國內的不定島纖維是采用不相容的錦綸6(PA6)和低密度聚乙烯LDPE)共混紡絲制成。從纖維橫截面看,分散相島相)PA6以微細而分散的狀態被連續相海相)LDPE包圍著,島相PA6在纖維的軸向上是密集但不連續分布的,島的數量也不確定,但可以得到纖度比定島的島相纖維更小的超細纖維。國內不定島型海島短纖維生產線采用2種生產工藝流程,一種是短程紡生產工藝流程,另一種是兩步法生產工藝流程。丙綸短纖維生產早在20世紀80年代初就用短程紡取代傳統的兩步法,而不定島纖維生產工藝流程沿襲了丙綸短纖生產工藝,故大多采用短程紡,但仍有國內外知名的超纖生產廠家棄用短程紡而采用傳統的兩步法。究竟孰優孰劣?本文總結近些年來2種不定島紡絲生產工藝流程特點,提出一些看法和建議。
l不定島兩步法生產工藝特點
傳統的兩步法生產工藝分前、后紡2個生產工段,見圖l。前紡工段是紡絲成型工段,后紡是后加工階段,有集束、牽伸、卷曲、松弛熱定型、切斷、打包等工序。在單一品種大規模生產中,兩步法仍占據主導地位,國內現有2萬t以上的大容量熔紡短纖生產線,多采用兩步法生產工藝。不定島兩步法生產工藝的特點之一,就是可以采用增加紡絲速度、并聯紡絲箱體增加紡位的方式增加產量,高產量的前紡設備可以相對降低生產成本。特點之二是每個紡位的噴絲板孔數相對少些在2000孔左右,孔的排布密度相對低,可以采用內環吹吹風冷卻裝置位于噴絲組件的中下部,由內向外吹風冷卻絲束)、外環吹、側吹風冷卻方式,要求吹風冷卻的風速不高,冷卻效果好。兩步法需要有落絲裝置將前紡的絲有序落入盛絲桶,因而,放置盛絲桶和后紡的集束間需要占據多的平面廠房面積。
.jpg)
2不定島短程紡生產工藝特點
短程紡的紡絲工藝流程緊湊,見圖2。把紡絲與后加工連接在一起,省去中間的落桶、集束等工序,是一種緊湊、節能的生產工藝流程。由于紡絲速度低,具有島相分布相對均勻、絲物性穩定等特點,在不定島超纖廠家得到普遍應用。由于把紡絲與后加工連接起來,紡絲速度要降低到原來集束的速度,并以增加噴絲板孔數來補償由于紡絲速度降低而損失的產量,噴絲板的孔數達到40000孔左右,噴絲板多孔數是短程紡一個顯著的特點。短程紡紡絲速度低,因而可以縮短紡絲成型的冷卻高度,取消掉兩步法的紡絲甬道。但為了保證冷卻效果,需要增加風速和降低環吹風的溫度,高風速急冷是短程紡的另一顯著特點。
.jpg)
3不定島纖維紡絲工藝探討
3.1紡絲速度對島相分布的影響
國內大多數超纖合成革生產廠商采用短程紡生產工藝首先是在于纖維品質的考量,從事不定島紡絲的工程技術人員認為,紡絲卷繞速度快,纖維剛出噴絲板纖維形變(由粗變細)大,而纖維形變和取向多發生在外層,故認為纖維外層島型分布小而密。采用低速紡絲成型可以降低紡速對纖維島相分布的影響。而事實上,共混紡絲出現的纖維截面外層島型分布小而密是共混溶體流過噴絲孔,黏度較高的組分在垂直于擠出方向向低剪切區即纖維中心區造成濃度分布的不均勻。這種不均勻現象與計量泵的泵后壓餛合熔體的壓力)和噴絲孔的長徑比有關,在HOY超高速紡,紡速在6000m/min以上)滌綸長絲生產中,會出現纖維外層高度取向而形成的所謂“皮芯結構”,而低于1000m/mm的紡速不足以影響到不定島的島相分布。從彈性回復理論出發,共混熔體從噴絲板擠出時,導致較大的壓力降,會產生回復脹大,即所謂的“熔體脹大效應”,適當的紡絲速度產生的噴絲頭拉伸比(卷繞速度與熔體從噴絲孔噴出速度之比),會獲得好的紡絲穩定性,并會減輕脹大效應對島相分布的影響,而兩步法前紡速度較大范圍的可調整性,更容易獲得與噴絲頭拉伸比相恰合的紡絲速度,從而可以獲得相對均勻的島相分布狀態。
3.2環吹風速度、溫度對紡絲的影響
不定島共混紡絲過程中,共混熔液從噴絲孔擠出,形成噴淋狀的細流,每個細流在冷卻成絲的過程中經歷速度、溫度和拉力的變化。不定島紡絲采用內環吹冷卻鈾內向外吹風),冷卻過程中,內外層冷卻速度不一。吹出的冷風每吹過一層絲束后就有一部分殘余氣流伴隨向下,因而,吹向下一層絲束的風速依次遞減,影響了冷卻風對內層絲束的冷卻,造成內外層絲條結構不勻加大。短程紡的噴絲板孔密度很高,內外圈的風速和風溫的差異更大,較易出現斷頭現象。此外,為使得接近外圈的噴絲子L噴出的絲受到有效冷卻,短程紡常采用“風刀式”(吹風口窄、風速快)冷卻方式,內層絲束抖動大,也容易出現斷絲。
3.3生產流程的管控
短程紡對生產流程管控要求高,因為任何一個紡位出現狀況(如斷絲、清潔噴絲板面等),直接影響后面牽伸的正常運轉和產品的質量;而后面牽伸過程出現的狀況(牽伸棍纏棍、卷曲機夾絲需要停車處理時),又會影響前面的紡絲,造成過多的廢絲。因此短程紡對設備、員工操作素質以及生產管理水平的要求很高。而兩步法前、后紡分開,常見的前紡飄絲、斷絲現象和后紡卷曲機夾絲現象的故障處理,都不干擾彼此的運轉,相對于短程紡來說,對生產流程的管控方面要求低。此外,兩步法的后紡工藝可采用高集束旦數、低車速生產工藝流程,減少卷曲機打滑、夾絲現象,同時增加絲束在卷取機中的滯留時間,從而提高絲的品質。
從超纖貝斯生產流程上來看,為了避免后道的針刺工段對紡絲工段的影響,通常要用打包機將紡出來的絲打包,起到緩沖、儲存的作用。而兩步法則可將打包工序省掉,讓后紡牽伸與針刺生產線同步銜接,將后紡牽伸切斷的絲直接風送到針刺無紡布工段,而絲的儲存通過增加前紡盛絲的桶數來實現。兩步法將后紡與針刺生產線同步銜接能及時響應針刺無紡布線的生產工藝要求,對纖維的卷曲形態及時調整,可以保證產品的質量。由此可見,在紡程設計上,短程紡即便少了落絲、集束工序,不需要盛絲桶擺放的場地,而兩步法則也可省去短程紡的打包工序,也不需要放包的場地和包的搬運。相比較而言,在生產流程的管控方面兩步法更合理。
4結束語
不定島短程紡生產工藝在超纖貝斯制造的整個流程中,并不能有效發揮其節能、緊湊的特點;其低速成纖工藝并不能改善纖維的島相分布;在纖維的品質保障、生產管控方面不如兩步法有效、靈活。對于規模大的超纖貝斯生產廠家,采用兩步法的生產流程,前紡產能可以多倍于后紡的產能,而后紡的產能與一條超纖貝斯生產線的用量配套,讓后紡與針刺線銜接,這樣不僅可以調控產品種類,也可以起到節能降本的效果。兩步法也是超纖貝斯用不定島纖維可以選擇的一種有效生產工藝方法。