大容量涤纶长丝生产线技术发展综述
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[摘要]近年来，化纤行业的迅速发展促进了我国涤纶长丝生产技术的不断成熟，同时更多的涤纶长丝生产线也不断建成并投入使用，为我国涤纶长丝生产提供了更为强健的基础。但在涤纶长丝生产线投入使生产的初期，很多生产线生产的产品都存在毛丝多、断头率高以及僵丝、染色率差等问题，产品质量还有待进一步提高。本文针对影响大容量涤纶长丝生产线生产质量的主要因素进宪了分析，并综述了如何解决这些问题所采取的策略，为大容量涤纶长丝生产线的实践应用提供借鉴基础。
[关键词]涤纶长丝；直接纺；技术管理；生产线工艺
1、引言
涤纶做成的长丝是合成纤维中的一个重要品种，是聚酯纤维的商品名称。在早期，涤纶长丝主要应用于丝绸服装方面，近年来随着各种加工技术的发展，涤纶长丝已经被广泛应用于仿毛、仿麻、仿棉等各个衣着领域，并向其它如建筑、交通等领域发展，其生产技术也得到了不断的成熟。在我国，近几年建成并投入使用了大量的大容量涤纶长丝生产线，但在国内很多涤纶长丝生产线在投入生产的初期，都普遍存在毛丝多、断头率高、僵丝以及染色差等问题，产品质量还有待进一步提高。本文根据大容量涤纶长丝生产工艺流程的特点，对影响大容量涤纶长丝生产线生产质量的主要因素进行了分析，并对各厂家在大容量涤纶长丝生产线应用中解决毛丝多、断头率高、僵丝、染色差等问题所采取的策略进行汇总阐述。
2、大容量涤纶长丝生产工艺流程
涤纶长丝的生产工艺经过数十年的发展，产生了极多的种类，按纺丝速度可分为常规纺丝、中速纺丝、高速纺丝，按原料又可分为熔体直接纺丝和切片纺丝，按工艺流程又可分为三步法、二步法和一步法。
2.1常规纺丝工艺
常规纺丝又称低速纺丝，采用纺丝卷绕、拉伸加捻、假捻变形的三步法工艺流程，是涤纶长丝工业化早期所采用的一种工艺成熟、设备稳定、技术可控性好、产品质量较高好的生产工艺。其纺丝速度一般为1000m-1500m/min，主要纺制33-167dtex的长丝。目前我国常规纺丝工艺生产的涤纶长丝，其染色均匀性已经可达96%以上。
2.2中速纺丝工艺
中速纺丝工艺采用二步法纺丝工艺流程，其纺丝速度一般在1800-2500m/min之间，主要纺制半预取向丝，半预取向丝纤维结构还不稳定，因此需放置6-12小时后方可加工使用，通常有两种工艺路线。第一种是MOY-DY工艺路线，采用中速纺丝和低速拉伸的方式，这种方式生产效率比高速纺丝低，产品质量相比常规纺丝稍差，目前主要用于我国和日本少数工厂之中。第二种是MOY-DTY工艺路线，采用中速纺丝和高速拉伸变形的方法，其生产效率高于MOY-DY工艺路线，但产品质量略有降低。
2.3高速纺丝工艺
高速纺丝工艺纺丝速度一般在3000-3600m/min之间，其纤维结构较为稳定，在高卷绕速度下产生一定的取向度，主要纺制预取向丝。高速纺丝工艺有三种工艺路线，第一种是POY-DTY工艺，采用高速纺丝和高速拉伸变形二步工艺路线，其工艺流程短、生产效率高，并且其产品预取向丝（POY）能长期存放便宜于运输，被广泛应用于生产变形丝中，成为我国目前大多数涤纶长丝生产厂商广泛采用的工艺路线；第二种是POY-TY工艺，采用高速纺丝和转子式假捻法，主要用于纺制111-167dtex的变形丝，这种工艺在技术和经济上都存在不合理性，在上世纪80年代应用较为广泛，目前仅应用于我国偏远地区一些小厂中；第三种是POY-DY工艺，采用高速纺丝和低速拉伸加捻的办法，主要纺制55-110dtex的拉伸丝，采用一般拉伸加捻机工作，目前在我国仅少数工厂采用。
3、影响大容量涤纶长丝生产线生产质量的主要因素
目前，我国大容量涤纶长丝多采用直纺生产工艺，下面本文对大容量涤纶长丝直纺生产线实际应用过程中，对生产质量有影响的主要因素进行分析。
3.1聚酯原料特性
聚酯原料特性是影响涤纶长丝生产质量的重要因素之一，包括熔体粘度、端羧基含量、二甘醇含量等。在涤纶长丝生产中，熔体粘度是指熔体高聚物分子质量的大小和分子质量的分布，是熔体性粘度而不是通俗意义上讲的粘度。熔体粘度在很大程度上决定了纤维性能，分子质量太高则难以展开和伸直，分子质量太低则容易在喷丝和拉伸时产生断裂。在涤纶长丝生产中，聚酯熔体粘度一般应控制在0.660-0.680之间。端羧基含量也是涤纶长丝生产中聚酯原料特性的一个重要指标，其含量的高低直接影响了产品的热稳定性和纺丝的后续加工，在长丝直纺中通常将无油丝端羧基含量控制在27-30mol/t之间，以聚得较好的稳定性。二甘醇含量是指聚酯原料中的醚键含量，其来源主要是聚合过程中二元醉的副反应和人为的添加二甘醇，在长丝直纺中对二甘醇含量的要求较高，通常需要控制在1%-1.2%之间。
3.2纺丝温度控制
涤纶长丝直纺对熔体的温度要求较高，要求熔体有较好的流动性和均匀性，如果温度过低熔体流动性和均匀性较差，容易造成毛丝和断头现象，而且纤维强度过高且伸长度较低，不利于长丝生产。但温度过高，熔体会因为热降解而降低可纺性，甚至因此不能纺丝卷绕。纺丝温度的控制主要集中在熔体输送温度控制、换热器后熔体温度控制和气相热媒温度控制三个方面。
熔体在输送时，一般先由液相热媒保温加热，也有采用气相热媒加热方式的，熔体输送管道较长，流量较大，先择热媒温度时主要依据无油丝粘度降熔体停留时间、聚酯反应釜出口熔体温度三个方面的指标，无油丝粘度温度降是聚酯出口取样熔体粘度与喷丝板挤出未上油纤维粘度的差值，在大容量涤纶长丝生产中，这一指标应当控制在0.02左右，为了防止出现大的降解，通常采用液相热媒温度稍低，纺丝气相热媒温度稍高的方法。此外，熔体停留时间越长降解越大，因此涤纶长丝生产线熔体管道应当保证最小产量时熔体在管道内停留时间不超过30min。
换热器后熔体温度的控制，可以通过调整换热器部分的液相热媒加热温度来实现，在大空量涤纶长丝生产实践中，由于液相热媒和气相热媒温差可达6~12℃，因此必须采用换热器进行温度控制，以使熔体温度处于中间温度避免产生太大的温差而出现纺丝断头情况。通常情况下，换热器温度一般应当控制在285℃~288℃之间。
大容量涤纶长丝生产中，纺丝需要较好的熔体流动性，因此对纺丝温度要求较高，纺丝温度除了同无油丝粘度降有关外，还与产品规格有很大关系。通常情况下，总线密度越大、单丝密度越大，纺丝温度就越低，不过当总线密度大而单丝密度较小时，则需要根据生产线实际情况对气相热媒温度进行微调，一般来说，气相液媒温度应当控制在286~295℃之间，以取得较好的熔体流动性能。
3.3熔体停留时间
熔体停留时间是大容量涤纶长丝生产线中熔体管道设计的重要参数，其中，间接纺丝管道由于长度较短，因此其停留时间对生产质量影响不大，但直接纺丝熔体管道较长，部分大容量涤纶长丝生产线直接纺丝熔体管道直径甚至超过200mm，而且管道结构复杂，包含多条线和多个纺丝位，因此其停留时间对整个生产线的熔体温度和熔体流动性有着极大的影响，控制不好很容易造成断头等现象。根据大容量涤纶纺丝生产实际需要，一般熔体停留时间应当控制在30min内，同时还应当根据品种、负荷等的不同而对熔体停留时间进行调整。
4、大容量涤纶长丝生产过程中断头率控制策略
大容量涤纶长丝生产过程中，断头现象是极为普遍的现象，也是影响生产质量的重要总是，要对断头率进行控制，可以从以下几个方面进行：
4.1物理改性控制法
加入添加剂进行物理改性，以控制涤纶长丝生产中因应力引起的结晶和紧缩现象的技术，最早是由英国ICI公司和日本帝人公司的研究人员于上世纪七十年代后期所发现的，当时所采用的是向熔体中添加少量不混融第二聚合物，使其在纺丝过程中形成微纤维吸收速纺过程中纺丝上的过大应力，从而抑制取向和结晶。但是由于某些添加剂过于昂贵，且耗量较大，提高了生产成本，因此未能得以推广。至上世纪九十年代，一些公司找到了更为高效而价格更为低廉的聚合物添加剂，如丙烯酸类共聚物等，从而使熔体物理改性在大容量涤纶长丝生产中被广泛推广。在加入添加剂后，应当使添加剂在熔体中成细粒均匀分散，且其平均粒径应当小于400nm，添加剂量和粒径分布应保持恒定，复合纤维中添加剂长径比应大于50，这样将会有效提高纺丝效率，减少断头率。
4.2化学改性控制法
化学改性控制法起源于上世纪九十年代，最初主要是采用苯偏三酸、均苯四酸等长链支化剂对工业应用中的POY聚合物进行化学改性，而后才应用在POY纺丝断头率控制中，但这种化学改性方法对提高产能并不太明显，仅能提高约10%-12%℃左右，因此在涤纶长丝生产过程中应用并不太多。近年，日本东丽公司采用在聚酯中添加第二单体进行接枝共聚获得共聚酯，再将共聚酯与尼龙混合，生成聚合物合金纤维的方法，使得涤纶长丝生产中断头率大幅降低，目前这种技术得到了大量的应用，有着极好的经济价值和实用价值。
4.3调整生产工艺
传统的生产工艺是采用骤冷风缓慢横向吹过刚纺出的长丝的方法进行骤冷，这种方法会使长丝在运动过程中受到骤冷风的阻力，引起纺丝上的应力。要降低纺丝应力，必须降低空气阻力。研究人员为此将沿纺丝横向吹风改为沿纺丝纵向吹风，有效降低了长丝所受的骤冷风阻力，对纺丝上的应力和纤维取向度与结晶度起到了很好的控制作用。但是，在采用纵向吹风时，一定要选定好位置，并计算出管径的从何处开始减小，减小到什么程度，其设计依据主要根据丝束骤冷风分布，风速成大小，风速分布，温度分布，骤冷风管几何构型等参数进行。
5 结束语
大容量涤纶长丝生产线进行涤纶长丝生产，其生产质量受众多因素的影响，任何一个环节皆有可能引起断头、无法正常卷绕等情况，因此必须对整个生产线进行细密严谨的技术管理，积极从工艺技术、生产设备、材料管理等方面入手，以提高生产效率和生产质量，提高企业经济效益。
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