Просмотры:0 Автор:Pедактор сайта Время публикации: 2026-01-15 Происхождение:Работает
Требования к качеству полиэстера и сушке стружки при высокоскоростном прядении
Прядение полиэстера можно разделить на два типа: прямое прядение из расплава и прядение стружки. Различные расплавы и стружки полиэфиров существенно влияют на качество прядения и готовой продукции. Условия прядения и качество ПОЯ (частично ориентированной пряжи) связаны не только с относительной молекулярной массой полиэфира и его распределением, реологическими свойствами расплава и теплоемкостью стружки, но и с содержанием агрегированных частиц в струге, остатком катализаторов, добавляемых при полимеризации, зольностью, другими механическими примесями, характеристиками добавляемого TiO2. Различные процессы прядения приводят к различным ситуациям прядения и, следовательно, предъявляют разные требования к сырью. Высокоскоростное прядение предъявляет следующие требования к качеству полиэстера:
Содержание механических примесей и агрегированных частиц в полиэфире должно быть как можно меньшим. Величина колебания характеристической вязкости расплава в идеале должна быть меньше 0,01, с центральным значением от 0,63 до 0,68, с несколько более высоким предпочтением. Более высокая характеристическая вязкость полезна для получения хорошего POY, но чрезмерная вязкость может привести к трудностям при прядении и увеличению ворсистости.
Распределение относительной молекулярной массы полиэфира должно быть узким, с небольшим индексом распределения α (α < 2,2), а средняя относительная молекулярная масса должна быть умеренной. Большее значение α приводит к плохому формованию прядения, что приводит к ворсистости и оплавлению, множеству дефектов и значительным колебаниям вязкости немасляной пряжи и прочности волокна. Более высокая относительная молекулярная масса позволяет полимеру выдерживать большие напряжения при прядении, что является благоприятным фактором. Однако, если относительная молекулярная масса слишком высока, длинные молекулярные цепи не могут легко разворачиваться и выпрямляться, что требует большей силы для ориентации молекул, что потенциально может привести к неполной ориентации. И наоборот, если относительная молекулярная масса слишком мала, более короткие молекулярные цепи могут разорваться под действием растяжения при выдавливании из фильеры и вытягивании для ориентации. Следовательно, средняя относительная молекулярная масса должна быть умеренной. Относительная молекулярная масса полиэстера во многом определяет характеристики волокна и оказывает существенное влияние на условия процесса прядения. Оптимальный диапазон относительной молекулярной массы следует выбирать в той области, где он наименее чувствителен к условиям процесса прядения и качеству продукта.
Эффективность фильтрации расплава полиэфира должна быть хорошей. Эффективность фильтрации расплава полиэфира можно описать и определить с использованием среднего перепада давления ΔP за установленное время G (в минутах) на площади фильтрации S (в м²). Его значение А называется коэффициентом фильтрации и выражается следующим образом:
Если значение A небольшое, это указывает на хорошие характеристики фильтрации. Щепа с хорошими фильтрационными характеристиками имеет относительно стабильное начальное давление на выходе из фильтра предварительной очистки, которое затем постепенно снижается. Напротив, при плохих характеристиках фильтрации отсутствует стабильная фаза, и давление быстро падает, часто линейно.
Низкое содержание пыли в щепе
Высокое содержание пыли в щепе может привести к сильному прилипанию фильеры, при этом новые фильеры проявляют явление прилипания уже через 8–12 часов после использования. Это приводит к ухудшению формирования прядения и может даже привести к разрыву нитей или дефектам блоков, сокращая срок службы компонентов прядения. Накопление пыли может заполнить боковые обдувочные окна, влияя на скорость и равномерность потока охлаждающего воздуха, что приводит к ухудшению качества POY. Температура плавления пыли на 10–15°C выше, чем у обычной щепы, что затрудняет ее плавление при типичных температурах прядения. Кроме того, пыль содержит значительное количество нерасплавленного материала и агрегированных частиц, что ухудшает ее прядимость. Поэтому содержание пыли в щепе должно быть менее 0,1%.
Минимизируйте содержание геля в чипсах.
Содержание геля в чипсах должно быть как можно меньшим, особенно при исключении старых гелей. Гели представляют собой трехмерно-сшитые полиэфиры, образующиеся в результате термического крекинга полиэстера и не имеющие четко выраженной точки плавления. На термическое разложение полиэстера влияют такие факторы, как температура, время пребывания и присутствие кислорода во время производства. Поэтому время пребывания расплава во время полимеризации и формования следует свести к минимуму, по возможности поддерживая низкую температуру и сводя к минимуму использование контейнеров и труб, которые могут привести к деградации полимера.
Присутствие геля значительно увеличивает вероятность поломки прядильного аппарата, в результате чего образуются темные длинные нити, которые быстро вызывают засорение фильтров предварительной очистки и компонентов. Гели в прядильных компонентах могут существовать в трех формах:
Нежный гель : этот тип геля напоминает расплав при типичных условиях обработки и обладает хорошей текучестью. Это полиэстер с коротким периодом образования и слабо сшитый. Он выглядит как микрожелтое флуоресцентное вещество, смешанное с полиэфирными чипсами, которое трудно различить при белом свете, но видно в УФ-свете. Его присутствие приводит к поломке прядения, увеличению поглощения красителя волокном и ухудшению эффективности фильтрации. Средства тонкой фильтрации не могут удалить его, что отрицательно влияет на процесс отжима.
Зрелый гель : этот гель имеет более длительный период роста и более прочный. При стандартных условиях обработки он остается деформированным полутвердым веществом, имеющим желтоватый, а иногда и коричневый цвет под белым светом. Его присутствие вызывает серьезные поломки и повышенное поглощение красителя волокнами. Обычно его можно отфильтровать с помощью фильтров тонкой очистки, но это быстро приводит к засорению.
Старый гель : Этот тип имеет длительный период роста и значительные поперечные связи, что делает его более твердым и не хрупким. Под белым светом он выглядит как частицы от темно-коричневого до черного цвета, напоминающие обугленный материал. Эти так называемые частицы черного ядра, хотя и встречаются нечасто, могут серьезно нарушить стабильность прядения и качество продукции. Они могут привести к быстрому засорению фильтров предварительной очистки, засорению отверстий фильеры, увеличению дефектности продукта, поэтому их наличие недопустимо.
Сведите к минимуму использование высококристаллических полимеров.
Высококристаллические полимеры представляют собой части полиэфира, имеющие температуру плавления выше 280°C и кристалличность более 45 % (в сухой крошке). Они могут выглядеть как белые ядра во влажной стружке и проявлять флуоресценцию под УФ-светом. Они образуются, когда локализованный полиэстер остается при температуре плавления (260°C) в течение длительного периода времени во время производства и прядения. Из-за высокой температуры плавления их трудно плавить при типичных температурах прядения, что потенциально приводит к образованию нежных или зрелых гелей в компонентах прядения, что приводит к поломке и быстрому засорению. Если эти высококристаллические компоненты попадают в пряжу, они могут вызвать неравномерное окрашивание, неравномерную прочность на разрыв и неравномерное удлинение, что приводит к образованию слабых и низкопрочных нитей.
Сведите к минимуму остатки катализатора.
Катализаторы этерификации и поликонденсации, добавленные в процессе полимеризации, остаются в расплаве полиэфира (крошка), влияя на прядимость (эффективность фильтрации). Поэтому крайне важно выбирать металлические катализаторы с минимальным влиянием на прядимость во время полимеризации и использовать их экономно, чтобы уменьшить их влияние на производительность прядения. В настоящее время оксиды сурьмы (Sb2O3) обычно используются в качестве катализаторов полимеризации при производстве полиэфиров в Китае, при этом уровни удерживания варьируются от 2,0 до 4,5 частей на миллион. Присутствие сурьмы может повлиять на цвет полимера; более высокие уровни могут уменьшить значение «L» (увеличить серость), одновременно увеличивая засорение внутри капилляров фильеры, что приводит к большему разрушению прядения и снижению прядильных качеств. При прядении ультратонких волокон крайне важно использовать полиэфирную крошку с низким содержанием катализатора, такого как сурьма.
Уменьшение количества катализаторов типа сурьмы во время полимеризации зависит от процесса и оборудования, а также от качества и чистоты катализаторов, особенно Sb2O3. Поскольку сама сурьма и ее неполные оксиды (Sb2O5) не обладают каталитическим эффектом, низкая чистота Sb2O3, содержащего значительные количества металлической сурьмы и ее оксидов, потребует более широкого использования для достижения того же каталитического эффекта, повышая содержание сурьмы в конечном полимере. Аналогичные проблемы наблюдаются и с другими катализаторами, такими как марганец и кобальт, особенно если используются катализаторы на основе металлического кальция, что приводит к более значительным отложениям и большему влиянию на прядимость.
Минимальное содержание TiO2 для удовлетворения требований к непрозрачности
TiO2 отрицательно влияет на производительность прядения, особенно при наличии крупных частиц TiO2. Ранее сумма надбавки в Китае составляла 0,5%, теперь пересмотрена до 0,3%. На международном уровне полуматовая полиэфирная крошка обычно имеет содержание TiO2 от 0,15% до 0,3%. TiO2 также имеет два побочных эффекта: он служит катализатором разложения полиэфира, способствуя его разложению во время прядения, а его агрегаты нерастворимы в триэтиленгликоле, что затрудняет очистку фильтра расплава. Кроме того, решающее значение имеют размер частиц используемого TiO2, а также его характеристики эмульгирования и диспергирования в гликолевых и полиэфирных олигомерах. Если размер частиц TiO2 превышает 0,3 мкм или легко агрегируется в гликолевой суспензии, это приводит к образованию агрегированных частиц TiO2 размером более 0,3 мкм, что существенно влияет на прядимость полиэфира.
Содержание диэтиленгликоля.
Содержание обычно находится в диапазоне от 0,7% до 1,5%, предпочтительно более высокие количества. Диэтиленгликоль (ДЭГ) является побочным продуктом реакции бинарного спирта во время полимеризации, возникающим в результате избытка этиленгликоля, а также преднамеренного добавления в процессе конденсации. Хотя образование ДЭГ во время полимеризации неизбежно, правильный контроль условий обработки может регулировать его уровни. Считается, что намеренное добавление ДЭГ улучшает прядимость и качество конечных волокон.
Количество ДЭГ в полиэфире фактически относится к содержанию эфирных связей. Эфирные связи в ДЭГ могут изменять сегменты этиленгликоля в макромолекулах полиэфира, тем самым увеличивая количество эфирных связей. Поскольку эфирные связи представляют собой группы, поглощающие краситель, они могут усиливать поглощение красителя полиэфирными волокнами (которые, естественно, содержат очень мало групп, поглощающих краситель). Между тем наличие эфирных связей нарушает упорядоченное расположение макромолекул. Эфирные связи также имеют хорошую полярность, высокую энтропию и, таким образом, могут снизить температуру плавления и кристалличность, что соответственно снижает прочность волокна. Однако более высокое содержание ДЭГ увеличивает значение b (желтый оттенок) полиэфирной крошки, поэтому это содержание необходимо контролировать. Важно отметить, что единообразие содержания ДЭГ имеет решающее значение. Если количество большое, но недостаточно однородное, это все равно может ухудшить прядимость и консистенцию окрашивания волокон. В идеале диапазон колебаний должен составлять от 0,05% до 0,1%.
Кроме того, увеличение эфирных связей снижает температуру плавления полиэфирной крошки и снижает устойчивость к термическому окислению; однако это не влияет на термическую стабильность в бескислородных условиях. Полиэфиры с высоким содержанием ДЭГ демонстрируют меньшую кристаллизацию, что приводит к более медленной кристаллизации во время прядения, что полезно для получения POY с низкой кристалличностью и высокой ориентацией, улучшая качество конечного DTY.
Пики плавления кристаллизации.
Процесс формования полиэфирной крошки включает в себя все изменения, происходящие во время плавления, охлаждения и формования. Кристаллизационная способность полиэфира влияет не только на кристалличность и ориентацию волокон, но также зависит от условий прядения. Температура плавления, кристаллизации и высота пика на кривой ДСК являются важными показателями способности полиэфира к кристаллизации. Результаты термического анализа шести различных образцов показаны в Таблице 10-2.
Из таблицы видно, что прядимость полиэфирной крошки тесно связана с температурой ее плавления, кристаллизации и формой пика. Чипсы с более низкими температурами плавления и кристаллизации и более широким и плоским распределением пиков демонстрируют лучшие прядильные способности; и наоборот, щепа с более высокими температурами плавления и четко выраженной формой пиков демонстрирует плохую прядимость. Обычно считается, что полиэфирная крошка с температурой плавления и кристаллизации около 170-180°C обладает хорошей прядомостью. Если характеризовать крутимость пиковым значением, то щепки со значениями от 0,5 до 1,0 считаются лучшими, а те, которые ниже 0,5, показывают плохую крутимость. Расплавы полиэфиров, которые слишком быстро кристаллизуются на выходе из фильеры, быстро образуют кристаллические структуры, усложняя параллельную ориентацию макромолекул и приводя к ухудшению качества волокна. В последующих процессах растяжения прядение должно происходить при более высоких температурах, что увеличивает сложность деформации. При дальнейшем термофиксировании в результате быстрой кристаллизации часто образуются крупные кристаллические блоки с неравномерной кристаллической структурой. Все эти факторы могут привести к ухудшению качества конечного продукта. Поэтому предпочтительным является полиэфир с более низкой температурой плавления и кристаллизации.
Температура прядения при высокоскоростном прядении обычно на 5–15°C выше, чем при обычном прядении. Таким образом, влажность сухой щепы для скоростного прядения должна быть ниже, чтобы уменьшить гидролиз расплава. Более того, во время высокоскоростного прядения, если в расплаве присутствует даже незначительное количество влаги, образующиеся пузырьки могут попасть в тонкий поток расплава, выбрасываемый из фильеры, что приводит к разлетанию нитей или скрытым дефектам внутри отдельных нитей, вызывая ворсистость или поломку во время последующего растяжения. Следовательно, содержание влаги в сухой щепе должно быть менее 50 частей на миллион, в идеале - менее 30 частей на миллион. Повышенное содержание влаги отрицательно влияет на характеристическую вязкость расплава при прядении, ухудшая условия прядения. Для поддержания хорошего состояния прядения содержание влаги в сухой щепе должно не только соответствовать требованиям, но и быть равномерным.
Во время сушки щепы температура сушки влияет как на эффективность, так и на качество сухой щепы. Температура сушки должна обеспечивать полное и быстрое испарение влаги, не допуская снижения характеристической вязкости стружки или пожелтения оттенка при повышенных температурах. Во время сушки фактическая температура щепы в идеале не должна превышать 160°С, а температура сушащего горячего воздуха не должна превышать 185°С. Увеличение объема осушающего воздуха и снижение влажности осушающего воздуха может помочь повысить эффективность сушки. Выбор температуры и времени предварительной кристаллизации также должен быть адаптирован к различному оборудованию и материалам чипов. Для чипов, которые быстро кристаллизуются, следует использовать более низкие температуры и более короткое время предварительной кристаллизации.
