【文章內(nèi)容簡介】 通管件分成三個(gè)熔體支管，各支管再各用三通管件分至六個(gè)紡絲位。 另一種為輻射式， 熔體總管到達(dá)箱體后，經(jīng)一個(gè)分配頭集中分出管線到備紡絲位。國產(chǎn)VD40 VC406紡絲機(jī)均采用這種分配形式。 紡絲箱體中的聯(lián)苯 —聯(lián)苯醚熱載體，用電熱棒進(jìn)行加熱．以減少各紡絲位之間熔體溫度的差異，確保出噴絲板前熔體溫度均勻。 86 (二 )計(jì)量泵與噴絲板 計(jì)量泵與噴絲板是化纖生產(chǎn)中使用的兩個(gè)高精密度標(biāo)準(zhǔn)件，成纖高聚物熔體經(jīng)計(jì)量泵以準(zhǔn)確的計(jì)量送至噴絲頭組件，再從噴絲板上的噴絲孔擠出完成纖維成形。 1．計(jì)量泵 熔體紡絲用計(jì)量泵屬于高溫齒輪泵類型，高壓紡絲用齒輪泵為 JRG型。齒輪泵的結(jié)構(gòu)比較簡單，如圖 1—13所示。 87 ?2．噴絲板 噴絲板的形狀有圓形和矩形兩種，圓形噴絲板加工方便，容易密封，所以使用比較廣泛。矩形噴絲板主要用于紡制短纖維 ?噴絲孔的幾何形狀直接影響熔體的流動特性，從而影響纖維成形。噴絲孔通常由導(dǎo)孔和毛細(xì)孔兩段構(gòu)成，除紡異形絲的噴絲孔外，毛細(xì) 7L都是圓柱形的，導(dǎo)孔則有圓筒漏斗形、圓筒平底形、圓錐形和雙曲面形等。依次見圖 —13(a)一 (d)。 88 (三 )絲條冷卻裝置 從噴絲孔噴出的熔體細(xì)流經(jīng)紡絲吹風(fēng)竊和冷卻套簡，向周圍空氣放出大量凝固熱，為此必須進(jìn)行對流熱交換。吹風(fēng)形式有兩種，即側(cè)吹風(fēng)和環(huán)形吹風(fēng)。 1．側(cè)吹風(fēng) 目前滌綸長絲紡絲常采用側(cè)吹風(fēng)，其結(jié)構(gòu)如圖 14所示。 89 2．環(huán)形吹風(fēng) 環(huán)形吹風(fēng)是從絲束周圍吹向絲條 ，可克服凝固的絲條偏離垂直位置產(chǎn)生的彎曲，甚至互相碰撞粘結(jié)導(dǎo)并絲等缺點(diǎn)。圖 15為一種結(jié)構(gòu)較為簡單的環(huán)吹風(fēng)形式。 還有 —種徑向吹風(fēng)裝置， 該裝置是在圓形噴絲板中間的無孔區(qū)，自下方插入一個(gè)圓筒，在采用 9001000孔甚至更多紡絲孔的噴絲板生產(chǎn)短纖維時(shí)，這是一種簡單有效的均勻冷卻方法，如圖 1—14所示。 90 91 (四 )卷繞裝置 成形絲條經(jīng)紡絲室和甬道冷卻固化后，幾乎是完全干燥的，為避免產(chǎn)生靜電，并進(jìn)行正常的卷繞，必須先行給濕和上油，然后卷繞。根據(jù)后加工的特點(diǎn)，一般長絲卷繞成筒管，而短纖維則盛于大型條桶中。因此，卷繞機(jī)由上油機(jī)構(gòu)、導(dǎo)絲機(jī)構(gòu)和卷繞機(jī)構(gòu)三部分組成。 按照纖維和油劑種類，上油盤有一層、二層和作為特殊用途的三層等形式。國產(chǎn)紡絲機(jī)每位有兩個(gè)油盤，可分別給濕和上油，也可將給濕和上油結(jié)合起來。 92 2．導(dǎo)絲機(jī)構(gòu) 導(dǎo)絲機(jī)構(gòu)也稱紡絲盤，所謂紡絲速度就是指導(dǎo)絲盤轉(zhuǎn)動的線速度。絲的卷繞也應(yīng)與它同步進(jìn)行。 長絲紡絲機(jī)一般采用兩個(gè)導(dǎo)絲盤。為了保證絲條有一定的張緊力，上下導(dǎo)絲盤直徑有微小的差異，后一盤比前一盤大％。為便于清除廢絲，導(dǎo)絲盤具有一定的錐度。 短纖維紡絲機(jī)每個(gè) 紡絲位均設(shè)導(dǎo)絲盤，但在正常紡絲時(shí)多個(gè)部位合用一導(dǎo)絲盤，在出絲不正常時(shí)其余導(dǎo)絲盤則用來繞廢絲，故又叫廢絲盤。 93 3．卷繞機(jī)構(gòu) 卷繞機(jī)主要用于初生纖維的卷繞成型。 長絲卷統(tǒng)機(jī)的結(jié)構(gòu)由往復(fù)機(jī)構(gòu)、筒管及其傳動裝置組成，將卷繞絲卷成筒子形式 (圖 16)。 94 四、紡絲過程的主要工藝參數(shù) 熔體紡絲過程中有許多參變數(shù)，這些參變效決定纖維形成的歷程和紡出纖維的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，生產(chǎn)上就是通過控制這些參數(shù)來制得所要求性能的纖維。 為方便起見，按工藝過程把生產(chǎn)中控制的主要紡絲參數(shù)歸納成熔融條件、噴絲條件、固化條件、繞絲條件等項(xiàng)，現(xiàn)加以討論。 95 (一 )熔融條件和紡絲熔體質(zhì)量 這里主要指切片紡絲 (間接紡絲 )時(shí)，高聚物切片熔融及熔體輸送過程的條件。若采用直接紡絲，則僅述及熔體輸送。 1．螺桿各區(qū)溫度的選擇與控制 切片自進(jìn)料后被螺桿不斷推向前進(jìn)，經(jīng)過冷卻區(qū)，冷卻區(qū)溫度一般為 50— I00 ℃ 。然后進(jìn)入預(yù)熱段，被套筒壁逐漸加熱，到達(dá)預(yù)熱段末端緊靠壓縮段時(shí)，溫度達(dá)到熔點(diǎn)。在壓縮段切片全部轉(zhuǎn)化為流體．而在計(jì)量段內(nèi)的物料，則全部為溫度高于熔點(diǎn)的熔體。 96 (1)預(yù)熱段溫度： 為保證螺桿的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在預(yù)熱段內(nèi)切片不應(yīng)過早熔化．但同時(shí)又要使切片在達(dá)到壓縮段時(shí)溫度能達(dá)到熔融溫度，因此預(yù)熱段套筒壁就必須保持一個(gè)合適的溫度。 (2)螺桿其他各加熱區(qū)溫度： 螺桿的另一重要加熱區(qū)在壓縮段，切片在該區(qū)內(nèi)要吸收熔融熱并提高熔體溫度，故該區(qū)溫度 T3可適當(dāng)高一些，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，可按下式確定： 97 98 第四加熱區(qū)基本上位于計(jì)量段 ，只有一節(jié)還位于壓縮段內(nèi)。這一區(qū)的主要作用是使切片進(jìn)一步完全熔化。該區(qū)溫度一般可比三區(qū)溫度下降2—6℃ ，即 t4＝ t3一 (2—6℃ )。對熔點(diǎn)較高的切片或三區(qū)溫度較高時(shí)，下降幅度可大些。對于熔點(diǎn)在 255℃ 以上的聚酸切片，四區(qū)溫度約為285℃ 左右。 第五加熱區(qū)位于計(jì)量段并靠近螺桿出口，其主要作用是保持一定的熔體溫度，使熔體粘度恒定，確保穩(wěn)壓輸送。該區(qū)溫度一般可比四區(qū)加熱溫度下降 2—5℃ ，即 t5＝ t4一 (2—5℃ )，熔點(diǎn)高時(shí)下降幅度可大些，切片特性粘度大時(shí)下降幅度可小些。 99 2．熔體輸送過程中溫度的選擇與控制 螺桿通過法蘭與彎管相接，由于法蘭區(qū)本身較短，對熔體溫度影響不大，但法蘭散熱較大，故該區(qū)溫度也不宜過低，一般法蘭區(qū)溫度 T6可與五區(qū)相等，或略低于五區(qū)溫度，即 t6＝ t5一 (0—2℃ ) ? 彎管則起輸送熔體及保溫作用，由于彎管較長，熔體在其中約停留 1． 5min左右，對聚酯降解影響較大。一般彎管區(qū)溫度可接近或略低于紡絲熔體溫度，通常宜在 275—280℃ 范圍內(nèi)。據(jù)經(jīng)驗(yàn)估算，彎管區(qū)溫度可較 PE丁熔點(diǎn)高 14—20℃ ，即： t7＝ tm十 (14~20℃ ) 100 3．熔體溫度與熔體粘度的選定 由于熔體溫度直接影響熔體粘度即熔體的流變性能，同時(shí)對熔體細(xì)流的冷卻固化效果、初生纖維的結(jié)構(gòu)以及拉伸性能都有很大影響，所以正確地選擇與嚴(yán)格控制熔體溫度十分重要。 溫度對熔體粘度的影響與 PET的分子量有關(guān)，分子量低于 20220的 PET，其熔體枯度與溫度呈明顯的線性函數(shù)關(guān)系，而分子量超過20220時(shí)則呈非線性函數(shù)關(guān)系。 101 熔體流出噴絲板孔道前的溫度 ts稱紡絲溫度或擠出溫度。 紡絲熔體溫度的提高是有一定限制的，它主要受到高聚物熱裂解溫度 (td)和熔體粘度的限制。因此，選擇紡絲熔體溫度時(shí)應(yīng)滿足下式： td＞ Ts＞ tm(或 tf) 熔紡合成纖維諸品種， td約在 300℃ 左右。 102 (二 )噴絲條件 1．泵供量 泵供量的精確性和穩(wěn)定性直接影響成絲的纖度及其均勻性。熔紡計(jì)量泵的泵供量除與泵的轉(zhuǎn)數(shù)有關(guān)外，并與熔體粘度、泵的進(jìn)出口熔體壓力等因素有關(guān) .螺桿的擠出量隨擠出壓力的大小而改變。因此．欲使泵供量恒定，就必須保持 —定的熔體壓力，亦即要求螺桿轉(zhuǎn)數(shù)一定，熔體擠出量恒定。 103 2．噴絲頭組件結(jié)構(gòu)與質(zhì)量 ?噴絲頭組件的結(jié)構(gòu)是否合理與噴絲板質(zhì)量好壞，以及噴絲板清洗及檢查工作優(yōu)劣，均對紡絲及纖維質(zhì)量有很大影響。 ?熔體在進(jìn)入噴絲孔前，應(yīng)先經(jīng)仔細(xì)過濾，在高壓紡絲時(shí)，則往往來用更稠密的燒結(jié)金屬濾層、厚層石英矽、 A1203，顆粒、玻璃球等組合使用。 ? 為使纖維成形良好，就應(yīng)使熔體均勻穩(wěn)定地分配到每 ——個(gè)噴絲孔中去，這個(gè)任務(wù)由噴絲頭組件內(nèi)耐壓 (擴(kuò)散 )板、分配板及粗濾網(wǎng)和濾沙來完成。 104 3．紡絲熔體壓力 ?紡絲熔體壓力系指在噴絲頭組件中的熔體壓力，而不是指螺桿出口處的熔體壓力，它與纖維質(zhì)量均勻性密切相關(guān)。當(dāng)熔體壓力升至 10一 25MPa范圍內(nèi)時(shí)，則卷繞絲質(zhì)量較好，雙拆射及其不勻率較低，纖維機(jī)械件能也較好，因此高壓紡絲技術(shù)獲得了越來越普遍的應(yīng)用。 105 (三 )絲條冷卻固化條件 絲條冷卻固化條件對纖維結(jié)構(gòu)與性能有決定性的影響．為提高聚酯熔體細(xì)流的冷卻速度及其均勻性，生產(chǎn)中普通采用冷卻吹風(fēng)。 1．冷卻次風(fēng)方式 冷卻吹風(fēng)方式主要分為直吹風(fēng)和橫吹風(fēng)兩大類。直吹風(fēng)是冷風(fēng)和纖維平行流動，又分為順流型上吹風(fēng)和逆流型下吹風(fēng)，橫吹風(fēng)是冷風(fēng)垂直吹向纖維或以一定角度吹向纖維的一種形式，它又分為單面?zhèn)却碉L(fēng)，雙面?zhèn)却碉L(fēng)及環(huán)形吹風(fēng)等不同方式。直吹風(fēng)方式傳熱系數(shù)較小，冷卻效果較差，因此主要發(fā)展趨勢是用橫吹風(fēng)。 106 107 2．冷卻吹風(fēng)工藝條件 冷卻吹風(fēng)工藝條件主要包括風(fēng)溫、風(fēng)濕、風(fēng)速 (風(fēng)量 )、冷卻位置等。 (1)風(fēng)溫與風(fēng)濕； 風(fēng)溫的選定與成纖高聚物的玻璃化溫度、紡絲速度、產(chǎn)品纖度、設(shè)備特征(包括吹風(fēng)方式）等因素有關(guān)。 ① 在采用單面?zhèn)却碉L(fēng)時(shí)， 隨進(jìn)風(fēng)溫度提高 (在22—32℃ 范圍內(nèi) )，卷繞絲斷裂強(qiáng)度有所提高。 ② 在較高的紡絲速度下，熱交換量增加，應(yīng)加快絲條冷卻速度，風(fēng)溫宜低。 如紡速為 1500m／ min時(shí)，送風(fēng)溫度確定為 22℃ ；在紡速 600m／ min時(shí)，送風(fēng)溫度以 29度為好。 108 風(fēng)溫的高低直接影響初生纖維的預(yù)取向度，卷繞絲的雙折射總是隨風(fēng)溫的升高而降低，而在某一定溫度以上，則隨風(fēng)溫的升高而增大。 ③ 在滌綸紡絲成形時(shí)，送風(fēng)濕度對紡絲質(zhì)量影響不大，這主要是由于滌綸吸濕性小，且在紡絲過程中又基本不發(fā)生結(jié)晶；紡制短纖維時(shí)，對卷繞成形要求稍低，送風(fēng)濕度可采用相對濕度 70％一 80％，也可采用相對濕度為 100％的露點(diǎn)風(fēng)。 109 (2)風(fēng)速及其分布： 風(fēng)速和風(fēng)速分布是影響紡絲成形的重要因素。風(fēng)速的分布形式多種多樣，在采用不同孔徑的均勻分布環(huán)形吹風(fēng)裝置時(shí)，紡絲成形效果良好 對側(cè)吹風(fēng)，風(fēng)速分布一般有均勻直形分布、弧形分布及 s形分布三種形式。采用單面?zhèn)却碉L(fēng)時(shí)，紡速 600一 900m／ min、風(fēng)溫 26—28℃ 、送風(fēng)相對濕度 70％一 80％，風(fēng)速為 ／ min較好，且隨紡速提高，最佳風(fēng)速點(diǎn)向較大風(fēng)速偏移。相反，采用環(huán)形吹風(fēng)時(shí)，最佳風(fēng)速點(diǎn)向較小風(fēng)速偏移，顯然這是由于環(huán)形吹風(fēng)易于穿過絲束之故。 110 (四 )卷繞工藝條件 1．紡絲卷繞速度 卷繞速度通稱紡絲速度，是影響卷繞絲預(yù)取向度的重要因素。 紡絲速度越高，紡絲線上速度梯度越大，且絲束與冷卻空氣的摩擦力提高．致使卷繞絲分子取向度高，雙折射增加。后拉伸倍數(shù)降低。在 l000一 1600m／ min范圍內(nèi)．卷繞絲的雙折射和卷繞速度成直線關(guān)系；若卷繞速度達(dá)到 5000m／ min以上時(shí)，就可能得到接近于完全取向的纖維。 111 112 2．上油和給濕 卷繞絲上油給濕目的是為了增加絲束的集束性、抗靜電性、平滑性，以滿足后加工要求。 卷繞絲上油量直接決定成品絲的含油量。上油量視絲的最終用途而定，機(jī)織用絲為 ％一 ％，針織用絲為 ％，加彈用絲為 ％一 ％。油輪轉(zhuǎn)速 10一20r/min，油劑濃度 l0％一 16％。 POY含油率 . ％一 ％。 113 3．噴絲頭拉件比 噴絲頭拉伸比是指第一導(dǎo)絲盤速度 (卷繞速度 )與熔體噴出線速度之比。 噴絲頭拉伸比對卷繞絲預(yù)取向度影響較小，除較小范圍內(nèi)以外，卷繞絲的雙折射與噴絲頭拉伸比幾乎無關(guān)。 4．卷繞車間溫濕度 為確保初生纖維吸濕均勻和卷裝成型良好，卷統(tǒng)車間的濕濕度要控制在一定范圍內(nèi)。 114 五、聚酯短纖維的紡絲工藝 115 1．紡絲溫度 紡絲時(shí)螺桿各區(qū)溫度控制在 290一 300 ℃ ，紡絲箱體溫度控制在 285—290℃ 。紡絲溫度過高會導(dǎo)致熔體枯度下降，造成氣泡絲；溫度過低則使熔體粘度增高，造成熔體輸送困難而出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，成形時(shí)產(chǎn)生異常絲。生產(chǎn)要求紡絲溫度波動范圍越小越好，一般不超過土 2℃ 。 116 聚酯短纖維熔體紡絲壓力為 稱為低壓紡絲， 15MPa以上稱為高壓紡絲。低壓紡絲時(shí)，一般需升高紡絲溫度，以改善熔體的流變性能，這易引起熱降解；而采用高壓紡絲時(shí)，由于組件內(nèi)濾層厚而密，熔體在高壓下強(qiáng)制通過濾層會產(chǎn)生大的壓力降，使熔體溫度升高。 壓力每升高 l0MPa，熔體溫度約升高 3—4℃ 。 因此采用高壓紡絲可降低紡絲箱體的溫度。在紡絲過程中，必須建立穩(wěn)定的壓力，以保證紡絲溫度恒定。 117 ?聚酯短纖維生產(chǎn)中，環(huán)形吹風(fēng)的溫度一般為30土 2℃ 、風(fēng)的濕度為 70％一 80％。 ?吹風(fēng)速度對成形的影響比風(fēng)溫和風(fēng)濕更大，隨著紡絲速度的提高或孔數(shù)增多，吹風(fēng)速度應(yīng)相應(yīng)加大，生產(chǎn)上一般采用 ~／ s。吹風(fēng)速度的分布可為弧形或直形分布，均能達(dá)到良好的冷卻效果。一般在噴絲板下 10cm處開始吹風(fēng)，其目的是使熔體細(xì)流在其上一段距離內(nèi)保持靜止?fàn)顟B(tài)，同時(shí)避免冷卻氣流影響噴絲板面的溫度。 118 4．紡絲速度 ?聚酯短纖維紡絲速度為 1000m／ min時(shí)，后拉伸倍數(shù)約為 4倍；當(dāng)紡絲速度增大到 1700m／ min時(shí)，后拉伸倍數(shù)只有2． 5倍。為使卷繞絲具有良好的后加工性能、常規(guī)紡絲纖維的紡絲速度控制在 2022