متطلبات جودة البوليستر وتجفيف الرقائق في السبينين عالي السرعة

متطلبات جودة البوليستر وتجفيف الرقائق في الغزل عالي السرعة

1. متطلبات جودة البوليستر

يمكن تصنيف غزل البوليستر إلى نوعين: غزل الذوبان المباشر وغزل الرقائق. تؤثر ذوبان ورقائق البوليستر المختلفة بشكل كبير على جودة الغزل والمنتجات النهائية. ظروف الغزل وجودة POY (الغزل الموجه جزئيًا) لا تتعلق فقط بالوزن الجزيئي النسبي للبوليستر وتوزيعه، والخصائص الريولوجية للمصهور، والقدرة الحرارية للرقائق، ولكنها تتعلق أيضًا بمحتوى الجسيمات المجمعة في الرقائق، والبقايا من المحفزات المضافة أثناء البلمرة، ومحتوى الرماد، والشوائب الميكانيكية الأخرى، وخصائص TiO2 المضافة. تؤدي عمليات الغزل المختلفة إلى حالات دوران مختلفة، وبالتالي لها متطلبات مختلفة للمواد الخام. يتطلب الغزل عالي السرعة المتطلبات التالية لجودة البوليستر:

1. يجب أن يكون محتوى الشوائب الميكانيكية والجسيمات المجمعة في البوليستر منخفضًا قدر الإمكان. يجب أن تكون قيمة تقلب اللزوجة المميزة للمصهور أقل من 0.01، مع قيمة مركزية تتراوح بين 0.63 و0.68، مع تفضيل أعلى قليلاً. تعتبر اللزوجة المميزة الأعلى مفيدة لإنتاج POY جيد، ولكن اللزوجة المفرطة يمكن أن تؤدي إلى صعوبات في الدوران وزيادة الشعر.

2. يجب أن يكون توزيع الوزن الجزيئي النسبي للبوليستر ضيقًا، حيث يكون مؤشر التوزيع α صغيرًا (α <2.2)، ويجب أن يكون متوسط ​​الوزن الجزيئي النسبي معتدلاً. وينتج عن α الأكبر تكوين غزل ضعيف، مما يؤدي إلى الشعر والانصهار، والعديد من العيوب، وتقلبات كبيرة في لزوجة الخيوط غير الزيتية وقوة الألياف. يسمح الوزن الجزيئي النسبي الأعلى للبوليمر بمقاومة التوتر العالي أثناء الدوران، وهو أمر مناسب. ومع ذلك، إذا كان الوزن الجزيئي النسبي مرتفعًا جدًا، فقد لا تتكشف السلاسل الجزيئية الطويلة وتستقيم بسهولة، مما يتطلب قوة أكبر للتوجيه الجزيئي، مما قد يؤدي إلى عدم اكتمال التوجه. على العكس من ذلك، إذا كان الوزن الجزيئي النسبي منخفضًا جدًا، فقد تنكسر السلاسل الجزيئية الأقصر تحت الضغط عند بثقها من المغزل وسحبها للتوجيه. ولذلك، ينبغي أن يكون متوسط ​​الوزن الجزيئي النسبي معتدلا. يحدد الوزن الجزيئي النسبي للبوليستر أداء الألياف إلى حد كبير وله تأثير كبير على ظروف عملية الغزل. يجب اختيار النطاق الأمثل للوزن الجزيئي النسبي في منطقة تكون فيها أقل حساسية لظروف عملية الغزل وجودة المنتج.

3. يجب أن يكون أداء الترشيح لمذوب البوليستر جيدًا. يمكن وصف أداء الترشيح لمصهور البوليستر وتحديده باستخدام متوسط ​​انخفاض الضغط ΔP خلال فترة زمنية محددة G (بالدقائق) في منطقة الترشيح S (بالمتر المربع). ويشار إلى قيمتها A بمعامل الترشيح، والذي يتم التعبير عنه على النحو التالي:

إذا كانت قيمة A صغيرة، فهذا يشير إلى أداء ترشيح جيد. تُظهر الرقائق ذات أداء الترشيح الجيد مرحلة ضغط أولي مستقرة نسبيًا عند مخرج الفلتر الأولي، والتي تنخفض بعد ذلك تدريجيًا. في المقابل، لا يُظهر أداء الترشيح الضعيف أي مرحلة مستقرة، وينخفض ​​الضغط بسرعة، غالبًا بطريقة خطية.

1. المحتوى المنخفض من الغبار في الرقائق
   يمكن أن يسبب المحتوى العالي من الغبار في الرقائق التصاقًا شديدًا بالمغازل، حيث تظهر المغازل الجديدة ظاهرة الالتصاق بعد 8 إلى 12 ساعة فقط من الاستخدام. يؤدي هذا إلى تدهور تكوين الغزل، ويمكن أن يؤدي أيضًا إلى كسر الخيوط أو عيوب الكتلة، مما يؤدي إلى تقصير العمر الافتراضي لمكونات الغزل. يمكن أن يملأ تراكم الغبار النوافذ الجانبية، مما يؤثر على سرعة وانتظام تدفق هواء التبريد، مما يؤدي إلى انخفاض جودة POY. تبلغ درجة انصهار الغبار 10 إلى 15 درجة مئوية أعلى من درجة انصهار الرقائق العادية، مما يجعل من الصعب ذوبانه عند درجات حرارة الغزل النموذجية. علاوة على ذلك، يحتوي الغبار على كمية كبيرة من المواد غير المنصهرة والجسيمات المجمعة، مما يؤدي إلى تفاقم قابلية دورانه. لذلك، يجب أن يكون محتوى الغبار في الرقائق أقل من 0.1%.

2. تقليل محتوى الهلام في الرقائق
   يجب أن يكون محتوى الهلام في الرقائق منخفضًا قدر الإمكان، وخاصة التخلص من المواد الهلامية القديمة. المواد الهلامية عبارة عن بوليسترات متشابكة ثلاثية الأبعاد تتكون من التكسير الحراري للبوليستر وليس لها نقطة انصهار مميزة. يتأثر التحلل الحراري للبوليستر بعوامل مثل درجة الحرارة ومدة البقاء ووجود الأكسجين أثناء الإنتاج. لذلك، ينبغي تقليل وقت بقاء المنصهر أثناء البلمرة والغزل، والحفاظ على درجة حرارة منخفضة عندما يكون ذلك ممكنًا، مع تقليل استخدام الحاويات والأنابيب التي قد تؤدي إلى تحلل البوليمر.

يزيد وجود الجل بشكل كبير من كسر الدوران، مما يؤدي إلى ظهور خيوط طويلة داكنة تسبب بسرعة انسدادًا في المرشحات المسبقة والمكونات. يمكن أن توجد المواد الهلامية في ثلاثة أشكال في مكونات الغزل:

1. Tender Gel : هذا النوع من الجل يشبه المادة المصهورة في ظل ظروف المعالجة النموذجية ويتمتع بسيولة جيدة. إنه بوليستر ذو فترة جيل قصيرة وغير مرتبط بشدة. ويظهر ككيان فلورسنت أصفر صغير مختلط في رقائق البوليستر، يصعب تمييزه تحت الضوء الأبيض ولكنه مرئي تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية. يؤدي وجودها إلى كسر الغزل، وزيادة امتصاص صبغ الألياف، وضعف أداء الترشيح. ولا تستطيع وسائط الترشيح الدقيقة إزالتها، مما يؤثر سلبًا على عملية العصر.

2. الجل الناضج : يتمتع هذا الجل بفترة نمو أطول وأكثر صلابة. وفي ظل ظروف المعالجة القياسية، يظل شبه صلب مشوهًا، ويظهر باللون الأصفر وأحيانًا باللون البني تحت الضوء الأبيض. يسبب وجودها تكسرًا خطيرًا وزيادة امتصاص الصبغة في الألياف. يمكن عادةً تصفيته باستخدام وسائط ترشيح دقيقة، ولكنه يؤدي سريعًا إلى الانسداد.

3. الجل القديم : يتمتع هذا النوع بفترة نمو طويلة وترابط متقاطع كبير، مما يجعله مادة صلبة أكثر صلابة بدون هشاشة. ويظهر على شكل جزيئات بنية داكنة إلى سوداء تحت الضوء الأبيض، تشبه المواد المتفحمة. يمكن لهذه الجسيمات التي تسمى اللب الأسود، على الرغم من عدم حدوثها بشكل متكرر، أن تعطل بشدة استقرار الغزل وجودة المنتج. يمكن أن تؤدي إلى انسداد سريع للمرشحات المسبقة، وانسداد فتحات المغازل، وزيادة العيوب في المنتج، وبالتالي فإن وجودها غير مقبول.

4. تقليل البوليمرات عالية التبلور
   البوليمرات عالية التبلور هي أجزاء من البوليستر التي لها نقطة انصهار أعلى من 280 درجة مئوية ونسبة تبلور أكبر من 45% (في الرقائق الجافة). يمكن أن تظهر على شكل نوى بيضاء في الرقائق المبللة وتظهر مضانًا تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية. تتشكل هذه عندما يظل البوليستر الموضعي بالقرب من درجة حرارة الانصهار (260 درجة مئوية) لفترات طويلة أثناء الإنتاج والغزل. نظرًا لنقطة انصهارها العالية، يصعب ذوبانها تحت درجات حرارة الغزل النموذجية، مما قد يؤدي إلى تكوين مواد هلامية طرية أو مواد هلامية ناضجة في مكونات الغزل، مما يؤدي إلى الكسر والانسداد السريع. إذا دخلت هذه المكونات عالية الكريستال إلى الغزل، فإنها يمكن أن تسبب صباغة غير متساوية، وقوة شد غير متساوية، واستطالة غير متساوية، مما يؤدي إلى خيوط ضعيفة ومنخفضة القوة.

5. تقليل بقايا المحفز
   تظل محفزات الأسترة والتكثيف المتعدد المضافة أثناء عملية البلمرة في ذوبان البوليستر (الرقائق)، مما يؤثر على قابلية الدوران (أداء الترشيح). ولذلك، فمن الأهمية بمكان تحديد المحفزات المعدنية ذات التأثير الأدنى على قابلية الدوران أثناء البلمرة واستخدامها بشكل مقتصد لتقليل تأثيرها على أداء الغزل. في الوقت الحالي، تُستخدم أكاسيد الأنتيمون (Sb2O3) بشكل شائع كمحفزات بلمرة في إنتاج البوليستر في الصين، مع مستويات الاحتفاظ تتراوح من 2.0 إلى 4.5 جزء في المليون. يمكن أن يؤثر وجود الأنتيمون على لون البوليمر؛ يمكن أن تؤدي المستويات الأعلى إلى تقليل قيمة 'L' (زيادة اللون الرمادي)، مع زيادة التلوث داخل الشعيرات الدموية للمغازل، مما يؤدي إلى مزيد من كسر الغزل وتقليل قابلية الدوران. عند غزل ألياف فائقة الدقة، من الضروري استخدام رقائق البوليستر ذات المحتوى المحفز المنخفض مثل الأنتيمون.

يعتمد تقليل كمية المحفزات مثل الأنتيمون أثناء البلمرة على العملية والمعدات، بالإضافة إلى جودة ونقاء المحفزات، وخاصة Sb2O3. نظرًا لأن الأنتيمون نفسه وأكاسيده غير المكتملة (Sb2O5) ليس لها تأثير تحفيزي، فإن النقاء المنخفض لـ Sb2O3 الذي يحتوي على كميات كبيرة من الأنتيمون المعدني وأكاسيده سيتطلب استخدامًا متزايدًا لنفس التأثير الحفاز، مما يؤدي إلى رفع محتوى الأنتيمون النهائي للبوليمر. وقد لوحظت مشكلات مماثلة مع المحفزات الأخرى مثل المنغنيز والكوبالت، خاصة إذا كانت محفزات معدن الكالسيوم متضمنة، مما يؤدي إلى رواسب أكثر أهمية وتأثير أكبر على قابلية الدوران.

1. الحد الأدنى من محتوى TiO2 لتلبية متطلبات العتامة،
   يؤثر TiO2 سلبًا على أداء الدوران، خاصة عند وجود جزيئات TiO2 الكبيرة. وفي السابق، كانت نسبة الإضافة في الصين 0.5%، وتم تعديلها الآن إلى 0.3%. على المستوى الدولي، تحتوي رقائق البوليستر شبه اللامعة عادةً على معدلات إضافة TiO2 تتراوح من 0.15% إلى 0.3%. يحتوي TiO2 أيضًا على تأثيرين سلبيين: فهو يعمل كمحفز مهين للبوليستر، مما يعزز تحلله أثناء الدوران، كما أن مجاميعه غير قابلة للذوبان في ثلاثي إيثيلين جلايكول، مما يجعل من الصعب تنظيف مرشح الذوبان. بالإضافة إلى ذلك، يعد حجم جسيمات TiO2 المستخدم وخصائص الاستحلاب والتشتت في أوليغومرات الجليكول والبوليستر أمرًا بالغ الأهمية. إذا تجاوز حجم جسيم TiO2 0.3 ميكرومتر أو يتجمع بسهولة في معلق الجليكول، فإنه يؤدي إلى جزيئات مجمعة TiO2 أكبر من 0.3 ميكرومتر، مما يؤثر بشكل كبير على قابلية دوران البوليستر.

2. محتوى ثنائي إيثيلين جلايكول
   يتراوح المحتوى عمومًا من 0.7% إلى 1.5%، مع تفضيل الكميات الأعلى. ثنائي إيثيلين جلايكول (DEG) هو منتج ثانوي لتفاعل الكحول الثنائي أثناء البلمرة، وينشأ من زيادة جلايكول الإيثيلين، إلى جانب الإضافة المتعمدة أثناء عملية التكثيف. على الرغم من أن توليد DEG أثناء البلمرة أمر لا مفر منه، إلا أن التحكم المناسب في ظروف المعالجة يمكن ضبط مستوياته. يُعتقد أن الإضافة المتعمدة لـ DEG تعمل على تحسين قابلية الدوران وجودة الألياف النهائية.

تشير كمية DEG في البوليستر بشكل فعال إلى محتوى رابطة الأثير. يمكن لروابط الأثير في DEG أن تغير شرائح جلايكول الإيثيلين في جزيئات البوليستر الكبيرة، وبالتالي زيادة عدد روابط الأثير. نظرًا لأن روابط الأثير عبارة عن مجموعات ماصة للصبغة، فيمكنها تعزيز امتصاص الصبغة لألياف البوليستر (التي تحتوي بشكل طبيعي على عدد قليل جدًا من مجموعات امتصاص الصبغة). وفي الوقت نفسه، فإن وجود روابط الأثير يعطل الترتيب المنظم للجزيئات الكبيرة. تتمتع روابط الأثير أيضًا بقطبية جيدة وانتروبيا عالية، وبالتالي يمكنها خفض نقطة الانصهار وتقليل التبلور، وبالتالي تقليل قوة الألياف. ومع ذلك، فإن ارتفاع محتوى DEG يزيد من القيمة b (اللون الأصفر) لرقائق البوليستر، لذلك يجب التحكم في هذا المحتوى. الأهم من ذلك، أن توحيد محتوى DEG أمر بالغ الأهمية. إذا كانت الكمية عالية ولكنها تفتقر إلى التجانس، فمن الممكن أن تؤدي إلى إضعاف قابلية الدوران وتماسك الصباغة في الألياف. ومن الناحية المثالية، ينبغي أن يتراوح نطاق التقلب بين 0.05% و0.1%.

بالإضافة إلى ذلك، فإن زيادة روابط الأثير تقلل من نقطة انصهار رقائق البوليستر وتقلل من استقرار الأكسدة الحرارية؛ ومع ذلك، فإنه لا يؤثر على الاستقرار الحراري في ظل ظروف نقص الأكسجين. تُظهر البوليسترات ذات المحتوى العالي من DEG تبلورًا أقل، مما يؤدي إلى تبلور أبطأ أثناء الدوران، وهو أمر مفيد لإنتاج POY منخفض التبلور وعالي الاتجاه، مما يحسن جودة DTY النهائية.

1. ذوبان ذروة التبلور
   تشمل عملية غزل رقائق البوليستر جميع التغييرات التي تحدث أثناء الذوبان إلى التبريد والتشكيل. لا تؤثر قدرة تبلور البوليستر على تبلور الألياف واتجاهها فحسب، بل تتأثر أيضًا بظروف الغزل. تعد درجة حرارة التبلور الذائبة وارتفاع الذروة على منحنى كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي (DSC) من المؤشرات الهامة لقدرة تبلور البوليستر. نتائج التحليل الحراري لستة عينات مختلفة موضحة في الجدول 10-2.

من الجدول، من الواضح أن قابلية دوران رقائق البوليستر ترتبط ارتباطًا وثيقًا بدرجة حرارة تبلور الانصهار وشكل الذروة. تُظهر الرقائق ذات درجات حرارة الانصهار المنخفضة والتوزيعات الذروة الأكثر اتساعًا قابلية دوران أفضل؛ وعلى العكس من ذلك، فإن الرقائق ذات درجات حرارة الانصهار الأعلى وأشكال الذروة المحددة بدقة تظهر قدرة دوران أقل. بشكل عام، تعتبر رقائق البوليستر ذات درجات حرارة التبلور المنصهرة حوالي 170-180 درجة مئوية ذات قابلية دوران جيدة. إذا تم وصف قابلية الدوران من خلال قيمة الذروة، فإن الرقائق ذات القيم من 0.5 إلى 1.0 تعتبر أفضل، في حين أن تلك التي تقل عن 0.5 تظهر ضعف قابلية الدوران. يذوب البوليستر الذي يتبلور بسرعة كبيرة جدًا عند الخروج من المغزل ليشكل بسرعة هياكل بلورية، مما يعقد الاتجاه الموازي للجزيئات الكبيرة ويؤدي إلى انخفاض جودة الألياف. وفي عمليات التمدد اللاحقة، يجب أن يحدث الدوران عند درجات حرارة أعلى، مما يزيد من صعوبة التشوه. أثناء المزيد من ضبط الحرارة، غالبًا ما ينتج التبلور السريع كتل بلورية كبيرة ذات هياكل بلورية غير متساوية. كل هذه العوامل يمكن أن تؤدي إلى ضعف جودة المنتج النهائي. لذلك، يفضل استخدام البوليستر ذو درجة حرارة انصهار تبلور منخفضة ومعدل تبلور أبطأ.

2. متطلبات تجفيف الرقائق

تكون درجة حرارة الغزل للغزل عالي السرعة أعلى بشكل عام من 5 إلى 15 درجة مئوية مقارنة بالغزل التقليدي. وبالتالي، يجب أن يكون محتوى الرطوبة في الرقائق الجافة للغزل عالي السرعة أقل لتقليل التحلل المائي الذائب. علاوة على ذلك، أثناء الغزل عالي السرعة، إذا كانت هناك كميات دقيقة من الرطوبة في الذوبان، يمكن أن تنحصر الفقاعات الناتجة في تيار الذوبان الناعم المطرود من المغزل، مما يؤدي إلى خيوط متطايرة أو عيوب مخفية داخل خيوط مفردة، مما يسبب الشعر أو الكسر أثناء التمدد اللاحق. لذلك، يجب أن يكون محتوى الرطوبة في الرقائق الجافة أقل من 50 جزء في المليون، ومن الناحية المثالية أقل من 30 جزء في المليون. يؤثر ارتفاع محتوى الرطوبة سلبًا على اللزوجة المميزة للمصهور أثناء الغزل، مما يؤدي إلى تفاقم ظروف الغزل. للحفاظ على حالة الغزل الجيدة، لا يجب فقط أن يفي محتوى الرطوبة للرقائق الجافة بالمتطلبات، ولكن يجب أن يكون موحدًا أيضًا.

أثناء تجفيف الرقائق، تؤثر درجة حرارة التجفيف على كفاءة وجودة الرقائق الجافة. يجب أن تضمن درجة حرارة التجفيف التبخر الكامل والسريع للرطوبة مع منع انخفاض اللزوجة المميزة للرقائق أو اصفرار اللون عند درجات حرارة مرتفعة. أثناء التجفيف، يجب ألا تتجاوز درجة الحرارة الفعلية للرقائق 160 درجة مئوية، ويجب ألا تتجاوز درجة حرارة الهواء الساخن الجاف 185 درجة مئوية. يمكن أن تساعد زيادة حجم هواء التجفيف وخفض رطوبة هواء التجفيف على تحسين كفاءة التجفيف. يجب أيضًا أن يكون اختيار درجة الحرارة والوقت قبل التبلور مصممًا خصيصًا للمعدات ومواد الرقائق المختلفة. بالنسبة للرقائق التي تتبلور بسرعة، ينبغي استخدام درجات حرارة أقل وأوقات أقصر قبل التبلور.