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WingsFDY设备生产22dtex/24f细旦涤纶的工艺探讨

2024-08-19 91 上传者：管理员

摘要：对22 dtex/24 f细旦涤纶全拉伸丝(FDY)生产中的熔体输送工艺、纺丝工艺、冷却工艺和牵伸定形等工艺进行了详细的分析与探讨。生产实践表明，该产品生产中采用的巴马格8辊Wings FDY设备具有高效节能、流程短的优势，能够有效降低FDY的生产成本，对设备应用及新品种的开发具有一定的实践指导意义。

关键词：
FDY
全拉伸丝
化纤行业
巴马格Wings FDY设备
细旦涤纶DTY
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随着化纤行业不断发展，市场竞争愈发激烈，其生产设备的迭代速度也十分迅速。巴马格8辊Wings FDY设备是迄今全世界最先进的全拉伸丝(FDY)生产设备之一。该设备的主要特性是完全抛弃了常规FDY生产当中的先上油、后经过上下两个热辊牵伸结构的设计，而是采用了更为节能的先牵伸、再上油的设计，极大地降低了FDY的生产能耗，节约了成本。22 dtex/24 f细旦涤纶FDY由于其特殊性具有较强的产品竞争力，但目前在行业内，基于熔体直纺环吹技术，并采用巴马格8辊Wings FDY设备生产22 dtex/24 f细旦涤纶FDY的工艺仍存在较大的生产难度。本文经过各种试验和论证，探索出最佳的22 dtex/24 f细旦涤纶FDY生产工艺条件，并最终实现了连续批量稳定生产。

1、试验

1.1 原料

采用熔体直纺生产工艺路线，聚酯熔体为海宁恒逸新材料有限公司自产，性能指标见表1。

1.2 主要生产设备和测试仪器

生产设备：中纺院聚酯装置，瑞士MAAG公司增压泵，苏尔寿熔体冷却器，欧瑞康巴马格公司纺丝计量泵，巴马格W形排列环吹纺丝箱体，巴马格8辊Wings FDY 32头卷绕机。

表1 聚酯熔体特性指标及控制范围

测试仪器：常州纺织仪器有限公司YG023B-Ⅲ型全自动单纱强力机和YG086C型缕纱测长仪，陕西长岭纺织机电CT800CA型乌斯特条干仪，德国AirCom公司风压仪和预网络仪，德国SCHMIDT公司ETPX-100型张力仪，OX-FORD公司MQC+型含油率分析仪。

1.3 工艺流程

聚酯熔体→熔体过滤器→增压泵→冷却器→静态混合器→纺丝箱体→计量泵→DIO组件→Evo环吹冷却装置→导丝钩→预网络器→甬道→剪刀排→压丝器→GR1冷辊→GR2热辊→GR3热辊→GR4热辊→GR5热辊→GR6热辊→油盘→GR7冷辊→主网络器→GR8冷辊→32头卷绕机。

2、结果与讨论

2.1 熔体输送和纺丝温度

因22 dtex/24 f FDY的总纤度和单丝线密度小，生产过程中对熔体质量的要求非常高，而熔体的质量除了和聚酯有关系外，纺丝的输送及纺丝箱体温度也起着至关重要的作用。温度过高会导致熔体在输送过程中降解加剧，使得熔体黏度过低，造成纺丝时飘丝增加和牵伸性能变差；同时，熔体降解后产生的低聚物增多，易导致纺丝时白色粉末增加和可纺性变差。而温度过低，会使得输送过程中尤其是管壁熔体产生滞留层，使其流动性变差，导致熔体的整体均匀性变差，纺丝生产稳定性下降。经过多次试验数据对比和实际生产相结合，确定了适宜的熔体输送温度和纺丝箱体温度，具体工艺参数见表2。

表2 熔体输送温度和纺丝箱体温度控制

2.2 纺丝组件

纺丝组件包含过滤辅材及喷丝板。其中，喷丝板是影响熔体熔融挤出性能与连续纺丝成形的关键因素。适宜的喷丝板有利于高效的生产效率与良好的吹风冷却效果，在实际生产中采用了Φ77-24×2-0.18×0.63(喷丝板直径为77 mm，两侧板区各有24个喷丝孔，孔深为0.63 mm，孔径为0.18 mm)的DIO喷丝板。此外，考虑到喷丝板径小，喷丝孔排布的圈数不宜太多，以免后期出现最内层单丝冷却不足、单丝在环吹风筒内晃动碰撞摩擦的情况，因此，本工作采用了“4+9+11”三圈轴对称排布的形式。

大分子的伸展速率与已伸展的大分子要弹回最低能态处所需的时间，就是一般大分子的松弛时间。因此为了达到良好的大分子净伸展或净取向效果，剪切速率必须超过大分子松弛速率[1]。因此，本工作首先通过理论数据计算，确定了适宜的喷丝头拉伸比R及剪切速率ΔP[2]，具体计算公式如式(1)、(2)所示。

式中：ΔP为剪切速率，s-1;R为喷丝头拉伸比；V为纺丝速度，m/min;V0为熔体挤出速度，m/min,,Q为泵供量，g/min,;n为孔数；ρ为熔体密度，g/cm3;Ndt为线密度，dtex;d为喷丝板孔径，mm。

基于理论计算结果，比较了22 dtex/24 f FDY在不同喷丝板孔径下的喷丝头拉伸比及剪切速率，具体参数见表3。

表3 不同喷丝板孔径下的喷丝头拉伸比和剪切速率

组件组装时，适当提高组件的初始压力，能提高过滤性能和均匀性。但过高的组件压力会使组件的周期缩短，提高了生产成本，也使得组件后期易出现飘丝、断头增多的情况。基于此，本工作采用了60/80目、40 g和80/100目、50 g的金属砂配置形式，同时搭配使用450/1 400目烧结金属网片，使组件的上机起始压力达到17 MPa，实现了22 dtex/24 f FDY的连续稳定生产，组件周期可达90 d左右。

2.3 冷却工艺

环吹风压的大小直接影响丝条的冷却效果，风压过小会导致冷却不足，使其后牵伸性能变差；风压过大会导致丝条冷却过快，影响丝条在风筒的光圈形态，导致单丝晃动加剧，单丝之间产生碰撞摩擦的情况，从而影响生产稳定性和染色稳定性。环吹风温亦影响丝条的冷却效果，若纺速增大，则风温应适当降低，加快冷却。环吹风具有一定的相对湿度，可防止丝条在甬道中与干空气快速摩擦产生静电，减少丝束的抖动；同时，湿空气有利于室内空气保持稳定，强化对丝束的冷却效果[3]。表4比较了在不同环吹风压下22 dtex/24 f FDY的物性指标及满卷率。

经多次试验并综合考虑各种影响因素，冷却工艺采用环吹风压为15 Pa、风温为22℃、环吹风相对湿度控制在75%～80%之间。

表4 不同环吹风压下22 dtex/24 f FDY的物性指标及满卷率

2.4 集束位置

由于22 dtex/24 f细旦FDY的线密度、单丝纤度小，导致其长丝的比表面积非常大，长丝与空气、各导丝器之间的摩擦力大，使纺程张力过高，丝条表面易受损，严重时易导致牵伸断裂产生毛丝，故在生产中纺丝集束位置选择尤为重要。由于单丝纤度较小，集束位置越低，会使丝条冷却越好，但同时丝束在风筒内晃动加剧，丝条振动频率越小，从而影响生产稳定性和物性值；集束位置越高，在集束点可能出现熔体冷却不良、丝条尚未完全凝固，振动频率越大，当振动频率达到一定的数值，就会传递到凝固区上方，使得初生丝条干不匀，纺丝状况变差。值得注意的是，在所受冷却风的湍流状况一定的情况下，振动频率将随着丝条上张力的增加而降低[4]。本工作对不同集束高度下的纺丝状况与纤维最终性能进行试验与统计，具体试验数据见表5。

表5 集束高度对22 dtex/24 f FDY的影响

由表5可知，集束高度在800 mm的位置时，丝束不晃动，丝条振动频率较小，条干不匀小，满卷率较高，是较为理想的生产条件。

2.5 预网络压力

采用巴马格8辊Wings FDY设备进行牵伸时，由于未进行上油，丝束在进入油盘前易产生静电而导致丝束发散。为了解决这一问题，巴马格采用了安装预网络器的设计。该设计不但增加了未牵伸丝的抱合性能，有利于后续牵伸过程中张力的均匀稳定性，而且减少了牵伸的毛丝和断头[5]。预网络压力过低，丝束集束性、抱合性不好，影响染色性能，会使得生头困难，满卷切换失败概率增大；预网络压力过高，会使得丝束未经过牵伸就提前产生网络点，在后续牵伸工艺中出现伸长不匀，导致染色出现条纹或僵点丝。因此，本工作预设6～16 kPa的预网络压力，探讨预网络压力对纺丝张力、丝条发散程度以及最终纤维性能的影响，具体试验数据见表6。

表6 预网络压力对22 dtex/24 f FDY的影响

由表6可知，当预网络压力为12kPa时，22dtex/24 f FDY既能稳定生产，也能兼顾染色的均匀性。

2.6 巴马格8辊Wings FDY牵伸定形工艺

巴马格8辊Wings FDY热箱中的牵伸辊由8个可独立变频控制的辊件组成，其构造简图如图1所示。调节GR2、GR3辊的温度，使丝束在牵伸前达到纤维的玻璃化转变温度，促使大分子链段运动，显著降低牵伸应力，有利于牵伸顺利进行。GR4～GR6热辊为定形辊，在一定温度的作用下，对牵伸后丝束进行热定形，可迅速消除内应力[6]；调整GR7、GR8辊的速度，可灵活调整卷绕张力，以满足成形的需求。通过不同的牵伸工艺试验(具体参数详见表7)，探讨了各辊间张力对丝束抖动及断裂伸长的影响(见表8)。

涤纶长丝的热牵伸属于均匀牵伸，大分子链段在牵伸作用力下沿着牵伸方向排列，形成取向和结晶，使长丝具有一定的强度和断裂伸长。但是，大分子链段在作用力下开始活动的温度必须高于其玻璃化转变温度(69℃)。牵伸温度低，链段处于冻结状态，单丝表面容易破裂，内部易出现孔洞，产生毛丝和断头，会造成牵伸不匀，增大产品的染色不匀[7]。牵伸温度过高，分子链活动性太强，大分子链段的取向度反而会降低，易产生牵伸不匀。

图1 巴马格Wings FDY热箱构造简图(左视图)

表7 牵伸工艺试验条件

表8 牵伸工艺试验条件下各辊间张力对丝束抖动及断裂伸长的影响

经过牵伸的丝束，一方面具有一定的取向结晶结构，另一方面内部存在一定的应力。定形温度的作用是对牵伸时产生的结晶结构进一步完善和提高[8]。提高定形温度，丝束在热辊上进一步完善结晶结构，沸水收缩率降低，但是丝束在热辊上易产生白色结垢，丝束与结垢之间传热效果差，而且摩擦力增大，在热辊速度较高的情况下，单丝易断裂缠辊，丝束抖动较大。若定形温度过低，会造成结晶不匀、染色不匀、产品的沸水收缩率大，长丝的尺寸不稳定。在实际生产中，需要将沸水收缩率控制在一定范围内，这对消除锭位之间沸水收缩率的差异极为重要。

从表8试验数据可以发现，通过调整各辊的速度，在试验③的情况下，能达到稳定生产的目的。

2.7 油盘上油

由于8辊Wings FDY设备采用先牵伸后上油的加工工艺，所以在这个设备运行的过程中产生的油雾很少，即便有一些油雾，也会被抽油烟系统吸走，整个生产环境具有清洁环保、整洁度高的优点[9]。同时，生产过程对油剂的要求不同于常规FDY生产，对热稳定性要求不高，而对油剂的渗透性、乳化性及油膜强度的要求较高。

综合考虑，本工作选择了德国达柯Wings FDY专用油剂，原油质量分数90%，调配后乳液质量分数21%，最终使得22 dtex/24 f细旦FDY的含油率在1.00%左右，整体可纺性较好。

2.8 主网络器

主网络器位于GR7与GR8之间，由于22 dtex/24 f细旦FDY线密度小、单丝纤度小，主网络压力只能在较小的范围内选择。主网络压力过高，单丝在网络器瓷件内碰撞摩擦剧烈，丝束易产生毛丝，还会导致丝束经过主网络瓷件时，附着在丝束表面和内部的油剂被压空吹出一部分，造成油剂的浪费，增大了生产成本。主网络压力过低，丝束网络点少，对后道加工有不利的影响。经试验，在主网络压力为0.25 MPa时，网络度较高，无毛丝，断头少，生产状况较为理想。

2.9 22 dtex/24 f细旦FDY生产改善分析

在实际生产中发现，22 dtex/24 f FDY容易出现生头困难和切换失败的情况。Wings FDY设备的网络器可以通过程序来控制何时关闭、开启。网络器关闭，丝束在爬升状态时，由于辊速与卷绕速度均在逐步提高到设定速度，辊间张力与卷绕张力变化幅度极大，丝束在各辊间抖动剧烈，极易造成爬升断头；网络器关闭，丝束处于生头切换状态时，在网络器打开的一瞬间，丝束极易被主网络气流吹出而造成切换失败。通过多次试验摸索，若在爬升状态和切换状态中将主网络器开启，丝束在GR8辊下方抖动情况得到极大改善，生头切换失败情况有所改善，提高了生头成功率，减轻了生产劳动负荷。

表9 主网络压力对22 dtex/24 f FDY的影响

3、结语

(1) 22 dtex/24 f细旦FDY对熔体质量要求较高，选择合适的工艺条件，有利于生产和品质的稳定性。经研究，选择以下工艺条件：熔体输送温度为283.5℃，冷却器热媒泵入口温度为283℃，箱体温度为291℃，组件起始压力为17 MPa，环吹风压为15 Pa、环吹风温为22℃、环吹风相对湿度为75%～80%，集束高度为800 mm，预网络压力为12 kPa，牵伸定形GR1～GR8辊速依次为2480、2510、2780、4574、4579、4590、4597、4604m/min，牵伸定形GR2～GR6辊温依次为53、57、128、128、128℃，使用达柯Wings FDY专用油剂、长丝含油率为1%，主网络压力为0.25 MPa。

(2)巴马格Wings FDY设备近几年来不断受到化纤行业客户的青睐，其优越的设计模式，使FDY生产成本大幅度下降，该设备有8个辊件，对纺程上张力的控制做到了分化、细化，也给特殊品种生产提供了硬件上的便利条件。

参考文献:

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文章来源:翟佳羽,袁礼栋,李婧楠,等.WingsFDY设备生产22dtex/24f细旦涤纶的工艺探讨[J].合成纤维,2024,53(08):18-22.