防紫外线PA6细旦FDY的生产工艺探讨

吕传香，杨建春，牟贞艳

(烟台华润锦纶有限公司，山东烟台264006)

具有防紫外线功能的全消光PA6细旦全拉伸丝(FDY)具有独到的优势，包括光稳定性好、色牢度高、着色均匀、光泽亮丽等，这些都是常规细旦FDY无法达到的。全消光FDY丝用全消光切片纺丝制得，切片中二氧化钛含量高达1.6%，是普通半消光切片二氧化钛含量的5～6倍。由于二氧化钛是一种金属氧化物，是一种性能优良的紫外线屏蔽剂，因此该丝加工的织物具有防紫外线的功能，产品附加值较高。细旦纤维和超细旦纤维具有良好的服用性能，在纺织用纤维中占有主导地位，可用来纺制高仿真纤维以替代天然纤维，其纺丝织物可达到轻、柔、爽、滑的效果。

目前锦纶纤维的主要生产方法是切片熔融法，原料利用率高，成本低，工序简单，是化学纤维生产最常用的方法。对于具有防紫外线功能的全消光PA6细旦FDY纤维生产，因其纤度低(8至20旦尼尔)、二氧化钛含量高、摩擦大、制造过程易产生毛丝、断头等，所以生产难度大，尤其是20旦尼尔以下的纤维满卷率较低。我公司通过调整生产工艺、对设备进行适当改造调整等方式，成功开发出多种具有抗紫外线功能的全消光PA6细旦FDY产品，生产满卷率高，产品质量优异。本文以22.2dtex/7f品种为例进行探讨，以供同行参考。

1 试验

1.1 原料与试剂

BASF产全消光PA6切片，其各项指标:含水率＜0.020%;相对粘度2.42;二氧化钛1.6%;粒度80粒/克。

1.2 设备与仪器

主要生产设备:

纺丝机，由北京三联虹普科技有限公司组装制造;ATi－12R/8型卷绕机，日本TMT公司制造。

主要检测仪器:

FDAME型全自动强伸仪，德国Textecho公司制造;YG086型缕纱测长仪，山东莱州市电子仪器有限公司制造;5－C800型条干均匀度测试仪，瑞士乌斯特公司制造。

1.3 试验

生产工艺流程如下:

全消光PA6切片→螺杆机压机熔融→计量泵→纺丝组件及喷丝板→侧吹风冷却→集束上油→拉伸→热辊定型→交络→卷绕头卷装→FDY产品。

纺丝温度265℃～270℃;卷绕速度4400～4500m/min;拉伸倍数1.3～1.4;热辊定型温度145℃～155℃。

2 结果与讨论

2.1 原料

BASF全消光PA6切片，各项化学指标严格控制，尤其含水率必须控制在0.020%以内。为达到抗紫外线的效果，二氧化钛的含量必须达到规定值，实践证明，BASF切片二氧化钛含量为1.6%，织物具有较好的抗紫外线效果。

2.2 喷丝板的设计

喷丝板的设计至关重要，直接关系到生产过程的可纺性和产品质量。如果喷丝板设计不当，会造成歪脖丝、注头丝、毛丝、飘丝等多种不良，引起断头并影响产品的内在质量。

第一要考虑熔体流动的均匀性，组件中间的熔体容易通过，而周边的熔体受到阻力较大，二氧化钛容易在喷丝孔周边形成死角，因此设计喷丝板时首先要防止熔体在板孔中形成死角，保证熔体流动的均匀性。

第二要考虑喷丝板孔的高度和直径(长径比)。为减少熔体从喷丝板喷出时熔体膨化现象，应结合喷丝头拉伸倍数考虑，采用适当的长径比。选择较大的长径比有利于释放熔体内部应力，减少管口膨化效应，但喷丝板的加工和清洗难度也会加大［1］。经过实验，采用2.5～3.0的长径比可以获得理想的效果。对于22.2dtex/7f品种，微孔直径一般控制在0.23mm～0.25mm。

第三要考虑到丝束的冷却效果，单丝线密度较高，容易在表层和内部形成温差，产生应力造成丝条破裂甚至断丝，因此设计时要充分考虑丝条冷却效果，喷丝板孔的排布要科学合理，要保证足够的孔间距，并使丝条获得相同的冷却效果［1］。

2.3 纺丝和卷绕工艺

2.3.1纺丝温度

全消光切片的二氧化钛含量达到1.6%左右，是普通半光切片二氧化钛含量的5倍以上，在切片熔融时对熔体的流变性产生很大影响，要确保纺丝效果，尤其细旦FDY，必须调整合适的纺丝温度。纺丝温度过高，会使聚合物的热分解加剧，造成相对分子质量降低和出现气泡丝，并因熔体黏度太低而出现毛细断裂，形成“注头”。纺丝温度过低，会使熔体黏度过高，增加泵输送的负担，往往出现漏料，而且使挤出物出口胀大现象趋于严重，甚至出现“熔体破裂”现象，影响正常纺丝。严重时还会出现硬头丝，使丝发白，暗无光泽，手感发硬，后拉伸时断头增加，甚至不能拉伸［2］。通过实验得知，纺丝温度在265℃～270℃时，纺丝效果最佳。

2.3.2丝条冷却条件

因为该纤维对冷却的要求较高，需要系统研究丝条的冷却。生产采用侧吹风冷却方式，关键控制参数包括风速、风压、风温、风湿，冷却距离等。

为保证各纺丝位出风的稳定性和均匀性，空调系统要提供一定压力的侧吹风，一般风压控制在400Pa～500Pa是比较合适的。

为使丝条获得均匀的冷却效果及良好的后拉伸性能，要避免丝束骤冷形成内外层温差，应减缓丝束的冷却速度。一方面，侧吹风温度不能太低，风速不能太高，另一方面，冷却的距离不能太短。在生产过程中采用18℃的露点风，湿度控制在80%以上。同时我公司通过对现有设备的改造，将丝束的上油点由二楼下降到一楼，延长了冷却距离，获得满意的生产效果。

侧吹风风速也是一个非常关键的参数，风速过高易引起湍流，引起丝束的振动和抖动，而风速过低易受野风干扰，造成丝束凝固点飘移。风速过高或过低都会影响产品的条干均匀度。通过实验发现，对于22.2dtex/7f全消光FDY，侧吹风控制在0.3～0.35m/s比较合适。

表1 侧吹风速度对条干均匀度的影响(22.2dtex/7f)Table 1 Effects of quenching speed on evenness of fiber

2.3.3上油位置和上油方式

纺二氧化钛含量高的全消光切片时，丝条不易冷却，过早上油使丝条固化不能充分冷却，影响丝条的拉伸性能。我公司通过设备改造，将上油点从二楼下降到一楼，增加了丝束的冷却距离，使平均轴向温度梯度减少，从而使初生纤维的预取向度减少，具有良好的后拉伸性能。

2.3.4拉伸倍数及定型温度

拉伸倍数(GR2与GR1的速度比)提高，纤维的断裂强度会增加，但如果拉伸倍数超过临界值，会使纤维内部的大分子链发生滑移甚至断裂，引起纤维取向度和强力下降，因此拉伸倍数应控制在适当的范围内［3］。

为了提高纤维的拉伸性能，消除纤维在拉伸过程中产生的内应力，拉伸过程中进行热定型，定型温度随拉伸倍数的增加适当提高。热定型温度一般设定在145℃～155℃，温度过高会影响FDY油剂稳定性，在热辊上产生结焦，影响产品质量。

从表2可看出，拉伸倍数小于1.4时，随着拉伸倍数提高，丝束断裂强度上升，断裂伸长下降，当拉伸倍数超过1.5以后，随着拉伸倍数的增加，断裂强度和断裂伸长均下降。因此，生产22.2dtex/7f PA6全消光FDY时，拉伸倍数一般控制在1.3～1.4，热辊定型温度为145℃～155℃。

表2 拉伸倍数对产品质量的影响(22.2dtex/7f)Table 2 Effects of stretch ratio on the quality of the products

2.3.5卷绕速度

卷绕速度一般要低于GR2和GR3的速度，以使丝条内应力得到一定程度的释放，并保证丝饼具有较好的成型。对于22.2dtex/7f全消光FDY，卷绕速度一般控制在4400～4500m/min。

2.4 产品质量

通过对各工艺参数的调整，最终生产的22.2dtex/7f全消光FDY产品指标如下:

表3 产品抽检指标(22.2dtex/7f)Table 3 Index of Sampling observatio n

3 结论

(1)生产具有防紫外线功能锦纶长丝对切片质量要求较高，使用全消光切片生产，紫外线屏蔽剂TiO2含量等指标必须达到要求;

(2)喷丝板的设计对产品质量有显著影响，要选择恰当的长径比，提高产品质量，同时要考虑清洗和制造的困难程度;

(3)冷却条件直接影响到丝束内部分子的取向、结晶和后拉伸性能，要严格控制侧吹风的风速、风温、风湿和风压，减缓冷却速度，延长冷却距离;

(4)拉伸倍数的增大有利于提高产品的断裂强度，但超过临界点后，会破坏纤维内部分子结构引起强力的下降，因此拉伸倍数的选择要适当。对22.2dtex/7f品种，拉伸倍数选择1.3～1.4比较合适。

［1］刘让同，李锐.喷丝板的设计生产［J］.轻纺工业与技术.2011，40(1):17－20.

［2］梁冬.全消光锦纶6全拉伸丝生产工艺探讨［J］.合成纤维.2006，12:43－45.

［3］李生强，王新，王振，等.11.1dtex/7f细旦PA66 FDY生产工艺探讨［J］.合成纤维工艺.2012，35(1):72－74.