概述涤纶长丝高速纺生产中特性粘数与断头率的控1

窗体顶端概述涤纶长丝高速纺生产中特性粘数与断头率的控制2008年4月10日 9:50 本文标签： 涤纶长丝 作者：赵景辉一、前言 回顾涤纶长丝行业的历史，过去涤纶长丝生产大多是以聚酯切片纺的方法为主，熔体直接纺较少，而如今直接纺越来越多了，而聚酯切片纺的将逐渐减少，不管哪种方法生产涤纶长丝，都涉及到一些影响到产品质量的各种工艺问题，如特性粘数的控制， 因为特性粘数是用来间接反映生产过程中PET (聚对苯二甲酸乙二醇酯)分子量变化的参数。另外，在涤纶长丝生产过程中，提高纺丝速度，是充分发挥设备潜能、降低生产成本、增加长丝产量、进而提高经济效益的有效手段。比如，在涤纶POY生产过程中，把卷绕速度从3200m/min提高至5000m/min时，对长丝产量的增加十分明显。这正是涤纶长丝高速纺受到企业普遍欢迎的原因之一。然而，与常规纺丝不同的是，在高速纺过程中，纤维的结构与性能发生了微妙的变化。由于高速纺的典型特征是纺丝线上的应力高，势必造成长丝具有较高的分子取向度和结晶度，同时出现颈缩，而这样纺制的POY纤维其性能不适于下游变形加工。这是因为，具有较高取向度和结晶度的大分子链在变形和加捻过程中会产生较大的阻力，轻者会影响变形和加捻的效果，重者会造成断头，从而抵消了因纺速的提高而对产量增加的效果。何况，当丝条上出现颈缩时，丝条的不匀率上升，从而使得丝条的整体质量下降，这也是应当努力加以避免的。由此可见，如何在涤纶长丝高速纺过程中不致产生较高的取向度和结晶度，并尽可能地避免丝条中颈缩现象的出现，便是保证下游变形加工过程顺利进行的基础。到目前为止，研究人员至少已经开发出三种方法以阻止高速纺时长丝发生以上令人不快的结构变化：采用物理改性的方法，将PET与少量聚合物添加剂共混，该添加剂能减弱纺丝线上的应力，降低高速纺过程中PET组分受到的有效应力；采用化学改性的方法，改变PET的化学结构以改变高应力对PET分子的作用；采用空气骤冷的纯工艺方法，通过减小纤维和骤冷风的速度差以降低纺丝线上的应力；在生产和研究过程中发现，上述三种方法各有一定的优势。二、涤纶长丝高速纺生产中特性粘数的控制探讨 在涤纶长丝高速纺生产中，特性粘数的大小与丝条的机械性能，条干均匀性， 染色均匀性及纺丝拉伸的运转稳定性等有密切的关系。例如：对机械性能的影响，通常用纤维的强伸积（类似断裂功）来表征，由于强伸积w =强度伸长%与特性粘度是呈正相关关系， 即随着特性粘数的增大，纤维的机械性能逐步提高。另外，还有对纤维的质量及运转稳定性生产影响，当特性粘数值过高时，纺丝时熔体粘度增大，造成流变性能变坏，使纺丝拉伸时易产生毛丝、断头等，丝条手感僵硬，并对后对工进一步拉伸假捻不利，易产生毛丝、断头等现象。当特性粘数过低时，熔体流变性能虽然变好，但纤维性能变差，甚至会产生纺丝张力偏低、飘丝、滴浆、注头、断头等问题。但是直接测定PET分子量较困难；所以工业生产中常用测试较方便。 生产中特性粘度控制情况如下： 随着生产工艺流程的进行，PET的分子量会逐渐下降， 表现为特性粘数的下降，而在流程的每一点上，表现出来的是特性粘数的波动。特性粘数波动和特性粘数降是相互关联，相互影响的矛盾统一体。鉴于前言所述的原因， 生产中首先要控制的是特性粘数的波动，其次是特性粘数降。特性粘数的波动主要表现在原料特性粘数的波动；干切片特性粘数的波动；初生丝特性粘数的波动。特性粘数降主要表现在切片结晶干燥过程；切片挤压纺丝过程。一般要求控制点上特性粘数的波动应控制在0.02之内，波动越大，纤维的质量就越不均匀，可纺性也越差，生产现场的表现为时好时坏，飘忽不定，最令管理人员及技术人员头痛，例如特性粘数每波动0.0l，纤维强伸积就波动0.03。对于同一批原料，其特性粘数波动较小，一般都小于0.0l，除非不同厂家的切片之间由于生产工艺方法不同，彼此之间的特性粘数有所不同，其差值可达0.02以上，这就要求更换原料时要相应修改部分工艺参数，以消除这种波动的影响，更要注意的是不同厂家，甚至同一厂家不向批号的原料不能混合投入。结晶干燥后，切片特性粘数波动一般会增加，除非各项工艺条件比较稳定。经过这个过程，特性粘数降也开始产生，而且有资料表明，在加热温度大子180，时间超过5小时，这个过程的特性牯数降会更明显，如果切片含水率较高，以及补充空气露点过高时则更严重，甚至会影响到纺丝卷绕的顺利实现。切片经挤压熔融至纺丝成形，特性粘数降会加剧，特性粘数波动也会加剧，因为切片在这个过程中，会发生热降解，热氧化、热水解三种副反应，是一个物理降解与化学降解的综台过程，反应速率以热水解为最大，热水解的结果是使PET分子链断裂，分子量下降，分子量分布加宽（特性粘数波动增加），因此最直接影响纺丝过程特性粘效波动和特性数降的因素是干切片含水率。所以，涤纶高速妨生产中干切片的含水率一般要求低于0.003。某些实验证明，干切片含水率过高时，在加热温度大于180，水解反应明显发生，大于300时会严重水解，而热降解及氧化裂解反应在285时已同时发生，大于300更明显，其后果是除了初生丝性能变差外，还会产生汽泡丝，飘丝，注头，甚至断头等现象。除了含水率的影响外，挤压纺丝过程中的熔融温度、压力、剪切速率等因素也会影响到特性粘数以及熔体粘度的变化，欲使纺丝正常进行，特性粘数的恒定是很重要的，因为特性粘数的变化直接影响到熔体流变性能的变化。综上所述，其实众多参数的高低除了要合适外，更重要的是稳定，避免异常波动，这样才能保证产品质量的稳定，因此要获得稳定的特性粘数和合适的特性粘数降，首先要抓好原料管理，其次要搞好工序控制，另外还需要严格特性粘数的测试。三、涤纶长丝高速纺过程中断头率的控制方法 1.物理改性：加入聚合物添加剂 20世纪70年代后期，英国ICI公司和日本帝人公司的研究人员发现，向聚酯或聚酰胺熔体中添加少量的不混溶的第二聚合物组分，可抑制高速纺时应力引起的结晶和颈缩，这种分散于聚酯熔体内的第二组分细粒在高速纺过程中形成微纤维，可以部分吸收高速纺时纺丝线上过大的应力，同时有效降低了PET基料内的应力，从而抑制了PET的取向和结晶。由于某些添加剂价格昂贵，且添加剂的耗用量较多，过高地提高了生产成本，使得这种方法难以推广。到了20世纪90年代，一些公司找到了高效低价的聚合物添加剂，如丙烯酸类共聚物就因为物美价廉而受到较多的使用。这类添加剂之所以受到欢迎，就在于它有如下一些优异性能：在290高温下具有足够的热稳定性；添加剂与PET之间不混溶；添加剂的动力粘度比PET熔体的高；添加剂熔体流动的活化能比PET的高；在高速纺过程中不结晶；且玻璃化温度也比PET高。 从喷丝板挤出时，这类聚合物添加剂因变形而被拉长成椭圆形球体，在牵伸和固化时形成微纤维。由于添加剂熔体流动的活化能和玻璃化温度较高，因此骤冷时添加剂比聚酯基料固化快。使得聚酯基料固化前，混合熔体内组成为柔软的聚酯基料和刚性的添加剂组分，这些刚性组分能有效地吸收应力，从而使得聚酯基料所承受的应力降低。 添加剂加入之后，混合熔体的理想状态是，聚合物添加剂在PET基料内成细粒均匀分散；熔体中添加剂平均粒径小于400 nm；添加剂粒径分布窄；共混熔体内添加剂量及粒径分布保持恒定；复合纤维中添加剂微纤维长径比大于50。一旦添加剂及生产工艺满足上述要求后，POY的纺丝效率便会显著提高。生产过程中发现，在纺速为5000 m/min时，纺制伸长率为120的POY，添加剂的质量百分比控制在0.5-1.0。如果要将POY纺速提高到6000 m/min；须适当提高添加剂的用量，但不要超过l，在高速纺的情况下，涤纶长丝产能提高50，POY质量、性能合格，且纤维纤度范围较宽，产品规格范围较广。现在，吉玛公司拥有纺丝专业技术，原料供应商Degussa AG拥有开发各种分子结构的丙烯酸类共聚物的技术，二者与美国的一家工业伙伴合作，成功开发了添加剂新技术，并且已在工业生产中得到了验证。 2.化学改性：改变PET的化学结构 20世纪90年代初，研究人员采用苯偏三酸、均苯四酸等长链支化剂在工业规模上对POY聚合物进行了化学改性，而后在POY纺丝及变形过程中断头率受到有效的控制，但对总产能的增加并不明显，仅能提高约1012，因而在涤纶长丝高速纺过程中使用得并不多。 近年来，日本东丽公司在聚酯中添加第二单体进行接枝共聚，由此获得的共聚酯再与尼龙混合，生成聚酯尼龙海岛纤维，也称聚合物合金纤维，在纺制长丝的过程中，断头率大幅降低，成为东丽公司的得意产品。 具体而言，日本东丽公司在聚酯中混入5mol的间苯二甲酸-5-磺酸钠，生成的共聚酯其特性粘度为0.60dL/g，熔点为250，再将其与一定比例的尼龙6混合（尼龙6的熔点为220），两者的混合比例为20：80，将其熔融捏和而成聚合物合金切片。切片经熔融、过滤、熔纺、冷却、上油、卷绕，得到无纱线断头率的纤维。 该纤维经拉伸后，得到拉伸强力3.7Cn/dtex、伸长47、沸水收缩率为11的70dtex/34 f的合金纤维。纤维截面呈海岛结构，其中尼龙6为海，共聚酯为条纹状岛，且岛的平均直径为38nm。最后，将纺制成的合金纤维制成圆筒形针织物，并经碱液处理溶去共聚酯，得到纳米多孔尼龙6纤维构成的织物，并且其孔径50nm，平均孔径20nm的纤维。 由此也可以看出，这种聚合物合金纤维最终形成为无粗粒子的纳米多孔纤维，由不溶性聚合物为海、可溶性聚合物为条纹状的岛构成。可惜的是，作为可溶性岛结构的共聚酯，最后却被溶解成了孔洞，剩下来的仅是尼龙纤维，这已经偏离了生产聚酯长丝的初衷了。看来，已化学改性的方法来改变PET的化学结构，进而在高速纺过程中生产断头率低的聚酯长丝，还有较长的一段路程要走。 3.工艺调整：改变空气骤冷方式 常规的骤冷技术是骤冷风缓慢横向吹过刚纺出的长丝，这样，长丝在运动过程中必然会受到骤冷风的阻力，研究人员发现，高速纺时纺丝线上约70的应力是由空气阻力引起的，为了降低纺丝线上的应力，就必须降低空气阻力。于是，他们大胆地改变空气骤冷方式，改横向吹风为纵向吹风，让风向与丝条运动方向平行，方向相同，提高与纺丝线运动方向平行的骤冷风风速，以便大幅降低长丝和骤冷风之间的空气摩擦阻力。实践证明，采用这一骤冷技术能够控制纺丝线上的应力以及纤维的取向度和结晶度，在4500-5000m/min的纺速下纺制伸长率为120的POY。 由于在每一纺丝板下均设有骤冷吹风管，而骤冷风从骤冷管上部径向吹向纺丝线，这样，就要仔细选定距喷丝板一定距离的某一个位置，在此处骤冷管管径减小，骤冷风沿与丝束平行的方向被加速。这是根据流体力学原理：一定流量的流体，其流速的大小与流体经过的横截面积成反比。当骤冷管的管径减小时，风速自然会提高，显然，这种新工艺所遇到的技术难点，是要准确计算出管径在何处开始减小，减小到何种程度为合适。这就牵涉到如下一些参数：丝束周围的骤冷风分布，风速的大小以及沿骤冷区的风速分布，沿骤冷区的温度分布，骤冷风管的几何构型等等，只有兼顾到上述这种种参数，才能确定骤冷风沿与纺丝线平行的方向被加速位置距喷丝板的距离，并且还要考虑到骤冷风管出口的骤冷风平稳降压方式。 显然，这一完全不同的丝束骤冷系统的设备必须精心设计和加工，以符合新工艺质量标准。现在，杜邦公司能够提供该项工艺技术，巴马格公司则提供纺丝机制造技术，两者合作，在工业纺丝机上实施了骤冷新工艺。他们再同英国的一家公司合作，终于实现了新发明的工业化。这种POY新工艺被称作Evospeed(纺速变革)，高速纺POY长丝时纺速达到4500-5000m/min，无需添加剂或聚合物改性剂，聚合物也无需进行化学改性，纺制的POY长丝质量符合标准，断头率大幅下降。在纺细旦POY时，产能的增加在20以内，如纺制粗旦长丝，产能的增加更多。当然，这种改变空气骤冷方式也有一定的局限性，那就是相对于同一类的骤冷管而言，纺制POY长丝的纤度范围受到一定的限制，如果要超出这个纤度范围，就必须采用另一类管径的骤冷管，但实际上骤冷管的管径不是随随便便能够改变的，因此采用Evospeed纺丝机高速纺出的POY产品柔性有限，其纤度往往被限定于某个范围内。 4.加强设备与人员管理 涤纶长丝高速纺过程中的断头率是生产技术工作水平的综台反映，长丝断头是长丝生产中最主要的危害，是影响高产、优质、低耗、卷装的关键，是提高劳动生产率与设备利用率的绊脚石，同时，往往也是质量波动的信号。降低断头率，除了采取上述工艺、技术、设备方面的措施之外，加强设备与人员管理同样十分重要。在生产作业过程中，技术和管理人员往往对断头率进行认真试验测定，并作好长丝断头原因分析表，并将每批长丝运行过程中按时间等分作出长丝断头分布图，经分析确定断头的主要原因系操作、设备还是管理漏洞所引起。然后分门别类排查原因，以求针对性地解决。 生产中发现，人的责任心十分重要。一些企业针对这一问题，每轮班每天召开10分钟的班前会，主要加强责任心，提高质量意识，严格执行工作纪律，重点任务包括计划的安排、落实、检查及故障的跟踪情况，指出头一天存在的问题和当日的重点工作，收到较好的效果。 在设备管理方面，许多企业均严格设备管理，搞好责任机台的考核工作，消灭机械断头，制订设备保全保养及维修计划。制订切实可行的设备零部件的保养计划、更换计划和责任机台安排计划。同时，搞好设备管理的检查工作，根据计划制订捡查落实的措施，检查责任人的具体落实情况。搞好设备考核与工作人员的绩效挂钩，奖优罚劣，并抓好日常培训工作，严格限制实际操作中违操现象的发生，对现场管理严格检查，对温湿度管理严格控制。通过以上措施，往往能在严格限制长丝断头率的基础上提高产量、提高劳动生产率和设备效率，并使长丝产品质量得到保证。四、结束语 PET特性粘数的波动和下降反映了分子量的变化，直接影响到熔体的流变性能和可纺性甚至丝条的性能，有时会产生无法正常卷绕的情况，控制特性粘数实际上是为了在特定条件下(温度，压力，时间，泵供量，过滤砂组合，喷丝孔长径比等)，改善熔体流变性能和可纺性，提高产品质量。另外，对于降低涤纶纤维断头率方面：众所周知，如今涤纶长丝POY这一市场上的大宗商品，其价格深受90年代后期形成的过剩产能的影响。在竞争如此激烈的环境下，产能及产品质量对POY厂商获取利润具有决定性的影响。因此纺丝和变形需要产业规模化、采用直纺工艺和全自动控制，尽可能降低纤维断头率，以及尽可能提高丝的均匀度。充分开发现代卷绕设备的潜能，提高纺速，特别适于进一步提高POY纺丝的经济效益。为此，人们进行了许多研究工作，纷纷从工艺技术上、设备上、管理上采取力所能及的方法，提高纺速、降低断头率、增加产量、加强管理、改善产品品质，这对于提高企业的经济效益十分有利，应该高度重视。易贸资讯（上海）有限公司版权所有， 任何单位和个人未经许可，不得擅自转载使用。如需转载，请联系 cbi 或021-51552222。 更多新产品新服务请点击进入相关新闻华东涤纶长丝市场回升乏力 16:33 盛泽涤丝市场低迷 16:29 本周聚酯工厂产、销、存状况汇总 13:39 轻纺城成交快报（6月26日-6月27日） 13:23 萧绍涤丝市场DTY价格略有下调 11:05 华东涤纶长丝市场清淡 06-26 盛泽涤丝价格暂时平稳 06-26 轻纺城成交快报（6月25日-6月26日） 06-26 萧绍涤丝市场成交乏力 06-26 6月26日中国轻纺城市场行情 06-26 今日要闻 兰化丁腈胶出厂价大幅调涨 美元疲软和减产威胁 原油期货. 美联储稳定利率 国际油价深跌. 上海巴斯夫TDI装置已于上周. 伊朗否认受袭击 周二国际油价. 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