全消光涤纶FDY生产技术

纺织干货

涤纶纤维表面光滑，形状规整，在光线的照射下，反射光很强，肉眼看起来有极为不舒服的强烈光泽，但在纤维内添加少量折射率不同的物质 ，可使光线向不同方向漫反 射，纤维光泽变暗，从而改善视觉效果 。对母粒法生产全消光涤纶丝已有报道，但仅 限于生产DTY丝的研究，生产全消光FDY丝的报道很少 。根据市场调研，市场对全消 光仿棉涤纶丝的需求较旺，特别是在装饰用布如汽车内饰、汽车坐垫等方面有很大的 需求 。本文探讨了全消光涤纶FDY的生产工艺，并选择出佳的生产工艺参数，以期为该类产品的开发提供参考 。

测试设备及材料

主要设备及测试机器

预结晶 、干燥系统，北京德厚朴干燥有限公司；螺杆挤出机，北京中丽制机化纤工程技术有限公司、上海金纬机械制造有限公司；纺丝组件 ，北京中丽制机化纤工程技术有限公司 ；卷绕机组 ，北京中丽制机化纤工程技术有限公司。TSI-8330-M型风速仪 (美国 )，USTER-4CX型条干测试仪 (瑞士)，STATIMATM 型自动强伸仪(德国)，ETMP-200型张力仪(德国)。

材料

原料：大有光聚酯(PET)切片；助剂：功能添加剂TiO2，纺丝抗静电剂、油剂 。

基础工艺分析

母粒的制备

由于TiO2的折射率同其它白色颜料比较与涤纶纤维的折射率差异最大，所以TiO2常用 作涤纶纤维的消光剂，除考虑其折射率之外，还应考虑对涤纶纤维消光性和可纺性产 生影响的其它指标 。

(1)粒径。根据光散射的原理，TiO2的粒径等于被散射光波长的一半时，散射力最大。由于可见光波长为400-700nm，所以TiO2，粒径选择在0.15-0.25m范围时 ，在涤纶纤维中的消光效果最佳 。

(2)TiO2的分散性。本文选择的TiO2粒径范围在0.15-0.25μm之间 ，这些粒子的比表 面积和表面自由能很大 ，粒子之间易凝聚。将这些TiO2直接加入纺丝熔体时，不易 分散均匀，不仅达不到消光目的，还容易引起喷丝板堵塞，使组件压力升高过快， 缩短组件使用周期，影响纺丝正常进行，且纺丝时也容易产生毛丝，影响最终的纤维性能 。

(3)TiO2表面处理。TiO2为无机物，属于极性、水不溶性物质，而聚酯属于有机高分 子 ，其极性很小 ， 二者表面性能相差很大 ，相容性不好 ，混合纺丝时 ， 由于分散不均匀 ，会对纺丝加工过程和最终性能造成影响，因此，需要对TiO2，进行表面处理。处理后的TiO2在PET熔体中有更好的分散性，未发现有明显的团聚现象。

(4)TiO2母粒的制备。TiO2为粉体 ，PET为粒状 ， 二者直接混合纺丝TiO2的分散均匀性达不到要求 ， 需采用先在双螺杆挤出机上造高含量母粒，再与PET混合纺丝的生产方式 。生产工艺流程见图1。

经试验选择的载体与PET有相近的化学结构和性能，使母粒比PET有更好的熔体流动性，并在PET中有很好的分散性。制备工艺参数：双螺杆速度40-70r／min，模头技术规格直径2.8mm，引条速度10-20r／min，双螺杆挤出各区温度见表1。

图2为不同处理方式下纺丝组件压力增值情况。可看出加工经处理制成的TiO2，母 粒的纺丝组件压力增加值提高明显变慢 ，组件使用周期延长。

TiO2对涤纶纤维性能影响

 TiO2添加量对消光性能的影响

纤维中TiO2的添加量视其消光程度而定。通常大有光纤维不添加TiO2；半消光纤维中添加TiO2 0.5％左右；全消光纤维添加TiO2 2.5％左右。试验中， 分别添加不同质量比的TiO2，考察添加量对纤维消光性能的影响，试验结果见图3。从图可看到随 

TiO2添加量增加，消光率明显提高；当添加量加大到一定值后，纤维对光的消光率 将趋于100％ 。

TiO2对粘度影响

PET分子量直接影响其纺丝性能和纤维的物理机械性能，由图4知，随着TiO2，添加 量增加，PET的黏度有明显的下降。这主要是因为TiO2粒子分散在PET切片中，破坏了分子的规整性，降低了大分子之间的作用力， 使熔融过程中PET聚合物的黏度 

下降。为保证获得较好的纤维力学性能，TiO2在纤维中的添加量要适当。

关键生产工艺技术

切片干燥

切片干燥效果对涤纶高速纺的纺丝生产及产品质量影响很大，对于全消光FDY涤纶 丝的生产来说，这一点体现的更为突出。干切片含水率被要求严格控制在0.003％以下。由于采用大有光PET切片和全消光母粒进行共混纺丝，其各自的性能不同决定了干燥工艺有很大的区别 ( 见表2)。大有光切片中不含TiO2，相应地结晶困难，其结晶温度和软化点低，在预结晶时易发生黏连而造成结块，因此应采取相对较低的 预结晶温度和干燥温度(分别为155℃~165℃和153℃～165℃)。通过调整沸腾床预结晶器的脉动电机转速、风机阀门的开度，控制下料喂料率等措施，有效地避免了黏连结块现象发生，得到含水率低于0.003％干切片 。

TiO2母粒中TiO2含量很高，大量分散在纤维内部的TiO2，更容易造成纺丝过程中的降解 ，因此母粒的干燥要求更高。对全消光母粒专门使用了1个小干燥塔，进行单独干燥，因为母粒的熔点低,黏度低,为防止母粒黏连结块，干燥时间适当延长，干燥温度适当控制低些。

 

全消光母粒的添加

由于母粒中TiO2，添加量很高，很小的波动就会直接影响到纤维最终的性能。为保 证TiO2母粒的添加量稳定，波动小，专门设计加工了1种母粒添加专用装置。它的特点是采用全消光母粒固体注入式容积法计量加料，根据添加比例控制调整每分钟的喂料速度，保证衡定。同时在生产过程中及时监控 ， 通过燃烧法测试纤维中的Ti O2添加量，以最快的速度将测试结果反馈到加料控制人员手中，以便掌握实际生产添加TiO2情况。该设置加料简便、准确，还可根据生产需要及时更换产品品种。

图5为纤维中TiO2，添加量的测试数据。由图可以看出，采用该设置加入母粒的TiO2 在全消光纤维中的添加量均一，批次偏差均小于1％，说明TiO2添加量控制比较好，均匀性好。

异形板设计

纺制异形纤维尤为重要的组件是异形喷丝板。由于异形喷丝板的孔形复杂，而且精度和光洁度要求高 、制板工艺难度较大。异形喷丝板的孔形设计是否合理，是能否得到预期纤维截面的关键 。

由于异形截面纤维比圆形截面纤维具有更大的抗弯强度，以及优良的抗起球性能和弹性，并且异形截面纤维因表面纵向凹凸不平使其在吸湿、轻量化等方面性能优良。本文考虑将圆形截面纤维和异形截面纤维混合使用 。

纺丝温度

纺全消光FDY丝时(TiO2含量控制在2.2％左右 )，随着纺丝温度的提高，纺丝过程中 的飘丝和断头现象明显减少，可纺性改善。当温度控制在288～295℃时纺丝效果更 好 。纺丝温度与纤维强度、纤维异形度之间关系如图6示，纤维的异形度随纺丝温度升高而下降，纤维强度随纺丝温度升高出现一个最大值，之后下降。

冷却工艺

冷却成形是指从喷丝板微孔喷出的熔体细流在一定的冷却条件下强制冷却，在短时间内凝固成丝条的过程。目前 ，FDY涤纶丝的生产过程中冷却成形均采用倒吹风的形式，涉及3个因素：风速 、风温和风湿，冷却条件对纺丝成型及纤维的条干不匀率 和染色性有很大影响。

在风速 、风温 、风湿3个影响因素中，风速对纤维成形的影响很大。由于33.3tex/

96f FDY的单丝根数较多， 丝束密集，当风速较低时，冷却风穿透单丝间的能力减弱，冷却速率减缓，丝束的凝固点下移造成内外层丝冷却条件差异较大，并且容易受到丝室外气流的干扰，使冷却成形条件波动变大，造成丝条的条干不匀率上升；如果风速过大，则会形成湍流，引起丝束在冷却时的振幅和飘动，造成丝束粗细不 匀，引起成品丝条干不匀率偏大。因此风速的选择要适当。风速由0.65m/s降至0.50m/s，使丝条得到相对缓和的冷却，从而改善初生丝条的可拉伸性能，生产中还需注意到侧吹风风速的均匀和稳定对于降低丝束的条干不匀率起着举足轻重的作用，要求尽可能的减小风速的波动，控制波动范围在0.02m/s之内。

 

纺制异形丝时，由于比表面积增大；较之圆形纤维在相同的冷却条件下，其冷却速率更快，因此，为保证得到理想的异形截面纤维，最终选择风速为0.5～0.65m/s。环吹风速度对纤维异形度的影响见图 7。

风温直接影响着丝束 的热交换。若温度偏高，丝束冷却减缓，出喷丝板的丝冷却长度增加。由于纤维根数多 、密集，因此使纤维的冷却长度大小不同会造成条干不匀率增加，在后拉伸时出现毛丝和断头。选择较低的风温可以抑制由于加入TiO2，引起的容易结晶问题，控制结晶度使后道工序利于实施，减少毛丝和断头，降低成品的条干不匀率 。但是由于异形丝的比表面积增大，较之圆形纤维在相同的冷却条件下， 其冷却速率更快， 所以宜适当将纺丝侧吹风温度从23℃提高到25℃， 保证纺丝正常进行，得到形状标准的异形丝 。

 

湿度稳定可以提高纤维的冷却效果，提高湿度可减少纺丝时产生的静电，减少丝条的抖动或跳动，提高可纺性，减少毛丝和断头， 湿度提高也利于丝条的冷却，因此相对湿度控制的较高，为( 78±3)％。

在纺制异形纤维时，冷却吹风点的位置对纤维异形度影响非常大。经试验得知吹风点距喷丝板的距离越近，纤维的异形度越大，如图8所示。考虑到纤维的成型和最终 的性能，吹风点选择距喷丝板距离80mm较佳 。

纺丝速度

适当降低纺丝速度，可抑制因TiO2存在引起的结晶，降低第1导丝辊处纤维的结晶度，使后续的拉伸 、卷绕顺利进行。在卷绕速度确定之后 ， 一辊速度的高低对成品丝性能有非常大的影响，若提高辊速度，则相应的卷绕张力较小，丝条抖动厉害、易发生缠辊和断头；当一辊速度降低时，卷绕张力增大，丝筒成形变差，蛛网丝常抱在卡盘上退不下来， 所以一辊的速度选择要适当。经试验选择一辊速度为1 900m/s，二辊速度选择4 125m/s。

第1热辊温度为拉伸温度，与纺制常规产品相同，温度必须高于玻璃化温度才能进行正 常拉伸 。拉伸温度过高，分子间活动能力太强，大分子的取向度会因温度的升高而降低，纤维的强度会降低；若拉伸温度选择过低，又会使拉伸张力升高，造成毛丝和 

断头 ， 因此拉伸温度选择在80～90℃。

 

第2热辊的温度为定型温度，温度越高纤维干热收缩率越低，强度不匀增加，生产运行稳定性降低，因此温度选择控制在140~160℃。

产品物理性能

 

通过上述对全消光FDY涤纶丝的工艺设定和选择，最终试纺出圆形 、异形和混合形3个品种，并对其部分物理机械性能指标进行测试，结果列于表3。

由表可见，本文开发的全消光抗静电FDY涤纶丝符合GB/T8960-2001规定的一等品质量要求。从纤维截面形状看，圆形和异形混合型等不同截面组合方式的全消光抗静电 FDY涤纶丝与单纯圆形或异形截面的相比，不仅由于其中TiO2、抗静电剂的存在，赋予了其特殊的性能，而且由于纤维截面的复杂化使产品具有了棉纤维的色泽，以及手感柔软、悬垂性好的特点， 提高了产品档次。

这是由于异形纤维改善了由圆形纤维制成织物的蜡状滑软感，使纤维柔软滑爽，增加了纤维间的空隙，使织物有一定的丰满感，织物风格有很大改变。同时，由于异形纤维和圆形纤维之间对光线分光、反射、干涉的综合效应，以及消光剂的作用，使不同截面组合型纤维产生了一种特殊的光泽。异形纤维的引入也使织物不再像单纯圆形截面纤维那样表面比较贴近，因此蓬松 性和透气性也得到改善。

结论

(1)通过溶剂稀释添加处理技术，对TiO2:进行微米化处理，制备TiO2:含量高达40％以上的全消光母粒，在与大有光PET切片共混纺丝时具有很好的分散性和可纺性 。

(2)自行设计加工全消光母粒固体注入式容积法计量加料器，实现了全消光母粒均匀分散。

(3)采用提高纺丝温度，降低纺速，增加上油率,控制侧吹风的优化纺丝工艺，可使纺丝生产稳定，提高产品的性能。

(4)异形板设计要充分考虑喷丝孔直径、长宽比、长径比和孔排列方式对纺丝和异形度 的影响，选用合理的纺丝工艺可纺制具有特殊光泽和手感的FDY涤纶丝 。

 

(5)充分考虑异形纤维和圆形纤维的纺丝特点，选择合理的纺丝工艺可实现以全消光母粒、PET大有光切片采用异形混合技术纺制FDY涤纶系列产品。