江苏恒力化纤股份有限公司 胡景波
沸水收缩率（BWS）是衡量涤纶FDY产品热收缩性能以及稳定性的重要指标。与后加工工艺、产品的染色性能有着密切关系，并直接影响织物的外观效果。因此，研究涤纶FDY沸水收缩率的影响因素，通过工艺调整来稳定生产不同沸水收缩率的产品有着十分重要的意义。
由于涤纶FDY的结构与性能主要由拉伸工艺决定，本文针对沸水收缩率这一物性指标，在稳定原料和其他工艺条件下，我们从牵伸温度、拉伸倍率、定型温度等几个方面进行试验，来寻找影响涤纶FDY沸水收缩率的主要影响因素[1]。
1 试验
1.1 测试样品
73dtex/24f涤纶半消光FDY产品
表1 正常生产的测试样品的主要物理性能指标
|
纤度 |
强度 |
伸长 |
BWS | |||
|
dtex |
cn/dtex |
cv% |
% |
cv% |
10% |
% |
|
73.2 |
4.44 |
2.15 |
31.72 |
5.47 |
229 |
7.9 |
1.2 测试设备及条件
缕纱测长仪：绕取25圈（25m）
恒温水浴锅（100℃）：煮30min后室温冷却30min
预加张力砝码（180g）、立式刻度尺（1m）
1.3 测试结果计算[2]
L 0——试样煮前长度mm；L1——试样煮后长度mm
2 试验结果与讨论
2.1 第一热辊（GR1）温度（HT1）
理论上GR1温度对沸水收缩率有一定影响。初生纤维在熔纺过程中温度降低的很快，尚未来得及结晶温度就已经降低到玻璃化转变温度Tg，而温度在Tg以下时，大分子链活动能力很弱，牵伸过程中纤维结晶速度过低。所以必须保证GR1温度高于Tg，纤维才能形成一定的结晶度。
本次试验如表2，我们将GR1温度设定在Tg以上，来研究BWS随GR1温度变化状况。理论上，拉伸温度越高，大分子连段活动能力增强，结晶速度加快，结晶度也会提高，BWS会随之降低。而通过图1可以看出，实际上BWS变化并不明显，这主要是由于GR1温度升高，会降低热辊间拉伸张力，从而削弱了张力诱导产生的结晶。温度与拉伸张力两者中和作用，使得BWS变化不大。
表2 GR1温度与丝束物理力学性能关系
|
GR1温度/℃ |
强度 |
伸长 |
BWS | |||
|
Cn/dtex |
Cv% |
% |
Cv% |
10% |
% | |
|
83 |
4.43 |
2.08 |
30.62 |
6.93 |
230.6 |
8 |
|
86 |
4.45 |
2.48 |
31.45 |
6.77 |
230.4 |
8 |
|
89 |
4.41 |
2.92 |
30.42 |
7.21 |
231.4 |
8.1 |
|
90 |
4.41 |
2.72 |
30.63 |
6.5 |
229.6 |
8.1 |
图1 GR1速度1760m/min，DR 2.76，GR1温度对BWS的影响
2.2 第二热辊（GR2）温度（HT2）
GR2温度即热定型温度，丝束在第二热辊开始热定型，通过温度和卷绕张力的作用，纤维晶区的结构如晶区取向度、结晶度等都发生变化。由于半消光FDY中TiO2消光剂的加入，能够更好的起到结晶作用，所以通过改变GR2温度，能够比较容易的获得稳定的BWS[3]。
如表3，我们将GR2温度设定为车间正常工艺范围来试验研究BWS的变化。由图2我们可以看出，随着GR2温度的升高，BWS逐渐变小。这是因为GR2温度越高，纤维结晶度和取向度都会增大，晶区结构更加完善，并有效地抑制非晶区解取向，从而BWS变小，纤维热收缩性更加稳定。
表3 GR2温度与丝束物理力学性能关系
|
GR2温度/℃ |
强度 |
伸长 |
BWS | |||
|
Cn/dtex |
Cv% |
% |
Cv% |
10% |
% | |
|
124 |
4.41 |
1.63 |
31.81 |
4.46 |
229 |
8.8 |
|
128 |
4.38 |
2.00 |
31.82 |
5.26 |
224.7 |
8.3 |
|
132 |
4.40
|
1.99 |
32 |
5.19 |
226.6 |
7.9 |
|
136 |
4.36 |
2.35 |
31.5 |
6.00 |
228.8 |
7.4 |
图2 GR1速度1760m/min，DR 2.76，GR2温度对BWS的影响
2.3 拉伸
纤维在拉伸过程中分两个拉伸阶段，一个是初拉伸即喷丝头拉伸，一个是后拉伸即第一热辊与第二热辊间拉伸[4]。
在正常生产过程中，卷绕头速度已确定，为维持一定的卷绕张力，调整卷绕超喂以防卷绕成形，GR2基本确定且只做稍微调整。通过改变GR1速度来实现后拉伸倍率DR的调整，同时也改变了喷丝头拉伸。所以通过改变纺丝速度，来改变初生纤维的取向结晶，也改变了纤维的后拉伸强伸性能，同时对纤维BWS也产生影响。
如表4，实验表明当卷绕头速度一定，GR2基本保持不变，当降低GR1纺丝速度，降低了喷丝头拉伸比，使得初生纤维取向结晶度降低，BWS随之增大（图3）。但由于GR2速度和熔体挤出速度基本保持不变，所以纺丝总拉伸倍数确定。当改变GR1速度，一方面改变喷丝头拉伸倍数引起初生纤维结构性能变化，另一方面热辊间拉伸张力变化，两者作用对产生结晶的影响是相反的，所以DR的增大，BWS增长趋势的比较缓慢[5]。
表4 DR与丝束物理力学性能关系
|
GR2/ m/min |
GR1 / m/min |
DR |
喷丝头拉伸比 |
强度 |
伸长 |
BWS | |||
|
Cn/dtex |
Cv% |
% |
Cv% |
10% |
% | ||||
|
4845 |
1870
|
2.59 |
69.50
|
4.34 |
7.61 |
33.42 |
7.19 |
214.3 |
8.0 |
|
4845 |
1800 |
2.69 |
66.89 |
4.36 |
2.81 |
31.72 |
6.37 |
222.8 |
8.1 |
|
4845 |
1735 |
2.80 |
64.47 |
4.40 |
2.35 |
30.13 |
6.29 |
231.9 |
8.2 |
|
4860 |
1680 |
2.89 |
62.43 |
4.46 |
2.23 |
28.53 |
6.66 |
241.7 |
8.3 |
图3 WD4800m/min，HT1 85℃，HT2 131℃，DR对BWS的影响
2.4 第二热辊箱箱体及抽油烟管道
保证第二热辊箱箱体的保温性良好，网片及抽油烟管道的畅通，不仅节能降耗，而且减少车间油烟污染，并且保持热辊表面清洁，维持稳定的箱体内部温度，使得丝束加热更加均匀充分。
如表5，当GR2表面温度一致时，箱体门密封性较差会使得箱体内部热气流扩散，箱体内部温度偏低，并使得纤维的晶区取向和结晶受到抑制，BWS随之增大。而网片、抽油烟管道堵塞时，会导致箱体内部油烟及过量的热气流无法排除，箱体内部温度升高，纤维的晶区取向和结晶度增大，BWS随之减小。由此可知箱体内热空气流对纤维大分子产生结晶以及改善晶区结构起到非常重要的作用，这都使得纤维的BWS有显著变化[6]。
表5 第二热辊箱箱体保温性对BWS的影响
|
|
网片及抽油烟管道 清理前BWS/% |
网片及抽油烟管道 清理后BWS/% |
|
第二热辊箱门封闭 |
7.2 |
7.8 |
|
第二热辊箱门半开 |
/ |
8.6 |
3 结论
由于GR1温度与拉伸张力两者中和作用，使得GR1温度对BWS影响不大；
通过改变GR2温度，能够比较容易的获得稳定的BWS；
采用合适的DR来控制纤维的后拉伸性能及适宜的物性指标，是保证FDY产品BWS的前提；
保证第二热辊箱箱体的保温性以及网片、抽油烟管道的畅通性的良好，是获得稳定均一的BWS的保证。
4 参考文献
[1] 许哗峰. 关于涤纶长丝沸水收缩率试验方法的讨论[J]. 中国纤检, 2002, (3): 25-27.
[2] 王爽芳. 高收缩长丝热收缩率及试验方法[J]. 聚酯工业, 2010, 23 (3): 33-34.
[3] 梁冬. 中高沸水收缩率涤纶FDY生产工艺讨论[J]. 化纤与纺织技术, 2005, (4): 4-6.
[4] 梁冬. 拉伸工艺对涤纶FDY结构性能的影响[J]. 化纤与纺织技术, 2006, (4): 23-25.
[5] 许峰. 牵伸工艺对涤纶FDY沸水收缩率的影响[J]. 合成技术及应用, 2009, 14 (1): 39-41.
[6] 桂在斌. 三叶大有光FDY沸水收缩率影响因素讨论[J]. 聚酯工业, 2004, 17 (3): 26-28.