工艺条件对生产过程和DTY质量的影响

拉伸变形工艺的主要参数与常规纺的小转子假捻变形工艺相似，为变形温度、假捻张力、假捻度、加热和冷却时间。在实际生产中，由于设备的结构已定，有些医素不可调，如加热器和冷却板的长度；有些因素可调，其中有些因素可直接调节，有些因素只能间接调节。实际可调的工艺参数为加工速度、变形温度、拉伸倍数、D/Y比以及摩擦盘的个数与间距、摩擦盘的材质等。而假捻张力成为受工艺条件影响的次级工艺条件，对整个加捻过程的稳定性和成品的性质有很大的影响。
一、摩擦盘材质
由于摩擦盘与丝条直接接触而摩擦，并施予丝条加捻力，因此，它的材质对假捻效果和丝条强度的影响较大。摩擦盘的材质有硬质和软质两大类。硬质盘的使用寿命虽然长，但打滑系数大，对丝条损伤严重；软质盘则反之。目前属于硬质盘的有金刚砂盘(D70、D74)、全陶瓷盘(K)、等离子喷涂陶瓷盘等；软质盘有聚氨酯盘(PU)。 软质Pu盘加工的变形丝，其强伸度较高；表面光洁的D70。(表面粗糙度为0.4立μm)金刚砂盘次之，D74(表面粗糙度为0.5μm)最差。这是由于摩擦盘对丝条的损伤程度不同所致。DTY的卷缩率，用Pu盘加工的为最高，其他几种差异不明显。由这几种盘加工的DTY的卷曲稳定性比较接近，说明这四种盘均能获得较好的变形效果。D70盘的表面粗糙度小，当被加工丝条的线密度较高时，易造成不均匀加捻，所以，只适用于加工线密度较小的DTY。
叠盘摩擦式拉伸变形工艺中，“雪花”的产生影响变形加工工艺的控制、机器的寿命及操作环境。“雪花”的产生除与纺丝油剂因素关外，主要取决于摩擦盘的材质。Pu盘产生的“雪花”极少，全陶瓷盘的“雪花”较少。此外，摩擦盘的表面污染与其材质有关。Pu盘表面受“雪花”污染后，用无毛绒的布擦净即可；D盘具有多孔结构，易吸附“雪花”而造成结垢，即使定期采用溶剂（三甘醇、酒精等）并在超声波条件下清洗，仍可观察到多孔吸附造成的污垢；K盘表面光滑，不易结垢。
实际生产中使用K盘较多。因为金刚砂摩擦盘的价格比全陶瓷盘贵得多；而采用聚氨酯盘加工涤纶丝时，虽然假捻效果好、打滑系数小，但在极高的张力下，使用寿命太短。随着喷水织机的使用，对具有较高假捻度和表面磨损小的弹力丝需要量的增加，同时随着材料科学的发展，软盘的使用寿命增加，软质摩擦盘将会得到广泛应用。
二、变形加工速度
变形加工速度对弹力丝卷缩性能的影响。随着速度的提高，弹力丝的卷缩率(KE)和卷曲稳定性(KB)逐渐增加。加工速度的提高使丝条的加捻张力上升，丝条与摩擦盘的接触压力力增加，丝盘间滑移减少，故假捻效果提高。目前，变形速度一般为500～800mmin，POY的质量愈高，变形丝的线密度愈低，变形速度可愈高。
变形加工速度愈高，假捻张力愈大。加工速度和假捻张力直接影响假捻的稳定状况。对于一定质量的POY，过高的假捻张力会增加低弹丝的毛丝。因此，变形加工速度的提高受到一定的限制。加工速度较低时，假捻过程的稳定区域较宽，较高的张力下获得的弹力丝其蓬松度较低。随着加工速度的提高，假捻稳定区域逐渐变小，只有在较高张力才能得到稳定的假捻状态。

在目前的POY质量条件下，变形加工速度的上限约为650～850m min：若POY的质量和力学性能有所提高，加工速度也有可能提高。当然，若加工设备改进．加工速度也有望提高。
有研究表明，变形加工速度对低弹丝的纤维结构和染色性能的影响如表11—3所示。由表可知，随着加工速度的提高，纤维在热箱内停留的时间缩短，DTY的密度和结晶度下降，上染率K/S略有提高。

为了使丝条在第一热箱内达到良好的变形效果，丝条必须在热箱内停留0.2s左右，使其达到充分的热塑状态。对于不同丝路走向的机器，其丝条在第一热箱内停留时间的要求不同。如果第一热箱和假捻锭组在同一条直线上，第一热箱可缩短，丝条在第一热箱内停留的时间可小于0.2s。
在实际生产中，由于加热器长度已经确定，当加工速度提高后，丝条在第一热箱内停留的时间缩短，此时可通过提高温度的办法来解决。
三、拉伸倍数
拉伸倍数是POY后加工的一个重要工艺参数。随着拉伸倍数的增加，成品丝的强度增加、伸度下降。从表11—4可看出，高的拉伸倍数导致高的解捻张力(T2)，则加捻张力的捻丝分量增加，导致较高的捻度。但由于张力限制了纤维卷曲发展所需的迅速位移，纤维的卷曲较细密，故卷缩率(KE)和卷曲模量(KK)下降，而卷曲稳定性(KB)有所上升。若拉伸倍数较低，假捻张力过低，则体系不稳定，使假捻器下方的捻度不能完全消除，有可能使纤维粘在一起形成紧点，从而使纤维的蓬松性变差。但拉伸倍数过高时，则使处于假捻器下方的纤维呈较松散的状态，由于较大的张力而易形成毛丝。所以，拉伸倍数的选择，应根据强伸度指标、张力变化，毛丝、紧点等综合考虑。
随着拉伸倍数的提高，纤维的上染率K/S值明显下降，结晶度变化不大，但双折射和α转变温弃有较明显的增加。随着拉伸倍数的提高，纤维非晶区的取向提高，分子间作用力增大，一方面限制了染料分子的扩散，使纤维上染率K/S值下降；另一方面．为了获得更高的能量，大分子链开始运动，使α转变温度提高。

确定最佳后拉伸倍数的三种理论计算方法为：
①根据POY的应力—应变曲线求出最大拉伸倍数Rmax，再按式(11—1)进行修正：

②根据应力—应变曲线求出POY自然拉伸倍数Rn，再进行修正：

③应用聚酯未拉伸丝的链段分子网络模型导出拉伸倍数与未拉伸丝双折射间的关系，有一级近似式和二级近似式：
一级近似：
二级近似：

有人通过实验对公式进行了验证，结果表明：对于最终线密度为167dtex/32F、纺速在4000m/min以内的POY，由式(11—4)计算的值与实际后拉伸倍数几乎一致；但当POY的纺速超过4000m/min时，式(11—4)的计算值与实际差异较大。
在实际生产中，有时受条件的限制，往往首先用预取向丝的实际线密度除以相应的成品DTY的名义线密度来选择拉伸比，再根据拉伸变形加工过程和成品的质量指标情况对拉伸比进行修正。在有条件测定POY应力—应变曲线时，也可采用自然拉伸比至断裂拉伸倍数的中点作为后拉伸倍数。
四、D/Y比
D/Y比是指摩擦盘的表面速度与丝条离开假捻器的速度之比。在一定范围内，它的变化对纤维的卷缩率、卷曲稳定性、强度和伸度等物理指标几乎无影响。当磨擦盘将外部摩擦转矩加到纤维上时，纤维便产生转矩而得到加捻，随着D/Y比的增加，转矩亦增加，直至转矩增加到足以克服纤维与摩擦盘表面之间的摩擦力时，纤维开始滑动。这可用摩擦加捻时作用在纤维上的速度矢量简图11—5来说明。图中所示加捻纤维的表面速度V1由圆周速度(捻丝分量)V2和前进速度(送丝分量)V3决定，方向由表面螺旋角γ决定。滑动速度矢量方向与纤维和摩擦盘之间的摩擦力方向相同。滑动矢量与纤维轴之间的夹角δ的正切tgδ随着D/Y比增加而增加。其有效转矩开始随着tgδ增加而增加，当δ接近90°时，D/Y比的变化对有效转矩无明显影响。因此，D/Y比在此范围内，假捻度较均匀、稳定。实际生产时，D/Y比为1.6～2.5。


D/Y比对低弹丝的外观、密度的不均匀性、紧点和毛丝等影响较大。不合适的D/Y比，会产生不合适的加捻张力和解捻张力，影响假捻效果。D/Y比较低时，加捻张力太低，而解捻张力太高，易造成明显的张力波动，使假捻效果差；而D/Y比较高时，丝条受到摩擦盘擦伤的倾向增大，易产生毛丝。
有人对D/Y比的变化对低弹丝上染率K/S值的影响进行实验，结果如表11—5所示。由表可见，随着D/Y比增加，K/S值下降。这是因为随着D/Y比增加，摩擦盘与丝条间的滑动增加，假捻度下降，使低弹丝的取向度增加，从而不利于染料分子向纤维内部扩散。

D/Y比是决定低弹丝捻度(捻数)的主要工艺参数。假捻数的计算式如下：

式中：t1为理论捻数(捻/m)；t2为实际捻数(捻/m)；d为丝条直径(mm)；K为逃捻系数(K=0.3982，适合联邦德国FK6Μf 900型拉伸变形机、全陶瓷摩擦盘)。
对某一设备条件下求出的逃捻系数K，在选定D/Y比后，就能根据上式计算出低弹丝的实际捻数，看其是否在最佳捻数范围内；若不在，可通过修正D/Y比、调换摩擦盘材质或盘数的方法，使假捻数符合最佳值。
DTY的卷缩结构与假捻度有关，假捻度愈大，则卷缩力愈大，卷缩愈细而多，外观愈丰满；但假捻度过大，则DTY捻度不匀，强度、伸度下降，对于167dtex/36F的DTY，假捻度一般选择在2200～3000捻/m之间。
五、第一热箱温度
拉伸变形机上，第一热箱温度通常又称为变形温度。第一热箱的作用是给丝条提供一定 的拉伸温度，使丝条受热而处于塑化状态，通过假捻器传递的捻度使纤维变形。变形温度的变 化对低弹丝的性质和结构影响较大。
1、强度
在较低温度下，随着温度的上升，低弹丝的强度有所上升； 但随着温度的进一步上升，低弹丝的强度又下降，这主要是较低温度下，随着温度的上升，纤维分子的活动能力增强，使之在热变形过程中的内应力减小，容易变形，丝条强度上升，模量下降；但温度进一步提高后，纤维内的无定形区易解取向。另外，聚酯纤维在氧存在的情况下加热，纤维分子易被氧化，甚至丝条局部软化、粘连、纤维强度下降。这一现象在加工低线密度丝条时更为明显，这是由于低线密度丝条的实际温 度比高线密度丝条高的缘故。低弹丝的模量随着变形温度的提高而下降，这是由于随着温度的上升，低弹丝纤维内大分子的无定形区解取向造成的。

2、密度和取向因子
有研究表明，低弹丝的密度随着变形温度升高而增加。由Wer-wicker等人的实验研究推断，当变形温度提高时，纤维内部的各结构单元的排列和取向更好，结晶度增加，使纤维密度增加。低弹丝的取向因子则随着变形温度升高而下降。这是因为变形时加捻张力较低(欠喂)，接近于松弛定型，随着变形温度的提高，大分子链的活动性提高，纤维的微晶结构发生解取向。

3、上染率
变形温度对低弹丝的上染率K/S值的影响如图11—8所示。在190～220℃之间，低弹丝的上染率出现最低点，在最低点前、后，上染率随温度的变化较大。低于这一温度时，温度的增加有利于结晶和取向的生成，微晶的生成减少了纤维内无定形区的体积，且微晶间的互相交联限制了无定形区域链段的运动，提供给染料分子的有效自由空间减少，故纤维的上染率减小。高于这一温度时，纤维结构发生较大变化，小而且不太稳定的微晶熔化，并重新结晶形成大而完善的微晶，使结晶粒子数减少，导致每个微晶内有较高的非晶区体积并提供链段在非晶区运动的自由度，使染料分子容易渗入纤维，故纤维的上染率增加。在一定的变形加工速度下，变形温度的升高有利于微晶的形成，使纤维的非晶态体积减小，非晶区的取向度降低，染料分子可达及的空间减少，使上染率下降。但当非晶区的取向度下降时，链段容易运动，具有吸附染料的较大空间，染料分子容易渗入纤维，使纤维的上染率增加。Gupta认为这两个效应是加成的，所以，低弹丝的上染率有一个最小值。

4、卷缩率
有研究表明，变形温度的变化对卷缩率的影响如图11—9所示。对55dtex/24F的DTY而言，变形温度从180℃提高到225℃时，卷缩率随之增加；当超过225℃时，卷缩率下降。这是由于变形温度开始增加时，纤维塑性增加，纤维愈易变形，得到的低弹丝变形愈充分，卷曲稳定性、手感、蓬松度愈好；但变形温度接近或达到纤维软化点温度时，由于纤维的塑性太强，使变形效果变差，卷缩率下降。

实际生产中，变形温度一般选用185～220℃之间，低弹丝的染色和卷缩率，在变形温差小于5℃时，无明显差异；当变形温差大于5℃时，会产生明显差异。
5、加捻张力
变形温度增加时，丝条塑性增加，假捻变形阻力减小，假捻张力亦减小，纤维变形充分。温度过高时，纤维脆弱．易产生毛丝和粘结成僵丝。当加工速度和低弹丝线密度增加时，变形温度应随之提高，以保证丝条获得充分的热量，达到较好的变形效果。
拉伸变形过程与通常的拉伸过程不同。在第一热箱中，拉伸变形不仅受到拉伸力，而且受到假捻器所施加的加捻扭转力，这种扭转力将使大分子链的内部结构扭曲。虽然在拉伸变形过程中，扭曲力大大小于拉伸力，但它仍抵消了部分拉伸力，不利于纤维结晶度的提高以及晶区和无定形区的取向。由于丝条同时受拉伸力和加捻扭转力的作用，故拉伸变形时选用的拉伸倍数应略低于POY拉伸时的拉伸倍数。在第一热箱中，由于在拉伸变形的同时进行热定型，张力很大，故阻碍了大分子链的松弛和折叠，使纤维中存在很高的内应力，能量较高的链段增多，其宏观表现为纤维的卷曲稳定性差、热收缩率高、尺寸稳定性低等。
六、第二热箱温度
丝条经假捻器从第二拉伸辊出来时已具有高弹丝的性能。由于涤纶大分子的刚性大，变形时存在于纤维内的应力很高，表现为高弹性的尺寸稳定性差，使其在使用过程中弹性逐渐降低。因此，较少直接应用高弹丝或中弹丝织造织物，而大多使用低弹丝。因此，需将高弹丝进行第二热箱的定收缩(固定超喂率)松驰热处理理。通过第二热箱对丝条进行补充热定型处理，消除纤维的内应力，促使部分能量高的链段解取向，达到纤维结构稳定的目的。经第二热箱处理后的丝条，卷缩率降低到15％～25%，尺寸稳定性得到极大的提高。
第二热箱温度对DTY强伸度、密度、上染率等影响不明显。DTY的卷缩率与第一热箱温度和第二热箱温度有关，一般第二热箱温度比第一热箱温度低15～30℃。若第二热箱温度过低，则起不到松弛纤维内应力、提高DTY尺寸稳定性的作用。若第二热箱温度过高，则DTY的卷缩率大大下降，还可能发生纤维大分子的解取向，使强力下降、伸度增加。经第二热箱后，纤维的结晶度、密度和晶粒大小有有所增加。这说明在第二热箱中纤维内部有重结晶现象，使品格更趋完善：这是由于补充热定型使纤维内已经形成的晶体不发生熔融，而大分子链段的热运动使纤维无定形部分继续嵌入晶格，导致结晶度明显增加。
在第二热箱内丝条发生1%～2％的收缩，其大小与进入热箱的超喂率有关，超喂率愈高，DTY愈接近松弛状态下的热定型，纤维收缩率愈高，内应力松弛愈彻底，DTY的卷缩率降低愈大。