熔体直接纺五叶异形涤纶全牵伸丝开发的探讨

郝应超，徐春建

（江苏盛虹科技股份有限公司，江苏苏州215228）

经一定的几何形状，非圆型的喷丝孔纺制的具有特殊横截面形状的化学纤维，称为 “异形截面纤维”。所谓异形纤维，就是把原来一模一样的合成纤维制成截面畸形的纤维。像天然纤维那样，使它们呈现三角形、星形、多叶形等，可以是异形截面纤维，也可以是异形中空纤维。异形纤维是相对于圆形纤维而言的。它是用有特殊几何形状的喷丝板孔挤压出来的，使截面呈一定几何形状的纤维，主要包括三叶形、四叶形、五叶形、扇形、中空形等。

随着人们的娱乐生活日益丰富，在不同的场合对穿着方面的要求也越来越高，夜礼服、演出服及色泽艳丽的裙子、衬衣等服装也已走向大众。因此涤纶长丝的异形纤维开发层出不穷，发展前景十分广阔。其中五叶异形纤维就是典型代表，其所具有的独特性质主要体现在以下几个方面： 具有优良的光学性能，但纤维无金属般眩目的极光，而具有柔和、素雅、真丝般的光泽；因丝条的表面积增大，故相应增加了纤维的覆盖能力并使其透明性减小；由于截面的特殊形状，增加了纤维间的抱合力、蓬松性、透气性和丝条的硬挺性；减少了合成纤维的蜡状感，使其手感更加舒适；能提高染色的深色感和鲜明性，使所染颜色更加鲜艳。用五叶纤维加工的织物最适合做绉织物，往往用来仿乔其丝绸。可以做仿毛、仿麻、针织或外衣织物。产品光泽柔和，手感糯滑、轻薄、挺爽。另外，因五叶形截面纤维手感优良，保暖性好，有较强的羊毛感，而且抗起球和抗起毛，更适于制作绒类织物。特别是用其做起绒毛毯时，其绒毛既能相互缠结，又能蓬松竖立，富有立体感和丰满厚实感。本论文就生产五叶异形纤维产品进行了相关的技术探讨。

1 生产条件

1.1 原料

所用的PET 熔体的性能如表1 所示。

表1 PET 熔体性能指标

1.2 主要设备及测试仪器

巴马格公司的全流程纺丝卷绕设备： 包括SP8X 纺丝箱体、环吹风冷却系统、ACW 高速卷绕机、纺丝计量泵、油剂泵等；

YG023B 单纱强力机： 常州纺织仪器厂；

UT-5 条干均匀度仪： 瑞士Uster 公司；

MQ-20C 纤维含油率分析仪： 德国Bruker公司；

YG086C 缕纱测长仪： 常州纺织仪器厂；

PL403 电子天平： 瑞士梅特勒-托利多公司。

1.3 工艺流程

本工艺是开发83.3 dtex/36 f 五叶异形涤纶全牵伸丝。工艺流程如下：

聚合熔体→熔体过滤器→增压泵→热交换器→静态混合器→纺丝箱体→计量泵→组件→环吹风冷却→集束上油→甬道→预网络→第一热辊→主网络→第二热辊→卷绕成形→检验→平衡→包装

2 结果与讨论

2.1 喷丝板的设计

喷丝板是制造五叶异形纤维的关键部件。喷丝板的设计是否合理直接影响到五叶纤维的异形度和可纺性。喷丝板设计时主要考虑孔的形状和布孔方式，同时喷丝孔的加工精度对于五叶异形丝的加工也很重要。

2.1.1 孔形设计

五叶异形纤维用的喷丝板的孔形呈五叶形。五叶间的夹角均为72°，叶宽相同，每叶的长宽比选择了6 ∶1 和5 ∶1 两种，经试验验证： 长宽比5 ∶1 的可纺性更好，但五叶异形效果差；长宽比6 ∶1 的可纺性一般，但五叶异形效果好。综合考虑，最终选择了长宽比6 ∶1 的孔型，并不断调试工艺，改善了可纺性。

喷丝孔每叶之间的夹角处，试验了两种情况，一种是没有倒角的弧形，一种是有倒角的夹角形。弧形连接的孔加工难度小，可纺性好，易清洗，但纤维的截面形状更接近五叶形；有倒角的夹角形连接可纺性一般，需要多次清洗，但纤维异形效果好，截面为标准的五叶形。

2.1.2 喷丝孔排布方式

喷丝板一般选择圆形排布和菱形排布两种方式。本公司冷却采用环吹风方式，圆形排布更有利，同时异形均匀度也会更好，所以本工艺采用了圆形的排布方式（喷丝孔均匀排列在示意图1 环形虚线上）。详见示意图图1。

图1 喷丝板排布示意图

2.2 工艺参数

2.2.1 熔体输送温度

对于五叶异形丝，要求熔体输送过程中，熔体黏度降越小越好[1]。所以熔体输送温度不能控制太高，太高会形成较大的黏度降，影响纺丝生产；但输送温度太低会使熔体黏度相对较大，影响熔体输送的流动均匀性，从而影响纺丝加工。所以要在保证熔体良好输送的前提下，尽量降低熔体输送温度，控制熔体黏度降。可以通过降低熔体输送管线及热交换器的保温热媒温度来降低熔体输送温度，达到减小黏度降的目的。

2.2.2 纺丝温度

对于五叶异形纤维，纺丝温度的控制至关重要。可以通过纺丝温度的调节来有效改变熔体的流变性能，同时纺丝温度对五叶异形丝的异形度影响也较明显。较低的温度有利于五叶异形度的增加，但会增加纺丝的毛丝和断头。在工艺调试中发现，在纺丝温度低于288 ℃时，注头丝较多，升头困难。同时组件压力的大小也会影响熔体的流变性能，所以纺丝温度要结合组件压力的情况调整。较高的组件压力可适当降低黏度，改善熔体的流变性能[2]。本工艺就是选择较高的组件压力（173 bar）进行生产。试验证明，在较高的组件压力下，纺丝温度控制在292 ℃左右较为合理。

2.2.3 冷却条件的确定

冷却条件对五叶异形纤维影响较大，为达到较高的异形度，五叶异形纤维要求迅速冷却。而五叶异形纤维比表面积大，在相同的冷却条件下，更易散热，冷却速度更快。但急剧冷却将会形成皮芯结构，使纤维在拉伸过程中容易出现毛丝和断头，同时使染色性能变差，所以应选择相对缓和的冷却条件进行冷却[1]。实际开发中我司选择了比同规格的更小的环吹风风压（36 Pa）。

2.2.4 上油

FDY 的上油方式分油嘴上油和油轮上油两种。油嘴上油可有效降低纺丝张力，生产稳定性好，但上油均匀性稍差，会使丝条在拉伸过程中张力波动大[1]，影响纤维的内部质量。油轮上油，上油均匀、染色性能好，但纺丝张力大，生产稳定性差，工艺不易控制[1]。经过多次试验，最终采用了油轮上油的方式。

五叶异形丝比表面积大，与空气和瓷件之间的摩擦力大，需要提高上油率来提高丝束之间的抱合及平滑性，以减少毛丝的出现。

2.2.5 拉伸工艺

对于五叶异形纤维，纺丝速度太高毛丝断头会增加，所以车速不宜选择太高。当车速确定后，拉伸主要在第一热辊完成。第一热辊速度过低，拉伸倍数过大，毛丝断头会增加；第一热辊速度过高，拉伸倍数就小，纤维的剩余拉伸就大，染色性能和条干均匀性就会变差，同时五叶异形度就会降低。为确保染色均匀性，热辊温度的选择不宜太高，试验验证第一热辊温度在130 ℃较为合适。

2.2.6 产品物理性能指标

我司生产的83.3 dtex/36 f 五叶异形FDY 主要物理性能指标见表2。纤维截面图见图2。

表2 83.3 dtex/36 f 五叶异形FDY 主要物理性能指标

图2 纤维截面图

3 结论

（1）加工83.3 dtex/36 f 五叶异形涤纶全牵伸丝，既要达到后加工的织物毛直立性好，又要具有闪光效应，还要兼顾纤维可纺性，所以喷丝板的设计很关键，本工艺选择喷丝孔单叶长宽比6 ∶1、圆形排布等方式订做喷丝板，达到很好的效果。

（2）纺丝温度结合组件压力通过工艺试验来确定，在组件压力173 bar 时，纺丝温度选择292 ℃较为合适。

（3）五叶异形纤维选择油轮上油方式，通过调整工艺使上油更加均匀，产品染色性能好。

（4）为确保染色均匀性，热辊温度的选择不宜太高，第一热辊温度在130 ℃较为合适。

[1]徐心华，李允成.涤纶长丝生产[M].北京: 中国纺织出版社，1995.

[2]董纪震，赵耀明.合成纤维生产工艺学[M].北京: 中国纺织出版社，1994.6.