细旦中空短纤维的生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及合成纤维技术领域，具体地说，是一种熔体直接纺丝细旦中空涤纶短 纤维制造方法。
【背景技术】
[0002] 上世纪90年代起，聚酯纤维，尤其是采用熔融体直接纺丝的涤纶短纤维产业化取 得大规模工业化，以纤维横截面为实心圆型的仿天然棉花、羊毛等，全球年产能已经超过 2000万吨，与天然棉花的产能类同，甚至超越。已经成为人类生活资源的重要组成部分。
[0003] 随着全球经济发展和技术的不断进步，进一步优化资源，提升纺织加工产业链的 效率和可持续发展，传统的以横截面为实心圆结构的短纤维在服用等领域的缺陷越趋明 显。合成纤维的轻量化概念是近10年来学术界、企业研究的重点之一。
[0004] 轻量化的主要技术手段之一是采用横截面为中空方法，在同样线密度的条件下， 比重降低，表面积增加，纺织物的重量减轻，保暖性提高，织物的染色效率提高，手感趋于柔 软，纤维的初始模量降低，断裂功增加，更不易起毛起球。
[0005] 目前中空纤维多为中空三维立体卷曲短纤维，规格主要在3. 33dtex以上，其应 用领域集中在：填充用喷胶棉、人造毛皮、床上用品、玩具等行业。这些产品很大一部分可 采用回收聚酯瓶料纺制而成，纤维模量相对较高，线密度较高，由于采用间歇式的纺丝技 术，纤维的均匀性相对较差，比较难以在传统的纺织行业和染整行业得到优良的薄型纺织 最终产品，尤其是直接与皮肤接触类织物。
[0006] -般称1. 56dtex以下的涤纶中空纤维为细旦涤纶中空纤维。中空纤维细旦化以 后，模量较粗旦纤维明显降低，织物的手感趋于柔软；中空纤维截面有空腔，兼有质轻、蓬 松、吸湿性、透气性、保暖性特点。细旦中空纤维保留了普通涤纶的优点，抗变形能力强， 悬垂性好，制成的织物挺，抗皱、保形性能提高，可应用于保暖内衣、运动服装、衬衣、袜子、 帽子、手套、防寒服里料、睡袋里料等。细旦中空涤纶与普通涤纶（实心圆截面）、粘胶三者 混纺后，其仿毛感、手感和风格都优于普通涤粘混纺织物，若再结合织物结构的变化，还 具有良好的透气性，更适合春秋季衣料和冬季保暖用织物，产品应用领域大为扩展，大大 提升了涤纶纤维的附加值。
[0007] CN200510029778. 6 "涤纶细旦高中空短纤维及其生产方法"介绍了上海联吉化纤 公司采用喷丝孔为三段圆弧狭缝设计的喷丝板，生产纤度为1. 56~1. 67dtex、中空度为 20±3%的涤纶细旦高中空短纤维。CN03109821. 5 "细旦聚酯中空长丝纺制方法及制得的 长丝"介绍了一种细旦中空预延伸丝的纺制方法，纺制的聚酯细旦中空预延伸丝的单丝纤 度为0. 33~2. 67dtex,成品丝单丝纤度为0. 22~1. lldtex。该方法实质上是一种涤给中 空长丝的生产方法。由于涤纶短纤维和涤纶长丝的生产工艺存在较大差异，一直以来中空 涤纶短纤维的规格始终难以突破至1. 67dtex以下。
[0008] 中国石化仪征化纤股份有限公司发明（CN101302656 B)提供一种细旦中空涤纶 短纤维的生产方法，喷丝板的喷丝孔呈单开口 "C"形圆环状，纺丝温度为288~292°C， 环吹风速为0. 8~1. 3m/s，风温为17~23°C，采用常规涤纶短纤维的工艺路线加工获得 0. 89dtex~1. 67dtex细旦中空涤给短纤维。
[0009] 上述发明虽然解决了在现有涤纶短纤维生产装置上进行产业化的技术问题，但从 涤纶短纤维至最终制品的产业链角度，依然存在以下不足：
[0010] 中空喷丝板的制造技术是制约能够得到纤维中空度均一，中空纤维外径一致（在 标准范围之内），且日产量与实心圆截面短纤维相同的（即孔数基本相同）关键，采用非对 称结构的微孔形状或限定了纤维冷却成型过程侧吹风与微孔关系（ZL200420112312. 3)，给 喷丝板的制造带来成本的增加和纺丝运行维护的难度，尤其是大容量的喷丝板，孔数达到 3000孔以上，与所谓的"常规"短纤维相比，均匀性的程度降低了三分之一。同时，容易被忽 视的微孔的深度是直接影响纤维线密度和后续加工过程的最关键因素。
[0011] 在纺丝成型过程中，骤冷风设施的形式对高密度喷丝孔所组成的喷丝板上每一根 初生纤维的轴向均匀性起到关键的作用，尤其是纤维中大分子微观结构的取向，不同的取 向结构会造成在后续的加工过程中的运行稳定性和最终短纤维的物理机械性能，尤其是纤 维的断裂伸长和断裂强度的离散程度。当这些离散程度大于可棉纺加工的下限时，所生产 纱线的均匀性和物理机械性能无法满足薄型织物的要求。
[0012] 在现有的骤冷风设备结构中，可以简单分为三类，传统的单侧面吹风方式，主要用 于矩形喷丝板；由外向内的环形吹风方式，大部分的生产工艺采用此方法，适合高密度实心 圆截面短纤维和调整排布密度的中空短纤维；采用相对先进的由内向外的吹风方式，与由 外向内的吹风方式比较，喷丝孔的排布密度可增加30%，且纤维冷却的均匀性更好。从设备 维护保养和运行成本角度，更具备优势。
[0013] 涤纶纤维轻量化的大前提是能够在纺织加工过程中沿用传统的生产工艺，而不应 当大幅度调整纺纱、织造、染整的工艺。中空纤维尽管线密度与实心圆相同，但是实际纤维 的直径（外径）发生变化，见表1，因此，要满足纺纱和织造工艺条件，中空度和纤维的外径 是必须要考虑的重要因素，这也是上述专利所没有关注涉及到的重要内容。
[0014] 表1纤维外径与中空度的关系
[0015]
【发明内容】
[0016] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种细旦中空短纤维的生产方法， 采用熔体直接纺工艺，以满足轻量化中空涤纶短纤维用于传统的纺织领域，并生产相对薄 型纺织品的市场需求。
[0017] 本发明所述的细旦中空涤纶短纤维的生产方法，采用熔体直接纺工艺，熔体进入 纺丝箱体后再通过喷丝板上的喷丝孔挤出形成熔体细流；位于熔体细流中部的出风筒由内 向外吹出环吹风对熔体细流冷却固化形成初生纤维；初生纤维经过上油集束、牵引、两级拉 伸、热定型、卷曲、干燥后切断即得；每个喷丝孔包括均布在同一圆周上的四个微孔，微孔外 径D-微孔内径d = 0? 15~0? 20mm ;每个微孔在径向方向上的宽度L = 0? 05~0? 1mm ;微 孔深度H = (1. 2~1. 5) D ;熔体经过喷丝孔时的纺丝温度为288~290°C;吹风柱上端距离 喷丝板的距离M为80~150mm，吹风柱总高度N为850mm，环吹风速为0. 75~1. 50m/s,环 吹风速在吹风柱的高度方向上成线性增加，接近喷丝板端风速低，风温为20~23°C。
[0018] 上述的细旦中空涤纶短纤维的生产方法，熔体进入纺丝箱体的温度控制在287~ 289 °C之间。
[0019] 上述的细旦中空涤纶短纤维的生产方法，微孔外径D为0. 34mm ;微孔内径d为 0? 18mm ;每个微孔在径向方向上的宽度L为0? 05 ;微孔深度H为0? 5mm〇
[0020] 上述的细旦中空涤纶短纤维的生产方法，熔体特性黏度为0. 620~0. 680dl/g。
[0021] 上述的细旦中空涤纶短纤维的生产方法，两级拉伸分别为3. 33和1. 12~1. 22 ; 所述热定型是指对丝束进行辊筒式表面热处理，对丝束进行有一定预张力的热定型，时间 为1. 8秒，丝束表面最高温度为160~190°C;所述干燥是指对丝束进行100~70°C的热风 循环式干燥，减小纤维内应力。
[0022] 本发明突出的实质性特点和显著进步体现在以下几方面：
[0023] (1)喷丝孔由间隔90°四环瓣（微孔）组成含狭缝的圆环状中空结构，制造加工 容易控制，有利提高最终喷丝板微孔的控制精度，也提高了熔体挤出喷丝孔时的闭合成功 率，在纺纱、制造过程中纤维横截面圆整度相对高（不宜被压缩成椭圆或扁平状），有效降 低了成品纤维横截面的开口率，特别明确了微孔深度H作为本发明的重要因素，以控制最 终成型纤维的外径均匀性；
[0024] (2)采用由内向外的环吹骤冷风冷却纤维，相对同样面积喷丝板可以排列更多的 微孔，并根据表1所描述的纤维外径与中空度的关系，选择合适的中空度以及孔数，可最大 程度满足与普通（中空度为〇)短纤维纺丝条件、拉伸条件和最终纺纱、织造工艺不出现很 大的变化；
[0025] (3)与常规纺丝几乎相同的条件