石 勇 強

(浙江恒逸高新材料有限公司，浙江 杭州 310000)

油嘴結構對滌綸FDY染色條紋絲的影響

石 勇 強

(浙江恒逸高新材料有限公司，浙江 杭州 310000)

在熱輥拉伸式滌綸全拉伸絲(FDY)生產中，采用油嘴上油，會產生滌綸FDY染色條紋絲。使用不同型號的油嘴用于生產滌綸FDY，分析了油嘴結構對染色條紋絲的影響。結果表明：在正常生產工藝條件下，初生絲從油嘴中吸附的油劑量不均勻導致纖維局部取向度和結晶度低是產生染色條紋絲的主要原因；油嘴的結構決定了初生絲的上油均勻性，貯油槽貯油能力越大，吸油和放油能力越強，上油均勻性越好，油嘴絲道寬度對上油均勻性也有一定的影響；生產中選擇合適的油嘴，可提高初生絲的上油均勻性，從而減少滌綸FDY染色條紋絲的產生。

聚對苯二甲酸乙二酯纖維 高速紡絲 全拉伸絲 油嘴結構 染色均勻性 條紋絲

熱輥拉伸式滌綸全拉伸絲(FDY)生產線有油輪上油和油嘴上油2種方式，油輪上油可使纖維上油和染色均勻性好，但紡絲張力太高，一些多孔細絲在油輪上油生產線上幾乎無法正常紡絲。因此，隨著紡絲頭數的增加，一些新上的生產線大多直接改換成油嘴上油生產方式。油嘴上油生產線雖然紡絲張力有所降低，但初生絲的拉伸取向程度也隨之降低，在染色性能上往往會出現深色條紋絲，使產品的勻染性能下降。特別是對染色均勻性有較高要求的AAA等級產品，灰色或咖啡色系列的染色均勻性將是比較突出的問題。對于如何提高FDY產品的勻染性能，在紡絲冷卻和卷繞拉伸方面采取措施的報道早已比較全面，作者就生產實踐中遇到的問題，在油嘴性能對染色均勻性的影響方面做一些探討。

1 試驗

1.1 原料及設備

聚酯(PET)熔體：特性黏數([η])為0.648 dL/g，端羧基含量為20 mol/t，二甘醇質量分數為1.2%，二氧化鈦質量分數為0.3%，浙江恒逸高新材料有限公司產；染料：分散灰HBL，浙江閏土股份有限公司產。

紡絲箱體：德國巴馬格公司制造；卷繞機：型號I-QOON/24，德國巴馬格公司制造；紡絲油嘴：A，B，C 3種型號。

1.2 生產工藝流程及工藝條件

生產的滌綸FDY產品規(guī)格為83 dtex/72 f。生產工藝參數如下：熔體溫度290 ℃，側吹風速度0.62 m/s，冷卻長度900 mm，油劑泵頻率23 Hz，第一熱輥(GR1)速度 1 760 m/min，第二熱輥(GR2)速度4 260 m/min，GR1溫度90 ℃，GR2溫度133 ℃，卷繞速度4 198 m/min。

生產工藝流程見圖1。

圖1 滌綸FDY生產工藝流程
Fig.1 Flow chart of polyester FDY production

1.3 測試方法

染色均勻度：按GB/T 6508—2001《滌綸長絲染色均勻度試驗方法》規(guī)定的程序測試。

條干均勻度：采用瑞士USTER-Ⅳ條干均勻度測試儀測試。

2 結果與討論

2.1 油嘴的外形特征及應用狀況

A，B，C 3種型號油嘴的特征見表1。A型和B型油嘴都是U形底的絲道，各配置1個圓形貯油槽。C型油嘴是平底絲道，有9條線型貯油槽。這3種油嘴在貯油槽的形狀和大小，以及絲道的寬度和形狀方面各有一些差別。

表1 3種油嘴的外觀特征Tab.1 Appearance characteristics of three kinds of nozzles

實際生產中，使用A型油嘴生產滌綸FDY，用分散艷蘭染料(E-4R)染色時纖維染色均勻性沒有問題，但用分散灰染料(HBL)染色時，襪帶上有非常多的深色條紋絲，條紋絲長度在3～5 cm，分布沒有規(guī)律，有些生產位僅有幾個錠位出現條紋絲，有些生產位的24個錠位(1#～24#)都出現條紋絲；條紋絲嚴重的錠位連續(xù)出現，不嚴重的間斷性出現。染色異常絲總量已經到了無法分級判色的程度。

2.2 產生條紋絲的原因分析

從高分子的取向結構和結晶結構分析，染色短條紋產生的原因是局部分子鏈排列不緊密、分子鏈或鏈段間的空隙比較大、進入的染料分子比較多造成[1]。由此判斷其產生原因是拉伸過程中分子鏈沒有充分伸直，或者伸直程度與其他片段不一致，伸直程度低的分子鏈取向度低，在定型過程中結晶度低[2]。根據這種分析，當其他工藝條件不變時，提高拉伸倍數將使分子鏈上的應力增加，分子鏈向伸展拉直方向變化，取向度和結晶度都得以提高，應該能夠將這種條紋絲消除或明顯減少。但取24錠絲全有嚴重條紋的生產位進行拉伸倍數試驗后發(fā)現，提高拉伸倍數不但不能完全消除條紋絲，而且拉伸到2.64倍時還有單絲斷裂毛絲出現，即在纖維上的應力已經超出了纖維所能承受的拉伸力，部分單纖維在已經被拉斷的極限情況下，分子鏈的伸直程度還沒有達到均勻一致的效果。說明在保證纖維其他使用性能不受影響的條件下，提高拉伸倍數無法解決這個問題，即拉伸工藝不是產生條紋絲的主要原因。

表2 拉伸倍數對產生條紋絲的影響Tab.2 Effect of draw ratio on stripes formation

2.3 油嘴結構對產生條紋絲的影響

經驗表明，紡絲油嘴對預取向絲(POY)的后拉伸性能有重要影響，但對FDY的染色性產生的影響還沒有相關報道。取用于POY的B，C型油嘴與A型油嘴做對比試驗。選取條紋絲嚴重程度相對穩(wěn)定且連續(xù)出現的生產位，將24錠絲依單錠絲條紋絲的數量和色澤深度為分類依據，按錠位分成相同的3部分，A，B，C 3種型號油嘴各用8錠絲。原來使用A型油嘴的1#～7#和9#錠位不動，另外8#，10#～16#錠位更換成B型油嘴，17#～24#錠位更換成C型油嘴，觀察油嘴性能對染色條紋絲的影響，試驗結果見表3 (不區(qū)分條紋絲色澤偏深的輕重程度)。

表3 油嘴結構對條紋絲數量與分布的影響Tab.3 Effect of nozzle types on number and distribution of stripes

注：√表示有條紋絲；×表示無條紋絲。

由表3可知，相同條件下不同型號的油嘴所產生的條紋絲數量有明顯的不同，A型油嘴的條紋絲數量最多，B型油嘴次之，C型油嘴的條紋絲數量最少。另外，試驗還表明，提高拉伸倍數時，用C型號油嘴能夠很快將條紋絲完全消除，用B型油嘴能明顯減少條紋絲數量但不能完全消除，用A型油嘴的條紋絲數量沒有變化，即不同型號的油嘴對條紋絲數量的影響有很明顯的差別，油嘴性能對染色條紋絲有重要影響。

取使用A型油嘴沒有條紋絲的3#錠位和條紋絲比較嚴重的1#，5#錠位分別進行物性測試，見表4。3#錠位的強伸性能及含油率與1#，5#錠位絲比較沒有明顯差異，但條干不勻率略小。另外，通過條干曲線圖可以發(fā)現，3#錠位絲曲線圖上的“針尖峰”數量明顯比1#，5#錠位絲的少，“針尖峰”的振幅高度也明顯比1#，5#錠位絲的低，曲線比較光滑。一般認為這是含油均勻性差異原因：含油均勻性越差時，條干曲線圖上的針尖峰數量越多、針尖峰的振幅也越大[3]。

表4 不同錠位的產品物性指標Tab.4 Physical index of yarn at different spindles

再選取18#錠位更換油嘴前后的絲條進行條干分析測試，這錠絲在使用A型油嘴時有嚴重條紋絲，換成C型油嘴后條紋絲消失，測得換油嘴前纖維的條干不勻率為1.42%，換油嘴后為1.39%，條干不勻率差異雖然不大，但條干不勻率曲線同樣表現出針尖峰數量和振幅高度的差異，使用C型油嘴的條干曲線針尖峰數量少，振幅小，曲線相對光滑。

2.4 油嘴結構對上油均勻性的影響

貯油槽的作用是當油泵因震動、漏流等原因產生微小的壓力或流量變化時，或者因乳液中溶解的氣體和被壓縮的微汽泡釋放產生微小的壓力或流量變化時，因噴油孔的出油量會有微小的變化，用貯油槽貯存的油量調節(jié)初生絲的含油量。和A型油嘴比較，B型油嘴的貯油槽容積大，能夠貯存的油量多，貯油槽噴油孔出油不勻的調節(jié)能力變強，使初生絲所含乳液量的均勻性得以提高。另外，B型油嘴貯油槽的槽口是坡角，A型油嘴的槽孔口是直角，坡角形狀的槽口乳液更容易流進和流出，對乳液量調節(jié)的即時性也得以提高，使乳液量的分布更加均勻。C型油嘴是9條線槽型貯油槽，貯油槽長度占絲道長度的2/3，起到多部位分散貯油、多點調節(jié)的作用，其調節(jié)能力和調節(jié)即時性比單孔貯油槽更強一些。另外，C型油嘴兩個側邊也開有斜向上的線槽，側邊線槽和底部線槽連通到一起，使側邊線槽起到毛細管效應，使貯存的乳液會有一點高度方向的爬升，這既增加了貯油量，又會使爬升的乳液從絲束的側邊部位給予補充，增加了絲束乳液量的均勻性。因此C型油嘴對乳液含量的調節(jié)能力比A，B型油嘴都強。

絲道的作用是對初生絲進行集束，除降低紡絲張力外還可以防止絲束上的乳液向空氣中飛散。B型油嘴的絲道寬度比A型油嘴的窄一些，絲束上的乳液向空氣中飛散的量會比A型油嘴的少一些，乳液分布的均勻性也好一些。C型油嘴雖是平底絲道，但絲道寬度也比A型油嘴的窄，絲的集束性好，防止乳液飛散的能力比A型油嘴強，因此其乳液均勻性也比A型油嘴好。3種油嘴的結構差異見圖2。

圖2 3種油嘴的結構示意Fig.2 Structure diagrams of three kinds of nozzles

2.5 上油均勻性差異分析的反向驗證

生產研究中的反向驗證是在不考慮條件變化帶來負面影響的情況下，根據大幅度變更某個條件所產生的結果，判斷此前的設想或推論是否成立的方法。前述分析認為染色條紋絲是乳液量不均勻、水分蒸發(fā)帶走熱量所致，在不考慮絲的使用性能和生產穩(wěn)定性的條件下，采用大幅度降低含油率以弱化含油不勻率，和大幅度提高拉伸溫度以強化絲條受熱均勻性兩種方法，以此驗證條件變更后染色均勻性是否能有明顯改善，由此驗證乳液量均勻性影響染色條紋絲的結論是否正確。

將前述生產位的B,C型油嘴仍然換成A型油嘴，在第1.2節(jié)的工藝條件下分別改變油劑泵頻率和拉伸溫度進行試驗，試驗條件和結果見表5。

表5 改變油劑泵頻率或拉伸溫度試驗結果Tab.5 Test results at different oil pump frequency or drawing temperature

試驗結果表明：使用A型油嘴，通過大幅度降低含油率或大幅度提高拉伸溫度的方法，雖然都沒有完全消除條紋絲，但條紋絲的數量都可以明顯減少，從反方向驗證了乳液量不均勻影響染色條紋絲結論的可靠性。但反向驗證所使用的工藝條件對絲的使用性能或生產穩(wěn)定性都產生巨大的不利影響，無法在正常生產中加以使用。

3 結論

a. 因油嘴原因產生的染色條紋絲是初生絲吸附的油劑乳液量不均勻造成，乳液量高的部分絲實際受熱程度低，導致絲的取向度和結晶度低，最終以染色條紋絲的形式表現出來。

b. 油嘴對上油均勻性的影響由油嘴結構決定，貯油槽貯油能力越大，吸油和放油能力越強，上油均勻性越好。絲道寬度是否適合對上油均勻性也有一定的影響。

[1] 陶乃杰. 染整工程(第二冊)[M].北京:中國紡織出版社,1990:68.

Tao Naijie. Dyeing and finishing process (book 2)[M].Beijing: China Textile & Apparel Press, 1990:68.

[2] 董紀震, 羅鴻烈, 王慶瑞, 等. 合成纖維生產工藝學(上冊)[M]. 第二版.北京: 中國紡織出版社, 1996:411-536.

Dong Jizhen, Luo Honglie, Wang Qingrui, et al. Synthetic fiber production process (book 1)[M]. 2nd ed. Beijing:China Textile & Apparel Press, 1996:411-536.

[3] 徐進云, 周存, 黃華強. 油劑對滌綸POY條干不勻率的影響[J]. 合成纖維工業(yè), 2001, 24(3):31-34.

Xu Jinyun, Zhou Cun, Huang Huaqiang. The influence of spinning finishes on irregularity of polyester POY[J]. Chin Syn Fiber Ind, 2001, 24(3):31-34.

?國內外動態(tài)?

BP公司完成庫珀河PTA裝置改造

BP公司于2017年6月14日宣布，已在美國南卡羅來納州庫珀河附近完成了對其精對苯二甲酸(PTA)裝置投資為2億美元的改造。BP公司全球芳烴業(yè)務首席執(zhí)行官Luis Sierra表示，這一投資將使其能源用量減少40%，每年碳排放量減少109 kt，同時將總產量提高10%。BP公司庫珀河裝置PTA生產能力為1 400 kt/a。這項改進將使BP公司能夠生產出一種低碳品牌的PTA，以及世界認證的碳中性PTA。

(通訊員 錢伯章)

美國研發(fā)碳纖維回收新技術

據美國華盛頓州立大學消息，該校機械與材料工程學院科研小組最近研究出一種碳纖維回收新技術。

該團隊用弱酸作為催化劑，利用含該催化劑的液態(tài)乙醇在相對低溫下對熱固性材料進行分解。為取得更好的分解效果，研究人員在實驗過程中對材料進行升溫，使含有催化劑的液體能夠更好地浸入復合材料內部，破壞其中已經固化的復雜結構?？蒲行〗M利用乙醇使樹脂發(fā)生膨脹，再用氯化鋅破壞化學分子中的碳氮鍵。

該方法已被實驗證明有效，分解之后的碳纖維和樹脂被分別投入再生產。該團隊已經為其申請了技術專利，并試圖投入商業(yè)化應用。

(通訊員 鄭寧來)

蘭精在泰國建設萊賽爾纖維廠

Lenzing(蘭精)公司于2017年6月29日宣布，其管理委員會已批準在泰國建立新的萊賽爾(lyocell)纖維生產裝置的建議，設計生產裝置生產能力高達100 kt/a。這一舉措是蘭精計劃大幅度提高特種纖維在全球所占份額的一部分。

(通訊員 錢伯章)

Effect of nozzle structure on dyeing stripes of polyester FDY

Shi Yongqiang

(Zhejiang Hengyi High-tech Materials Co., Ltd., Hangzhou 310000)

Dyeing stripes appeared on polyester fully-drawn yarn (FDY) due to the nozzle oiling method for polyester FDY production through hot roller drawing technique. The oiling nozzles of different types were used to produce polyester FDY. The effect of the oil nozzle structure on the dyeing stripes was analyzed. The results showed that the primary factor causing the formation of the dyeing stripes was the uneven oil content of as-spun fiber absorbing from the oil nozzle which provided some parts of the fiber with the low degree of orientation and crystallinity under normal process conditions; the oiling evenness of as-spun fiber depended on the structure of the oiling nozzles; the higher the oil storage quantity of the oiling groove and the oil absorbing and discharging capacity of the nozzle, the higher the oiling evenness; the yarn path width of the oil nozzle gave a certain effect on the oiling evenness; and the oil nozzle should be rationally selected to improve the oiling evenness of the as-spun fiber and thus depress the generation of dyeing stripes of polyester FDY.

polyethylene terephthalate fiber; high-speed spinning; fully-drawn yarn; nozzle structure; dyeing evenness; stripes

2017- 01- 08； 修改稿收到日期：2017- 05-30。

石勇強(1971—)，男，工程師，從事聚酯纖維生產技術管理工作。E-mail：hnkfsyq@163.com。

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1001- 0041(2017)04- 0065- 04