一步法錦綸分纖母絲紡絲設(shè)備及工藝探討

許海軍

摘要：文章介紹了一步法生產(chǎn)錦綸分纖母絲的紡絲設(shè)備及工藝特點(diǎn)，詳細(xì)論述了螺桿擠壓機(jī)、熔體管道系統(tǒng)、紡絲組件、冷卻裝置及牽伸卷繞機(jī)的設(shè)備特征。并以生產(chǎn)錦綸264 dtex/8 f的分纖母絲為例，探討了錦綸分纖母絲的高速紡絲、牽伸-卷繞-熱定形等工藝特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：錦綸單絲；分纖母絲；一步法

中圖分類號(hào)：TQ342+.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

The Equipment and Process for One-step Spinning of Nylon Mother Yarn

Abstract： In this article， the characteristics of the main equipment and process for one-step spinning of nylon mother yarn are introduced， with the characteristics of the screw extruder， melt pipe system， spinning pack， quenching device and draw-winding machine introduced in details. By taking the production of the 264dtex/8f nylon mother yarn for an example， the features of high-speed spinning， drawing-winding-heatsetting processes are analyzed and discussed.

Key words： nylon monofilament； nylon mother yarn； one-step method

錦綸單絲作為錦綸差別化系列產(chǎn)品中的一種，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于女性內(nèi)衣、紋胸、超薄面料、閃光面料、服裝服飾、三明治網(wǎng)布（鞋材）、絲網(wǎng)印刷、織帶等方面。

目前，用于生產(chǎn)錦綸單絲的生產(chǎn)工藝路線有一步法和二步法之分。二步法生產(chǎn)錦綸單絲的紡絲速度和單機(jī)產(chǎn)量低，特別是UDY母絲可存放周期短，對(duì)平衡、存放環(huán)境的溫濕度要求高。另外，由于生產(chǎn)路線長，錦綸單絲產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性較差，整體生產(chǎn)效率低、運(yùn)行成本高。

本文將介紹一步法生產(chǎn)錦綸分纖母絲的紡絲牽伸設(shè)備。在同一臺(tái)機(jī)器上先后完成紡絲成形、初生纖維牽伸取向、纖維熱定形和卷繞等工藝流程，再卷繞成絲餅得到分纖母絲，最后經(jīng)過分絲機(jī)分纖后得到錦綸單絲。采用這種生產(chǎn)錦綸分纖母絲的工藝路線，不僅流程短、生產(chǎn)效率高、能耗低、設(shè)備占地面積小，而且生產(chǎn)工藝過程的穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性較二步法有較大提高。

1 工藝流程及主要設(shè)備

1.1 工藝流程

PA6切片 → 熔融擠出 → 紡絲成形 → 單體抽吸 → 側(cè)吹冷卻 → 上油 → 牽伸 → 熱定形 → 卷繞 → 分纖母絲→分纖 → 錦綸單絲。

1.2 螺桿擠壓機(jī)

螺桿擠壓機(jī)設(shè)計(jì)與所熔融物料的物理性能有直接關(guān)系。由于錦綸切片很硬且耐磨性好，研制了適于紡制錦綸單絲的螺桿擠壓機(jī)。此螺桿擠壓機(jī)的螺桿、螺套表面采用合金披覆式焙射技術(shù)處理，具有高耐腐、耐磨性，螺桿棱上噴涂1 ～ 1.5 mm，螺套噴涂厚1.5 ～ 2 mm。螺桿、螺套間隙控制在0.06 ～ 0.12 mm。螺桿為LTM型銷釘螺桿，可使熔體受到進(jìn)一步的剪切均化及混合，采用圓柱銷釘?shù)蜏鼗旌显?，塑化性能好，可使熔體反復(fù)分流混合，提高了熔體的紡絲質(zhì)量。螺桿擠壓機(jī)并帶有氮?dú)獗Ｗo(hù)裝置。

1.3 熔體管道系統(tǒng)

由于錦綸在熔體管道內(nèi)容易熱降解和再聚合，因此在選擇合理的熔體流速前提下，應(yīng)盡量減小管道內(nèi)徑、減短管程，縮短熔體在管道內(nèi)的停留時(shí)間，并且可以精確控制熔體溫度。溫度過高會(huì)加劇聚合物熱降解，溫度過低會(huì)使熔體粘度過高，熔體擠出脹大現(xiàn)象嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)“熔體破裂”現(xiàn)象?；阱\綸熔體的特性，應(yīng)考慮熔體在管道輸送中因摩擦發(fā)熱而產(chǎn)生的溫升，溫升計(jì)算公式為：

根據(jù)公式計(jì)算可得，熔體在熔體管道內(nèi)的溫升約為5.1℃，故熔體管道采用從擠出頭直通到紡絲箱入口的方式，并且采用電加熱形式伴熱保溫，可單獨(dú)調(diào)節(jié)熔體管道的溫度，以得到合適的熔體溫度。

1.4 紡絲組件

與一般復(fù)絲生產(chǎn)相比，對(duì)分纖母絲中的每一根單絲的纖度均勻性要求更高。因此要求紡絲組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠保證熔體到達(dá)每個(gè)板孔的壓力降相同。組件和噴絲板呈圓形可使加熱溫度均勻。分纖母絲的紡絲壓力通常在10 ～ 20 MPa，泵、組件和噴絲板都需要耐高壓。為了防止漏漿及煙囪效應(yīng)的影響，設(shè)計(jì)上采用圓形下裝式高壓自密封組件，并根據(jù)紡絲特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了組件內(nèi)部結(jié)構(gòu)，采用特殊形式的砂杯，金屬絲網(wǎng)加過濾砂的過濾方式，特殊的分配板使熔體分配后呈線性排列，確保了熔體的分配均勻，流動(dòng)無死角。并采用“合股”的形式，即單板紡絲冷卻，合股集束上油，一般采用12個(gè)組件紡絲，合股成 6 頭進(jìn)行牽伸卷繞。

由于錦綸單絲較粗，一般為15 ～ 30 D，不易冷卻，冷卻過程的均勻性直接影響纖維的大分子結(jié)構(gòu)，最終決定了纖維的質(zhì)量和品質(zhì)。噴絲板微孔的圓形排布，使得靠近冷卻裝置的一側(cè)和遠(yuǎn)離冷卻裝置的一側(cè)存在差異，導(dǎo)致冷卻條件不一致，冷卻過程不均勻，初生纖維均勻性不好，后道工序中容易斷頭。采用噴絲孔在板體上呈“一”字型排列的形式（圖 1），并與冷卻裝置的吹風(fēng)方向垂直，各微孔與冷卻裝置距離相等，確保了纖維冷卻條件的相同性和冷卻過程的均勻性，提高了初生纖維大分子結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一性，從而有利于纖維后續(xù)的牽伸卷繞，最終提高單絲的品質(zhì)。

1.5 絲束冷卻系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)于紡制錦綸分纖母絲至關(guān)重要。因?yàn)殄\綸單絲比較粗，不易冷卻。若采用降低側(cè)吹風(fēng)風(fēng)溫、增大風(fēng)速的方式來冷卻，則會(huì)產(chǎn)生皮芯結(jié)構(gòu)，一般皮層較為緊密，取向度較高而結(jié)晶度較低；芯層則反之，取向度較低而結(jié)晶度較高，不利于后續(xù)牽伸卷繞。故需要通過適當(dāng)增加冷卻區(qū)域的長度來解決冷卻問題。假設(shè)絲束從噴絲板到凝固點(diǎn)之間直徑按指數(shù)遞減，絲束的速度按相應(yīng)的規(guī)律增加，可按下式確定冷卻區(qū)的長度Ls：

根據(jù)上式計(jì)算出的冷卻長度約為2.91 m，故選擇側(cè)吹風(fēng)的有效吹風(fēng)高度為2.6 m，甬道長度為 8 ～ 9 m，以保證絲條能充分冷卻。

1.6 牽伸卷繞系統(tǒng)

對(duì)于紡制錦綸分纖母絲，通常采用 3 對(duì)速度、溫度不同的熱輥進(jìn)行牽伸和熱定形，其排列方式如圖 2 所示。通過調(diào)整不同的速度、牽伸比及溫度可以得到不同強(qiáng)度、伸長率和收縮率的絲束。根據(jù)錦綸分纖母絲紡絲特點(diǎn)，其第一對(duì)喂入輥的紡絲速度相應(yīng)是滌綸分纖母絲卷繞速度的 3 ～4 倍，故其表面采用鍍毛面鉻，Ra = 0.4 ～ 0.7 μm（滌綸Ra= 0.05 ～ 0.1 μm），以消除絲束與牽伸輥表面的鏡面吸附現(xiàn)象，起到穩(wěn)定拉伸點(diǎn)的作用；第二對(duì)熱輥表面采用鍍陶瓷處理，Ra = 0.6 ～ 0.8 μm，增加輥的耐磨性；第三對(duì)熱輥表面鍍毛面鉻，Ra = 1.6 ～ 1.8 μm，既減小了絲束與輥的摩擦，又避免了“鏡面吸附”現(xiàn)象，降低卷取張力。紡制有特殊要求的產(chǎn)品時(shí)，可采用具有雙段、不同表面粗糙度的喂入輥和熱牽伸輥。

2 工藝特點(diǎn)

2.1 紡絲工藝

紡絲系統(tǒng)采用北京中麗制機(jī)工程技術(shù)有限公司提供的錦綸分纖母絲紡絲機(jī)。所用錦綸切片的主要指標(biāo)如表 1 所示。

錦綸分纖母絲的生產(chǎn)一般采用高壓紡絲，通過增加紡絲箱體內(nèi)熔體分配管的管壁厚度，設(shè)計(jì)了適合高壓紡絲的紡絲箱體，提高了熔體的輸送壓力，改善了熔體的流動(dòng)性，同時(shí)各級(jí)熔體管道等長設(shè)計(jì)保證熔體以相等的滯留時(shí)間輸送到每一個(gè)紡絲組件。并采用圓形下裝式高壓自封組件，保證了組件耐高壓不泄漏。錦綸分纖母絲的單絲纖度比較粗，不易冷卻凝固，通過增加側(cè)吹風(fēng)裝置的有效吹風(fēng)高度，加長甬道的長度可滿足工藝要求。為減少熔體的降解，采用低溫紡絲工藝，具體工藝參數(shù)如表 2 所示。

2.2 牽伸-卷繞工藝

牽伸-卷繞系統(tǒng)采用北京中麗制機(jī)工程技術(shù)有限公司提供的錦綸全牽伸絲卷牽聯(lián)合機(jī)。上油裝置采用兩道油輪上油，以保證纖維絲束上油充分均勻。第一熱輥的速度即紡絲速度，在卷繞速度不變的條件下，隨著紡絲速度的提高，纖維的強(qiáng)力降低，伸長增加，沸水收縮率降低。牽伸由第一、二、三熱輥的速度來控制，拉伸比分配及大小將決定拉伸過程的穩(wěn)定性、纖維強(qiáng)度和均勻性。由錦綸初生纖維的應(yīng)力-應(yīng)變曲線得知，錦綸初生纖維的拉伸由預(yù)張力過程，細(xì)頸拉伸過程，均勻變細(xì)過程等 3 部分組成。采用兩級(jí)牽伸，第一級(jí)拉伸（在第一、二熱輥之間進(jìn)行）不僅完成了細(xì)頸過程，且使細(xì)頸部分進(jìn)一步變細(xì)，即實(shí)際拉伸比要大于初生纖維固有的自然拉伸比，絲束加熱到玻璃化溫度之上，以減小絲束拉伸應(yīng)力，使得絲束獲得較大的取向度；第二級(jí)拉伸（在第二、三熱輥之間進(jìn)行）使纖維進(jìn)一步發(fā)生均勻變細(xì)，使絲束處于高取向、高張力、低結(jié)晶的狀態(tài)。

第三對(duì)熱輥將絲束充分結(jié)晶和定形，其溫度越高成品纖維的沸水收縮率越低，但溫度偏高會(huì)出現(xiàn)絲條抖動(dòng)，斷頭率增加；若溫度偏低，則會(huì)出現(xiàn)染色不勻的現(xiàn)象。具體工藝參數(shù)如表 3 所示。

3 產(chǎn)品性能指標(biāo)

對(duì)錦綸母絲及分纖后的單絲性能進(jìn)行了分析測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表 4 所示。由表 4 數(shù)據(jù)可知，采用一步法紡制的錦綸母絲，分絲后得到的錦綸單絲性能優(yōu)良，可達(dá)到后續(xù)產(chǎn)業(yè)使用要求。

4 結(jié)語

通過選用錦綸專用螺桿擠壓機(jī)，改進(jìn)熔體管道和伴熱管的設(shè)計(jì)，開發(fā)適合錦綸分纖母絲的絲束冷卻系統(tǒng)，采用兩級(jí)牽伸的卷牽系統(tǒng)，選擇適當(dāng)?shù)墓に嚄l件，即可實(shí)現(xiàn)一步法錦綸分纖母絲的生產(chǎn)。采用一步法錦綸分纖母絲紡絲設(shè)備生產(chǎn)母絲，經(jīng)分絲機(jī)分纖成單絲的工藝路線和整套裝備，在設(shè)備投資上可以省去二步法中牽伸機(jī)的投入，投資費(fèi)用節(jié)省30%左右，廠房占地面積也減少近1/3，具有高技術(shù)、高效益、高附加值的特點(diǎn)，全國產(chǎn)化的紡絲、牽伸卷繞設(shè)備，造價(jià)成本低，高效、節(jié)能，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著。

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