生产技术 Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｏｆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ 仿再生纤维素纤维的新型改性聚酯长丝的生产工艺 占海华 ，周建红 （１．绍兴文理学院，浙江绍兴３１２０００； ２．绍兴市云翔化纤有限公司，浙江绍兴３１２０００） 摘 要：使用改性聚酯原料生产改性聚酯长丝，根据原料的特殊性能，采用了特殊的工艺和经改造的设 备，使纤维达到常压低温阳离子染料可染的效果；纤维的沸水收缩率达到了２．５％以下，接近粘胶长丝 等再生纤维素纤维的水平，达到了仿再生纤维素纤维的目的。 关键词：改性聚酯；粘胶长丝；阳离子染色；工艺调节 中图分类号：ＴＱ３４２．２１ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００１—７０５４（２０１０）０８－００３１－０４ 再生纤维素纤维是我国纤维产品的重要组成 酸基团作为阴离子染座，达到阳离子可染的目的； 部分。２００９年我国粘胶产量达１５１．２２万ｔ。粘胶长 同时在此基础上加入了聚乙二醇（ＰＥＧ）作为第四 丝光泽鲜艳，手感柔软，还具有光滑凉爽、透气、 单体，其柔性链增加纤维中的非晶区，改善非晶区 抗静电、染色绚丽等特性，因此大量应用于丝绸类 中大分子的活动性【Ｉ】，获得阳离子染料常压低温染 和针织类织物中。然而粘胶纤维在生产过程中会带 色的效果。聚合物的聚合度及第三、第四单体加入 来严重污染问题，其中１ ｔ粘胶长丝消耗烧碱 量都与产品性能密切相关。由表１测试数据可以看 ７５９ ｋｇ，硫酸１ ２３２ ｋｇ，ｃＳ２ ３３３ ｋｇ，硫酸锌９．５ ｋｇ 出，随着第三和第四单体加入量的变化，改性聚酯 （除去回收）；且粘胶长丝价格颇高，现今每吨达 的熔点和特性黏度也发生了变化。总体趋势是，随 ４万元以上，制约了其应用扩展。 着第三单体ＳＩＰＥ加入量的增加，改性聚酯的熔点 开发仿再生纤维素纤维的意义在于通过优选 和特性黏度呈下降趋势；随着第四单体ＰＥＧ含量 改性的聚酯原料和改变生产条件来实现用聚酯长丝 的增加，聚酯熔点和特性黏度也呈下降趋势，但 作为粘胶长丝等再生纤维素纤维的替代品，特别是 ＰＥＧ相对分子质量的增加对熔点和特性黏度影响有 改性聚酯长丝的低温（可在８０℃左右）常压深染、 限。同时，催化剂、稳定剂、抗氧化剂等的添加对 高匀染染色工艺的实现具有很大的现实意义，达到 原料品质也有重要影响，须同时加以考虑。 了节能环保，提高产品使用性能，同时又能显著降 表１共聚酯的组成及其熔点和黏度 低产品成本的效果。 试样 ／％ 蚋 ，％ Ｍ口 ＰＣ 端羧基／（ 二甘醇， ｍｏｌ／ｔ） ％ 【－Ｏ］／（ｄＬ／ｇ） １生产原料、设备流程 １＃ ２５３ ｌ１．５ ２．８０ Ｏ．６６３ ２．６ ２４５ １３．５ ２．９６ ０．６１５ １．１原料的筛选 ３＃ ２．６ ０．５ ３０ｏ ２３５ １５．Ｏ ３．１３ Ｏ．５９６ 错 ２．６ ２．５ ３００ ２２８ １５＿３ ３．２２ ０．５９４ 特制ＥＣＤＰ切片：切片中加入了１，３一间苯二甲 ５ ２．７ ０．５ ｌ ５００ ２３４ ｌ３．８ ３．２５ ｎ５９６ 酸双羟乙酯一５一磺酸钠（ＳＩＰＥ）作为第三单体，磺 ６撑 ２．７ ２．５ ｌ ５ｏ０ ２２７ ｌ４．３ ３．１Ｏ ０．５９２ ７稃 ２．７ ４．５ １５ｏｏ ２２４ １５．１ ３－３２ ０．５８８ ８＃ ２．７ ０．５ ３０００ ２３４ １４．２ ３．１６ ｎ６０４ 收稿日期：２０１０－－０７－１９ ９静 ２．７ ２．５ ３ｏｏ０ ２２８ １４．９ ３．２５ ０．５９３ 作者简介：占海华（１９６４一），女．教授级高工，长期从事化纤新产品 注： 为ＰＥＧ的平均相对分子质量，ｒ加为聚酯熔点，【 为聚 的研发，已发表论文十余篇。 酯特性黏度．“ 为第四单体含量，ｃ 为第三单体含量。 合成纤维ＳＦＣ ２０１０ Ｎｏ．８ ３１ 生产技术 Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｏｆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ 我们结合产品要求，最终筛选出具有合适成 分的改性聚酯作为原料，其测试性能见表２，即３＃ 样品。 表２改性聚酯基本参数 ｌ ： 堑 Ｉ ｉ Ｉ Ｉ： ｌ １．２生产设备 干燥机：北京德厚朴化工技术有限公司ＦＢＣＤ 型ＰＥＴ切片干燥机，流化床预结晶器、充填式干 燥塔，干燥能力６００ ｋｇ，｝ｌ； 螺杆挤压机：上海金纬化纤机械制造有限公 司ＪＷＭ１０５／２５，卧式，ＵＤ＝－２５； 纺丝机：大连合成纤维研究所； 卷绕头：日本ＴＭＴ公司产ＡＴｉ一６１２／８型； 拉伸机：ＶＣ４４３型。 １－３设备改造 为了满足产品性能的特殊要求，需对原有拉 伸机进行改造。卷绕形式由原来的炮弹筒子式改为 平牵形式，热盘温度控制范围由原来的常温 １３０ ｏＣ提高到常温一２５０ ｏＣ等，从而满足生产要求。 １．４工艺流程 ①改性聚酯原料一特殊干燥一熔融挤压一箱 体一计量纺丝一冷却一上油一ＧＲｌ—ＧＲ２一网络一 卷绕一ＦＤＹ ②ＦＤＹ 罗拉１一热盘一热板一冷盘一网络一 卷绕一成品 摇袜一判色—分级包装 ２生产工艺探讨 改性聚酯长丝的生产过程中主要工艺参数如 表３所示。 表３改性聚酯长丝生产工艺 项目 参数 项目 参数 结晶温度，℃ １３５一ｌ４５ ＧＲ１温度，℃ ８５－１００ 结晶时间／ｍｉｎ １５～３Ｏ ＧＲＩ般／（ｒｒｄｍｉｎ） １ ５００￣２２００ 干燥温度ＰＣ １３０￣ｌ５Ｏ ＧＲ２温度，℃ １３０－１５０ 干燥时间，ｈ ５－６ ＧＲ２速度，（ｒｒｄｍｉｎ） ４ｏｏ０—４８００ 纺丝温度，℃ ２７０～２９Ｏ 热盘温度，℃ １５０—２２０ 冷却风速，（ｍ／ｓ） ０．４加．６ 热盘速度／（ｍ／ｍｉｎ） ４５０—５５０ 风温 ２３ ２６ 热板温度，℃ １８０～２００ 风湿／％ ６５～７５ 拉伸比 １．０１～１．２０ ２．１切片干燥 由于改性聚酯中加入了许多添加物，必然会 改变原料的内部结构和性能。第三单体中的磺酸基 ３２合成纤维ＳＦＣ ２０１０ Ｎｏ．８ 团具有亲水性，切片的含水率就会增高。在干燥 时，须加大对水分的去除作用，以满足纺丝生产的 正常进行。第三、第四单体作为聚酯分子中的嵌入 物，它们的加入破坏了聚合物分子的规整性，使得 改性聚酯不容易结晶，结晶速度也漫１２１。因此在结 晶干燥时要防止切片结块而堵塞下料管或引起架桥 现象使得螺杆不进料。生产上须采用加长预结晶时 间，适当降低结晶和干燥温度的生产工艺，来防止 上述问题的产生。生产上我们采用１３５～１４５℃的结 晶温度，结晶时间ｌ５～３０ ｍｉｎ；干燥温度１３０— １５０ ｏＣ，干燥时间５～６ ｈ，此时没有产生切片黏连 与含水率过高的现象。 ２．２纺丝温度 由于在ＰＥＴ大分子主链上引入了磺酸基团， 它的高聚物流变特性更偏离牛顿流体１３１。改性聚酯 的特性黏度比常规ＰＥＴ要小。从特性黏度角度来 考虑，特性黏度越大，熔体的表观黏度越大。但由 于改性聚酯分子链中带有极性基团，极性基团与相 邻分子问的相互作用力增大，第三、第四单体产生 的空间位阻效应共同造成了分子链段运动受阻，使 得改性聚酯熔体的表观黏度高于普通ＰＥＴ，熔体黏 流活化能比普通ＰＥＴ大。熔体所具有的弹性效应 也比普通ＰＥＴ大，在喷丝板熔体出口处会产生更 大的膨化变形，发生熔体破裂的可能性更大。若纺 丝温度过低，熔体流变性能以及均匀性差，熔体在 喷丝孔出口处的弹性势能高，易造成毛丝断头。当 温度升高时，链段活动能力增加，体积膨胀，分子 间作用力减小，流动性好。但纺丝温度过高，聚合 物会发生热解，飘丝增多，可纺性变差。因此需综 合考虑，设定合适箱体温度和组件温度。最终我们 根据产品不同的规格，将箱体温度设定在２７０～ ２９０ ｏＣ之间，产品的物理性能和生产情况较好。 ２．３冷却条件 改性聚酯中第三、第四单体的加入，破坏了大 分子的规整性，有利于纺丝的冷却成形。但改性聚 酯的熔点要低于普通ＰＥＴ，采用普通ＰＥＴ相同的 冷却条件会造成纤维凝固点上移，丝束会因冷却固 化过快而造成径向温度梯度的增大州，影响初生纤 维的质量及可拉伸性。但也不能过于缓和，不然纺 丝容易造成野风的干扰。因此采用了比普通ＰＥＴ 稍缓和的冷却条件，同时提高冷却风的湿度，减少 纺丝静电效应的产生。冷却条件为风温２３～２６℃， 风速０．４～０．６ ｍ／ｓ，风湿６５％～７５％之间，此时纤维 的条干均匀度和物理性能较好。 ２．４纺丝组件及预过滤器 由于改性聚酯的流变性能与普通ＰＥＴ有很大 不同，在热流状态下容易产生凝胶物，使得熔体的 流动性能和过滤性能变差。如果采用精密的过滤条 件，凝胶物将会迅速地覆盖在过滤介质表层，使得 过滤压力迅速上升，过滤性能变差。为节省成本， 提高组件和预过滤器的使用时间，过滤介质的配比 需采用多层过滤。最上层采用粗砂，既能滤去部分 凝胶物，又防止了聚集物在表层板结而影响过滤效 果，同时在不影响纺丝条件下尽量降低组件的初始 压力。组件初始压力设定在８～１２ ＭＰａ之间时纺丝 正常，组件周期得到延长。 ２．５拉伸 产品的拉伸条件主要由ＧＲ１、ＧＲ２的速度、 温度决定。具体数值的设定还需根据原料的性能和 最终产品要求来确定。因改性聚酯中第三、第四单 体的加入，使得它的玻璃化温度、结晶温度和熔融 温度比普通ＰＥＴ都要低。第一热辊的速度是纺丝 速度，其设定温度即拉伸温度。改性聚酯的强力比 较低，如果纺丝速度过低，则会增大拉伸倍数，容 易造成断丝或缠辊，纤维染色性能不佳。因此在不 增加毛丝、断头以及条干不匀的前提下，宜选择较 高的纺丝速度。同时改性聚酯玻璃化温度较普通聚 酯低，第一热辊的温度不宜太高，较低的拉伸温度 有利于染色性能的提高。ＧＲ２的速度即拉伸速度， 是一项决定纤维拉伸比的参数。如ＧＲ２速度太高， 即拉伸倍数过大，容易造成毛丝和断头，影响正常 生产；如果拉伸倍数过小，纤维的染色性能和物理 性能将会受很大影响。ＧＲ２温度是定形温度，温度 越高，缠绕圈数越多，纤维结构越稳定，沸水收缩 率越低。但纤维如还需后加工，则定形温度也不能 太高，太高容易造成纤维的拉伸性能变差。我们选 择ＧＲ１、ＧＲ２的速度分别为１ ５００～２ ２００ ｍ／ｍｉｎ和 ４ ０００￣４５００ ｍ／ｍｉｎ之间，温度分别为８５～１００℃和 １３０￣１５０ ｏＣ之间，生产出的纤维能够达到产品要求 的效果。 ２．６卷绕 卷绕辊的速度要稍低于ＧＲ２的速度，即ＧＲ２ 生产技术 Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｏｆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ 产生一个０．８％～１．８％之间的超喂，可以通过这一 数值的大小来选择合适的卷绕张力。张力太大会出 现凸肩、退筒困难等现象，太小则会出现塌边、切 换断头等现象。同时也可调节卷绕头的接触压力来 达到卷绕的良好成形。 ２．７后加工 在经过改造后的平牵机上，对特种ＦＤＹ产品 进行进一步的深加工，并通过各项工艺的研究控 制，使得ＦＤＹ的物理性能指标，尤其是纤维沸水 收缩率接近于粘胶长丝的水平（１％～３％），同时 染色均匀性也得到有效控制。ＰＥＴ纤维要达到如此 低的沸水收缩率，主要还是要从分子结构塑造上来 达到上述效果。众所周知，ＰＥＴ纤维的大分子取向 度越高，非晶区越大，纤维的沸水收缩率就越大， 而较高的结晶度将导致较低的沸水收缩率。通过热 盘的加热、冷盘的定形以及它们之间的拉伸，纤维 可得到较高的结晶度，达到降低改性聚酯纤维沸水 收缩率的目的。 ２．７．１热盘 热盘的温度、缠绕圈数、速度和拉伸比将对产 品加工性能有很大影响。凶为待加工的ＦＤＹ具有 了很高的结晶度，纤维内部分子结构也较整齐，对 其进一步拉伸的话需要先将其软化，不然冷拉伸会 导致纤维断裂。所以对它进行热加工还需要比它先 前定形更高的加工温度，因此在通过改造的拉伸设 备上采用高温拉伸的工艺路线。另外纤维在热盘上 的缠绕圈数也是根据纤维性能来确定。圈数越多， 纤维受热时间越长，在相当范围内越有利于拉伸， 但超出范围有可能使得纤维过度松弛，导致拉伸张 力不稳定而产生毛丝或缠丝。经过试验，我们采用 了１５０～２２０ ｏｃ的加热温度，缠绕圈数６－８圈。 ２．７．２热箱温度 经过进一步拉伸的纤维，其形态结构发生了 很大变化，但是仍处于热力学不稳定状态，必须进 行热定形，以消除拉伸导致的内应力和内缺陷，这 是热箱定形的主要目的。当热箱温度升高时，大分 子链的活动能力增强，纤维内部无定形区部分的大 分子链发生伸直和重新排列而生成伸直链结晶。这 温度越高越有利于结晶的生成，纤维的断裂强度 得到提升，断裂伸长减小，沸水收缩率也将变小。 但是温度高到一定程度，会影响纤维的拉伸性能。 合成纤维ＳＦＣ ２０１０ Ｎｏ．８ ３３ 生产技术 Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｏｆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ 经试验，热箱温度没定在１８０～２００℃比较适宜。 （１）通过原料中加入第三、第四组分，破坏了 纤维大分子规整性，使得改性聚酯纤维的玻璃化温 度、结晶温度和熔点比普通ＰＥＴ有不同程度的降 低。 ３产品性能和应用 产品通过上述流程工艺的加工，其物理性能 见表４。由表中数据可看出，纱线的强度比较低， 这是因为原料中的第三、第四单体加入使得纤维内 部大分子规整性受到破坏，结晶速率减弱，产品的 结晶度较低所致。产品的刚度明显要低于普通聚酯 （２）熔体的流变性能受温度的影响特别敏感， 旦温度出现波动，对纺丝性能、后加工性能、产 品的内在质量等将造成很大的影响，因此需用更先 进的控制技术，改造目前的温控方式，保证温度调 节的稳定性和精确性。 产品，这得益于产品中第四组分ＰＥＧ的作用。第 四单体的引入增强了大分子链的柔性。纤维的染色 （３）改性聚酯纤维须在平牵机上进行拉伸加 等级可达到４级，产品的沸水收缩率、相对抗弯刚 度接近粘胶长丝的水平，因此在性能上与粘胶长丝 纤维十分相仿。 表４产品性能测试结果 工，使得纤维沸水收缩率达到２．５％以下，接近粘 胶长丝的水平。同时需要对拉伸机进行适应性改 造，使之达到工艺要求。 新型改性聚酯长丝与普通涤纶仿真纤维相比， 因为其染色温度降低了，且上染率高，因此节省了 能源，减少了印染废水的排放。产品在某些应用方 面可部分或全部替代粘胶长丝及天丝等再生纤维素 纤维，且生产成本不到再生纤维素纤维的三分之 强度／（ｃＮ，ｄｔｅｘ）ｌ ３．０３ 强度ＣＶ／％Ｉ １．２ 伸度／％ ｌ ｌ６ 伸度ＣＶ／％Ｉ ３．６ Ｊ 沸水收缩率，％ ２．３ ｌ 染色等级／级 ４ ｌ相对抗弯刚度Ｉ（ｃＮ·ｃｍ２） ３．２３ｘ ｌＯ。４ ｝ 仿再生纤维素纤维的新型改性聚酯长丝，是 种具有高附加值的新型纺织原材料。由于该纤维 因此，本产品的研究开发，可为后道面料生产 具有与粘胶、天丝等再生纤维相接近的低温可深 提供价廉物美的新原料，为企业取得竞争先机，获 取良好的经济效益。 参考文献 染、低沸水收缩率、高匀染等性能，使得改性聚酯 长丝在低温常压的条件下就可实现染色鲜艳的效 果。同时纤维的强度接近粘胶等纤维素纤维的水 平，具有抗起毛起球性。产品可与粘胶等纤维素纤 维并合成股，以降低纱线成本，也发挥了它的保形 效果，同时也可单独应用。纤维可应用于针织Ｔ恤 面料，可体现其滑糯、丝光、柔顺的风格特点，不 【ｌ】谢寮．阳离子染料可染聚酯生产技术叨．聚酯工业，２００４，１７（６）：４１－ ４４． ［２］赵慧荣．阳离子染料可染涤纶全拉伸丝工艺［Ｊ］．聚酯工业。２００４，１７ （３）：２７—２９． 仅发挥了产品良好的染色性能，同时护理也比较简 便，不用担心织物洗涤后产生形变和褶皱。 ［３】龚悦．阳离子可染涤纶ＦＤＹ生产技术叨．广东化纤，１９９８，（４）：ｌ－４． ［４］李允成。徐心华．涤纶长丝生产（第二版）【Ｍ】．北京：中国纺织出版 社． ４结语 Ｔｈｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ Ｎｅｗ Ｔｙｐｅ Ｍｏｄｉｉｉｅｄ Ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ Ｆｉｌａｍｅｎｔ ｆｏｒ Ｃｅｌｌｕｌｏｓｉｃ——ｌｉｋｅ Ｆｉｂｅｒ ＺＨＡＮ Ｈａｌ—ｈｕａ ．２．ＺＨＯＵ Ｊｉａｎ—ｈｏｎｇ２ （１．Ｓｈａｏｘｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｏｘｉｎｇ ３１２０００，Ｚｈｅｊｉａｎｇ，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｈａｏｘｉｎｇ Ｙｕｎｘｉａｎｇ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｓｈａｏｘｉｎｇ ３ １２０００，Ｚｈｅｊｉａｎｇ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｍｏｄｉｉｆｅｄ ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ ｆｉｌａｍｅｎｔ ｗａｓ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ ｂｙ ｍｏｄｉｉｅｄ ｐｏｌｆｙｅｓｔｅｒ．Ｔｈｅ ｆｉｌａｍｅｎｔ ｃａｌｌ ｂｅ ｄｙｅｄ ｗｉｔｈ ｃａｔｉｏｎｉｃ ｄｙｅ ｕｎｄｅｒ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｎｏｒｍａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｄｒａｆｔ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｂｏｉｌｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｂｅｒ ｗａｓ ｂｅｌｏｗ ２．５％．ｃｌｏｓｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｅｌｌｕｌｏｓｉｃ ｆｉｂｅｒ ｌｅｖｅ１．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａｌ，ｓｐｅｃｉａｌ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｐｌａｎｔ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｆｉｂｅｒ ｒｅａｃｈｅｄ ｂｅｔｔｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎ ｉｍｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｅｌｌｕｌｏｓｉｃ ｆｉｂｅｒ． Ｋｅｙ ＷＯ￣Ｓ：ｍｏｄｉｉｆｅｄ ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ，ｖｉｓｃｏｓｅ ｉｆｌａｍｅｎｔ ｙａｒｎ，ｃａｔｉｏｎｉｃ ｄｙｅｉｎｇ，ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ ３４合成纤维ＳＦＣ ２０１０ Ｎｏ．８
