聚酯预取向丝生产的工艺方法

预取向丝或部分取向丝（POY）是在纺丝速度为3000～4000m/min条件下获得的卷绕丝，其结构与常规未拉伸丝（UDY）不同，与全取向丝（FOY）的结构也不同。POY是高取向、低结晶结构的卷绕丝，该结构的形成是由于纺丝速度的提高导致出喷丝头后的熔体细流受到高拉伸应力和较大冷却温度梯度的作用，从而发生快速形变所致。高速纺丝时，所观察到的局部最大形变速率达600s-1甚至10000s-1。在如此高的形变速率下，大分子受拉伸而整齐排列，形成高取向度，POY的双折射率达到0.02～0.03。支配这一拉伸形变的动力学因素主要是惯性力和空气摩擦阻力。根据计算，纤维单位面积上所承受的张力可达104N/cm2，这与纤维冷拉伸时所需的应力已相差不远。在纺丝过程中，对熔体流变部分的形变和内部结构演变起支配作用的主要是惯性力。而空气摩擦阻力沿纺程的增加，则可能导致纤维塑性形变。纤维中大分子链受到高拉伸张力的作用，其形变不仅发生在熔体未凝固的流动状态区域，且在固化后还发生细颈拉伸现象，从而大大提高卷绕丝的取向度，并使其结构稳定。

图2-18　切片纺丝工艺流程示意图

1-料斗　2-挤出机　3-过滤器　4-静态混合器　5-纺丝箱体　6-卷绕机

（一）生产工艺流程

高速纺丝生产POY一般有切片纺丝和直接纺丝两种生产工艺流程。

1.切片纺丝该生产工艺流程如图2-18所示。

2.直接纺丝该生产工艺流程如下：

聚酯终聚釜→排料管→熔体过滤器→增压泵→熔体换热器→静态混合器→纺丝箱体→计量泵→纺丝组件→喷丝板→侧吹风→纺丝甬道→上油辊→卷绕

（二）生产工艺控制

1.切片的质量要求POY纺丝对切片的特性黏度[η]和含水率要求较严格。要求切片的特性黏度在0.65dL/g以上，波动值应小于0.01dL/g，切片的含水率一般应控制在0.005%以下。切片含水率对高速纺丝可纺性的影响见表2-7。熔体中不允许含有直径大于6μm的杂质或TiO2凝聚粒子。

2.纺丝温度和压力高速纺丝螺杆各区温度的控制与常规纺丝基本相同。但由于纺丝速度的提高，要求熔体有较好的流变性能，故POY纺丝温度比常规纺丝约高5～10℃，一般为290～300℃。纺丝温度需根据切片的黏度、熔点、纺丝压力及切片含水率进行调整。当切片的特性黏度较高时，宜将螺杆前几区的温度调至接近，甚至等于后面各区的温度。对于特性黏度和含水率一定的切片，纺丝箱体的温度需随纺丝压力的升高而相应降低。随切片含水率增高，纺丝箱体温度要相应下降。

表2-7　聚酯切片含水率对高速纺丝的影响

高速纺丝常采用高压纺丝或中压纺丝。高压纺丝组件压力为40MPa以上，中压纺丝组件压力为15～30MPa。实践证明，若聚酯熔体在30MPa以上的压力下纺丝时，则熔体在短时间内通过滤层后将上升10～12℃。压力引起的熔体温度升高比之由箱体加热升温更均匀，这有利于改善熔体的纺丝性能。

3.冷却吹风条件冷却固化条件对纺程上熔体细流的流变特性，如拉伸流动黏度、拉伸应力等参数有很大影响。但在高速纺丝时，冷却吹风条件对丝条凝固动力学的影响明显减弱。但吹风速度对POY的条干均匀性影响较大。风速过大时，空气流动的湍动会引起丝条的振动或飘动，当振动的幅度达到一定值时，就会传递到凝固区上方，使初生丝条干不匀；而当风速过小时，则丝条凝固速度减缓，使凝固丝条飘忽、振动的因素增加而引起条干不匀。

图2-19　纺丝速度对POY双折射率和密度的影响

由于POY纺丝时的丝条运动速度比常规纺丝高3～4倍，故相应的冷却吹风速度也需提高，一般选择0.3～0.7m/s。吹风温度为20℃，相对湿度70%～80%。

4.卷绕速度POY的纺丝速度影响丝条的结构和性能，随着纺丝速度的提高，POY的密度和双折射率也增大，并达到极值，如图2-19和表2-8所示。

当纺丝速度在3000～3600m/min时，其双折射率随纺速增加的速率基本达到最大值，而其密度增长的最高速率要稍落后于双折射率，约在4000m/min附近，这是由于大分子诱导结晶作用所致。(www.xing528.com)

POY的纺丝速度应尽量选择在防止发生取向诱导结晶作用的范围内。若纺丝速度太高，则丝条后加工性能变差；若纺丝速度偏低，则丝条张力过小，达不到所得预取向度。

表2-8　不同纺丝速度时POY的性能

POY纺丝速度与产量有一定关系。机台产量可随纺丝速度提高而增加，在最终成品纤维线密度一定的条件下，纺丝机的产量依赖于纺丝速度和后拉伸倍数的乘积，当纺丝速度提高时，后拉伸倍数下降。因此，POY纺丝速度的提高有其最适宜值。

影响POY结构和性能的工艺参数还包括上油集束位置、纺丝机上有无导丝盘等。

（三）预取向丝的性能

1.取向度POY的双折射率（△n）在0.025以上，但不大于0.06。△n过高会导致大分子间的超分子结构加强，使后加工性能变差；△n过低，则纤维结构不稳定。

2.结晶度POY的结晶度越低越好，一般为1%～2%。后拉伸性能与原丝的初级结构有关，初级结构越完整，拉伸时对原有结晶结构的破坏也越大，新结构形成就越不完整，且原丝结晶度高，使后拉伸应力增加，容易产生毛丝。

3.断裂伸长率POY的断裂伸长率应在70%～180%，100%～150%最佳，这样POY才具有良好的可加工性，且所需拉伸倍数不太高。

4.结构一体性参数和沸水收缩率结构一体性参数ε0.2指的是POY适应于拉伸变形工艺的结构条件，丝条于0.18g/dtex的负荷下经100℃水浴处理2min后测得，其数值由公式ε0.2=（Lf-L0）/L0计算得到（式中：L0为试样在0.18g/dtex负荷下的长度；Lf为试样在相同的负荷下，浸入100℃水浴中2min，移出冷却后的长度）。同样表征拉伸加工性能的还有沸水收缩率，这两项指标可间接度量纤维的结晶和取向程度。一般要求结构一体性参数在0.3～1.0之间，若大于1.0，说明纤维的取向度和结晶度过低，断裂伸长率大；当小于0.3时，则纤维取向度过高，并有准晶结构形成，这种POY断裂伸长率小，纤维后拉伸性能较差。一般POY的沸水收缩率为40%～70%。

5.摩擦系数与含油率POY的摩擦系数要求在0.37以下，最好为0.2～0.34。含油率要求为0.3%～0.4%。这两项指标可保证POY具有良好的后加工性能。含油率太高会使POY在后加工中产生的白粉增多。

6.条干不匀率条干不匀率常采用乌斯特值（即U值）表示，它是POY质量的重要指标之一，一般要求在1.2%以下（正常值），若U值太高，会使成品丝的不匀率增加。

此外，还要求POY的卷装成型良好，并易于退绕等。

POY性能指标见表2-9。

表2-9　涤纶预取向丝的性能指标

注　1.M1为断裂伸长率值中心值，由供需双方确定。

2.M2为含油率中心值，由供需双方确定。