套安裝“W”形錯位排列的環吹冷卻系統裝置和上油集束裝置，以減少單個位的占地面積，最終實現改造前后生產線總產量持平。“W”形錯位排列風筒見圖1。

圖1 “W”形錯位排列風筒示意Fig.1 W-type staggered arrangement of air ducts

1.4.2 卷繞設備改造

將卷繞設備的鋼平臺取消，更換甬道(根據新絲窗大小調整)和升降導絲盤，其中升降導絲盤將導絲盤、網絡器、分絲器等部件全部集成在一個傾斜的滑軌裝置上[5-6]。當需要進行生頭作業時，第二導絲盤通過軌道回到起點位置，當掛絲、分絲后，第二導絲盤再通過滑軌升到指定位置。通過取消鋼平臺和對卷繞設備進行改造，減少了人員配置，可實現一人進行生頭作業。

1.5 分析與測試

力學性能：根據GB/T 14344—2008《化學纖維 長絲拉伸性能試驗方法》，試樣在溫度(20±2)℃和濕度(65±5)%環境下調濕4 h后，采用YG023B—11型全自動單紗強力機進行測試。試樣夾持長度(250.0±1.0)mm，預加張力(0.050±0.005)cN/dtex，拉伸速度1 000 mm/min。

貨物損壞是大多數快遞公司會遇到的問題，運輸傳遞過程不注意，對于易損壞的物品無特別標注，投遞過程送件人員經常發生扔、拋等現象，而在送件過程中，快遞車經常在無人看守的情況下放在戶外由此導致的物件丟失或損壞等情況，消費者的實際損失很難得到賠償；這都是由于快遞公司沒有統一的行業規范及執行標準，并且具體條款設置不合理。他們往往以快遞合同已有快件損壞和丟失的賠償比率或標準約定為由,拒絕賠償消費者的實際損失。

條干不勻率：根據GB/T 14346—2015《化學纖維 長絲條干不勻率試驗方法電容法》，采用TESTER條干儀進行測試。測試速度為200 m/min，測試時間為2.5 min。

含油率：根據GB/T 6504—2017《化學纖維 含油率試驗方法》，稱取約2 g試樣，采用MQC23-10型核磁共振含油率分析儀進行測試。

扁平度：根據FZ/T 50002—2013《化學纖維異形度試驗方法》，首先通過生物顯微鏡測得成品纖維的截面圖，然后測量纖維的長度和寬度值，最后根據長度除以寬度得出扁平度。

2 結果與討論

2.1 組件工藝

組件結構中能夠決定生產穩定性和產品質量的是過濾層和噴絲板，過濾層包括過濾網和金屬砂，噴絲板與噴絲孔孔形、大小和排布有關。

2.1.1 金屬砂和過濾網選擇

280 dtex/288 f大有光扁平滌綸POY截面呈“一”字形，因此熔體中的凝聚粒子直徑不能大于纖維短軸長度，否則紡絲過程中易產生毛絲和發生斷頭現象。所以，需要選擇較細的金屬砂和高目數的金屬過濾網，以滿足良好的過濾性能要求。另外，當組件壓力較低時，過濾效果變差，生產扁平多孔細旦滌綸POY時容易出現毛絲和斷頭，因此需要適當提高組件壓力。為此，考察了不同規格金屬砂配比、過濾網精度對纖維生產毛絲和斷頭的影響，見表1、表2。

表1 不同規格金屬砂配比對生產中毛絲與斷頭的影響Tab.1 Effect of proportions of metal sands of different specification on broken filament and breakage of fibers

表2 不同規格過濾網對生產中毛絲與斷頭的影響Tab.2 Effect of different specifications of filter screens on broken filament and breakage of fibers

通過表1和表2對比可知，選擇過濾網精度為50 μm，金屬砂配比為40～60目100 g/60～80目150 g，可保證大有光扁平滌綸POY的正常生產和質量穩定性。

2.1.2 噴絲孔形狀和排布

異形噴絲板是生產差別化纖維的核心組件，噴絲孔的設計直接影響到扁平纖維的扁平度和可紡性[7]。“一”字形截面噴絲板的設計主要考慮噴絲孔的長寬比和孔的排列方式。因環吹風冷卻方式是噴絲板四周向中心冷卻，故生產所用噴絲板采用95 mm孔徑的同心圓形排布。同時，因“一”字形截面噴絲孔的長寬比不同，纖維的扁平度、噴絲頭速度、噴絲頭拉伸比相差會很大，如果長寬比不合理，容易造成斷頭多或者纖維的扁平度達不到后道紡織使用的要求[8]，所以考察了“一”字形截面噴絲孔長寬比分別為8:1、10:1、12:1時對纖維生產斷頭和毛絲情況。生產實踐表明，當噴絲孔長寬比為12:1時，纖維斷頭較多，生產穩定性較差；當噴絲孔長寬比為10:1，斷頭較少，生產相對穩定，且后加工滿足客戶的使用要求；當噴絲孔長寬比為8:1，纖維扁平度達不到客戶的使用要求。為此，選擇“一”字形截面噴絲孔長寬比為10:1。

2.2 紡絲溫度

紡絲溫度直接影響熔體的流動性和紡絲冷卻效果。當熔體溫度過低時，熔體流動性相對較差，熔體擠出噴絲孔冷卻時會因內部結構不穩定甚至破裂，導致斷頭或絲餅毛絲等問題。當熔體溫度過高時，熔體容易熱降解，且由于冷卻時間延長，導致纖維的扁平度降低。因此，考察了不同紡絲溫度對纖維生產毛絲與斷頭的影響，見表3。

表3 不同紡絲溫度對纖維生產毛絲與斷頭的影響Tab.3 Effect of spinning temperature on broken filament and breakage of fibers

從表3可以看出，兼顧生產熔體的可紡性和纖維的異形度，紡絲溫度控制在(282±2)℃較為適宜。

2.3 冷卻條件

冷卻條件主要包括冷卻風溫、冷卻風速(風壓)和集束位置。冷卻風溫越低，纖維的冷卻效果越好，冷卻風速也可以隨之調小，而冷卻風速越小，單絲晃動也會越小，產品質量越穩定。但冷卻風溫過低，會增加能耗，不利于降低生產成本，而冷卻風溫過高，纖維的冷卻效果變差，冷卻風速必需隨之調大，過大冷卻風速又會使得單絲之間相互擾動，甚至出現單絲黏連、并絲現象，影響正常生產和產品品質。由于280 dtex/288 f大有光扁平滌綸POY單絲線密度小，且孔數多，應適當提高集束位置，以便減少初生絲與空氣的摩擦，最終減小紡絲張力，改善絲束條干不勻率。因此，分別考察了冷卻風溫、冷卻風壓和集束位置對纖維條干不勻率的影響，分別見表4、表5、表6。

表4 不同冷卻風溫下纖維的條干不勻率Tab.4 Yarn unevenness under different cooling air temperatures

表5 不同冷卻風壓下纖維的條干不勻率Tab.5 Yarn unevenness under different cooling air pressure

表6不同集束位置下纖維的條干不勻率Tab.6 Yarn unevenness at different collection position

從表4、表5、表6可以看出，冷卻風溫控制在(21.0±0.5)℃，冷卻風壓控制在(20±1)Pa，集束位置控制在800～850 mm，既能保證冷纖維的條干不勻率較低，也能確保纖維生產時能耗較低。

2.4 卷繞速度

280 dtex/288 f大有光扁平滌綸 POY因單絲線密度較小且為異形截面，絲束在卷繞過程中速度不宜過快，如果卷繞速度過快，會增加絲束在絲道瓷件上的摩擦，容易產生斷頭和毛絲。因此，綜合考慮纖維的物理指標、產品外觀和生產穩定性，將卷繞速度設置為2 805 m/min為宜。

2.5 纖維性能

從表7可以看出：最優工藝條件下制備的280 dtex/288 f大有光扁平滌綸POY的斷裂強度為2.51 cN/dtex，斷裂伸長率為120.4%，含油率為0.36%，扁平度為3.4，可滿足后道織造所需；斷裂強度變異系數、斷裂伸長率變異系數、條干不勻率分別為2.19%，1.45%，1.37%，均較低，說明制備的纖維均勻性較好。

表7 280 dtex/288 f大有光扁平滌綸POY的性能Tab.7 Properties of 280 dtex/288 f bright flat polyester POY

3 結論

a.將單個位紡絲箱體內10個組件由“一”字形排列改為“W”形錯位排列，并配套安裝“W”形錯位排列的環吹冷卻系統裝置和上油集束裝置，可實現長絲裝置由大有光三葉滌綸 POY轉產大有光多孔細旦扁平滌綸POY。

b.卷繞設備通過取消鋼平臺和改造升降導絲盤，可實現一人進行生頭作業。

c.設置組件結構中過濾網的精度為50 μm，金屬砂配比為40～60目100 g/60～80目150 g，噴絲板采用同心圓形排布，長寬比為10:1，可滿足大有光扁平多孔細旦滌綸POY的生產工藝要求。

d.控制紡絲溫度在(282±2)℃，冷卻風溫在(21.0±0.5)℃，冷卻風壓在(20±1)Pa，集束位置在800～850 mm和卷繞速度為2 805 m/min，生產出的280 dtex/288 f大有光扁平滌綸POY質量最佳，斷裂強度為2.51 cN/dtex, 含油率為0.36%，扁平度為3.4。