涤纶短纤维疵点的产生原因及对策

2022-09-12

一、前言

洛阳分公司短纤维装置采用聚酯装置CP-1线生产的聚酯熔体为原料, 生产涤纶短纤维。装置工艺技术及主要工艺设备均来自美国杜邦公司, 由康泰斯公司提供设备及技术安装。装置的公称生产能力为年产10万吨涤纶短纤维, 配备两条生产线, 每条生产线的生产能力为日产150吨 (1.33dtex纤维计) , 年操作时间为330天, 生产操作弹性为80-110%。

二、疵点的原因分析

化学短纤维的外观疵点包括纤维的含杂和疵点两项内容。含杂是指除纤维以外的夹杂物, 疵点是生产过程中形成的不正常异状纤维。

1. 聚酯熔体中的杂质

直接酯化法就是用精对苯二甲酸与乙二醇进行反应生成对苯二甲酸乙二酯和水的过程。反应方程简式为:

直接酯化反应实质是一种动态平衡反应, 在工业化连续生产中, PTA的纯度、反应温度和停留时间均会影响PET的产率及纯度, 进而影响后续纺丝工序, 导致产品质量指标降等。

(1) PTA的纯度

在对苯二甲酸的制备过程中, 不可避免地含有对羧基苯甲醛, 它的存在对酯化反应和缩聚反应都不利, 它是单官能团物质, 而单官能团物质是缩合聚合反应的链终止剂, 只有对羧基苯甲醛上的羧基参与酯化反应, 甲醛基在酯化过程中不参与酯化反应, 在缩聚过程中也不参与链增长反应。它的存在会使酯化反应不完全, 酯化率达不到规定指标, 同时会使熔体中含有甲醛基等杂质, 影响熔体纺丝纤维指标。

(2) 反应温度

直接酯化反应在初始反应时属于多相反应 (也称非均相反应) 阶段。随着酯化反应清晰点的出现, 直接酯化又属于均相反应阶段, 一个酯化反应过程出现两个反应阶段, 这是PTA法酯化反应的特点。

直接酯化反应温度升高对于非均相反应和均相反应都是有力的。对非均相反应而言, 反应速度是温度的函数, 温度升高反应速度快, 而且清晰点出现的早;对均相反应而言, 温度愈高反应速度愈快。酯化反应温度升高有一个限制因素, 反应温度高乙二醇易发生醚化反应生成二乙二醇醚 (二甘醇) 。它的存在会使熔体纯度降低, 粘度有波动, 影响后续纺丝, PET产品中二甘醇的含量大约80%是在酯化系统生成的, 因此控制好酯化反应温度是关键因素。

(3) 反应物停留时间

停留时间是指物料从进入反应器内到离开反应器所需要的时间, 也就是物料的反应的反应时间, 反应物在反应器内的停留时间在生产过程中被转化为便于控制和操作的液面。液面的控制和操作比较直观, 一般来说只要把液面控制稳定, 物料在反应器内就是一个定值。

在其他工艺参数一定的前提下, 反应器内的物料液位升高, 就意味着反应器内的物料停留时间被延长了。反应时长虽然对酯化反应有利, 同时也会使二甘醇的生成量增加。如反应器内物料液位太高, 反应器内的气相空间相应就会减少。此种情况极易发生气流夹带现象, 造成气相系统堵塞使装置无法运行, 被迫停工停产处理堵塞故障。

反应器内的物料液位偏低, 就意味着反应器内的物料停留时间被缩短了。反应时间缩短对酯化反应不利, 会使酯化反应不完全, 酯化率低达不到规定指标。短时间液位低会造成产品中羧酸基含量增加, 长时间物料的液位低会造成缩聚反应无法进行, 造成物料黏度低无法进行切粒或者不能进行纺丝。

2. 纤维中的疵点

(1) 组件对疵点的影响

纺丝组件的作用:一是将熔体过滤, 去除熔体中的凝胶粒子和杂质, 提高熔体的可纺性;二是使熔体能充分混合, 保证熔体温度、黏度均匀;三是把熔体均匀地分配到喷丝板的每一小孔中形成熔体细流。

组件在使用一段时间后, 组件过滤层滞留大量的凝胶物质, 凝胶物质在长时间高温作用下会发生热降解, 降解物随喷丝孔挤出后产生弱丝;同时降解物残留在喷丝板面上, 影响板面的剥离性, 造成板面浆块, 使纺丝位断头率增加。

由于密封垫圈、过滤网或入口铜垫圈质量上的不合格, 以及组装工艺中粗细砂的比例和各项扭矩的设定的不同, 导致组件在使用的过程中出现内漏、外漏现象, 都会造成纺丝异常, 毛丝增多, 疵点含量增多。

(2) 环吹风对疵点的影响

熔体从喷丝板的小孔中喷出以后, 在外力的作用下被拉细, 同时在冷却风的作用下被冷却固化, 最终形成初生纤维,

我厂采用的是环吹风冷却, 在纺丝的过程中, 环吹风的风温、风速及系统过滤介质直接影响着初生纤维中的疵点含量。

风温的影响

环吹风温度过高, 会使单丝凝固点下移, 如遇“野风”干扰, 两根单丝极易互相碰撞而粘连在一起形成疵点。

风速的影响

当风速过大时, 风不仅能穿透丝层, 到达丝束中心, 而且还有多余的风力在丝束中心形成涡流, 使丝束摇晃不定甚至互相碰撞而粘连一起形成并丝;风速过小时, 风力穿不透丝束, 由于喷丝板“孔口胀大”现象的影响, 使未来得及冷却的丝束粘连在一起形成疵点。

系统过滤介质的影响

为了保证环吹风的质量, 在丝束冷却前的工艺空调系统中安装有三层过滤网及环吹海绵过滤层, 以滤掉风中的灰尘微粒。但由于环吹风主风道里过滤层封闭不严或风道有漏风现象, 空气中的尘粒未经这些过滤层的过滤, 就直接进入环吹海绵过滤层中, 使环吹海绵过滤层因尘粒越积越多而堵塞;其次由于环吹海绵过滤层材质本身厚薄不均匀或安装时与环吹筒接触位置不适当, 都会造成环吹局部风速降低或吹风不均匀, 进而造成初生纤维疵点含量增加。

(3) 油剂对疵点的影响

油剂是化学纤维生产和加工中的一种助剂, 它的主要作用是改进纤维的平滑性、集束性和抗静电性, 保证纤维顺利加工。

在纺丝生产过程中, 由于纤维与纤维、纤维与加工机件间的摩擦, 使其表面发生电荷的转移从而产生静电。这种带静电的纤维, 若不使静电及时逸散, 则在纺丝时会出现丝束松散, 不能顺利卷绕, 容易产生毛丝、断头、缠辊现象, 造成初生纤维疵点含量增加, 因此消除纤维静电很重要。

在后加工生产过程中, 集束性主要表现为丝束从盛丝桶中引出时, 丝束不乱;在集束生头和拉伸过程中毛丝极少, 没有缠结、荡丝等。适当的上油量在牵伸过程中不但可以减少单丝断丝的概率和缠辊次数, 同时对未牵伸丝进行润湿, 改善分子链的柔性, 使牵伸点控制在一个较窄的区域, 保证牵伸平稳, 减少因牵伸不均而造成的疵点含量超标。

(4) 其他因素

蒸汽系统:由于蒸汽压力的波动, 会导致牵伸温度不稳定, 牵伸点不固定, 会出现牵伸不足或牵断的现象, 这些毛丝、断丝会使产品疵点含量增加。

设备方面:丝道上的各个辊子不平滑, 有毛刺, 导致运行丝束被挂断, 这些断丝因未牵伸或牵伸不足进入成品中, 便成了疵点。

操作因素:使尾丝或毛丝通过拉伸工序进入到切断机;控制不好成品丝打费时间, 让综合丝进入成品中都会造成疵点含量增加。