PTT_PET外并列复合POY生产工艺探讨_董海良.pdf

实践与经验合成纤维工业，（）：收稿日期：；修改稿收到日期：。作者简介：董海良（），男，在职博士，高级工程师，主要从事功能聚酯新材料与技术研究。：。外并列复合 生产工艺探讨董 海 良，（浙江恒逸石化研究院有限公司，浙江 杭州；东华大学 材料科学与工程学院 纤维材料改性国家重点实验室，上海）摘 要：以特性黏数 的聚对苯二甲酸丙二醇酯（）切片和特性黏数 的聚对苯二甲酸乙二醇酯（）切片为原料，采用特殊设计的并列型纺丝组件，通过复合纺丝生产 外并列复合预取向纤维（），探讨了其生产工艺条件。结果表明：特殊设计的并列型纺丝组件采取喷丝板外复合方式，喷丝孔长径比大于等于，生产的 外并列复合 截面呈花生形状，经后续加工后纤维蓬松饱满；在 与 复合质量比为:的条件下，控制 纺丝温度 、纺丝温度、卷绕速度 、卷绕角 、卷绕张力 ，生产 外并列复合，生产稳定性好，满卷率高，纤维断裂强度为 ，断裂伸长率为 ，产品质量指标达到优等品要求。关键词：聚对苯二甲酸乙二酯纤维 聚对苯二甲酸丙二酯纤维 并列型复合纤维 预取向纤维 生产工艺中图分类号：文献标识码：文章编号：（）聚对苯二甲酸丙二醇酯（）聚对苯二甲酸乙二醇酯（）自卷曲弹性复合纤维是通过复合纺丝技术将两种不同弹性模量、收缩性能的 和 聚合物纺丝而成的并列型复合纤维，经拉伸、热处理后可产生永久性三维螺旋状卷曲结构。这种卷曲结构的 复合纤维具有三维立体、潜在收缩性、回弹性、蓬松等特点，被广泛用于开发高档服装面料，深受消费者的亲睐。根据生产方式不同，目前 自卷曲弹性复合纤维的生产方法有两种：一步法和两步法，一步法是将初生并列复合纤维在 设备一步完成拉伸定型；两步法是先做成预取向丝，再将预取向丝进行拉伸或假捻定型。不同生产方法得到的纤维风格明显不同，相比一步法，两步法生产的纤维风格独特，更加蓬松、手感柔软，弹性好。根据两组分复合方式的不同，复合纤维的复合方式主要分为板内复合和板外复合，板内复合是两种聚合物在出喷丝孔前进行复合，而板外复合是两种聚合物在喷丝孔外进行的复合。两种复合方式得到的纤维形状、风格也各不相同，相比板内复合，板外复合具备更多优势，可以减少熔体“串流”等现象发生，但是对组件及加工精度要求也更高。为满足高端弹性面料与高端服装的市场需求，作者以 和 切片为原料，按二组分最佳的复合比，采用外并列型纺丝组件进行复合纺丝，经工艺优化，生产 外并列复合预取向纤维（），为 复合纤维的高端应用提供原料。试验 原料 切片：特性黏数 ，浙江恒逸石化研究院有限公司产；切片：特性黏数 ，浙江恒逸石化研究院有限公司产；油剂：牌号为，日本竹本公司产。主要设备及仪器干燥设备：郑州中远干燥工程有限公司制；复合纺丝设备和卷绕设备：北京中丽化纤机械有限公司制；并列型复合喷丝板：常州纺兴精密机械有限公司制；全自动黏度测定仪：德国劳达公司制；型全自动单纱强力机：常州二纺精密机械有限公司制；纤维含油率分析仪：英国牛津公司制；条 干 仪：瑞 士 公 司 制；偏光显微镜：德国莱卡公司制；扫描电子显微镜：日本日立公司制。并列复合 的生产本试验采用外并列纺丝组件（见图）生产产品规格为 的 并列复合。与 复合质量比为:，并列复合 的生产工艺参数及工艺流程分别见表 和图。图 内并列与外并列型纺丝组件示意 表 并列复合 生产工艺参数 项目参 数 干燥温度 干燥时间 螺杆温度 纺丝组件温度 计量泵泵供量（）冷却风速度（）喷丝板孔数 喷丝孔径 卷绕速度（）卷绕角（）复合纺丝组件过滤器熔融挤出干燥预结晶输送 切片过滤器熔融挤出干燥预结晶输送 切片纺丝冷却上油导丝盘卷绕复合 图 并列复合 生产工艺流程 分析与测试特性黏数：参照 纤维级聚酯（）切片试验方法，采用全自动黏度测定仪进行测试，测试温度为 ，溶剂苯酚 四氯乙烷体积比为:。力学性能：参照 涤纶预取向丝，采用全自动单纱强力机测试纤维的断裂强度和断裂伸长率。试样隔距为 ，拉伸速度为 ，测试环境温度 、相对湿度，拉伸次数为，取平均值。表观形貌：纤维截面采用偏光显微镜观察，放大倍数为；纤维表面采用扫描电子显微镜观察，放大倍数为。结果与讨论 原料选择双组分并列复合 生产时需要对原料黏度进行严格控制，从而利用两种不同组分热力学性能差异来获得具有一定卷曲潜力的并列复合，经后序加弹能表现出三维卷曲效果。当二组分黏度差异较小时，获得潜在的卷曲性能低，无法满足产品弹性要求；当二组分黏度差异太大时，纺丝成形差，容易出现弯头，影响生产的稳定性。鉴于生产稳定性和产品的性能要求，选用特性黏数为 的 切片与特性黏数为 的 切片进行复合纺丝，生产稳定性好，生产的复合 后加工性能好。纺丝组件在生产 并列复合 过程中，将 和 熔体分别输送到复合纺丝组件并在喷丝孔外合并成一根纤维，熔体经喷丝孔后初生纤维具有胀大效应，利用这种特性，两种相容性的熔体可以有效黏合，从而实现板外复合，得到外并列复合纤维。相比于板内复合，这样可以避免发生因熔体动力黏度差异而产生稀包稠而形成皮心结构，导致纤维性能变差。试验中发现，当两种不同熔体黏度的差异过大，熔体出喷丝板时容易发生弯头角现象，趋向于高黏度熔体一侧弯曲，易黏附于喷丝板，造成丝束黏结，影响纤维成形，严重时无法连续纺丝。为此，结合两种熔体流动特性，对喷丝板进行重新优化设计，控制喷丝孔长径比大于；同时，充分考虑两种不同熔体出喷丝孔的膨胀效应，调整了两个喷丝孔之间的夹角和间距，达到减少弯头的作第 期 董海良 外并列复合 生产工艺探讨用，并减少熔体差异对并列复合带来的不利影响；其次，对组件的材质、喷丝孔的粗糙度进行了严格的控制。试验表明，选择喷丝板为外并列型、喷丝孔长径比大于等于，生产稳定性好，生产的并列复合 截面呈花生形状（见图），这种形状有利于两种不同聚酯发挥其收缩特性，形成卷曲结构，弹性更好。图 并列复合 的截面形貌 纺丝温度根据生产工艺流程，纺丝前两种切片需经过干燥处理，严格控制其水分含量在 以下，经不同的螺杆熔融挤出后，两组分的熔体分别经各自计量泵计量，再经过各自纺丝箱体后在喷丝孔外合并成形。但是，由于 与 的熔融温度相差大，流动性不同，为保证两种熔体喷丝孔外合并能够有效的匹配，同时避免 降解过大而影响可纺性能和卷曲性能，考察了 纺丝箱体温度对复合纤维性能的影响。从表 可知，随 纺丝箱体温度的增加，复合 的断裂强度降低，断裂伸长率提高，性能下降。综合考虑两种不同组分熔体的特性，并经多次试验，在 的纺丝箱体温度为 、纺丝箱体温度为 时，可以稳定生产性能优良的 并列复合。表 纺丝箱体温度对 并列复合 力学性能的影响 纺丝箱体温度 断裂强度（）断裂伸长率，从图 可以看出，生产的 并列复合 经拉伸后，得到的复合纤维蓬松、立体卷曲效果非常明显。图 并列复合 及其拉伸后纤维的表面形貌 卷绕工艺 卷绕张力与卷绕角生产过程中，由于 并列复合 的 组分的玻璃化转变温度较低，卷绕过程中纤维容易收缩，导致卷装筒子易产生凸肩、凸肚现象，严重时筒子变形，退绕困难。试验表明：卷绕张力小于 时，纤维抖动厉害，生产不稳定；卷绕张力大于 时，断头多，卷绕成型差。经多次试验验证，生产中卷绕角控制在 ，卷绕张力控制在 为宜。卷绕速度卷绕速度对 并列复合 的力学性能影响较大。从表 可以看出：生产 复合 过程中，当卷绕速度为 时，纤维的断裂伸长率偏大，断裂强度偏低仅 ，不利于后续拉伸；当卷绕速度为 时，纤维断裂强度增大至 ，断裂伸长率下降，但生产过程中断头、毛丝增加，生产稳定性变差，满卷率降低至。综合分析，并结合后纺生产，选择卷绕速度 为宜。表 卷绕速度对 复合 性能的影响 卷绕速度（）断裂强度（）断裂伸长率，满卷率，后加工性能 差 好 良 差 产品性能通过上述分析，生产 外并列复合 的较佳主要工艺参数为：纺 合 成 纤 维 工 业 年第 卷丝箱体温度 ，纺丝箱体温度，纺丝速度 ，卷绕角 ，卷绕张力 。在此工艺下，生产稳定性好，满卷率高，纤维物理性能见表，主要指标均满足优等品要求，符合后纺加工要求。表 并列复合 的性能 项目 参数线密度变异系数，断裂强度（）断裂强度变异系数，断裂伸长率，断裂伸长率变异系数，条干不匀率，含油率，结论 以特性黏数为 的 切片及特性黏数为 的 切片为原料，通过并列复合纺丝，以板外复合的方式生产的 并列复合 经后续工序加工后纤维蓬松饱满，风格独特。采用特殊设计的外并列型纺丝组件，控制喷丝孔长径比大于等于，生产稳定性好，生产的并列复合 截面呈花生形状，性能优良。主要纺丝工艺较佳条件如下：与 复合质量比为:，箱体温度为，箱体温度为 ，卷绕速度为 ，卷绕角控制在 ，卷绕张力控制在 。在此工艺条件下生产 外并列复合，生产稳定性好，满卷率高，纤维断裂强度为 ，断裂伸长率为 ，产品质量指标达到优等品要求。参 考 文 献 蒋禹旭，刘晓东 双组分弹性纤维的结构及热性能研究 聚酯工业，（）：王春梅，王锐，肖红，等 和 及 复合纤维结构研究进展 合成纤维工业，（）：杨竹丽，王府梅 自卷曲复合长丝 纺丝工艺及性能 纺织学报，（）：张大省，周静宜 双组分并列复合纤维的弹性形成机理 纺织导报，（）：俞海峰，杨美桂 并列复合纤维生产工艺探讨 合成纤维工业，（）：张明成，王兴柏 并列型复合纤维纺丝技术纺织科学研究，（）：汪一栋，卢新宇，王春燕，等 自卷曲复合纤维的工艺性能 合成纤维，（）：，（，；，）：（）（），（）；:，；，：；第 期 董海良 外并列复合 生产工艺探讨