概述涤纶长丝概述涤纶长丝 POY 提高纺速的途径及下游产品质量问题的应对措施提高纺速的途径及下游产品质量问题的应对措施 【作者：顾超英】 一、前言 目前，涤纶长丝在针织行业的应用中呈稳步上升趋势，特别是差别化涤纶长丝在针织 生产中的应用增长迅速。涤纶长丝在针织行业的用量约为每年 110 万吨以上，主要用在经 编、纬编及织袜等生产中，经过测算，经编占有 50%，纬编占 40%，织袜及企图占 10%。 回顾近年来，全球涤纶类纤维得到了极大的增长，特别是涤纶 POY 系列产品已经成为涤纶 长丝中最为重要的中间产品，多数涤纶长丝都先加工成 POY 原丝后，然后再将其进一步变 形加工。POY 装置产能的提高主要取决于纺丝卷绕速度，为了提高 POY 生产的效率，进 一步地降低生产成本，POY 纺丝生产速度提高的研究和技术开发早已显示出其必要性和紧 迫性，要较大程度地削减长丝生产成本，可行的办法之一就是提高纺丝生产速度。国内外 厂商对提高涤纶 POY 纺丝速度的技术开发和应用研究都投人了大量的人力和物力，该项技 术已越来越引起业内人士的极大关注。近年来，德国的鲁奇吉玛公司、瑞士的伊文达一费 瑟公司等依托自身的技术开发优势，通过对聚酯的物理改性和化学改性，开展了相关的系 列研究工作；美国的杜邦公司与德国的巴马格公司强强合作，发挥各自的工艺和设备技术 开发优势，通过突破性工艺的研究与设备的改良设计，实现了显着地提高涤纶 POY 纺丝速 度的目的。在当今合成纤维生产技术向高速化、自动化方向发展的时期提高涤纶 POY 纺 速技术的发展和完善，并实现工业化的推广应用，具有十分重要的意义。 二、提高涤纶 POY 纺丝速度的途径 1.化学改性 所谓化学改性技术是指在聚合过程中采用间位酸或添加第三组分，聚合获得低结晶速 率的化学改性聚酯，使高速纺丝线上纤维的取向和结晶发展得到削减。 化学改性的目的是要降低分子链之间分子与分子的引力，因此需要更大的应力来获得 同样的结晶度，这是最早试图以高速纺生产 POY 丝采用的一种方法。孟山都申请的一项专 利说明了这种方法，添加象季戊四醇这样的链支化剂，PET 分子链就会被支化。链支化剂 要在酯化时加入到反应体系中。在相同纺丝速度下，与没改性的线型 PET 相比，支化 PET 的流变行为不同，丝条上的应力也低得多。应用这项技术存在的问题是需要采用特殊的聚 合条件。如果链支化度过高，拉伸丝的强度会降低，生产能力的提高幅度会减小，丝的性 能会变得不均匀。后来鲁齐一吉玛公司的 POY 的高速纺，其采用的切片中加入 10羧基 膦酸(CPA)，以此形成长支化链，从而防止了链平行排列，同时改变粘弹性，丝条能够更 好地吸收压力波动，因此生产的纤维更均匀。对于热和热氧化降解来说，也有稳定作用。 不管是熔融聚合还是固相聚合，反应都较快，表明 CPA 还具有催化作用。 化学改性技术的应用无需对设备进行改造，也不需要添置其它辅助设备，便于在现有 的生产装置上应用，POY 纺丝速度可提高至 34OO3800m/min，生产能力增幅可达 l3。然而该技术的不足在于提高纺丝速度的幅度有限，难以实现纺速的大幅度提高。此 外，由于选用了与常规聚酯不同的单体共聚，聚合工艺和最终产品都与常规聚酯存在差异， 特别是产品的性能和应用性能存在差异，这种特殊改性的低结晶聚酯，更容易被理解为一 种新的聚酯原料，或一种新的聚酯差别化产品，如具有高收缩、低结晶性能的改性聚酯等。 可见，化学改性技术的应用，由于纤维在纺程上因速度提升导致的高取向得不到明显有效 的抑制，加上原料需要特殊的化学改性过程、且最终成品的性能也与常规产品有一定的偏 差，所以，德国吉玛公司、伊文达费瑟等大公司已逐渐将研究重点转移到聚酯的物理改性 技术开发中来。 2.物理改性 所谓物理改性技术是指采用常规的聚酯原料，通过工艺的改进和混入添加剂等方法， 实现提高涤纶 POY 纺速的目的，其中添加剂所起到的作用与添加剂和聚酯共混的分散有着 密切的关系，伊文达费瑟等公司，通过特殊添加剂的开发及应用研究，将 POY 纺丝速度 提升至 5000m/min 以上，该类添加剂是一些无定型的不饱和脂肪酸或丙烯酸类有机共聚体， 添加量一般小于 3。吉玛公司开发 MODE5 聚酯改性刺尝试了将涤纶 POY 的纺丝速度提 高 50。 熔融纺丝时加入添加剂，是将添加剂加到聚合物熔体中。日本帝人公司的专利是加入 0.56的含官能团的支链结构，这种官能团由碳、氢、氮、氧、硫、磷以及卤素的取 代基构成。专利称纺丝速度可高达 8000m/min。最典型的添加剂是聚甲基丙烯酸酯及其衍 生物(分子量1000)。聚甲基丙烯酸甲醋(PMMA)作为一种添加剂，可以在聚合后加到聚合 物熔体中制得切片，也可以在挤出机前或在纺丝过程中加入。如果添加剂与 PET 混合不均 匀，就达不到预期的效果，会造成原纤化，从而提高剩余伸长率及强度损失。 阿克佐诺贝尔公司也持有使用聚甲基丙烯酸酯的专利。少量(0.15)酰亚胺化率为 5090、部分溶于 PET 的聚甲基丙烯酸烷基酯与聚合物熔体混合，得到了希望的结果。 适宜的添加剂是分子量为 530 万甲胺酰亚胺化的 PMMA。PET 分子量越大，要求酰亚胺 化的程度越高，这是由于降低分子链间较大的相互作用力需要较高的支化度。 液晶聚合物(LCP)也可作为添加剂以获得更高的纺丝速度，ICI 的专利详细说明了这种方法。 ICI 的另一项专利是在 PET 熔融纺丝前，加入 0.110的一种与 PET 不相容的聚合物， 如 PE、PP、聚酰胺、聚乙二醇等，这种不相容的聚合物在 PET 熔体中形成 053m 的球形粒子，其在挤出时变形，形成微原纤，改变流变性能，这样即使在高纺丝速度时也 能降低分子取向及结晶度。此外，鲁奇一吉玛等公司也有这方面的专利。 采用物理改性的方法能较大程度地提高 POY 的产能。通过物理改性剂来获得更高纺速的优 势在于纤维生产者不需要在所有新的纺丝线上投资来提高速度。添加剂工艺的负面作用是 一旦改变聚合物，就会得到不同的产品，有时还会引起较高的纺丝断头率。如果使用未改 性聚合物的断头水平为 0.5/t，则添加改性剂的聚合物的断头水平会提高到 1/t。 3.改变熔融纺丝工艺 美国杜邦公司与德国巴玛格公司合作，共同开发了涤纶 POY 新的熔融纺丝工艺，该工 艺在市场上被称为 Evospeed(速度革命)。该技术能使纺速提高 50，达到 45004600m/min。这是获得涤纶 POY 高速纺最具挑战性的方法之一。该方法的依据是高 速纺过程中 70的纺程应力来自于空气阻力，通过加速侧吹风使之与纺程丝束平行来显着 减少长丝与侧吹风(骤冷空气)之间的空气摩擦。与目前的侧吹风工艺(侧吹风轻轻地环绕着 新生的长丝)相比，新工艺采用的骤冷气体沿着丝束轴向吹送，最终加速丝束平行方向的纺 速。应用的原则为通过加速沿纺程的气体迅速冷却长丝。迅速冷却阻止了取向的显着发展。 为了实现该工艺，在每个喷丝板下方安装了一个吹风管。骤冷空气可以是空气、蒸汽或惰 性气体，沿着在气动冷却管上部的丝线径向吹送。在吹风管的底部，通过减小管径，使气 体加速可达到 1/4 或 1/2 长丝的速度。由于气流流过截面积气流速度=冷却气体流量(常数)， 所以管路锥状的直径减小使得气体速度增加，迫使气体进入丝束，增强了冷却效应。 由于加速过程应该在空气或水蒸汽尚未形成湍流时发生，因此锥形的角度至为关键。 当长丝离开管路时，强度增加并获得了最终的卷绕速度。该冷却系统的设计在更广的速度 范围内使丝的张力保持恒定，因此纺速的提高不会引起长丝的更高取向。产品的特性(如伸 长、强度、收缩)与传统工艺生产的 POY 相同。通过使用这种气动的骤冷技术，可以控制 纺程应力和纤维的取向、结晶度，生产出的 POY 在纺速约为 45005000m/min 时，断裂 伸长为 120。该技术另一个优点为纺制长丝的线密度变异性低。每台纺丝机可纺制单丝 纤度为 1-4.4dtex 的长丝，所生产的丝的断裂伸长率高于 100。专利实施例中，纺速达到4015m/min，制得的 POY 的断裂伸长率为 123，沸水收缩率为 66。这种方法的另一个 好处是纺制的 POY 的纤度变化小，生产的长丝的结晶度和取向度都较低。 新的杜邦/巴玛格公司的 Evospeed 工艺提高了生产速度的灵活性，具有较高的产品质 量。不需任何聚合物改性即可实现生产速度的突破。其关键技术为 Evospeed 冷却系统可在 冷却过程中检测并控制长丝的张力。可使生产速度提高 50，从而使相应的生产费用减少。 该技术提供了更高质量的丝，这意味着在更高的纺织速度下具有更好的纺织质量。现有的 标准纺丝机转变为 Evospeed 工艺的纺丝机在技术上是可行的。 三、下游产品质量问题的应对措施 根据相关报道，山东飞泰纺织有限公司生产的涤纶长丝包芯纱织成布后，发现有粗经、 错纬、包覆不严和棉结超标等问题，为此，该公司技术人员采取了相应措施，取得了较好 效果。现在将该公司的具体措施引用如下供大家参考！ 该公司主要措施有以下几方面： 1.粗纱捻系数偏大掌握， 粗纱定量不要太轻， 以避免细纱牵伸后的须条运行不稳定，影响包覆效果。在满足后加工要求的前提下，细纱捻系数尽量偏大掌握，防止外包纤维剥 离露丝。 2.涤纶长丝包芯纱生产中无导纱横动，纱线和芯丝与胶辊、胶圈的摩擦增强，影响成 纱条干。应选用硬度低、弹性好、耐磨性强、不易变形的胶辊。要经常检查胶圈是否有损 坏或龟裂，防止产生粗细不匀或条干不良现象。 3.摇架压力小或中铁辊缺油运转不灵活，易造成包覆不良现象。要逐锭检查，测试摇 架压力，达到压力均匀稳定，牵伸有效，检查修复或淘汰缺油运转不灵活的中铁辊。摇架 的上销爪变形，造成中区加压失效，上销翘起，上下胶圈纤维牵伸受到影响，出现成纱条 干不匀或有露丝现象。要经常检查及时修复或更换。 4.锭子缺油或损坏，造成跳锭子或细纱管定位损坏；细纱管与锭子运转不同步，造成 纱管晃动，使成纱毛羽增加，影响包覆效果，对外包纤维含量较低或外包纤维静电较明显 的品种影响更为严重。需要经常检查及时修复或更换。 5.防止钢丝圈挂花产生毛羽纱， 钢丝圈选配适当并缩短更换周期为 5 天以内。 6.少数锭位浮游区偏大， 纱条纤维在浮游区发散， 不利于包覆质量。要经常检查调 整。 7.防止芯丝退绕张力波动太大， 使得芯丝偏离须条中心，形成包缠纱。 8.导丝轮不转或转动不灵活及左右摆动，造成长丝喂人状态不稳定。运转操作每轮班 由专人把关检查导丝轮回转情况，及时修复或更换。 9.芯丝通道与锭位不对应， 造成芯丝交叉退绕。一根芯丝断头后， 相邻锭位芯丝容 易把该芯丝带人；或因操作不当， 使得两根芯丝进入同一个锭位，造成双芯纱。因此要严 格操作。 10.粗纱斜面、 牵伸部位及通道、 胶圈积花等均要清洁到位， 防止飞花短绒附人， 产生纱疵。 11.芯丝筒退绕至空筒或芯丝被挡断而继续纺纱，没有发现或发现后没有及时处理， 造成空芯纱流入客户手中。挡车工一定要加强责任心，勤巡回，及时发现，彻底清除不合 格纱段。 12.细纱对落下的管纱逐只检查是否有无芯纱、露芯纱、偏芯纱和双芯纱，发现后清理 干净。 13.络筒纱线通道一定要保持光洁、无毛刺、无沟槽，断头后抬臂抬起一定要及时，防 止外包纤维被刮、擦、磨，使得芯丝外露或造成棉结和纱疵。同时络筒工序要再次对细纱 遗漏的无芯纱、露芯纱、偏芯纱和双芯纱予以有效把关。 四、结束语 涤纶长丝生产厂家采用聚合物化学改性、熔体的物理改性、改变熔融纺丝工艺等具体 方法都可以提高涤纶 POY 的产量，但所有方法都有其优点和局限性。化学改性和物理改性 是本着阻止聚合物分子链排在起的原则，做法是使分子链带上支链或增加部分不兼容聚 合物。改变纺丝工艺则是通过改变测吹风的风速风温和风向来调节温度分布，降低丝条的 应力，以便在分子链明显取向之前就固