高强型涤纶工业用全拉伸丝的工艺及设备分析

高强型涤纶工业用全拉伸丝的工艺及设备分析

苏松涛 马英贤

山东海龙博莱特化纤有限责任公司 山东省潍坊市 262100

摘要：涤纶工业用全拉伸丝FDY具有低伸长、高模量、高强度及耐老化、耐疲劳等优点，因而在多领域中得到广泛应用。本文以高强型涤纶工业用的FDY为对象，指出了其基本的工艺流程及生产特点，汇总了其主要设备，最后探讨了所需要的工艺条件，望能为此领域教学研究提供一些参考。

关键词：涤纶工业；全拉伸丝；高强型；工艺；设备

近年，我国涤纶工业丝基于前期引进且消化吸收后，可采用国产的纺丝设备嫁接进口卷绕头，以此来进行涤纶工业丝的生产，且已步入规模化生产阶段。涤纶工业长丝不仅有良好的力学性能，如低延伸度、高断裂强度及高模量等，而且还有各种良好的物理性能，如耐生物性、耐疲劳性、耐热、耐磨及耐光、耐冲击性等。因此，其有着广泛的用途，已经成为橡胶骨架的重要材料。针对涤纶工业长丝的生产、应用而言，属于一种高技术领域，无论是高模量低收缩（HMLS），还是高模量低收缩（HMLS），均数此领域研究的重、热点。为了能够在此领域中有所创新，本文以涤纶工业用全拉伸丝（FDY）为对象，就其工艺及所用设备探讨如下。

1.工艺流程及生产特点分析

FDY的基本工艺流程为：高黏度聚酯（PET）湿切片筛料、进行预干燥、干燥、挤压机进行熔融挤出、输送熔体、组件喷丝、缓冷、环吹风冷却、上油、多级拉伸与定形、卷绕、涤纶工业长丝的落筒与包装等。

针对涤纶工业长丝的生产来讲，其较之民用丝生产，主要特点为：（1）需要指出的是，由于工业丝生产所选的为高黏度切片，因此，有着较高的纺丝熔体黏度，以及较差的流动性，需采用各种有效且有针对性的措施，为其降解在合适范围提供保障，并以此实现对溶体均匀性、流动性的改善，最终生产出质量合格的工业丝；（2）各纺丝位有着较大的产量，而且还会有大量热量释放，所以需采用各种可行措施，为其充分冷却提供便利，并且有充足且均匀的上油量；（3）在纺工业丝过程中，后拉伸倍数与民用丝相比，显著偏高，需在设备、工艺上均需给予适当调整，以此为高倍数拉伸提供支撑与保障。

2.主要设备

2.1纺丝设备

选用纺丝设备能够将高黏度初生纤维由于存在过大的径向温度梯度而诱发的皮芯结构问题给解决掉，为初生丝的充分、均匀冷却及取向均一提供保证，最终获得稳定的纺丝，且没有出现结晶情况，提高初生纤维的拉伸性能及可纺性。

（1）螺杆挤压机。采用的是高效混合挤压机，其不仅有着较好的混炼效果，较高的产量，而且对于纺工业丝尤为适宜；在实际工作当中，能够实现PET切片降解情况的避免或减少，因而能够大幅提高高黏度PET熔体的物理加工性能。（2）缓冷装置。因选用高黏度PET切片来实施高倍拉伸、熔融纺丝，所以要求初生纤维取向要稳定且均一，不能出现结晶情况；另外，由于单丝纤度要明显高于民用丝，因而需要注意防止在纺丝过程中形成皮芯结构，并避免熔体出现瞬间冷却而导致大分子链交缠，进而降低可拉伸性能以及成品丝质量。因此，采用针对性措施，也就是于将环形电加热缓冷装置（高300mm）安装于喷丝板下方，能够使分子链（熔体细流）在温度场当中维持一定时间，实现对丝条冷却的延迟，将熔体细流所产生的内应力消除掉。（3）环吹风装置。需要强调的是，纺丝状况的整体稳定性，通常由量方面来提供保障，其一为冷却介质当中的热量传递，其二是动力传动的稳态。所以，有研究成功研制了柔性化环吹风装置，其主要特点即为有着均匀的风速分布，合理阻尼，较好的冷却效果，因而可以较好的满足涤纶工业丝稳态纺丝的各项要求。（4）纺丝组件。纺高黏度PET工业长丝过程中，由于纺丝熔体有着较高的黏度，较大的挤出量，以及较高的承受熔体压力，因此，选用外紧式、上装式和高压组件，且配置环形、大直径（160mm）的喷丝板（分布合理且为喷丝板孔结构）。针对此设计而言，其能够将单孔间距离增大，并实现径向温度梯度差的降低，因而有助于促进冷却风相应穿透力的增加，为内外丝均匀冷却提供切实保障。（5）熔体管路。主要用作熔体的分配与输送。选用夹套式联苯进行持续性的蒸气加热，可以为管内熔体始终有均匀问题提供保证，并做到压力降一致；另外，将静态混合器安装在分叉口前，能为横断面间熔体的一致、均匀提供保障，防止皮芯径向温度梯度差的产生，且还有助于熔体管长度的减少，最终实现压力降的减少。此外，还需指出的是，管路系统不设置熔体过滤器，因而能够预防因有过长停留时间而造成热降解的产生，防止死角的产生。

2.2高黏度PET切片干燥设备与拉伸卷绕设备

利用流化床预结晶+充填干燥塔连续干燥设备，为高黏度PET干切片的含水量＜2.0×10^-5提供保证。而在拉伸卷绕设备上，选用的是由瑞士立达公司生产的拉伸卷绕机，各位均设置有4对热辊，另外，选用的卷绕机为全驱动型（J7/A6卷绕头），可以实现自动落筒、换筒等。

3.工艺条件

（1）切片干燥。对干燥切片的含水率进行有效控制，十分重要。通过开展多次试验，最终将预干燥温度设定为160~170℃内，而干燥温度控制在165~175℃内，切片停留时间维持在12~14h，这能够为控制高黏度PET干切片的含水率提供切实保障，较好的满足纺丝要求。（2）纺丝温度。在熔融纺丝过程中，控制好联苯炉气相温度尤为关键，特别饿是纺高黏度 PET，更为关键。因存在着较差的熔体流动性能及较高的特性黏度，要通过促进螺杆温度、联苯气相温度的提高，来对熔体的流变性能进行改善，最终提高可纺性。如果出现温度太低的情况，未将高聚物的晶核完全破坏掉，那么易形成强低伸情况，会对拉伸丝质量指标造成影响，因此，在生产过程中，容易在热辊上出现绕丝断丝的情况，对正常生产造成影响。但如果纺丝温度太高，那么会使PET大分子降解速度加快，使纤维泛黄变脆，降低拉伸丝强力指标。因此，可将螺杆挤压机的的各区温度进行合理设定，联苯蒸气温度可设为300~308℃，这样能获得较好的纺丝效果。

4.结语

综上，涤纶工业用全拉伸丝FDY作为一种新型材料，在工业多领域中均得到较好利用，但由于其工艺较复杂，因此，对其工艺流程进行合理设定，并选用合适的设备为支撑，设定好还是的工艺条件，能够为FDY生产及性能提升提供切实保障，并为其今后更好发展提供有利支撑。

参考文献：

[1]屈汉巨, 张玉勤, 汪一栋,等. 83 dtex/36 f扁平涤纶全拉伸丝的生产工艺[J]. 合成纤维, 2020, 372(2):28-30.

[2]马建平, 严剑波, 林启松,等. 海洋缆绳用高耐磨高强低伸涤纶工业丝的开发[J]. 产业用纺织品, 2019, 37(3):14-20.

[3]石乐根. HMLS涤纶工业丝生产设备特点及管路设计[J]. 纺织导报, 2020, 916(3):48-50.

作者简介：苏松涛（1986-03），男，汉族，籍贯：山东省潍坊市，当前职务：机械电气主管，当前职称：工程师，学历：本科，研究方向：涤纶工业长丝纺丝设备优化改进、涤纶工业长丝捻线、织布设备优化改进。