55 dtex24F高收缩涤纶直纺FDY的开发

55 dtex／24 f高收缩涤纶直纺FDY的开发
发布于:2006-4-3 点击次数:116
第28卷第2期2005年4月合成纤维工业CHINA SYNTHETIC FIBER INDUSTRY
V01．28 N0．2
Apr．2005
55 dtex／24 f高收缩涤纶直纺FDY的开发
石勇强
(浙江恒逸聚合物公司，浙江萧山311209)
摘要：采用常规PTA及EPTA为原料进行熔体直接纺涤纶，选择热辊式FDY 工艺路线，通过降低第一热辊温度(H1)、第二热辊温度(H2)和拉伸倍数(DR)，可生产沸水收缩率在13％～50％的高收缩纤维。

当H l 86℃，H290℃，DR2．0时，生产的FDY沸水收缩率高达50％以上，且其它物性指标可满足后加工要求。

关键词：聚对苯二甲酸乙二酯纤维直接纺丝全拉伸丝高收缩
中图分类号：TQ342．2 文献识别码：B文章编号：1001－004l(2005)02－0059－03
高收缩聚酯纤维开发初期，主要是用于制造人造皮革的底布，目前主要用于生产膨体厚纺织品和衣料等织物。

高收缩聚酯纤维的特点是：能在受热条件下急剧收缩，形成膨体纱或有凹凸花纹的织物，例如：它与常规的涤纶、腈纶、粘胶、羊毛等混纺织物，经热处理后，可制成具有不同形态的凹凸花纹的仿毛织物。

这种织物的立体感强，手感柔软，显得丰满、致密、美观，适合于制作仿毛中长花呢、紧变绉，凹凸型针织织物以及人造麂皮等特种纺织品。

高收缩纤维的生产方法包括物理改性和化学改性两种方法。

化学改性方法的工艺成熟，纤维的可染性、抗起球性、高收缩性优良，因而得以广泛推广与应用，但生产成本较高。

物理改性方法生产较困难。

作者研究了在涤纶直接纺生产过程中，通过控制纺丝动力学中过程参数，控制纤维的成形结构制备高收缩涤纶长丝的方法。

l试验
1．1原料及设备
PET熔体：恒逸聚合物公司自产，特性粘数为0．648 dL／g，端羧基含量25 mol／t，二甘醇含量0．9％；纺丝设备：北京中丽公司制造；卷绕机：日本TMT。

公司ATi一614R／12。

1．2纺丝试验条件
汽相温度：290．50℃；侧吹风速度0．4 m／s；喷丝板规格(D／L)为O．25 mm／O．7 mm。

组件海砂质量配比(60目／80目)为3／1。

平均卷绕张力维持在(10±0．5)cN。

1．3测试标准及仪器
沸水收缩率测试标准：GB／T 6505-2001；强伸仪型号：USTER TENSORAPID4-C。

2结果与讨论
2．1原理
根据高聚物的粘弹形变机理，对于已生成的FDY 卷绕丝，因纤维不再受外力作用，只有拉伸时产生的高弹形变与塑性形变[1]。

纤维在热定型过程中发生收缩，其收缩量是定型过程中某瞬间的形变与初始时的形变之差的负值。

FDY生产的特点是拉抻与热定型连续进行，当纤维在第二热辊(GR2)上进行热定型时，纤维一端受拉伸张力作用，另一端受卷绕张力作用，这是一个类似于紧张热定型的过程，在测试纤维的收缩率指标时，按GB／T 6505-2001规定的方法，将纤维在沸水中煮，这实际上是一个松弛热定型过程，沸水收缩率就等于纤维在拉伸或紧张热定型过程中所发生的高弹形变量的回复量。

要提高纤维的沸水收缩率指标，在拉伸和紧张热定型过程中要尽可能地增大高弹形变量，适当减小塑性形变量。

拉伸张应力与拉伸温度即第一热辊(GR1)温度(H1)，拉伸倍数(DR)有关；作用力时间与DR相关；高弹形变模量，松弛时间都与H有关系[1]因此，在拉伸变形过程中，工艺参数DR、H对纤维的形变有重要的影响。

在拉伸或热定型过程中会产生结晶，由于结晶的存在，阻碍了分子链的活动，使收缩率下降。

为了提高纤维的收缩率，在提高拉伸时高弹形变量的同时，还必须降低纤维的结晶度。

热定型温度即第二热辊(H2)与纤维的结晶度直接相关，H2升高，纤维的结晶度增大，剩余收缩小，使收缩率降低[2]。

另外，FDY的热定型是类似于紧张热定型的过程，此过程中有可能发生新的高弹形变，由于此形变是在第二热辊上进行的，则形变所需要的热能就与H2相关。

故提高纤维的收缩率，适当控制工艺参数H1、H2与DR是可以实现的。

2．2高收缩涤纶的试制
2．2．1 13％～20％收缩率纤维
55 dtex／24 f普通FDY正常生产工艺为：GR2速度4200m/min，H86％，GR1速度1 490 m ／min，DR为2．82，这时纤维能被充分拉伸，染色均匀。

在此基础上固定DR 2．82不变，通过变更H2沸水收缩率的变化见图1。

H2/℃
图l H2对沸水收缩率的影响
Fig．1 Effect of H2 0n boiling water shrinkage.
由图1可以看出：随H2的降低，纤维的沸水收缩率在逐步提高。

主要原因在于H2降低后，纤维的结晶度降低，阻碍纤维发生收缩运动的“壁垒”减少，使收缩率提高。

试验中当H2设定到70℃时，热辊温度能很快达到平
衡，当温度设定到60℃时，热辊的实际温度一直在63℃左右波动。

这说明：生产中H2实际的稳定温度应该存在一个最低下限值。

当设定温度低于该下限值时，辊的实际温度因达不到设定值而一直处于波动状态，
这会造成纤维结构不匀，影响收缩率的稳定。

试验中H2设定的最低稳定温度应不低于65℃。

试验中H2为。

70℃，DR为2．82时纤维的其它物理指标见表1。

表1纤维的物理指标
Tab．1 Physical index 0f the fiber
由表1可知，在该工艺条件下纤维的各项物理指标都在国家规定的标准范围之内，可以满足加工织造的一般性要求。

因此，生产20％以下收缩率的纤维时仅通过降低H2就可以实现。

2．2．2 30％-以上收缩率纤维
生产30％以上缩率的纤维时，因最低定型温度的限制，仅用降低H2已无法实现收缩率的进一步提高。

但降低一、二热辊间的DR，可降低取向与应力作用下产生的诱导结晶[3]，降低H1，可降低因温度效应诱导的结晶。

H1低时屈服应力升高，DR低时拉伸应力降低，又因克服屈服应力之后才能发生塑性流动，这就使发生塑性流动的有效应力降低，纤维虽被拉伸，但稳定的塑性形变却不大，这就使纤维在松弛热定型中(沸水煮)的收缩率升高。

但是在拉伸过程中，H1温度过低可能会导致拉伸过程的不稳定，导致纤维结构的严重不均匀，影响到收缩率的稳定性，因此，试验中H1固定在86℃。

试验采用，PTA组成为90％精PTA+10％：EPTA，熔体特性粘数0．651 dL/g，其它条件同前期试验。

H186％：，GR2速度4 200 m／min，H295℃时DR对收缩率的影响见图2；DR 2．0时，H1对收缩率的影响，见图3。

图2 DR对沸水收缩率的影响
fig2 Effect of draw mtio 0n boiling water shrinkage
H2/℃
图3H对沸水收缩率的影响
Fig．3 Effect 0f H2 0n boiling water shrinkage
由图2、图3可以看出，在较低的工艺条件下固定H2降低DR或固定DR降低H2，收缩率都是上升的，甚至是直线上升。

在图2可以看到，固定H2为95℃时，当DR降到2．4以后，DR每降0．2收缩率升高的程度比拉伸2．4倍以前的大，这是由于DR降至2．4以后张力诱导的结晶程度迅速降低，纤维结构中无定型区占了主导地位。

因拉伸张力的降低，使张应力克服屈服应力后发生塑性形变所需的有效应力降低，塑性形变量减小。

在图3中，固定DR 2．0，当H2降到101℃以下时，每降3℃纤维的收缩程度变大，这是由于温度降到101℃以后分子链或链段的活性降低程度变大，使结晶更加困难。

比较图1～图3可以看出，DR为2．82时降低H使收缩率提高的程度比DR为2．0时小很多。

其中原因笔者认为：
(1)DR为2．82时张力诱导的结晶程度比较大，使纤维的总结晶度升高，降H2温度虽减少了一些区域的结晶，但减少量占结晶度总量的比例不大，使收缩率提高的幅度受到影响。

再者H1相同，DR高时，拉伸张应力也升高，
纤维的塑性形变量大，高弹形变量占总形变量的比例小，也使收缩率的提高幅度受到影响。

(2)原料性质的影响。

前期试验中用的：PTA原料是100％的精PTA，而后期试验中用的．PTA原料是90％的精PTA与10% 的：EPTA的混料，由于。

EPTA原料中杂质4－C BA(4一羧基苯甲醛)的含量比精PTA中的含量高数十倍，使原料性质有了变化，这会使相同工艺条件下收缩率的变化程度发生改变。

DR为2．0时H2104℃和90℃条件下纤维的强伸指标见表2。

表2纤维的强伸指标
Tab．2 Tensne index of the fibers
由表2可知，DR为2．0时纤维的强度略低于国家标准，不匀率都在国家标准规定的范围内。

此强度值对后加工的影响不大，能够满足后加工的一般性要求。

3结论
在涤纶直纺FDY生产过程中，合理控制工艺参数，降低H2和DR可提高纤维的沸水收缩率。

H270℃，DR 2．82时，可生产出沸水收缩率在13％～20％的涤纶FDY；控制H86℃，DR 2．0，H90℃时，生产的FDY沸水收缩率可高达50％以上。

参考文献
1董纪震，罗鸿列，王庆瑞等编．合成纤维生产工艺学(上册)[M]．第二版．北京：中国纺织出版社，1996．474～475，498
2赵华山，姜胶东，吴大诚等．高分子物理学[M]．北京：纺织工业出版社，1992．188
3李允成，徐心华．涤纶长丝生产[M]．第二版．北京：中国纺织出版社，2000．4l0
收稿日期：2004-10-09；修改稿收到日期：2005-01-27。

作者简介：石勇强(197l一)，男，河南尉氏人，工程师。

从事聚酯长丝方面的生产与研究开发工作。