常规纺丝拉伸加捻详解

拉伸是UDY丝后加工生产中必不可少的重要过程，对纤维质量的影响很大。涤纶长丝经拉伸后便卷绕成筒，由于卷绕成筒装置一般为环锭，卷绕时给丝线加以一定的捻度，所以长丝生产中一般统称为拉伸加捻。拉伸加捻机如图9-5所示。

一 拉伸的目的和要求

1.目的

卷绕丝(UDY)的强度低，伸度高，尺寸稳定性差，性质极不稳定，不能直接用于织造。通过拉伸和热定型，可使纤维大分子获得一定的取向度和结晶度，从而使丝线在强度、伸长、沸水收缩率、染色均匀性等方面满足织造和使用的要求同时给予一定的捻度，增加单丝间的约束，便于储存、运输和使用。

长丝的强度、伸度、沸水收缩率及染色均匀性等性能取决于纤维的微观结构。除了高分子本身固有的大分子链结构的影响外，取向和结晶等超分子结构起着关键的作用，只有经过拉伸，在拉伸应力和温度的作用下，长丝才能获得必要的超分子结构。

2.要求

①拉伸过程稳定，产品质量好，生产效率高。

②拉伸机上锭与锭之间的各种条件一致力防止锭位差异造成质量问题。因为长丝没有短纤维那样的混纤机会，往往因一个筒子的质量问题便造成大批织物降等。

③尽可能减少拉伸过程中的毛丝和“绕辊”现象，以防止其影响假捻变形过程中的断头率。

二 拉伸工艺条件

1.卷绕丝的平衡条件

由于纺丝过程中的急剧形变，卷绕丝内部分子间存在内应力，结构极不稳定。在卷绕筒子的表层和内层之间，存在更明显的差别。如果将这种卷绕丝立即拉伸，不仅使成品丝的不匀率高，还易产生毛丝和断头。因此，刚落筒的卷绕丝必须在一定的温湿度条件下平衡一定的时间，以减小或消除丝线内部的应力和内外层的不均匀。

据资料介绍，2h之内，取向等结构的变化较明显，以后逐渐平稳。因此，平衡时间一般不小于2h，最好为8～12h。但时间不能太长，若超过一个星期，卷绕丝分子间的次价键增加，会使卷绕丝老化变硬，拉伸时毛丝、断头率增高，基至无法进行拉伸。

平衡温度一般为25℃。从促进应力松弛来说，温度高能促进应力松弛；但从减缓原丝老化来说，温度低能减缓原丝老化。故应综合考虑。

相对湿度取75%左右。平衡间保持一定的湿度可防止原丝中的水分快速挥发。湿度太低易造成表层水分蒸发快，造成内、外层丝的含水率不一。水分对纤维起増塑作用，含水率不匀会在拉伸时造成明显的伸度不匀和取向不匀。

2.拉伸倍数

拉伸倍数直接影响成品丝的强伸度和线密度等。拉伸倍数高，成品丝条强度高、伸度低、线密度小。但拉伸倍数过高，会使丝条断裂，产生毛丝和断头。拉伸倍数过低，则使拉伸不匀，出现"橡皮筋“丝等。故拉伸倍数应选择在一个适当的范围内，兼顾产品质量和生产效率。

拉伸倍数的大小主要受纺丝速度的影响。据资料介绍，纤维的总拉伸长度为一常数(见图9-6)，在纺丝吐出量恒定时，纺丝速度愈高，卷绕丝的拉伸伸长度愈低，相应的拉伸倍数愈小。

在纺丝速度一定的情况下，·拉伸倍数选择的原则是大于自然拉伸倍数、小于断裂拉伸倍数，通常在3.5～4.2之间。另外，拉伸倍数与喷丝头拉伸倍数、原料、纺丝温度和预取向度有关。

3.拉伸温度

涤纶长丝要实现真正拉伸，其分子链和链段必须具有一定的活动性。分子链和链段的活动程度与温度有关，温度愈高，活动性愈强。

分子链段开始活动的最低温度是玻璃化温度(Tg）。卷绕丝的Tg=69℃，只有当温度(T)＞Tg时，才能进行正常拉伸。若T＜Tg拉伸，由于链段处于”冻结“状态，单丝表面容易破裂，内部亦可能出现空洞，产生毛丝和断头；即使不断头，卷绕成筒时容易出现圈丝，拉伸不均匀，染色时会收缩变硬或产生”竹节丝“(未拉伸丝)。

由于纤维的屈服强度随着拉伸温度的提高而降低，在T＞Tg的条件下拉伸，拉伸应力可变小，有利于减少毛丝和断头。温度愈高，拉伸应力愈小。但T＞110℃时，分子链活动能力太强，出现解取向，大分子的取向度反而随温度的升高而降低，这对提高强度不利。

在实际生产中，拉伸温度(热盘温度)一般选择在高于玻璃化温度10～20℃的范围内，即拉伸机上的热盘温度控制在80～90℃。在这个范围内，温度的变化对拉伸丝的强度无明显影响，但随着温度的提高，拉伸倍数可适当提高，成品丝的沸水收缩率降低，结晶度提高。随着拉伸应力的减小，毛丝、断头减少，但染色不均率有增加的趋势。

此外，锭位热盘温差应尽可能小，宜控制在±1℃的范围内。温差过大，会使拉伸丝的各种不匀率增大，尤其是染色深浅不一，影响质量。

4.拉伸速度

拉伸速度既决定拉伸加捻机的产量，又对丝的质量有影响。拉伸速度越高，一方面产量高，另一方面拉伸应力下降，沸水收缩率降低，纤维上染率增加。因此，在设备条件和卷绕丝质量允许的情况下，一般取比较高的拉伸速度为宜。但拉伸速度过高，纤维大分子链的形变来不及发展，会使内应力增加，导致产生毛丝和断头。拉伸速度一般为800～1000m/min。

5.定型温度

卷绕丝经过拉伸后，内部存在一定的内应力，成为不稳定的结构。经过热定型使内应力消除，使拉伸丝性能稳定，并可使丝线进一步结晶，强化其物理性能。

长丝用热板进行定型。热板的温度(非接触式为缝隙温度)一般选180℃左右。因为涤纶在160～190℃之间1/2处的结晶化时间最短。随着热板温度的提高，拉伸丝的沸水收缩率降低，上染率下降。但热板温度过高，会使大分子松弛，拉伸应力下降，产生解取向，导致丝条强度降低。

拉伸过程中的定型是紧张热定型(有张力)，加上热板长度的限制，定型时间较短，定型效果只能达到一定程度，如沸水收缩率仍然较高(大大超过短纤维)。

在实际生产中，不用热板，适当提高热盘温度，同样可达到质量要求，并对提高丝的染色均匀性有一定的好处。特别是用于假捻变形的拉伸丝，不经热板定型可使低弹丝的染色均匀性(M率)提高3%～5%，还可节约热板用电。

定型温度的选择取决于品种和拉伸过程中的毛丝、断头状况。热盘温度在78～84℃之间，热板温度在175～185℃范围内。

6.拉伸丝的卷绕成形条件

拉伸丝的卷绕成形条件主要有卷绕张力、锭速、钢丝钩(钢针)型号、卷绕角、锥面角等。卷绕张力由锭速和钢丝钩大小决定。卷绕张力尽可能恒定或由内向外逐渐减小。

对大卷装来说，锭速逐渐降低，卷绕张力才不致随筒子直径增大而变大。近似于恒张力或者卷绕张力逐渐变小，可使成品筒子内外松紧大体一致，筒子内外层丝的性能均一。

卷绕张力的变化范围允许在0.088～0.176cN/dtex之间，为此锭速选择在7500～10600 r/min之间，可基本保持筒子的表面线速度一致。

钢丝钩型号越小，自重越大，在相同锭速下形成的卷绕张力就越大。为使锭子尽量在较低的速度下运转，在生产线密度较高的拉伸丝时，可选号数小一些的钢丝钩，如167dtex用23号钢丝钩；生产线密度较低的拉伸丝时，用号数比较大的，如55dtex用26号钢丝钩。

卷绕角应使成形纹路适中、无叠丝。卷绕角由钢领升降速度控制。一般钢领升降时间为20s，升降速度要均匀，换向时平稳，无停顿现象。

筒子的锥面角不能太大，太大易造成丝条滑脱、塌边。但锥面角也不能太小，太小使简子的卷装量变小。一般可在小于临界角23°的情况下确定。

三 拉伸过程中纤维结构的变化

UDY经过拉伸，从低取向、基本无结晶的卷绕丝结构变成取向和结晶均较高的成品丝结构。

拉伸引起纤维最大的变化是大分子、晶粒和其他结构单元沿纤维轴向排列。这种排列是最能承受应力的择优排列，对纤维的强度、模量、伸度有重要贡献。

在未产生解取向的温度范围内，随着拉伸倍数的提高，取向度提高，使纤维强度增加拉伸倍数低，纤维的取向度也低，低到一定程度时会出现拉伸不足的”橡皮筋“丝。表征拉伸丝取向程度的双折射一般在60×10(^- 3)左右。

影响取向度的另外两个因素是拉伸和定型的温度。拉伸温度适当提高，拉伸倍数可以増大。定型时的加热处理，可消除由于拉伸产生的纤维内应力，防止已经取向的大分子改变取向，使分子的取向结构稳定。

拉伸丝的结晶度可达40%左右，随着涤纶长丝结晶度的增大，纤维的密度增大，刚性和抗张系数增强，硬度与耐磨性增大，熔点升高，透明度降低，溶解变难，吸色性变差。

结晶的生成需要一定的温度和时间。一般拉伸温度在玻璃化温度之上，并有一定的加热时间，则具备了产生结晶的条件。但这不是造成拉伸丝高结晶度的主要原因，因为拉伸温度仅高于玻璃化温度10～20℃，加热时间又较短。

造成拉伸丝高结晶度的主要原因是拉伸应力的诱导作用，促进结晶速度增大；同时，定型热板的温度对结晶也有一定的影响，主要调整结晶的形态。在较高的定型温度下，小的晶粒或不完全的微晶粒消失，大而完全的晶粒生长，有时

甚至消失的速度大于生长的速度。

实验表明，相同的热盘温度下，不用热板定型得到的丝线结晶度比使用热板高出1%左右。但这种丝的沸水收缩率大于使用热板定型的拉伸丝，这可能是热板定型能使应力诱导产生的结晶进一步完善。

涤纶长丝的性能与结晶进一步完善程度亦有很大关系。卷绕丝(UDY)基本上是非结晶结构，在拉伸中建立的结晶结构较完善和理想。因此，常规纺丝制得的UDY,经过适当的拉伸使成品丝达到较理想的结品结构，从而得到高强度、高模量的涤纶长丝。

而高速纺丝制得的POY丝由于已经有了微结晶，虽然经过拉伸后结晶度也提高，但没有UDY丝拉伸后的结晶结构完善。这是用POY生产的拉伸丝在强度、模量等性能受到影响的原因。