Số Duyệt:0 CỦA:trang web biên tập đăng: 2026-01-15 Nguồn:Site
Yêu cầu về chất lượng polyester và sấy phoi khi kéo sợi tốc độ cao
Kéo sợi polyester có thể được phân thành hai loại: kéo sợi trực tiếp nóng chảy và kéo sợi chip. Các loại polyester tan chảy và phoi khác nhau ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng kéo sợi và thành phẩm. Điều kiện kéo sợi và chất lượng của POY (Sợi định hướng một phần) không chỉ liên quan đến trọng lượng phân tử tương đối của polyester và sự phân bố của nó, tính chất lưu biến của chất nóng chảy và khả năng chịu nhiệt của phoi mà còn liên quan đến hàm lượng các hạt tổng hợp trong phoi, cặn từ chất xúc tác được thêm vào trong quá trình trùng hợp, hàm lượng tro, tạp chất cơ học khác và đặc tính của TiO2 được thêm vào. Các quy trình kéo sợi khác nhau dẫn đến các tình huống kéo sợi khác nhau và do đó có các yêu cầu khác nhau đối với nguyên liệu thô. Kéo sợi tốc độ cao có các yêu cầu sau về chất lượng polyester:
Hàm lượng tạp chất cơ học và các hạt tổng hợp trong polyester phải càng thấp càng tốt. Giá trị dao động của độ nhớt đặc trưng của chất tan chảy lý tưởng nhất là nhỏ hơn 0,01, với giá trị trung tâm nằm trong khoảng từ 0,63 đến 0,68, với mức ưu tiên cao hơn một chút. Độ nhớt đặc trưng cao hơn có lợi cho việc tạo ra POY tốt, nhưng độ nhớt quá cao có thể dẫn đến khó kéo sợi và tăng độ xù lông.
Sự phân bố trọng lượng phân tử tương đối của polyester phải hẹp, với chỉ số phân phối α nhỏ (α < 2,2) và trọng lượng phân tử tương đối trung bình phải ở mức vừa phải. Giá trị α lớn hơn dẫn đến hình thành kéo sợi kém, dẫn đến hiện tượng xù lông và nhão, nhiều khuyết tật và biến động đáng kể về độ nhớt và độ bền của sợi không có dầu. Trọng lượng phân tử tương đối cao hơn cho phép polyme chịu được lực căng cao trong quá trình kéo sợi, điều này rất thuận lợi. Tuy nhiên, nếu trọng lượng phân tử tương đối quá cao, các chuỗi phân tử dài có thể không dễ dàng mở ra và duỗi thẳng, đòi hỏi lực lớn hơn để định hướng phân tử, có khả năng dẫn đến định hướng không hoàn chỉnh. Ngược lại, nếu trọng lượng phân tử tương đối quá thấp, các chuỗi phân tử ngắn hơn có thể bị đứt do lực căng khi được đùn ra khỏi máy trộn và được kéo ra để định hướng. Do đó, trọng lượng phân tử tương đối trung bình phải ở mức vừa phải. Trọng lượng phân tử tương đối của polyester quyết định phần lớn hiệu suất của xơ và có tác động đáng kể đến điều kiện quy trình kéo sợi. Phạm vi tối ưu cho trọng lượng phân tử tương đối nên được chọn ở khu vực ít nhạy cảm nhất với điều kiện quy trình kéo sợi và chất lượng sản phẩm.
Hiệu suất lọc của polyester tan chảy phải tốt. Hiệu suất lọc của polyester tan chảy có thể được mô tả và xác định bằng cách sử dụng mức giảm áp suất trung bình ΔP trong khoảng thời gian đã đặt G (tính bằng phút) trên diện tích lọc S (tính bằng m2). Giá trị A của nó được gọi là hệ số lọc, được biểu thị như sau:
Nếu giá trị của A nhỏ chứng tỏ hiệu suất lọc tốt. Các chip có hiệu suất lọc tốt thể hiện pha áp suất ban đầu tương đối ổn định ở đầu ra của bộ lọc trước, sau đó giảm dần. Ngược lại, hiệu suất lọc kém cho thấy pha không ổn định và áp suất giảm nhanh, thường theo kiểu tuyến tính.
Hàm lượng bụi trong phoi chip thấp
Hàm lượng bụi trong phoi chip cao có thể gây ra tình trạng dính nghiêm trọng trên máy kéo sợi, với các máy kéo sợi mới có hiện tượng dính chỉ sau 8 đến 12 giờ sau khi sử dụng. Điều này dẫn đến sự suy giảm quá trình hình thành kéo sợi và thậm chí có thể dẫn đến đứt sợi hoặc chặn các khuyết tật, rút ngắn tuổi thọ của các bộ phận kéo sợi. Bụi tích tụ có thể lấp đầy các cửa sổ thổi bên, ảnh hưởng đến tốc độ và tính đồng đều của luồng khí làm mát, từ đó dẫn đến POY kém chất lượng. Điểm nóng chảy của bụi cao hơn từ 10 đến 15°C so với chip thông thường, khiến bụi khó tan chảy ở nhiệt độ kéo sợi thông thường. Hơn nữa, bụi chứa một lượng đáng kể vật liệu không tan chảy và các hạt kết tụ, làm giảm khả năng quay của nó. Do đó, hàm lượng bụi trong chip phải nhỏ hơn 0,1%.
Giảm thiểu hàm lượng gel trong khoai tây chiên
Hàm lượng gel trong khoai tây chiên phải càng thấp càng tốt, đặc biệt là loại bỏ các gel cũ. Gel là các polyester liên kết ngang ba chiều được hình thành do sự nứt nhiệt của polyester và không có điểm nóng chảy rõ rệt. Sự phân hủy nhiệt của polyester bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như nhiệt độ, thời gian lưu trú và sự hiện diện của oxy trong quá trình sản xuất. Do đó, thời gian lưu giữ của chất tan chảy trong quá trình trùng hợp và kéo sợi phải được giảm thiểu, duy trì nhiệt độ thấp khi có thể, đồng thời giảm thiểu việc sử dụng các thùng chứa và ống dẫn có thể dẫn đến sự phân hủy polyme.
Sự hiện diện của gel làm tăng đáng kể tình trạng đứt sợi, dẫn đến các sợi dài sẫm màu nhanh chóng gây tắc nghẽn trong bộ lọc sơ bộ và các bộ phận. Gel có thể tồn tại ở ba dạng trong các bộ phận kéo sợi:
Gel mềm : Loại gel này giống như chất tan chảy trong điều kiện xử lý thông thường và có tính lưu động tốt. Nó là một loại polyester có thời gian thế hệ ngắn và không có liên kết chéo nghiêm trọng. Nó xuất hiện dưới dạng một thực thể huỳnh quang siêu nhỏ màu vàng trộn lẫn trong các chip polyester, khó phân biệt dưới ánh sáng trắng nhưng có thể nhìn thấy dưới ánh sáng tia cực tím. Sự hiện diện của nó dẫn đến đứt sợi, tăng khả năng hấp thụ thuốc nhuộm sợi và hiệu suất lọc kém hơn. Vật liệu lọc mịn không thể loại bỏ nó, ảnh hưởng xấu đến quá trình kéo sợi.
Gel trưởng thành : Loại gel này có thời gian phát triển dài hơn và cứng hơn. Trong điều kiện xử lý tiêu chuẩn, nó vẫn ở dạng bán rắn bị biến dạng, có màu hơi vàng và đôi khi có màu nâu dưới ánh sáng trắng. Sự hiện diện của nó gây ra sự đứt gãy nghiêm trọng và làm tăng sự hấp thu thuốc nhuộm vào sợi. Nó thường có thể được lọc ra bằng phương tiện lọc tốt, nhưng nhanh chóng dẫn đến tắc nghẽn.
Gel cũ : Loại này có thời gian phát triển dài và liên kết chéo đáng kể, khiến nó trở nên rắn chắc hơn mà không bị giòn. Nó xuất hiện dưới dạng các hạt màu nâu sẫm đến đen dưới ánh sáng trắng, giống như vật liệu cacbon hóa. Những cái gọi là hạt lõi đen này, mặc dù không xảy ra thường xuyên, nhưng có thể phá vỡ nghiêm trọng độ ổn định kéo sợi và chất lượng sản phẩm. Chúng có thể dẫn đến tắc nghẽn nhanh chóng các bộ lọc trước, làm tắc các lỗ của máy trộn và làm tăng các khuyết tật trên sản phẩm, do đó sự hiện diện của chúng là không thể chấp nhận được.
Giảm thiểu polyme có độ tinh thể cao
Polyme có độ tinh thể cao là những phần của polyester có nhiệt độ nóng chảy trên 280°C và độ kết tinh lớn hơn 45% (ở dạng chip khô). Chúng có thể xuất hiện dưới dạng lõi trắng trong chip ướt và phát huỳnh quang dưới ánh sáng tia cực tím. Những hình thức này xảy ra khi polyester cục bộ duy trì ở nhiệt độ nóng chảy gần (260°C) trong thời gian dài trong quá trình sản xuất và kéo sợi. Do điểm nóng chảy cao nên chúng khó tan chảy dưới nhiệt độ kéo sợi thông thường, có khả năng tạo thành gel mềm hoặc gel trưởng thành trong các bộ phận kéo sợi, dẫn đến vỡ và tắc nghẽn nhanh chóng. Nếu các thành phần tinh thể cao này xâm nhập vào sợi, chúng có thể gây ra hiện tượng nhuộm không đồng đều, độ bền kéo không đồng đều và độ giãn dài không đồng đều, dẫn đến các sợi tơ yếu và có độ bền thấp.
Giảm thiểu dư lượng chất xúc tác
Các chất xúc tác este hóa và polycondensation được thêm vào trong quá trình trùng hợp vẫn còn trong polyester tan chảy (chip), ảnh hưởng đến khả năng kéo sợi (hiệu suất lọc). Do đó, điều quan trọng là chọn các chất xúc tác kim loại có tác động tối thiểu đến khả năng quay trong quá trình trùng hợp và sử dụng chúng một cách tiết kiệm để giảm ảnh hưởng của chúng đến hiệu suất kéo sợi. Hiện nay, oxit antimon (Sb2O3) được sử dụng phổ biến làm chất xúc tác trùng hợp trong sản xuất polyester ở Trung Quốc, với mức độ lưu giữ dao động từ 2,0 đến 4,5 ppm. Sự hiện diện của antimon có thể ảnh hưởng đến màu sắc của polyme; mức cao hơn có thể làm giảm giá trị 'L' (tăng độ xám), đồng thời tăng độ bám bẩn bên trong các mao mạch của máy vắt, dẫn đến đứt sợi nhiều hơn và giảm khả năng kéo sợi. Khi kéo sợi siêu mịn, điều quan trọng là phải sử dụng chip polyester có hàm lượng chất xúc tác thấp như antimon.
Việc giảm lượng chất xúc tác như antimon trong quá trình trùng hợp phụ thuộc vào quy trình và thiết bị cũng như chất lượng và độ tinh khiết của chất xúc tác, đặc biệt là Sb2O3. Do bản thân antimon và các oxit không hoàn chỉnh của nó (Sb2O5) không có tác dụng xúc tác, nên Sb2O3 có độ tinh khiết thấp chứa một lượng đáng kể antimon kim loại và các oxit của nó sẽ cần tăng cường sử dụng để có cùng tác dụng xúc tác, làm tăng hàm lượng antimon của polyme cuối cùng. Các vấn đề tương tự cũng xảy ra với các chất xúc tác khác như mangan và coban, đặc biệt nếu có liên quan đến chất xúc tác kim loại canxi, dẫn đến cặn lắng đáng kể hơn và tác động lớn hơn đến khả năng quay.
Hàm lượng TiO2 tối thiểu để đáp ứng các yêu cầu về độ mờ
TiO2 ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất kéo sợi, đặc biệt khi có các hạt TiO2 lớn. Trước đây, mức bổ sung ở Trung Quốc là 0,5%, hiện được điều chỉnh thành 0,3%. Trên phạm vi quốc tế, chip polyester bán mờ thường có tỷ lệ bổ sung TiO2 từ 0,15% đến 0,3%. TiO2 cũng có hai tác động bất lợi: nó đóng vai trò là chất xúc tác phân hủy polyester, thúc đẩy sự phân hủy của nó trong quá trình kéo sợi và cốt liệu của nó không hòa tan trong triethylene glycol, khiến việc làm sạch bộ lọc tan chảy trở nên khó khăn. Ngoài ra, kích thước hạt của TiO2 được sử dụng cũng như đặc tính nhũ hóa và phân tán của nó trong các oligome glycol và polyester là rất quan trọng. Nếu kích thước hạt TiO2 vượt quá 0,3μm hoặc dễ dàng kết tụ trong huyền phù glycol, sẽ tạo ra các hạt tổng hợp TiO2 lớn hơn 0,3μm, ảnh hưởng đáng kể đến khả năng kéo sợi của polyester.
Hàm lượng Diethylene Glycol
Hàm lượng thường dao động từ 0,7% đến 1,5%, với mức ưu tiên cao hơn. Diethylene glycol (DEG) là sản phẩm phụ của phản ứng rượu nhị phân trong quá trình trùng hợp, phát sinh từ việc dư thừa ethylene glycol, cùng với việc cố ý thêm vào trong quá trình ngưng tụ. Mặc dù việc tạo ra DEG trong quá trình trùng hợp là không thể tránh khỏi, nhưng việc kiểm soát thích hợp các điều kiện xử lý có thể điều chỉnh mức độ của nó. Việc cố ý bổ sung DEG được cho là cải thiện khả năng kéo sợi và chất lượng của xơ cuối cùng.
Lượng DEG trong polyester đề cập một cách hiệu quả đến hàm lượng liên kết ether. Các liên kết ether trong DEG có thể làm thay đổi các phân đoạn ethylene glycol trong các đại phân tử polyester, do đó làm tăng số lượng liên kết ether. Vì liên kết ether là các nhóm hấp thụ thuốc nhuộm nên chúng có thể tăng cường khả năng hấp thụ thuốc nhuộm của sợi polyester (vốn tự nhiên chứa rất ít nhóm hấp thụ thuốc nhuộm). Trong khi đó, sự hiện diện của liên kết ether phá vỡ trật tự sắp xếp của các đại phân tử. Liên kết Ether cũng có độ phân cực tốt, entropy cao và do đó có thể hạ thấp điểm nóng chảy và giảm độ kết tinh, tương ứng làm giảm độ bền của sợi. Tuy nhiên, hàm lượng DEG cao hơn sẽ làm tăng giá trị b (màu vàng) của chip polyester, do đó hàm lượng này phải được kiểm soát. Điều quan trọng là tính đồng nhất của nội dung DEG là rất quan trọng. Nếu lượng này cao nhưng thiếu độ đồng đều, nó vẫn có thể làm giảm khả năng kéo sợi và tính nhất quán của thuốc nhuộm trong xơ. Lý tưởng nhất là phạm vi dao động nên nằm trong khoảng từ 0,05% đến 0,1%.
Ngoài ra, sự gia tăng liên kết ether làm giảm điểm nóng chảy của chip polyester và làm giảm độ ổn định oxy hóa nhiệt; tuy nhiên, nó không ảnh hưởng đến độ ổn định nhiệt trong điều kiện thiếu oxy. Polyester có hàm lượng DEG cao cho thấy khả năng kết tinh kém hơn, dẫn đến quá trình kết tinh chậm hơn trong quá trình kéo sợi, điều này có lợi cho việc tạo ra POY có độ kết tinh thấp và định hướng cao, cải thiện chất lượng của DTY cuối cùng.
Đỉnh kết tinh nóng chảy
Quá trình kéo sợi của chip polyester bao gồm tất cả những thay đổi xảy ra trong quá trình nấu chảy đến làm mát và tạo hình. Khả năng kết tinh của polyester không chỉ ảnh hưởng đến độ kết tinh và định hướng của sợi mà còn bị ảnh hưởng bởi điều kiện kéo sợi. Nhiệt độ kết tinh nóng chảy và chiều cao cực đại trên đường cong DSC là những chỉ số quan trọng về khả năng kết tinh của polyester. Kết quả phân tích nhiệt của sáu mẫu khác nhau được trình bày trong Bảng 10-2.
Từ bảng này, rõ ràng là khả năng kéo sợi của chip polyester có liên quan chặt chẽ đến nhiệt độ kết tinh nóng chảy và hình dạng đỉnh của chúng. Chip có nhiệt độ kết tinh nóng chảy thấp hơn và phân bố đỉnh rộng hơn, phẳng hơn thể hiện khả năng quay tốt hơn; ngược lại, chip có nhiệt độ nóng chảy cao hơn và hình dạng đỉnh được xác định rõ ràng cho thấy khả năng quay kém hơn. Nói chung, chip polyester có nhiệt độ kết tinh nóng chảy khoảng 170-180°C được coi là có khả năng kéo sợi tốt. Nếu mô tả khả năng quay theo giá trị cao nhất, chip có giá trị từ 0,5 đến 1,0 được coi là tốt hơn, trong khi những con chip có giá trị dưới 0,5 cho thấy khả năng quay kém. Polyester tan chảy kết tinh quá nhanh khi thoát ra khỏi máy kéo sợi nhanh chóng hình thành các cấu trúc tinh thể, làm phức tạp sự định hướng song song của các đại phân tử và dẫn đến chất lượng xơ kém hơn. Trong các quá trình kéo giãn tiếp theo, quá trình kéo sợi phải diễn ra ở nhiệt độ cao hơn, làm tăng độ khó biến dạng. Trong quá trình nung nóng thêm, quá trình kết tinh nhanh thường tạo ra các khối tinh thể lớn với cấu trúc tinh thể không đồng đều. Tất cả những yếu tố này có thể dẫn đến chất lượng kém của sản phẩm cuối cùng. Do đó, polyester có nhiệt độ kết tinh nóng chảy thấp hơn và tốc độ kết tinh chậm hơn được ưa thích hơn.
Nhiệt độ kéo sợi khi kéo sợi tốc độ cao thường cao hơn từ 5 đến 15°C so với kéo sợi thông thường. Vì vậy, độ ẩm của phoi khô để kéo sợi tốc độ cao phải thấp hơn để giảm quá trình thủy phân tan chảy. Hơn nữa, trong quá trình kéo sợi tốc độ cao, nếu có một lượng hơi ẩm dù chỉ rất nhỏ trong tan chảy, các bong bóng sinh ra có thể bị mắc kẹt trong dòng tan chảy mịn thoát ra khỏi máy trộn, dẫn đến các sợi bay hoặc các khuyết tật tiềm ẩn trong các sợi đơn lẻ, gây ra hiện tượng xù lông hoặc gãy trong quá trình kéo giãn tiếp theo. Vì vậy, độ ẩm của phoi khô phải nhỏ hơn 50 ppm, lý tưởng nhất là dưới 30 ppm. Độ ẩm cao hơn ảnh hưởng tiêu cực đến độ nhớt đặc trưng của tan chảy trong quá trình kéo sợi, làm xấu đi các điều kiện kéo sợi. Để duy trì trạng thái kéo sợi tốt, độ ẩm của phoi khô không chỉ phải đáp ứng yêu cầu mà còn phải đồng đều.
Trong quá trình sấy phoi, nhiệt độ sấy ảnh hưởng đến cả hiệu quả và chất lượng của phoi khô. Nhiệt độ sấy phải đảm bảo độ ẩm bay hơi hoàn toàn và nhanh chóng đồng thời tránh làm giảm độ nhớt đặc trưng của chip hoặc màu vàng ở nhiệt độ cao. Trong quá trình sấy, nhiệt độ thực tế của chip lý tưởng không được vượt quá 160°C và nhiệt độ của không khí nóng sấy không được vượt quá 185°C. Tăng thể tích không khí sấy và giảm độ ẩm của không khí sấy có thể giúp cải thiện hiệu quả sấy. Việc lựa chọn nhiệt độ và thời gian tiền kết tinh cũng phải được điều chỉnh phù hợp với các thiết bị và vật liệu chip khác nhau. Đối với các chip kết tinh nhanh, nên sử dụng nhiệt độ thấp hơn và thời gian tiền kết tinh ngắn hơn.
