涤纶FDY分纤母丝纺丝生产工艺研究

961
898
第一热辊缠绕圈数/圈
7.5
7.5
第二热辊温度/℃
132
130
第二热辊速度（/ m/min） 拉伸- 第二热辊缠绕圈数/圈
3 800 5.5
3 620 5.5
热定形 第三热辊温度/℃
145
136
第三热辊速度（/ m/min）
4 090
3 850
第三热辊缠绕圈数/圈
5.5
5.5
总拉伸倍数/倍
合成纤维 S FC 2010 No.6 33
生产技术
Techniques of Manufacture
计算：
Q=
264×3 700×24×1 440×0.95 10 000×1 000×1 000
=3.21
（t/d）
Q 年=3.21 t/d×330 d=1 058 t/a 1.3 工艺流程
干切片→纺丝料仓 （氮气保护装置） →熔融挤 压→熔体输送→计量纺丝+缓冷器 （过热蒸汽保护 装置） →单体抽吸→吹风冷却→上油→喂入辊→ 4 辊拉伸及定形→网络→高速卷取→成品 FDY 丝 筒→分纤→单丝
名义拉伸比由第一、二、三热辊的速度控制。 拉伸比分配及大小将决定拉伸过程的稳定性、纤维
合成纤维 S FC 2010 No.6 35
生产技术
2 分纤母丝高速纺丝工艺
2.1 切片干燥主要工艺参数控制 采用切片法生产涤纶时，纺前必须对切片进
行干燥。其主要目的为：①去除切片中的水分，避 免切片在螺杆挤压机中熔融时发生水解，使聚合物 相对分子质量下降，而导致纤维力学性能指标下 降；②提高切片的软化点和结晶度。聚酯切片干燥 过程中切片的软化点和结晶度都得到很大提高，以 保证切片在螺杆挤压机中按正常熔融程序进行熔 融。表 1 为涤纶分纤母丝的聚酯切片干燥工段的主 要工艺参数。
1 分纤母丝的高速纺丝设备及工艺
传统的单丝生产，是通过 UDY- DT （未拉伸丝拉伸变形） 工艺完成，纺丝速度为 700~900 m/min， 单丝染色性能不均匀，无法满足市场需要，导致国 内涤纶单丝市场供不应求，形成主要依靠进口的紧 张局面。北京中丽制机公司、北京中纺精业公司和 吴江精美化纤公司等单位共同研制，开发了生产分 纤母丝的纺丝—拉伸一步法联合机，采用 FDY 工 艺路线，在一台机器上先后完成纺丝成形、初生纤
注：泵供量 = 卷绕丝纤度 (D) ×卷绕速度 (m/min) /9 000；
熔体挤出速度
=
泵供量 熔体密度×喷丝孔面积×喷丝板孔数
；
喷丝头拉伸比
=
第一拉伸辊速度 熔体挤出速度
。
从表 3 可见，生产 222 dtex/10 f 圆形截面纤维 时，聚酯熔体从喷丝孔喷出速度为 47.5 m/min；生
34 合成纤维 S FC 2010 No.6
以成品母丝 222 dtex，纺丝速度 3 900 m/min
计算：
Q=
222×3 900×24×1 440×0.95 10 000×1 000×1 000
=2.84
（t/d）
Q 年= 2.84 t/d×330 d=938 t/a 式中：Q 为每天的生产能力；Q 年为 1 年的生产能 力。
以成品母丝 264 dtex，纺丝速度 3 700 m/min
大，为此我们做了比较详细的工艺计算，见表 3。
表 3 有关纺丝工艺参数的计算及比较
项目
222 dtex/10 f 圆形截面 264 dtex/8 f 三角形截面
（200 D/10 ）f
（240 D/8 ）f
泵供量/（g/min） 200×3 900/9 000=86.67 240×3 700/9 000=98.67
生产技术
Techniques of Manufacture
涤纶 FDY 分纤母丝纺丝生产工艺研究
南亚芹 （中国纺织科学研究院 北京中丽制机工程技术有限公司，北京 100025）
摘 要：以圆形截面 222 dtex/10 f 和三角形截面 264 dtex/8 f 为例，通过对涤纶一步法分纤母丝生产中
喷丝孔面积/mm2
π 0.442×10 =1.519 76 4
（0.752 - 0.375）2 1/2× 0.375×8= 1.948 56
熔体挤出速度/ （m/min）
86.67 =47.5 1.2×1.52
98.67 =32.7 1.2×1.95
喷丝头拉伸比
961/47.5=20.2
898/32.7=27.5
（3） 热拉伸辊采用电感应汽相加热热辊。辊体 为圆周钻孔管列式，热辊表面温度分布均匀，在 45～250 ℃范围内控制温度精度±1.5 ℃。 3.2 拉伸-热定形-卷绕工艺条件
工艺上，通过调整不同热辊速度、拉伸比及热 辊温度，能够得到不同强伸度和沸水收缩率的丝 束。本工艺生产的分纤母丝的纤度范围为 102～ 333 dtex，单丝纤度为 17 ~33 dtex （15 ~30 D )，纤度 偏差≤2 %。根据产品性能要求和用途，研究出拉 伸、热定形、卷绕各点适宜的工艺参数。例如，拉 伸辊温度的选择、拉伸比的大小和分布、丝在拉伸 辊上的滞留时间等。图 1 是拉伸-热定形-卷绕部分 丝路示意图。表 4 是不同规格成品纤维的拉伸-热
20
20
风压/Pa
500
500
侧吹风系 风速（/ m/s）
0.4
0.4
统
风温/℃
23
23
风湿/%
80
80
喷丝板规格 Ф0.44 mm×10 孔 边长 0.75 mm×8 孔
过滤金属砂规格/目 组件
过滤砂数量/g
30~40 250
30~40 220
组件更换周期/d
20~30
20~30
222 dtex/10 f （200 D/10 ）f 圆形截面 分 纤 母 丝 和
≤ 2.5×10-5
2.2 分纤母丝高速纺丝工艺条件
为了提高劳动生产率，降低能耗，保证产品丝
的质量，分纤母丝纺丝设备为多头、高产机型。6 个
纺丝箱/生产线、3 纺丝位/纺丝箱、4 头/纺丝位、
6 头/纺丝位或 8 头/纺丝位；纺丝位距 1 400 mm。
主要纺丝工艺条件见表 2。
2.2.1 熔融温度及纺丝温度
3.1 拉伸-热定形-卷绕设备采用的新技术 （1） 上油选用宽体油轮，减小丝束的集束角，
确保单丝在冷却时不黏连。上油量可以通过调节油 轮转速来控制。
（2） 拉伸定形辊表面处理：根据纺丝特点，第 一对喂入辊表面采用镀铬镜面并有预张紧作用，以 增加丝束与拉伸辊摩擦力，起到稳定拉伸点的作 用；第二对辊表面采用镀陶瓷处理，增加辊的耐磨 性；第三对辊表面采用镀铬犁地处理，既减小了丝 束与辊的摩擦，又避免了“镜面吸附”现象，降低 卷取张力。纺制特殊产品时，可采用具有双段、不 同表面粗糙度的热拉伸辊和喂入辊。
3 900
3 700
卷绕
超喂率/%
（4 090－3 900）/ （3 850－3 700）/
4 090=4.6
3 850=3.9
卷装质量/kg
15.5
15.5
满筒率/％
≥98
≥98
定形-卷绕工艺情况。 3.2.1 第一喂入辊速度及温度
第一喂入辊速度就是纺丝速度，在卷绕速度 不变的条件下，随着纺丝速度的提高，纤维的强力 降低，伸度增加，沸水收缩率降低。第一喂入辊温 度对纤维微观结构有很大影响，其宏观现象体现在 纤维染色性能的均匀性和丝束的条干不匀率上。 3.2.2 拉伸比
干燥后的聚酯切片，从充填干燥器出口，依靠
重力进入螺杆挤压机，为了避免切片过早熔融发
黏，冷却区温度控制在 60 ℃以下。表 2 对比了
表 2 典型产品纤维的纺丝工艺
项目
222 dtex/10 f 圆 264 dtex/8 f 三角形
形截面
截面
冷却区温度/℃
≤60
≤60
一区温度/℃
270
275
二区温度/℃
图 1 拉伸-热定形-卷绕部分丝路示意图
表 4 典型产品的拉伸-热定形-卷绕工艺
项目
222 dtex/10 f 圆 264 dtex/8 f 三角
形截面
形截面
上油
油剂浓度/% 油轮转速（/ r/min）
12.5 12~14
12.5 12~14
第一热辊温度/℃
122
125
第一热辊速度（/ m/min）
市场上得到广泛应用，完全可以满足国内市场需
求。
一步法 FDY 生产工艺路线不仅流程短、生产
效率高、能耗低、设备占地面积小，而且生产工艺
过程的稳定性和产品质量稳定性较 UDY- DT 二步
法工艺得到较大提高。下面以已开发出的典型产
品— ——圆 形 截 面 222 dtex/10 f 和 三 角 形 截 面
切片干燥、高速纺丝、拉伸-卷绕-热定形工艺条件的探讨，研究出纺丝、拉伸、卷绕各点适宜的关键工
艺参数，为指导实际生产提供理论依据。
关键词：一步法；分纤母丝；单丝；PET；FDY
中图分类号：TQ342.21
文献标识码：B
文章编号：1001-7054 （2010） 06-0033-04
纺织材料新品种—— —涤纶单丝 （单丝纤度为 20～30 dtex），主要用于渔网线、绳索、高密度滤 网、印刷筛网、蝉翼布面料、间隙布、窗帘布、遮 阳布、头巾、婚纱、面罩、鞋材、床垫、垫肩、杯 罩、集成电路印刷板等，用其制成的纺织品质薄、 透明和手感好。单丝生产可以采用多孔喷丝头先生 产母丝，再经分纤得到单丝。世界单丝生产只有 美、日、韩等国家掌握关键技术。单丝生产具有高 技术、高效益、高附加值等特点。目前采用全拉伸 丝 （FDY） 工艺生产的涤纶分纤母丝，最高纺速为 4 300 m/min。
275
276
各加热区 三区温度/℃
276
277
温度
四区温度/℃
277
278
五区温度/℃ຫໍສະໝຸດ Baidu
278
279
六区温度/℃
276
280
纺丝箱温度/℃
265
270
高速纺计 计量泵规格/（mL/）r
量泵
4×5.5
4×5.5
螺杆挤出机压力
12.5
12.5
熔体压力 (滤后) /MPa
组件起始压力/MPa
16
14
组件更换压力/MPa
表 1 切片干燥主要指标及工艺参数的控制
项目
[η]
原料切片
熔点/℃ 含水/%
灰分/%
进风空气除湿系统
出风露点/℃
预结晶器
设定温度/℃ 切片停留时间/min
充填干燥器
设定温度/℃ 出料温度/℃
干燥切片
含水
工艺参数 ≥0.63 260 ≤ 0.1 ≤ 0.01 ≤-70 170~174 ≥15 170~175 165~170
在风速、风温、风压、风湿的诸冷却条件中， 风速对纺丝过程的影响最大，因为纺制分纤母丝的 单丝纤度较大，所以风速高于普通涤纶复丝。当然 风速也不能过高，过高的风速会使纺程丝束扰动加 剧，不利于实现稳态纺丝，因此还要适当降低风温 和提高冷却风的湿度，侧吹风湿度控制在 80 %。
3 拉伸-热定形-卷绕工艺
264 dtex/8 f 丝为例，对涤纶一步法分纤母丝纺丝工
艺条件及关键参数进行分析研究，为实际生产提供
理论依据。
1.1 产品方案
生产涤纶分纤母丝：102～333 dtex /6～10 f；
纺丝头数：24 头 （3 位，8 头/位）；
纺丝速度：3 500~4 000 m/min。
1.2 生产能力计算
264 dtex/8 f （240 D/8 ）f 三角形截面分纤母丝生产
中螺杆各区及纺丝箱的温度控制情况。由于聚酯熔
体在三角形截面喷丝孔中流动时，其流动阻力远大
于圆形喷丝孔，因此提高了螺杆各区的温度及纺丝
温度，以降低熔体黏度，提高熔体在三角形截面喷
丝孔中的流动性。
2.2.2 喷丝头拉伸比
分纤母丝的喷丝头拉伸比与一般复丝差别较
4 090/961=4.256 3 850/898=4.287
第一级拉伸倍数/倍 3 800/961=3.954 3 620/898=4.031
第二级拉伸倍数/倍 4 090/3 800=1.076 3 850/3 620=1.064
卷绕间温度/℃
29
29
卷绕间湿度/%
62~70
62~70
卷绕速度（/ m/min）
生产技术
Techniques of Manufacture
产 264 dtex/8 f 三角形截面纤维时，聚酯熔体从喷 丝孔喷出速度为 32.7 m/min；前者的喷丝头拉伸比 为 20.2，后者的喷丝头拉伸比为 27.5。由于喷丝头 拉伸比比一般涤纶复丝低得多，而且纺丝过程又采 取了缓冷措施，这些都确保了到达第一热辊的初生 纤维为低取向、无结晶结构，其可拉伸性得到很大 提高，为制取高强度纤维奠定了基础 [1]。 2.2.3 冷却条件
收稿日期：2010-03-23 作者简介：南亚芹 （1970~），女，工程师，毕业于西北工业大学机械 设计及制造专业，现主要从事涤纶、丙纶、锦纶等民用丝、工业用 丝、差别化纤维的熔体直接纺和切片纺纺丝设备的设计与开发工作。
维的拉伸取向、纤维的热定形和卷绕，得到分纤母
丝，再经分纤后得到单丝。分纤后的涤纶单丝已在