涤纶长丝纺丝在线注射添加现状及发展趋势

顾自江，崔 利，吉 鹏，刘春福，李 群，姚敏刚

（ 1.新凤鸣集团股份有限公司，浙江 桐乡314513； 2.无锡聚新科技有限公司，江苏 无锡214000；3.东华大学，上海201620 ）

0 前言

涤纶长丝是化学纤维第一大品种，具有量大面广的特点，广泛应用在服用、家纺、产业用等领域。 同时，涤纶长丝单线产能不断扩大，10 万t、20 万t、40 万t 年产量不断取得新的跨越式发展。 随着时代进步，市场对涤纶长丝需求不只是满足简单的服用性能，而要满足高端产业、家纺、服饰用，特别是一些高色度、功能性涤纶长丝的市场需求[1-2]。 一直以来，涤纶长丝差别化、功能化是涤纶长丝企业的研发方向，其中共混改性是实现涤纶长丝差别化、功能化的重要方法之一。 共混改性主要是指在涤纶成形加工中引入包括色母粒、功能母粒，通过一定的混合方式实现熔体性质的变化最终实现纤维的差别化、功能化。 目前在工程实际应用的主要是基于在熔体上在线添加来实现共混改性，其中在线添加的关键点和难点是解决添加组分在聚酯熔体中的均匀分散精确计量[3-4]。 由于聚酯熔体和添加组分均具有较高的黏度，流变性能差别大，在熔体管线上短时间内混合分散均匀难度加大，同时，添加计量上的微小偏差，均会直接影响到纤维的功能和产品的质量。国内主要是间接切片纺和熔体直纺在线添加两种添加方式通过添加色母粒、功能母粒纺制原液着色和功能涤纶长丝。

本文介绍了国内涤纶长丝纺丝在线注射添加发展现状，系统分析了国内代表性企业围绕在线添加应用情况及产品开发，指出大容量涤纶长丝纺丝在线添加未来的发展趋势是朝着结合大数据、云系统，实现高效、稳定生产并全天候24 h 在线监控、维稳，促进企业数字化、智能制造。

1 国内涤纶长丝纺丝在线注射添加发展现状

国内纺丝在线注射添加主要有间接切片纺螺杆前计量添加和大容量熔体直纺管道前注射添加两种方式，大容量熔体直纺国内厂家主要在一些产品市场竞争力比较差进行管道在线添加改造，通过母粒干燥、螺杆挤压熔融、注射计量、动态混合、输送纺丝箱体计量纺丝等工序，一般一条纺丝生产线36-72 个纺位，根据生产装置品种范围，主要生产常规黑丝和全消光产品。 也有一些熔体直纺厂家在较为先进纺丝、卷绕设备上进行在线添加改造，改造的有单个纺位、3 个纺位等，进行小批量、多品种纤维开发，满足中、高端客户需求，主要生产超细旦原液着色、功能纤维。 间接切片纺在线通过体积法或失重法添加计量母粒喂入螺杆，由于母粒在螺杆挤压、熔融输送管道内停留时间长以及生产成本高，无法满足市场上大规模高品质功能性产品需求。 随着大量熔体直纺在线注射添加技术进步和成熟，小批量、多品种及整条生产线批量生产，产品具有质量稳定性好、生产成本低等优势。

2 国内纺丝在线注射添加方式

2.1 切片纺注射添加方式

间接切片纺注射添加主要有体积式计量和失重式计量两种方式。 体积式计量主要通过变频控制减速电机传动球穴型凹槽主轴，依靠球穴型凹槽转动计量母粒到螺杆喂入口进行共混，该计量方法方便简单、投入成本低，但是母粒颗粒均匀性影响计量准确性，异状粒或超长粒子容易导致生产产品质量降等。 国内主要生产设备厂家江苏江本自控设备有限公司、无锡聚新科技有限公司等。 失重式计量主要是失重式母粒注射机根据PET 切片和色母粒的比例喂料，通过称重方式控制给料电机的速度，运用动态称重和可编程控制 （PLC），以保证在单位时间内从称重斗减少的重量为恒定值。 失重式计量改变了传统的体积配料喂料方式，提高了母粒配料的均匀和精准度，极大地提高了涤纶长丝（FDY、POY 和DTY）的品质，减少色差，降低产品不良率。 另外根据生产研发需求不同，满足不同工艺要求所需求的双计量失重式混合给料系统、三计量及多计量失重式混合给料系统等。 国内主要生产设备厂家有厦门帮众科技有限公司、江苏江本自控设备有限公司等厂家。

2.2 大容量熔体直纺注射添加方式

针对间接切片纺能耗高、产品品质不稳定，大容量聚酯熔体直纺长丝品种同质化现象严重，差别化功能性纤维比重偏小，涤纶长丝需要不断优化产品方案，向大容量、低成本、直接纺、柔性化、多品种方向发展[5]，对大容量熔体直纺进行纺丝柔性添加色母粒、功能母粒亟需解决，无锡聚新科技有限公司是国内进行大规模熔体直纺注射添加技术改造，市场占有率90%以上。 根据客户需求，可以进行单个纺位以及多个纺位进行改造，满足小批量、多品种客户需求。 对于小批量功能涤纶长丝 （比如抗菌、凉感、发热等）、原液着色涤纶长丝的生产熔体直纺在线注射添加技术改造，一般选用3DD 球穴动态混合器技术和熔体支管添加，立式球穴型动态混合器，设计不同直径动态混合器，熔体混合量动态混合一般50-300 kg/h。 对于大批量产品，一般采取熔体总管或支管添加方式，采用销钉式混合技术方式，设计不同直径和长度动态混合器，熔体动态器混合量一般400 -4 000 kg/h，适合大容量熔体直纺在线注射添加生产全消光、原液着色黑丝等产品，大批量在线注射添加系统如图1 所示。

图1 熔体直纺在线注射添加系统

大容量熔体直纺在线注射添加技术，与间接切片纺采用失重式、体积式注射添加相比，省去聚酯切片干燥、熔融的过程，工艺能耗较低，产品稳定性较好。 大容量熔体直纺注射添加对母粒在塑化性、流动性、分散过滤性、可纺性等方面要求较高，母粒在塑化性、流动性较差会引起螺杆压力波动，造成注射添加量波动引起产品色差，国内色母粒厂家苏州宝丽迪材料科技股份有限公司、浙江金彩新材料有限公司、厦门鹭意彩色母粒有限公司等厂家在开发大容量熔体直纺专用色母粒经验较为丰富、质量较为稳定。

3 涤纶长丝纺丝在线注射添加发展趋势

大容量熔体直纺注射在线添加技术促进了涤纶长丝行业的技术升级，对部分能耗高的间接切片纺逐步淘汰，优化了涤纶长丝行业的产品结构，特别是大容量熔体直纺注射添加生产原液着色纤维，免去后道染色，符合当今环保发展趋势。

随着工业4.0 的不断普及发展，工业设备的管理向智能化网格化方向发展，大容量涤纶长丝纺丝在线注射添加将来向集监管、控制、预警、分析于一体的工业设备智能监控系统云平台并外网远程查看，实现了在线添加的智能管理，助力差别化涤纶长丝高效、稳定生产。实现全天候24 h 在线监控，方便企业管理人员对大容量纺丝在线注射添加系统整体运行状况更好掌握。