聚酰亞胺纖維初生絲退繞張力控制方式探討

王發(fā)陽，陳 斌，王 歡，詹永振

（1.連云港市紡織工程學(xué)會，江蘇 連云港 222000；2.江蘇奧神新材料股份有限公司，江蘇 連云港 222069）

聚酰亞胺纖維初生絲的主要成分是聚酰胺酸[1]，在空氣中易發(fā)生自然環(huán)化反應(yīng)，導(dǎo)致強度降低并且容易脆斷。在生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn)，初生纖維在環(huán)化生產(chǎn)工藝流程中帶有一定的張力，有利于提高環(huán)化后纖維的強度，在牽伸階段能減少斷絲甚至避免斷絲現(xiàn)象。因此，調(diào)節(jié)和控制初生纖維張力是后處理工段關(guān)鍵工藝技術(shù)之一，尤其是退繞張力的控制，直接關(guān)系到環(huán)化牽伸工序的生產(chǎn)，張力控制不好，幾乎無法正常進行生產(chǎn)，對纖維退繞張力控制進行深入的探討非常有必要。

1 常用纖維退繞張力控制器使用過程中的優(yōu)缺點

日常生產(chǎn)中的纖維退繞張力控制器型式多種多樣，一般可歸納為重力式、阻尼式、扭矩式3種（圖1），應(yīng)根據(jù)不同纖維的特性，采用相應(yīng)的張力控制方式，有效調(diào)節(jié)張力，滿足后續(xù)生產(chǎn)需要[2-3]。

圖1 聚酰亞胺纖維初生絲張力控制器常用的3種型式

1.1 重力調(diào)節(jié)纖維張力控制器

重力調(diào)節(jié)纖維張力控制器的原理如圖2所示。導(dǎo)絲板、配重塊一般采用光滑的瓷件，以減少與纖維之間的滑動摩擦；定位桿可以上下調(diào)節(jié)位置，以限定配重塊上下的幅度。當(dāng)纖維的張力變小時，配重塊帶動纖維下墜，在實際生產(chǎn)過程中，配重塊的升降幅度很小，幾乎不會導(dǎo)致配重塊兩端纖維角度發(fā)生明顯變化，可以認(rèn)為纖維的張力為配重塊質(zhì)量的1/2，配重塊的數(shù)量根據(jù)需要的張力選擇。

圖2 重力調(diào)節(jié)纖維張力控制器原理示意

纖維軸向被動退繞，當(dāng)纖維在絲卷側(cè)面向下退繞時，明顯出現(xiàn)絲束“滑落”的現(xiàn)象，這時退繞張力瞬間變小，配重塊開始下墜，達(dá)到新的張力平衡后，配重塊又緩慢向上移動，逐漸回到原來的位置。當(dāng)配重塊下墜的高度不足以平衡纖維滑落的長度時，張力就會失去控制，纖維明顯松弛（圖3）。

圖3 重力調(diào)節(jié)張力控制器工作實況：圈里的纖維明顯松弛

1.2 阻尼調(diào)節(jié)纖維張力控制器

阻尼調(diào)節(jié)纖維張力控制器的原理如圖4所示。阻尼腔體、阻尼執(zhí)行器、導(dǎo)絲器共同組成阻尼張力控制單元。阻尼執(zhí)行器的位置分為張緊位置和松弛位置，執(zhí)行器在這兩個位置之間擺動，以達(dá)到調(diào)節(jié)纖維張力的目的。

與重力調(diào)節(jié)張力的原理相似，阻尼調(diào)節(jié)張力也存在圖3中的纖維滑落現(xiàn)象。在圖4所示的阻尼調(diào)節(jié)中，執(zhí)行器從位置A運動到位置B，能調(diào)節(jié)的纖維長度變化約為 100 mm，當(dāng)纖維滑落的長度大于100 mm時，執(zhí)行器的動作不能有效補償退繞的纖維長度變化，張力就會失去控制，纖維明顯松弛。

圖4 阻尼調(diào)節(jié)纖維張力控制器原理示意

1.3 扭矩調(diào)節(jié)纖維張力控制器

扭矩調(diào)節(jié)纖維張力控制器的原理如圖5所示。導(dǎo)絲輥腔體內(nèi)部裝有扭矩調(diào)節(jié)單元，包括扭矩調(diào)節(jié)螺母、扭矩彈簧、扭矩壓塊等，通過擰緊端部的扭矩調(diào)節(jié)螺母，增大扭矩壓塊與導(dǎo)絲輥之間的摩擦力，增大導(dǎo)絲輥旋轉(zhuǎn)的扭矩，從而增大纖維退繞的張力；擰松扭矩調(diào)節(jié)螺母則減小扭矩，從而減小纖維的退繞張力。在被動退繞的情況下，可以根據(jù)纖維的斷裂強度，設(shè)定一個既能拉動導(dǎo)絲輥轉(zhuǎn)動，又不會出現(xiàn)纖維斷絲的扭矩范圍，當(dāng)后道的牽伸輥拉動纖維運動時，可以帶動導(dǎo)絲輥被動旋轉(zhuǎn)，完成退繞動作。

圖5 扭矩調(diào)節(jié)纖維張力控制器原理示意

導(dǎo)絲輥徑向被動退繞，不會出現(xiàn)纖維滑落的現(xiàn)象，退繞張力基本能保持在一個穩(wěn)定的設(shè)定值。

以上3種類型的退繞張力控制方式各有優(yōu)缺點。重力式、阻尼式的纖維退繞張力比較小，對纖維的強度要求不高，但是客觀存在纖維退繞張力不均勻的現(xiàn)象，針對后道工序要求不高的工藝狀況可以采用。扭矩式要求纖維的張力比較大，至少能拉動導(dǎo)絲輥轉(zhuǎn)動，而且這個張力不應(yīng)該超過纖維斷裂強度的某個范圍，手持張力儀在生產(chǎn)線上測試，一般以不超過斷裂強度的1/2為宜，張力過大容易產(chǎn)生毛絲、斷絲。一般大絲束能克服單絲強度低的不足，在絲束整體強度比較高的情況下足以帶動導(dǎo)絲輥旋轉(zhuǎn)，應(yīng)優(yōu)先考慮扭矩式的退繞方式。

在工廠的實際生產(chǎn)過程中，由于纖維的強度、彈性和耐摩擦性能存在差異，需要根據(jù)不同的纖維特性及后道生產(chǎn)工藝要求，選擇適當(dāng)?shù)耐死@張力控制方式。

2 聚酰亞胺纖維初生絲退繞張力控制方法

聚酰亞胺纖維初生絲由于原來的配方不同，單纖強度分布范圍也比較寬，在0.6~1.6 cN/dtex，產(chǎn)品有短纖維、普通長絲、高強高模長絲等，要針對不同的用途，根據(jù)初生纖維的強度，選擇相應(yīng)的退繞張力控制方式，以維持穩(wěn)定的生產(chǎn)。

短纖維一般被用來生產(chǎn)針刺氈、紗線等，對纖維強度的均一性要求不高，更看重的是纖維的抱合性，可以選擇重力式、阻尼式的張力控制器調(diào)節(jié)張力。長絲纖維一般被用來編織布料、繩、帶等，需要考慮纖維強度的均一性，避免織造過程中因為張力不均出現(xiàn)收縮、斜紋、條干等瑕疵，這時就需要選擇扭矩控制張力方式徑向退繞。這種方式要求初生纖維的強度不能太低，一般要在 1.2 cN/dtex以上，往往需要從原料配方上加以考慮，選擇合適的配方，保證初生纖維的強度能達(dá)到要求，順利從導(dǎo)絲輥上退繞。

有時還要考慮產(chǎn)品成本。在生產(chǎn)普通長絲時，初生纖維的強度確實比較低，不能采用扭矩調(diào)節(jié)張力控制器，實踐中也可以考慮采用重力式、阻尼式組合調(diào)節(jié)張力，生產(chǎn)出合格的普通長絲，滿足后續(xù)織造條件。在實踐中，一般強度的聚酰亞胺纖維初生絲，纖度在200 dtex以下的，采用重力式、阻尼式退繞；纖度在200 dtex以上的，根據(jù)纖維強度以及后道用途情況，從3種退繞方式中靈活選取1種。

纖維上油率對退繞的影響也不可忽視。合適的上油率既能增加一束絲纖維之間的抱合力，又能提高纖維的潤滑性，減小束絲之間的摩擦，對纖維正常退繞非常有幫助。

3 聚酰亞胺纖維初生絲退繞張力控制系統(tǒng)的組成

在實際的生產(chǎn)工藝控制中，在聚酰亞胺纖維初生絲進入環(huán)化箱之前都屬于退繞張力控制環(huán)節(jié)。具體工藝控制過程包括紗架張力控制器、纖維集束板、張力輥、驗張力機4個部分（圖6），在張力調(diào)節(jié)基本均勻后才進入高溫環(huán)化熱箱進行環(huán)化反應(yīng)，由聚酰胺酸纖維轉(zhuǎn)變成聚酰亞胺纖維。

圖6 初生纖維張力控制過程

4 結(jié)語

本研究通過分析市場上常用的纖維退繞張力控制器，對其在聚酰亞胺纖維初生絲退繞過程中調(diào)節(jié)纖維張力的優(yōu)缺點進行探討，為纖維在后道環(huán)化牽伸工序生產(chǎn)中選擇合適的張力控制方式，實現(xiàn)有效退繞，保證最終產(chǎn)品質(zhì)量，完成產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。