Nombre Parcourir:0 auteur:Éditeur du site publier Temps: 2026-01-15 origine:Propulsé
Les exigences en matière de qualité du polyester et de séchage des copeaux dans le filage à grande vitesse
La filature de polyester peut être classée en deux types : la filature directe par fusion et la filature de copeaux. Les différentes fontes et éclats de polyester affectent considérablement la qualité du filage et des produits finis. Les conditions de filage et la qualité du POY (Partally Oriented Yarn) ne sont pas seulement liées au poids moléculaire relatif du polyester et à sa répartition, aux propriétés rhéologiques de la masse fondue et à la capacité thermique des copeaux, mais également liées à la teneur en particules agrégées dans les copeaux, aux résidus des catalyseurs ajoutés lors de la polymérisation, à la teneur en cendres, à d'autres impuretés mécaniques et aux caractéristiques du TiO2 ajouté. Différents processus de filage conduisent à différentes situations de filage et ont donc des exigences différentes en matière de matières premières. La filature à grande vitesse impose les exigences suivantes en matière de qualité du polyester :
La teneur en impuretés mécaniques et en particules agrégées dans le polyester doit être aussi faible que possible. La valeur de fluctuation de la viscosité caractéristique de la matière fondue devrait idéalement être inférieure à 0,01, avec une valeur centrale comprise entre 0,63 et 0,68, avec une préférence légèrement plus élevée. Une viscosité caractéristique plus élevée est bénéfique pour produire un bon POY, mais une viscosité excessive peut entraîner des difficultés de filage et une pilosité accrue.
La distribution du poids moléculaire relatif du polyester doit être étroite, avec un indice de distribution α petit (α < 2,2), et le poids moléculaire relatif moyen doit être modéré. Un α plus grand entraîne une mauvaise formation du filage, entraînant une pilosité et une fusion, de nombreux défauts et des fluctuations significatives de la viscosité du fil non huilé et de la résistance des fibres. Un poids moléculaire relatif plus élevé permet au polymère de résister à une tension élevée pendant le filage, ce qui est favorable. Cependant, si le poids moléculaire relatif est trop élevé, les longues chaînes moléculaires peuvent ne pas se déplier et se redresser facilement, ce qui nécessite une plus grande force pour l'orientation moléculaire, ce qui peut entraîner une orientation incomplète. À l’inverse, si le poids moléculaire relatif est trop faible, les chaînes moléculaires plus courtes peuvent se briser sous la tension lorsqu’elles sont extrudées de la filière et étirées pour s’orienter. Par conséquent, le poids moléculaire relatif moyen doit être modéré. Le poids moléculaire relatif du polyester détermine en grande partie les performances des fibres et a un impact significatif sur les conditions du processus de filage. La plage optimale de poids moléculaire relatif doit être choisie dans une région où elle est la moins sensible aux conditions du processus de filage et à la qualité du produit.
Les performances de filtration du polyester fondu doivent être bonnes. Les performances de filtration du polyester fondu peuvent être décrites et déterminées à l'aide de la perte de charge moyenne ΔP sur un temps déterminé G (en minutes) sur une surface de filtration S (en m²). Sa valeur A est appelée coefficient de filtration, qui s'exprime comme suit :
Si la valeur de A est petite, cela indique de bonnes performances de filtration. Les copeaux ayant de bonnes performances de filtration présentent une phase de pression initiale relativement stable à la sortie du pré-filtre, qui diminue ensuite progressivement. En revanche, une mauvaise performance de filtration ne montre aucune phase stable et la pression chute rapidement, souvent de manière linéaire.
Faible teneur en poussière dans les copeaux
Une teneur élevée en poussière dans les copeaux peut provoquer un collage important sur la filière, les nouvelles filières présentant des phénomènes de collage seulement 8 à 12 heures après utilisation. Cela entraîne une détérioration de la formation du filage et peut même entraîner des filaments cassés ou des défauts de bloc, raccourcissant ainsi la durée de vie des composants du filage. L'accumulation de poussière peut remplir les fenêtres de soufflage latérales, affectant la vitesse et l'uniformité du flux d'air de refroidissement, entraînant ainsi un POY de mauvaise qualité. Le point de fusion de la poussière est de 10 à 15 °C plus élevé que celui des copeaux ordinaires, ce qui rend difficile sa fusion aux températures de filage habituelles. De plus, la poussière contient une quantité considérable de matières non fondues et de particules agrégées, ce qui nuit à sa filabilité. Par conséquent, la teneur en poussière des copeaux doit être inférieure à 0,1 %.
Minimiser la teneur en gel des copeaux
La teneur en gel des copeaux doit être aussi faible que possible, en particulier en éliminant les vieux gels. Les gels sont des polyesters réticulés en trois dimensions formés par la fissuration thermique du polyester et n'ont pas de point de fusion distinct. La dégradation thermique du polyester est influencée par des facteurs tels que la température, le temps de séjour et la présence d'oxygène pendant la production. Par conséquent, le temps de séjour de la matière fondue pendant la polymérisation et le filage doit être minimisé, en maintenant une température basse lorsque cela est possible, tout en minimisant l'utilisation de conteneurs et de tuyaux pouvant conduire à une dégradation du polymère.
La présence de gel augmente considérablement la casse du filage, ce qui entraîne la formation de longs filaments sombres qui provoquent rapidement un blocage des préfiltres et des composants. Les gels peuvent exister sous trois formes dans les composants en filature :
Gel tendre : Ce type de gel ressemble à la fonte dans des conditions de traitement typiques et a une bonne fluidité. C'est un polyester avec une période de génération courte et peu réticulé. Il apparaît comme une micro entité fluorescente jaune mélangée aux copeaux de polyester, difficile à distinguer sous lumière blanche mais visible sous lumière UV. Sa présence entraîne une casse du filage, une augmentation de l’absorption du colorant par les fibres et une moindre performance de filtration. Les médias de filtration fins ne peuvent pas l'éliminer, ce qui affecte négativement le processus d'essorage.
Gel Mature : Ce gel a une période de croissance plus longue et est plus résistant. Dans des conditions de traitement standard, il reste un semi-solide déformé, apparaissant jaunâtre et parfois brun sous la lumière blanche. Sa présence provoque de graves cassures et une augmentation de la fixation des colorants dans les fibres. Il peut généralement être filtré à l’aide d’un média filtrant fin, mais conduit rapidement à un blocage.
Old Gel : Ce type a une longue période de croissance et une réticulation importante, ce qui en fait un solide plus dur et sans fragilité. Il apparaît sous la forme de particules brun foncé à noires sous la lumière blanche, ressemblant à un matériau carbonisé. Ces particules dites à noyau noir, bien que peu fréquentes, peuvent gravement perturber la stabilité du filage et la qualité du produit. Ils peuvent conduire à un blocage rapide des préfiltres, au colmatage des trous de filière et à une augmentation des défauts du produit, leur présence est donc inacceptable.
Minimiser les polymères à haute teneur en cristaux Les
polymères à haute teneur en cristaux sont des portions de polyester qui ont un point de fusion supérieur à 280 °C et une cristallinité supérieure à 45 % (en copeaux secs). Ils peuvent apparaître sous forme de noyaux blancs dans des copeaux humides et présenter une fluorescence sous la lumière UV. Ceux-ci se forment lorsque le polyester localisé reste proche de la température de fusion (260°C) pendant des périodes prolongées pendant la production et le filage. En raison de leur point de fusion élevé, ils sont difficiles à fondre aux températures de filage typiques, formant potentiellement des gels tendres ou des gels matures dans les composants de filage, entraînant des cassures et des blocages rapides. Si ces composants à haute teneur en cristaux pénètrent dans le fil, ils peuvent provoquer une teinture inégale, une résistance à la traction inégale et un allongement inégal, ce qui entraîne des filaments faibles et de faible résistance.
Minimiser les résidus de catalyseurs
Les catalyseurs d'estérification et de polycondensation ajoutés pendant le processus de polymérisation restent dans le polyester fondu (copeaux), affectant la filabilité (performances de filtration). Par conséquent, il est crucial de sélectionner des catalyseurs métalliques ayant un impact minimal sur la filabilité pendant la polymérisation et de les utiliser avec parcimonie pour réduire leur influence sur les performances de filage. Actuellement, les oxydes d'antimoine (Sb2O3) sont couramment utilisés comme catalyseurs de polymérisation dans la production de polyester en Chine, avec des niveaux de rétention allant de 2,0 à 4,5 ppm. La présence d'antimoine peut affecter la couleur du polymère ; des niveaux plus élevés peuvent réduire la valeur « L » (augmenter la grisaille), tout en augmentant l'encrassement à l'intérieur des capillaires de la filière, conduisant à davantage de cassures de filage et à une capacité de filage réduite. Lors du filage de fibres ultrafines, il est crucial d’utiliser des copeaux de polyester à faible teneur en catalyseur comme l’antimoine.
La réduction de la quantité de catalyseurs comme l'antimoine pendant la polymérisation dépend du procédé et de l'équipement, ainsi que de la qualité et de la pureté des catalyseurs, en particulier du Sb2O3. Étant donné que l'antimoine lui-même et ses oxydes incomplets (Sb2O5) n'ont aucun effet catalytique, une faible pureté de Sb2O3 contenant des quantités importantes d'antimoine métallique et de ses oxydes nécessiterait une utilisation accrue pour le même effet catalytique, augmentant ainsi la teneur en antimoine du polymère final. Des problèmes similaires sont observés avec d'autres catalyseurs comme le manganèse et le cobalt, en particulier si des catalyseurs à base de calcium métallique sont impliqués, conduisant à des dépôts plus importants et à un impact plus important sur la filabilité.
Teneur minimale en TiO2 pour répondre aux exigences d'opacité.
Le TiO2 affecte négativement les performances de filage, en particulier lorsque de grosses particules de TiO2 sont présentes. Auparavant, le montant de l'addition en Chine était de 0,5 %, désormais révisé à 0,3 %. À l'échelle internationale, les copeaux de polyester semi-mats ont généralement des taux d'ajout de TiO2 compris entre 0,15 % et 0,3 %. Le TiO2 a également deux effets néfastes : il sert de catalyseur de dégradation du polyester, favorisant sa dégradation lors du filage, et ses agrégats sont insolubles dans le triéthylène glycol, ce qui rend difficile le nettoyage du filtre de fusion. De plus, la taille des particules du TiO2 utilisé et ses caractéristiques d’émulsification et de dispersion dans les oligomères de glycol et de polyester sont cruciales. Si la taille des particules de TiO2 dépasse 0,3 μm ou s'agrège facilement dans une suspension de glycol, il en résulte des particules agrégées de TiO2 supérieures à 0,3 μm, ce qui a un impact significatif sur la filabilité du polyester.
Teneur en diéthylène glycol
La teneur varie généralement de 0,7 % à 1,5 %, avec une préférence pour des quantités plus élevées. Le diéthylène glycol (DEG) est un sous-produit de la réaction binaire de l'alcool pendant la polymérisation, résultant de l'excès d'éthylène glycol, ainsi que de l'ajout intentionnel pendant le processus de condensation. Bien que la génération de DEG pendant la polymérisation soit inévitable, un contrôle approprié des conditions de traitement peut ajuster ses niveaux. On pense que l’ajout intentionnel de DEG améliore la filabilité et la qualité des fibres finales.
La quantité de DEG dans le polyester fait effectivement référence à la teneur en liaisons éther. Les liaisons éther dans le DEG peuvent modifier les segments d'éthylène glycol dans les macromolécules de polyester, augmentant ainsi le nombre de liaisons éther. Étant donné que les liaisons éther sont des groupes absorbant les colorants, elles peuvent améliorer l’absorption des colorants par les fibres de polyester (qui contiennent naturellement très peu de groupes absorbant les colorants). Pendant ce temps, la présence de liaisons éther perturbe la disposition ordonnée des macromolécules. Les liaisons éther ont également une bonne polarité, une entropie élevée et peuvent ainsi abaisser le point de fusion et diminuer la cristallinité, réduisant ainsi la résistance des fibres. Cependant, une teneur plus élevée en DEG augmente la valeur b (teinte jaune) des copeaux de polyester, cette teneur doit donc être contrôlée. Il est important de noter que l’uniformité du contenu DEG est cruciale. Si la quantité est élevée mais manque d’uniformité, elle peut néanmoins nuire à la filabilité et à la consistance de la teinture des fibres. Idéalement, la plage de fluctuation devrait être comprise entre 0,05 % et 0,1 %.
De plus, une augmentation des liaisons éther réduit le point de fusion des copeaux de polyester et diminue la stabilité à l'oxydation thermique ; cependant, cela n’affecte pas la stabilité thermique dans des conditions anoxiques. Les polyesters à teneur élevée en DEG présentent une cristallisation plus faible, ce qui entraîne une cristallisation plus lente pendant le filage, ce qui est bénéfique pour produire du POY à faible cristallinité et à orientation élevée, améliorant ainsi la qualité du DTY final.
Pics de cristallisation de fusion
Le processus de filage des copeaux de polyester englobe tous les changements se produisant pendant la fusion jusqu'au refroidissement et au façonnage. La capacité de cristallisation du polyester influence non seulement la cristallinité et l’orientation des fibres, mais est également affectée par les conditions de filage. La température de fusion et la hauteur du pic sur la courbe DSC sont des indicateurs significatifs de la capacité de cristallisation d'un polyester. Les résultats de l'analyse thermique de six échantillons différents sont présentés dans le tableau 10-2.
D'après le tableau, il est évident que l'aptitude au filage des copeaux de polyester est étroitement liée à leur température de fusion et de cristallisation et à la forme de leurs pics. Les copeaux avec des températures de fusion et de cristallisation plus basses et des distributions de pics plus larges et plus plates présentent une meilleure aptitude au filage ; à l’inverse, les copeaux ayant des températures de fusion plus élevées et des formes de pics nettement définies présentent une moins bonne aptitude au filage. Généralement, les copeaux de polyester avec des températures de cristallisation de fusion autour de 170-180°C sont considérés comme ayant une bonne filabilité. Si l'on caractérise la filabilité par valeur maximale, les copeaux avec des valeurs comprises entre 0,5 et 1,0 sont considérés comme meilleurs, tandis que ceux inférieurs à 0,5 montrent une mauvaise filabilité. Les polyesters fondus qui cristallisent trop rapidement à la sortie de la filière forment rapidement des structures cristallines, compliquant l'orientation parallèle des macromolécules et entraînant une qualité de fibre inférieure. Lors des processus d'étirement ultérieurs, le filage doit avoir lieu à des températures plus élevées, ce qui augmente la difficulté de déformation. Lors d'un thermofixage ultérieur, une cristallisation rapide produit souvent de gros blocs cristallins avec des structures cristallines inégales. Tous ces facteurs peuvent conduire à une mauvaise qualité du produit final. Par conséquent, un polyester ayant une température de fusion et de cristallisation plus basse et une vitesse de cristallisation plus lente est préféré.
La température de filage pour le filage à grande vitesse est généralement de 5 à 15 °C plus élevée que pour le filage conventionnel. Ainsi, la teneur en humidité des copeaux secs destinés au filage à grande vitesse doit être inférieure pour réduire l'hydrolyse à l'état fondu. De plus, lors du filage à grande vitesse, même si des quantités infimes d'humidité sont présentes dans la matière fondue, les bulles résultantes peuvent être piégées dans le fin flux de matière fondue expulsé de la filière, entraînant des filaments volants ou des défauts cachés dans les filaments uniques, provoquant une pilosité ou une rupture lors de l'étirement ultérieur. Par conséquent, la teneur en humidité des copeaux secs doit être inférieure à 50 ppm, idéalement inférieure à 30 ppm. Une teneur en humidité plus élevée affecte négativement la viscosité caractéristique de la masse fondue pendant le filage, aggravant ainsi les conditions de filage. Pour maintenir un bon état de filage, non seulement la teneur en humidité des copeaux secs doit répondre aux exigences, mais elle doit également être uniforme.
Pendant le séchage des copeaux, la température de séchage affecte à la fois l'efficacité et la qualité des copeaux secs. La température de séchage doit assurer l'évaporation complète et rapide de l'humidité tout en évitant une diminution de la viscosité caractéristique des copeaux ou un jaunissement de la teinte à des températures élevées. Pendant le séchage, la température réelle des copeaux ne doit idéalement pas dépasser 160°C et la température de l'air chaud de séchage ne doit pas dépasser 185°C. L'augmentation du volume d'air de séchage et la diminution de l'humidité de l'air de séchage peuvent contribuer à améliorer l'efficacité du séchage. Le choix de la température et de la durée de précristallisation doit également être adapté aux différents équipements et matériaux des puces. Pour les copeaux qui cristallisent rapidement, des températures plus basses et des temps de pré-cristallisation plus courts doivent être utilisés.
