錦綸6細(xì)旦工業(yè)絲多頭紡設(shè)備及工藝探討

北京中麗制機(jī)工程技術(shù)有限公司 董文濤／文

前言

目前我國錦綸6工業(yè)絲的產(chǎn)量已占世界總產(chǎn)量的1/4，其中90%為粗旦錦綸產(chǎn)品。經(jīng)過多年的技術(shù)發(fā)展，傳統(tǒng)錦綸6細(xì)旦工業(yè)絲一步法紡牽聯(lián)合機(jī)的二頭紡、四頭紡技術(shù)已成熟穩(wěn)定。如何在此基礎(chǔ)上、在有效控制投產(chǎn)成本的情況下，最大程度地提高紡絲產(chǎn)量和紡絲品質(zhì)，是我公司一直努力的方向。在細(xì)旦工業(yè)絲紡絲上開展多頭紡技術(shù)的研究是提高其單位產(chǎn)能的有效方法之一，我公司近新研發(fā)的“單紡位配置兩臺卷繞頭”錦綸6細(xì)旦工業(yè)絲多頭紡機(jī)型為錦綸工業(yè)絲提高效能、保證產(chǎn)品質(zhì)量提供了裝備和技術(shù)保障。該錦綸6細(xì)旦工業(yè)絲多頭紡機(jī)型的主要特點(diǎn)介紹如下：

1工藝流程及主要技術(shù)參數(shù)

1.1 工藝流程

干燥的切片——紡絲料倉(氮?dú)獗Ｗo(hù)裝置)——螺桿熔融擠壓——熔體輸送——計量紡絲——緩冷器(過熱蒸汽保護(hù)裝置)+單體抽吸——吹風(fēng)冷卻——2道油唇上油——喂入輥+主動分絲輥——4對輥牽伸定型——網(wǎng)絡(luò)——高速卷取——成品絲筒

1.2 主要技術(shù)參數(shù)和牽伸輥的配置

表1 主要技術(shù)參數(shù)

表2 牽伸輥的配置及主要技術(shù)參數(shù)

2設(shè)備工藝特點(diǎn)

2.1 熔體輸送及紡絲箱

熔體管道系統(tǒng)要求熔體到每個紡絲位的滯留時間、溫度、流動速率和壓力均勻一致，不得有滯留點(diǎn)和死點(diǎn)。根據(jù)紡絲需要采用紡絲箱和熔體管路分別單獨(dú)聯(lián)苯加熱系統(tǒng)，可根據(jù)工藝要求分別調(diào)節(jié)溫度，以滿足不同品種的需求。

由于聚酰胺熔體腐蝕性強(qiáng)，故所有和聚酰胺熔體接觸的地方都應(yīng)采用不銹鋼材料。

2.2 紡絲溫度

紡絲箱的紡絲溫度應(yīng)嚴(yán)格控制，由于聚酰胺的熔點(diǎn)和分解溫度之間較窄，對紡絲溫度要嚴(yán)格控制。紡絲溫度過高，會使聚合物熱分解加劇，易出現(xiàn)斷頭絲、飄絲等現(xiàn)象，造成熱牽伸輥纏絲，影響絲束質(zhì)量；紡絲溫度過低，易出現(xiàn)硬頭絲，影響牽伸成型。紡絲溫度一般控制在270～290℃范圍內(nèi)。

2.3 過熱蒸汽保護(hù)裝置和緩冷器、單體抽吸裝置

聚酰胺熔體中含有低聚物（簡稱單體），當(dāng)熔體從噴絲孔中噴出后，單體以氣體狀態(tài)逸出，遇冷后凝結(jié)成晶體粘附在噴絲板、緩冷器、側(cè)吹風(fēng)風(fēng)網(wǎng)以及箱體底部，使紡絲環(huán)境惡化，影響紡絲質(zhì)量，在噴絲板板面下方安裝了過熱蒸汽保護(hù)裝置，從噴絲板四周噴入霧狀的過熱蒸汽，側(cè)吹風(fēng)上方裝有的單體抽吸裝置及時將氣狀單體吸走，有效保護(hù)板面的潔凈；另外，由于工業(yè)絲單絲纖維較粗，熔體由噴絲板噴出后需要保持一定的溫度，使熔體細(xì)流不要過快驟冷。噴絲板下方至側(cè)吹風(fēng)吹風(fēng)口的距離稱延遲高度，緩冷器通常安裝在此，以延長從噴絲孔剛噴出的熔體細(xì)流凝固時間，保證獲得具有良好牽伸性能的初生纖維，提高纖維的烏斯特（CV%）值。

2.4 吹風(fēng)冷卻裝置

冷卻成形是熔體紡絲重要過程之一。冷卻條件主要包括側(cè)吹風(fēng)的風(fēng)速和風(fēng)濕、風(fēng)溫，吹風(fēng)形式有環(huán)吹和側(cè)吹。與民用型相比，工業(yè)絲的根數(shù)多，單絲dpf和總纖度大。對于標(biāo)準(zhǔn)型工業(yè)絲大多數(shù)采用側(cè)吹風(fēng)，同時要求側(cè)吹風(fēng)的風(fēng)窗高度要長，本機(jī)型側(cè)吹風(fēng)高度為1800mm，寬度為1400mm。側(cè)吹風(fēng)的風(fēng)速均勻性是該裝置的重要考核指標(biāo)，為保證風(fēng)速在橫向均勻，風(fēng)窗采用多孔板+多層金屬網(wǎng)+蜂窩板結(jié)構(gòu)，有效將橫向風(fēng)速的均勻度提高到10%以內(nèi)，絲束運(yùn)行穩(wěn)定，保證纖維質(zhì)量。

通常紡絲的風(fēng)溫控制在15～20℃，誤差控制在±1℃；相對濕度65%～70 % ；風(fēng)速為0.4～0.8米/分。

2.5 上油方式

為了減少靜電增加絲束抱合力，提高纖維的抗靜電性能，減少纖維與設(shè)備、纖維與纖維之間的摩擦力，提高纖維的牽伸性能。絲束在進(jìn)入牽伸區(qū)都要進(jìn)行上油。上油方式主要有油唇上油、油嘴上油、油輪上油。

本機(jī)型在上油方式上采用2道油唇上油，如果采用單油唇上油，會存在上油不均問題，絲束抱合力較差，不利于紡絲拉伸，易造成斷頭率高等負(fù)面作用，針對這種情況故采用2道油唇上油，可增加絲條上油率，并增大絲束的接觸面積，以保證最終絲束含油率，進(jìn)而保證其可拉伸性。

2.6 預(yù)網(wǎng)絡(luò)與主網(wǎng)絡(luò)

由于滌綸工業(yè)絲的絲束旦數(shù)高，易出現(xiàn)上油不均勻的現(xiàn)象，影響后道牽伸。因此在上油與喂入輥之間、喂入輥與牽伸輥之間增加預(yù)網(wǎng)絡(luò)器，能起到勻油、穩(wěn)張力的作用，增強(qiáng)絲束的抱合力，提高纖維對熱牽伸的承受能力。預(yù)網(wǎng)絡(luò)器在整個紡程中產(chǎn)生“網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)”，空氣壓力不能過大，一般設(shè)定在 0.05～0.1MPa之間。

主網(wǎng)絡(luò)一般設(shè)置在牽伸輥與卷繞之間。絲束在高速氣流多角度噴射下相互糾纏形成交絡(luò)（俗稱“網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)”），絲間的抱合力大大增強(qiáng)，有利于后續(xù)加工時的絲束退繞。主網(wǎng)絡(luò)一般使用的壓縮空氣壓力在0.2～0.4MPa。

2.7 牽伸卷繞系統(tǒng)

本機(jī)型采用“一分為二”的絲路。絲束經(jīng)由第四對牽伸輥GR4下的導(dǎo)絲鉤進(jìn)入主網(wǎng)絡(luò)器，再經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)器下的導(dǎo)絲鉤進(jìn)行分絲，“一分為二”拉引至卷繞頭，從而實(shí)現(xiàn)一位兩臺卷繞頭的牽伸卷繞（如圖1所示）形式。

在牽伸熱輥系統(tǒng)中，牽伸由三對輥形成的2級牽伸來完成。第一對熱牽伸輥由2個低溫?zé)釥可燧伣M成，輥溫一般設(shè)在50～80℃，給牽伸的絲束進(jìn)行預(yù)熱并保持絲束有一定的張力。第二、第三對熱牽伸輥各由2個高溫?zé)釥可燧伣M成，與第一對熱牽伸輥形成2級牽伸。溫度設(shè)定分別為120～160℃、170～190℃。由于滌綸工業(yè)絲的切片粘度高，牽伸倍數(shù)高，屈服應(yīng)力大，多級牽伸有利于提高纖維的均勻性和強(qiáng)度。通常第一級牽伸倍數(shù)一般為3.0～4.0倍；第二級牽伸為1.1～1.3倍。

第四對熱牽伸輥也由2個高溫?zé)釥可燧伣M成，其作用是對牽伸后的絲束進(jìn)行定型，消除纖維因高速牽伸產(chǎn)生的應(yīng)力。第四對熱牽伸輥的速度略低于第三對熱牽伸輥，二者之間纖維有一定的回縮，完成細(xì)旦絲的定型。

圖1 “一位兩臺卷繞頭”錦綸6細(xì)旦工業(yè)絲多頭紡機(jī)型

3設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

3.1 螺桿擠壓機(jī)

螺桿擠壓機(jī)采用交流異步電機(jī)變頻調(diào)速，螺桿直徑120mm，長徑比1：25，并采用了LTM混煉均化結(jié)構(gòu)，以達(dá)到提高產(chǎn)量，穩(wěn)定流量、壓力、溫度，提高熔體均勻性的目的。針對工業(yè)絲黏度大、反壓大，故選配加強(qiáng)型齒輪箱，設(shè)有壓力上下限報警及緊急停車裝置，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速超速（超設(shè)定上下線15%）時可自動停車，加熱溫度超溫度上限則自動停止加熱。

3.2 紡絲箱體

紡絲箱體采用一位一箱的結(jié)構(gòu)形式，每位箱中裝有2臺紡絲計量泵和6套紡絲組件。計量泵為一進(jìn)三出，流量為15cc/r；組件為上裝矩形，噴絲板尺寸為210×140mm。紡絲箱上設(shè)有熔體冷凍閥，通壓縮空氣可單獨(dú)關(guān)停每臺紡絲計量泵，進(jìn)行泵的更換。

3.3 過熱蒸汽保護(hù)裝置

為使紡絲過程中聚酰胺單體不附著在噴絲板周圍影響紡絲質(zhì)量，在紡絲箱體的無風(fēng)區(qū)結(jié)構(gòu)上做了改進(jìn)，采用高度可調(diào)式結(jié)構(gòu)。在噴絲板下方增加蒸汽噴射裝置，在絲束周圍形成過熱蒸汽保護(hù)，有效保護(hù)噴絲板面的潔凈，延長噴絲板使用壽命。如圖2所示

圖2 過熱蒸汽保護(hù)裝置

3.4 單體抽吸

每個紡絲部位都有一套單體排放裝置，常采用雙鴨嘴式單體排放裝置（見圖3）。這種結(jié)構(gòu)往往中間抽吸效果好，兩邊稍差。本機(jī)型對此做了改進(jìn)，將單體排放裝置由原來的雙鴨嘴式改為單鴨嘴式（見圖4），在腔內(nèi)設(shè)一檔板，以增強(qiáng)排放裝置兩側(cè)的風(fēng)壓，改善整個吸風(fēng)寬度上的風(fēng)壓分布，均衡抽吸效果。針對錦綸6單體溶于水的特點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)場情況采用水流做抽吸動力，只需控制水流速度即可調(diào)節(jié)單體抽吸力大小。采用單鴨嘴式結(jié)構(gòu)，水噴射器通過軟管直接與單體排放裝置連接起來，減少管道阻力，提高工作效率，并給現(xiàn)場足夠的安排空間。

圖3 雙鴨嘴式單體排放裝置

圖4 單鴨嘴式單體排放裝置

3.5 油唇上油

油唇上油結(jié)構(gòu)是由上下兩款鋼板和墊片組成，讓油劑在狹縫中沿下油唇均勻流出，形成由一定油膜厚度的“瀑布”。每套油唇由1套計量泵提供定量的油劑。根據(jù)紡絲品種，控制油劑泵的轉(zhuǎn)速，達(dá)到定量供應(yīng)油劑的目的；絲束通過油膜“瀑布” 時將油劑帶走，穩(wěn)定的油劑流量，保證絲束上游的均一性。

圖5 2道油唇上油

3.6 導(dǎo)絲器

在紡程上，需要各種導(dǎo)絲器來幫助絲束轉(zhuǎn)向，由于導(dǎo)絲器直接與絲束接觸，會產(chǎn)生一定的摩擦力，對絲的品質(zhì)產(chǎn)生一定影響，為了減少絲束與導(dǎo)絲器間的摩擦力，對導(dǎo)絲器的材質(zhì)及表面處理提出了更高的要求。橘皮表面的導(dǎo)絲器適合用于表面光滑的原絲，在紡制錦綸工業(yè)絲的過程中與絲束接觸的導(dǎo)絲瓷件采用橘皮表面的最佳。

3.7 主網(wǎng)絡(luò)部件

對主網(wǎng)絡(luò)部件重新進(jìn)行設(shè)計，在網(wǎng)絡(luò)器下方增加了一排導(dǎo)絲鉤（ 圖 6所示）。用于對進(jìn)入卷繞頭前的絲束進(jìn)行分絲，并穩(wěn)定絲束，方便卷繞頭生頭操作的進(jìn)行。

圖6 網(wǎng)絡(luò)部件增加導(dǎo)絲鉤的結(jié)構(gòu)

3.8 喂入輥及牽伸定型系統(tǒng)

喂入輥（GR0）由導(dǎo)絲輥和分絲輥組成，為冷輥。其作用是將初生的絲束握持住，并給予絲束一定的速度。噴絲板噴出的熔體細(xì)流在喂入輥的牽引下，經(jīng)冷卻成型，完成紡程的牽伸形成初生纖維。在喂入輥（GR0）中分絲輥采用主動式，增強(qiáng)了對絲束的握持力，使紡程張力穩(wěn)定，有利于提高初生纖維質(zhì)量。一般喂入輥的速度控制在550～750米/分左右。

本機(jī)采用四對速度、溫度不同的熱牽伸輥對絲束進(jìn)行牽伸和熱定型。

牽伸定型輥均采用電感+汽相，熱管均溫方式加熱，采用鉑電阻+旋轉(zhuǎn)變送器測溫技術(shù)。熱牽伸輥體圓周鉆列式孔，注入密封工業(yè)純水，加熱后形成汽化，保證了熱輥的高效傳熱和溫度均勻。輥體工作表面控溫精度為±1.5℃。通過調(diào)整不同的速度、牽伸比、溫度，從而得到不同的牽伸強(qiáng)度和不同收縮率的絲束，以滿足工藝的要求。

3.9 “一分為二”的機(jī)架平臺

絲束在牽伸后和進(jìn)入卷繞頭前都有導(dǎo)絲鉤對絲束進(jìn)行分絲和穩(wěn)絲，用以減小絲束的擺動。由于絲束出第四對熱輥（定型輥）時溫度較高，在進(jìn)入卷繞頭卷繞之前需要降溫冷卻。通常采用自然冷卻的方式，因此機(jī)架較高，為操作方便，機(jī)架采用牽伸和卷繞二層式結(jié)構(gòu)。

對其結(jié)構(gòu)和其支撐方式進(jìn)行了重新研發(fā)設(shè)計，結(jié)構(gòu)上，由輕型的方形矩管拼焊而成。與傳統(tǒng)機(jī)型相比，極大地減少了原材料的使用。支撐方式上，平臺前端有平臺支撐結(jié)合件支撐，后面固定在與立柱相連接的橫梁結(jié)合件上。結(jié)構(gòu)更加緊湊，牢固（如圖7所示）。

圖7 平臺的支撐結(jié)構(gòu)

3.10 卷繞頭

卷繞頭采用BWA40G-900/3全自動換筒卷繞頭，一位配兩臺卷繞頭。卷裝絲餅寬度為250mm，最大卷裝直徑為φ420mm，機(jī)械速度4000米/分。每個卷繞頭上可卷繞3個絲餅。

本卷繞頭采用分段式精密卷繞控制系統(tǒng)，內(nèi)置變頻驅(qū)動控制器和精密卷繞紡絲控制器。摩擦輥采用主動控制方式，配合可編程控制器，完成全自動高速卷繞機(jī)的電機(jī)速度控制和機(jī)械動作邏輯控制。經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)際行動，證明整套系統(tǒng)具有系統(tǒng)響應(yīng)速度快、速度控制精度高、絲束張力穩(wěn)定、防疊絲效果好等諸多優(yōu)勢。

4 紡絲工藝參數(shù)

在實(shí)際的紡絲生產(chǎn)中，制定如下工藝參數(shù)，獲得了優(yōu)良的錦綸6細(xì)旦工業(yè)絲。

表3 錦綸6切片的質(zhì)量要求

表4 紡絲工藝參數(shù)及工藝條件

表5 錦綸6細(xì)旦工業(yè)絲多頭紡產(chǎn)品物理性能指標(biāo)

5 結(jié)束語

錦綸6細(xì)旦工業(yè)絲多頭紡機(jī)型與傳統(tǒng)錦綸6工業(yè)絲4頭紡牽聯(lián)合機(jī)型比較，此款機(jī)型可增產(chǎn)50%，而設(shè)備僅僅只增加了卷繞頭，大大降低了投資成本，實(shí)現(xiàn)了高產(chǎn)能、高收益，提高了市場競爭力，增加企業(yè)競爭優(yōu)勢，為我公司繼續(xù)開發(fā)新產(chǎn)品夯實(shí)基礎(chǔ)。

[1] 中國化學(xué)纖維工業(yè)協(xié)會編著，2014年中國化纖經(jīng)濟(jì)形勢分析與預(yù)測.中國紡織出版社，2014.3

[2] 王熾，劉麗芳，紡牽卷一體機(jī)拉伸輥上絲路調(diào)節(jié)方法的分析，合成纖維工業(yè)，2002，25(3):40