国内涤纶长丝生产及其设备应用现状

1 引言

我国是世界上的化纤生产大国，尤其以涤纶为主。在2012年，我国化纤产量占全世界产量67%以上，国内总产量达到了3792万吨，其中涤纶就占到了80.6%[1]。涤纶已经成为我国非常重要的纺织和工业原材料，自2009年以来，棉花价格增幅明显，促使原料采购向化纤倾斜。在面临行业不断改革和调整的市场背景下，国内化纤生产企业的健康发展离不开技术与设备的不断提高，只有不断的主动适应市场的需求，企业才能越做越大。目前，国产化的技术和装备已接近国际领先水平，国产化技术的产能占国际比例相比五年前幅度提高很大，尤其是涤纶长丝的产能比例提高。

相对于涤纶短纤，涤纶长丝有较多技术和应用上的优势。长丝可直接用于织造，提高了生产效率，而短纤则一般需要和棉花等天然纤维混纺。长丝在原有的生产工艺基础上更易研发差别化、功能化纤维。在过去的几十年，长丝的纺丝速度提高了数倍，产量也大幅增加。

我国化纤的产能增速长期以来保持较快的发展势头。2005年我国化纤产量由2000年694.16万吨增长至1629万吨，比 2000年增长134%，年均增长18.5%[2]。2009年中国涤纶产量已经超过2200万吨，占合成纤维总产量的86%，约占世界涤纶总产量的60%[1]。2011年中国的涤纶产能达到了1913万吨。全国涤纶纤维总产量已经从2010年2425.80万吨增加到2012年3057.03万吨，增加26.02%，特别是浙江省、福建省、四川省、广东省、山东省、安徽省等地增加幅度最大[3]，高产能现状存在的同时，也伴随着风险。自2012年开始，国内涤纶生产商普遍开始削减产量，开工率曾一度降低到68%～73%，主要还是市场赢利状

况恶化所致[4]。

2 常见的三大涤纶长丝品种

2.1 预取向丝（POY）

聚酯纤维产品主要分为涤纶长丝和短纤维两类，其中长丝占60%左右。涤纶长丝按纺丝速度的高低来区分可分为常规纺丝技术UDY、中速纺丝技术MOY、高速纺丝技术POY、超高速纺丝技术HOY等。高速纺是上世纪七十年代发展起来的新技术，高速纺丝的产能比常规纺丝高6～15倍，它将纺丝和拉伸工艺合并，从而减少了工艺损耗，这是目前在聚酯纤维生产中应用最为广泛的纺丝技术。

高速纺POY的性能与常规纺丝性能有很大的不同，主要体现在取向度高，纤维柔软，染色好，但结晶度不高。另外，POY长丝通常可长期存放和运输，这样，POY便可和聚酯车间建在一起，产品可独立销售，售向DTY生产企业等。

2.1.1 生产工艺

目前，POY的生产主要有切片纺丝和直接纺丝两种方法。POY的纺速较高，一般是在纺速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，与全拉伸丝（FDY）的结构也不同。POY是高取向、低结晶结构的卷绕丝，这种结构是由于纺丝速度提高，出喷丝头后的熔体细流受到高拉伸应力的较大的冷却温度梯度的作用，发生快速形变所致。直接纺丝法能跨过切粒、干燥、挤出等工艺程序，节省了大量的成本，但也有生活灵活性较差的缺点；切片熔融纺丝虽然工序多，但该设备各项参数易调，生产的品种也多。

目前，涤纶POY设备16～24头/位，10kg的丝饼单轴可达16个，10kg的丝饼单轴可达16个，卷绕头夹头长度达1.68m；标准15kg的丝饼单轴可达12个。

冷却吹风对熔体细流的黏度、拉伸应力等物理参数影响较大，吹风速度对POY的条干均匀性影响较大，风速过大，则会引起丝条的振动，从而导致条干不匀。针对目前化纤企业对纺丝吹风的均匀性、吹风筒的升降等设备的整体稳定性方面越来越高的要求，北京中丽制机公司对上述设备进行了较大的改进，使“环吹风”机构与吹风箱、缓冷器等部件的接触更加协调，确保了吹风冷却工艺的正常和稳定进行。

2.2 拉伸变形丝（DTY）

DTY（拉伸变形丝），即将拉伸和假捻变形连续进行的工艺，这种长丝具有柔软的毛型感、蓬松感、卷曲度也高，用这种丝加工的面料具有很多优点，如保暖性，悬垂性等指标都非常好。

2.2.1 生产工艺

对POY长丝进行加捻，主要是进行假捻变形，如图2，即将长丝两端固定，在中间进行握持旋转加捻，在握持点上下两端生成数量相等而方向相反的捻回。给长丝以一定的速度V向前运动，假捻器以/min旋转，在加捻区生成+n/V的捻度，在退捻区形成-n/V的捻度，丝线在从加捻区向退捻区移动的过程中捻度可以抵消[5]。

图2 假捻变形原理

假捻变形生产工艺中，比较关键的参数指标有变形和定形时的温度、加热和冷却时的时间、假捻张力、假捻度、超喂率等等。这些参数的设定要参考变形丝的性质、原丝细密度、纺丝速度等因素。

2.2.2 生产设备

DTY设备，又称为假捻变形机。国内使用较多的是英国的SDS600，法国ICBT公司的FT8E3，德国巴马格的FK6M（V）-700，FK6UF-900，M1000型等等，日本村田公司的333II型。虽然世界各大公司制造的DTY设备型号繁多且结构基本相似，主要结构有拉伸和输送辊、变形和定型加热箱、冷却板、假捻器、吹风和排风装置等。如图3：

图3 拉伸变形丝生产设备示意图

POY的物理性能各项指标对生产DTY影响很大，必须确保前道工序POY的品质。在生产DTY中，如何选择D/Y比，热箱温度参数等需要根据生产的纱线品种，设备长期的生产经验等做出合理调整。

2.3 全拉伸丝（FDY）

FDY是指在POY高速纺丝过程中引入有效拉伸，当卷绕速度达到5000m/min以上时，便可获得具有全取向结构的拉伸丝，生产工艺通常是纺丝—拉伸—卷绕一步法

连续工艺[5]。

2.3.1 生产工艺

FDY纺丝工艺的特征是大吐出量和高倍率的喷丝头拉伸，且纺丝速度高，因而纺丝工艺要求比POY纺丝严格。对于热辊式FDY生产工艺，要求在第一热辊上的温度达到60～80℃，速度达到3000m/min， 在第二热辊上的温度达到150～195℃，纺速达到5000m/min。

图4 FDY工艺流程示意图

在采用切片法纺FDY时，切片经POY工艺纺成预取向丝后，丝条在离开第一导辊后，连接进入喂入拉伸机，在第二拉伸辊上的速度达到5000m/min，在两辊之间获得稳定的张力和伸长，最后进行卷绕，具体的工艺如图4所示。

2.3.2 生产设备

FDY作为一步法生产的高速纺产品在工艺技术上具有很多方面的先进性，常见的有热辊法（HGS）和热管法（TCS）两种技术。FDY纺丝速度较高，通常在5000m/min以上，同时伴随高速拉伸。

目前，热辊式FDY设备的发展主要体现在纺丝头数，国内外的FDY纺丝头已经从6、8头纺发展到了现在的12、20头纺大产量新技术，和普通的机型相比在产量上提高了50～100%。德国巴马格公司的产品已经能实现这一技术。

FDY热管拉伸技术，是在距喷丝板1.1～1.5米处安装一套长约1米的热管装置，借助热空气与纤维表面摩擦的机理一步法生产的全拉伸丝，纺丝速度也可达到4500～5200m/min[7]。北京中丽制机已开始生产带一对下冷导丝盘、分丝辊和一个上导丝盘的TCS热管纺丝机，该技术最早由英国ICI公司纤维研究部提出，工业化生产是由德国巴马格公司在上世纪90年代推出，目前该技术已较为成熟。

吴江新生化纤公司和桐昆集团采用低温短流程三釜连续聚酯装置进行熔体直纺POY已经获得成功，该装置由中国纺织科学研究院、聚友化工公司设计研发[8]。

3 国产设备发展特点

3.2 差别化、功能化涤纶产品的研发

在国内涤纶产能逐渐饱和的形势下，开发多种高附加值，高档次的涤纶产品是今后的研发趋势。目前，世界涤纶差别化率已经达到了40%以上，尤其是差别化涤纶短纤的生产能力已占总生产能力的60%，如海岛纤维，吸湿排汗纤维，高强低伸缝纫线，中空多孔纤维、抗起球、抗静电、微细旦纤维、阻燃纤维等品种在国际市场上很受欢迎。这些产品在未来将更倾向于产品的系列化、专一化、组合化、高新技术深入及知识产权先导化[5]。

差别化纤维生产的技术主要有超细旦加工，添加功能性改进助剂，生产复合、混合纤维等等。国内对这类纤维的研究较多，东华大学、北京服装学院、中国纺织科学研究院、天津化纤所、上海石化等单位目前都在对差别化纤维做大量的研究，如涤纶的抗菌性能后处理，纤维表面低温等离子体处理等等，但总体上还处于起步阶段。

3.3 技术领先之处

国内纺织企业消化吸收国外先进技术的能力在不断提高。以往仿制开发一套国外普通设备或及构件要花费数年时间，现在通常都可在较短时间内即可完成。这反映了我国在研发和设计方面的能力在提高，创新能力也在此基础上有较大进步。

多孔单丝的设备改造。目前国内某些企业已经可以将原有设备进行改造，在产品性能不下降的基础上，通过调整牵伸比、加热辊区的温度、吹风和上油条件、以及卷绕工艺等，实现了多孔单丝的生产，大幅提高了经济效益。

封闭式热管纺丝技术。该工艺经高校科研院所、生产企业不断研究改进，在生产实践中取得了较大的成功。根据生产的品种不同，热管可安装在甬道的不同位置，丝束在进入热管前和在热管中都会被进行拉伸，这两次拉伸可以互相间进行自我平衡，互相补偿。

环吹风技术。这种技术具有多种优点，适用于多类产品的生产，不仅质量好，且能耗低。2012年，国内某公司研发出了长丝环吹风技术，尤其是双排细旦环吹风技术，走在了国际前列。

高效卷绕技术。常规的卷绕都是先给纤维上油，拉伸后再进行卷绕，目前最新的卷绕工艺是先进行拉伸定形，再上油卷绕，我国拥有该技术产能的90%以上，在节能降耗方面技术实力较强[9]。

4 结论

涤纶长丝是我国化纤产业的主要品种，产能也居世界前列。涤纶长丝中的POY，DTY，FDY是市场上常见的三大品种，这三种长丝的生产技术和设备在国内的应用状况代表着国内化纤产业的现状。过去，我国市场上的化纤设备常以国外设备为主，发达国家的生产设备常代表最领先的技术。而现在，随着国内科研院所和生产企业的研发能力不断增强，由我国自主研发、改装、嫁接的设备越来越多，有些技术已走在国际前列。但在差别化、功能化纤维的研发上与国外差距较大，尤其在技术发展日新月异，常规产品产能过剩，产品同质化严重的形势下，企业应该加大在研发上的投入，增加产品种类，提高产品的附加值，只有这样才能在未来激烈的市场竞争下得以生存并走上良性发展轨道。

参考文献

[1] 郭华，秦庆才，王永奇.新型聚酯纤维的开发及其应用[J].纺织导报，2005（9）：55-61.

[2] 王义新，钟伟民，杨胜旺等.TCS一步法热管纺丝技术的应用及发展前景[J].广东化纤，2002（6）：27；

[3] 钱伯章，中国聚酯能力2010年扩增245万t/a.合成纤维，2010（7）：53；

[4] 庞晓华，中国涤纶生产商纷纷减少产量渡困境.合成纤维，2012（8）：52；

[5] 沈新元.化学纤维手册[M].北京：中国纺织出版社，2008

[6] 薛金秋.化工机械[M].北京：中国纺织出版社，1999

[7] 陈向玲等.国内外涤纶产品与技术发展趋势[J].合成纤维工业，2011，34（2）：47-49；

[8] 李旭，王鸣义.世界聚酯纤维产业化新产品和发展趋势[J].合成纤维，2012年第3期：4-6；

[9] 赵春财.熔体直纺涤纶长丝技术及装备的新进展[J].合成纤维，2012年第15期：10-12；