（廣東職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 佛山 528041）

隨著服裝時(shí)尚產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)紡織面料多功能性需求的不斷提高，人們對(duì)合成纖維各項(xiàng)性能（如吸濕性、染色性、抗起球性等）的要求也越來(lái)越高。就服用性而言，染色性能頗為重要，不但要求紡織纖維色譜齊全、色澤鮮艷、色調(diào)均勻和著色牢度好，還要求染色條件溫和。

滌綸具有強(qiáng)度高、模量大、保形性好和不易起皺等特點(diǎn)，是目前紡織領(lǐng)域應(yīng)用最廣的紡織纖維之一。由于滌綸大分子中缺乏能與直接染料、酸性染料、堿性染料等結(jié)合的官能團(tuán)，且滌綸的結(jié)晶度高，結(jié)構(gòu)緊密，染料分子不易進(jìn)入纖維內(nèi)部，染色需在高溫高壓條件下進(jìn)行。為改善滌綸纖維的染色性能，采用含磺酸基團(tuán)的化合物與普通聚酯進(jìn)行共聚，從而獲得良好的陽(yáng)離子染料可染共聚酯。傳統(tǒng)工藝多采用低速（600-800m/min）、中速（1500-2500 m/min）生產(chǎn)陽(yáng)離子染料可染聚酯長(zhǎng)絲，高速紡也主要用于POY 常規(guī)品種生產(chǎn)。通過生產(chǎn)實(shí)踐，在常規(guī)滌綸FDY 生產(chǎn)設(shè)備的基礎(chǔ)上，調(diào)整設(shè)備參數(shù)，改進(jìn)工藝條件，成功開發(fā)了用高速紡絲—拉伸一步法生產(chǎn)陽(yáng)離子染料可染滌綸細(xì)旦FDY 長(zhǎng)絲，以下是對(duì)有關(guān)生產(chǎn)工藝的探討。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

陽(yáng)離子染料可染聚酯切片（上海石化股份有限公司滌綸廠生產(chǎn)）。

1.2 生產(chǎn)設(shè)備

干燥設(shè)備：德國(guó)吉瑪公司制造。

紡絲設(shè)備：德國(guó)Barmag 公司制造（HS610 型螺桿擠壓機(jī)）。

卷繞設(shè)備：德國(guó)Barmag 公司提供的熱輥拉伸一步法設(shè)備（卷繞機(jī)SW46SSD 型）。

1.3 主要測(cè)試儀器

德國(guó)產(chǎn)LAORLUX 12 POL 型熔點(diǎn)儀、ZIMMER MODEL W TYPE LBY 型水份儀；德國(guó)產(chǎn)SVR/E 型快速灰化器、烏氏粘度計(jì)、ZIMMER STATIMT 2 型強(qiáng)伸機(jī)；瑞士USTER 型條干均勻度測(cè)試儀。

1.4 工藝流程

濕切片料倉(cāng)—干燥系統(tǒng)—螺桿擠壓機(jī)—預(yù)過濾器—分配管—計(jì)量泵—組件—側(cè)吹風(fēng)冷卻—油嘴上油—第一熱輥—第二熱輥—卷繞—檢驗(yàn)—包裝。

2 結(jié)果與討論

2.1 陽(yáng)離子染料可染聚酯切片性能

為保證陽(yáng)離子染料可染滌綸FDY 生產(chǎn)的順利進(jìn)行，對(duì)切片的性能指標(biāo)提出了比較嚴(yán)格的要求，表1 為切片各項(xiàng)指標(biāo)。

表1 陽(yáng)離子染料可染聚酯切片指標(biāo)

由表1 可知，由于磺酸鈉基團(tuán)的加入，破壞了大分子的規(guī)整性，使改性后切片的熔點(diǎn)比常規(guī)切片的熔點(diǎn)低10℃左右，為了防止聚酯大分子的熱降解，紡絲溫度相應(yīng)要適當(dāng)降低。

2.2 切片干燥

陽(yáng)離子染料可染聚酯切片中含有的磺酸鈉基團(tuán)具有較強(qiáng)的親水性，切片的吸濕性較高，回潮率可達(dá)0.78%。切片在高溫下紡絲，由于磺酸鈉基團(tuán)耐熱性差，同時(shí)含有酯基，對(duì)水分比較敏感，少量的水分存在會(huì)使酯鍵水解，熔體粘度下降，同時(shí)陽(yáng)離子染料可染聚酯切片的結(jié)晶速率和結(jié)晶度較普通聚酯切片低，因此在干燥時(shí)干燥升溫速率需比普通聚酯切片緩慢，以避免升溫速率過快，切片粘結(jié)成團(tuán)。同時(shí)要降低干燥風(fēng)的露點(diǎn)，將干燥進(jìn)風(fēng)由原先的空調(diào)風(fēng)改為已經(jīng)初級(jí)除濕的壓縮空氣，確保已干燥風(fēng)露點(diǎn)小于-60℃，切片干燥后的含水率控制在20ppm 以下。干燥工藝參數(shù)如表2。

表2 干燥工藝參數(shù)表

2.3 熔融與紡絲

陽(yáng)離子染料可染聚酯大分子鏈中加入了改性劑，結(jié)構(gòu)的規(guī)整性被破壞，使它的熔點(diǎn)比常規(guī)聚酯降低了5～10℃，特性粘度也比常規(guī)聚酯低，因此，陽(yáng)離子染料可染聚酯的紡絲溫度應(yīng)略低于常規(guī)聚酯的紡絲溫度。由于陽(yáng)離子染料可染聚酯熔體的表觀粘度比常規(guī)聚酯大，流變性能變差，為避免紡絲頭、紡絲組件承受過高的熔體壓力，紡絲溫度不應(yīng)太低，尤其是紡絲箱體溫度。由此可見，既要保證陽(yáng)離子染料可染聚酯熔體具有良好的的流動(dòng)性，又要防止大分子降解，合理控制紡絲溫度非常重要。紡絲工藝參數(shù)如表3。

表3 紡絲工藝參數(shù)表

陽(yáng)離子染料可染聚酯切片中加入了改性劑，灰分較多，在生產(chǎn)過程中過濾器更換頻繁，2～3 天換一次。組件壓力升高也較快，紡絲組件起始?jí)毫?40MPa,當(dāng)壓力超過200MPa 會(huì)出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，需進(jìn)行更換，約15 天換一次。

2.4 冷卻成形與集束上油

陽(yáng)離子染料可染聚酯的大分子鏈的結(jié)構(gòu)規(guī)整性被破壞，在纖維成形過程中，纖維的結(jié)晶速率很慢，結(jié)晶度低，在紡絲時(shí)應(yīng)采用緩慢冷卻，以降低紡絲卷繞應(yīng)力，使纖維的取向度下降，以改善后拉伸性能。因此，采用冷卻風(fēng)速較小，風(fēng)溫較高的工藝，風(fēng)速和風(fēng)溫分別為0.3m/s 和25℃。

滌綸FDY 油劑除了應(yīng)具備柔軟性、抱合性及抗靜電性之外，還必須有較高的耐熱性和后加工上漿的親和性。陽(yáng)離子染料可染聚酯與常規(guī)滌綸FDY 使用的油劑品種、油劑濃度和上油率基本相同,油劑濃度為3.5%,上油率0.4%。

2.5 拉伸卷繞

陽(yáng)離子染料可染聚酯受到較大的非對(duì)稱性共聚酯第三單體的影響，內(nèi)聚力有所下降，初生纖維的斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率降低，后拉伸性能不如常規(guī)滌綸纖維，需降低后拉伸倍數(shù)，減弱熱處理?xiàng)l件。一般拉伸倍數(shù)控制在1.50～1.65 之間。

拉伸卷繞工藝主要由第一熱輥（GR1）速度、溫度、第二熱輥（GR2）速度、溫度和卷繞速度、超喂率等工藝參數(shù)確定。

2.5.1 第一熱輥(GR1)速度和溫度

陽(yáng)離子染料可染聚酯中導(dǎo)入了間苯成分和極性基團(tuán)（磺酸基團(tuán)），前者能使內(nèi)旋活化能及分子間作用力增加，使玻璃化溫度（Tg）升高；后者卻使分子間作用力減小，鏈的柔性增加，使Tg 降低，所以僅加入前者的陽(yáng)離子染料可染聚酯Tg 高于普通聚酯的Tg，而同時(shí)加入兩種改性劑的聚酯的Tg 則低于常規(guī)聚酯。

(1)設(shè)⊙E交直線OC于另一點(diǎn)O′，連接O′B、O′E，則因?yàn)镈E∥CA，所以∠BAC=∠BED．從而∠BO′B′=∠BAC=∠BOB′．因而點(diǎn)O′、O重合．所以

在其他工藝條件相同的情況下，GR1 溫度改變，絲條性能指標(biāo)的變化及機(jī)臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)率如表4 所示。

表4 GRI 溫度與FDY 性能指標(biāo)及機(jī)臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)率

隨著GR1 溫度的提高，斷裂強(qiáng)度降低，斷裂伸長(zhǎng)率減小，沸水收縮率增加。在GR1 溫度65℃時(shí)機(jī)臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)率最高。

纖維的力學(xué)性能不僅與拉伸條件有關(guān)，還與初生絲的結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此在卷繞速度不變的情況下，改變GR1 速度也會(huì)引起力學(xué)性質(zhì)的不同，如表5 所示。

表5 GR1 速度與FDY 性能指標(biāo)及機(jī)臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)率

隨著GR1 速度的提高，斷裂強(qiáng)度降低，斷裂伸長(zhǎng)率減小，沸水收縮率降低。GR1 速度在2620m/min 時(shí)機(jī)臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)率最高。

2.5.2 第二熱輥(GR2)的速度和溫度

由于共聚酯中加入了極性基團(tuán)，分子間作用力增加，增加了結(jié)晶過程中的空間位阻，所以陽(yáng)離子可染聚酯的結(jié)晶溫度比普通聚酯高，難以結(jié)晶。

熱定型過程是消除高彈形變中的內(nèi)應(yīng)力和提高纖維的結(jié)晶度的過程，纖維經(jīng)過熱定型降低了纖維的沸水收縮率，得到結(jié)構(gòu)與性能穩(wěn)定的纖維。纖維的沸水收縮率、干熱收縮率隨定型溫度的提高而下降，但是陽(yáng)離子可染滌綸FDY 的下降趨勢(shì)小于常規(guī)FDY。由于磺酸基團(tuán)的加入，降低了陽(yáng)離子可染滌綸拉伸絲的結(jié)晶能力，若要達(dá)到織造和服用的沸水收縮率標(biāo)準(zhǔn)，就要提高定型溫度。在熱定型中，溫度提高加大了大分子的遷移性，結(jié)晶度增加建立了結(jié)構(gòu)中的網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)，提高了纖維的模量和卷曲彈性，但陽(yáng)離子可染滌綸纖維比普通聚酯纖維改善的趨勢(shì)小。GR2 溫度與絲條性能指標(biāo)關(guān)系見表6。

表6 GR2 溫度與FDY 性能指標(biāo)及機(jī)臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)率

由表6 可知，隨著GR2 溫度的提高，纖維斷裂強(qiáng)度提高，斷裂伸長(zhǎng)率增大，沸水收縮率降低。GR2 溫度在150℃時(shí)機(jī)臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)率最高。

2.5.3 卷繞速度

在拉伸倍數(shù)不變的情況下，提高卷繞速度，必然使GR1、GR2 的速度也隨之提高，由于陽(yáng)離子染料可染聚酯熔體粘度較大，可紡性差，雖然高速有利于提高纖維的物理指標(biāo)，但斷頭率也大大增加。卷繞速度與纖維物理指標(biāo)及運(yùn)轉(zhuǎn)率關(guān)系如表7。

表7 卷繞速度與纖維物理指標(biāo)及運(yùn)轉(zhuǎn)率關(guān)系

由表7 可知，為保證機(jī)臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)率和生產(chǎn)穩(wěn)定性，同時(shí)兼顧纖維的性能，應(yīng)適當(dāng)降低紡絲速度。經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐證明，最佳紡絲速度為4450m/min。

3 結(jié)語(yǔ)

3.1 陽(yáng)離子染料可染共聚酯與普通聚酯大分子結(jié)構(gòu)、性能相似，可采用相同的紡絲設(shè)備和生產(chǎn)工藝流程。

3.2 陽(yáng)離子染料可染滌綸FDY 的生產(chǎn)對(duì)干切片含水率要求很高，要強(qiáng)化干燥條件，切片含水率必須控制在20ppm 以下。

3.3 在紡絲過程中，對(duì)紡絲溫度、組件壓力、冷卻成形等工藝條件的穩(wěn)定性要求高，需嚴(yán)格控制。

3.4 因改性劑的加入，聚酯規(guī)整性結(jié)構(gòu)遭到破壞，因而它的力學(xué)性能變差，可紡性變差，為提高可紡性和保證完卷率，需適當(dāng)降低卷繞速度。