首页 理论教育纺丝成型设备及工艺简介

纺丝成型设备及工艺简介

【摘要】:纺丝成型工艺及设备是合成纤维生产过程中的关键环节。纺丝成型设备包括熔体输送管道、计量泵、喷丝头组件及保温箱体部件等。保温箱中有载热体加热,使通入计量泵、纺丝组件中的熔体在纺丝温度下完成喷丝成型。(二)计量泵计量泵又称纺丝泵,一般采用结构简单的齿轮泵。根据纺丝速度及所纺丝条的品种来确定泵供量后,应通过计算来确定计量泵的公称流量和转速。

纺丝成型工艺及设备是合成纤维生产过程中的关键环节。熔融纺丝按速度分有常规纺丝、中速纺丝、高速纺丝及超高速纺丝,按纺丝熔体压力分有常压纺丝和高压纺丝之别。

高速纺丝一般指纺丝速度在3000 ~6000m/min 的范围内。在纺丝过程中当纺丝速度达到一定值时,丝条将受到很高的速度梯度和空气阻力的影响,获得具有较高的大分子轴向取向( 称为取向度) 丝,即预取向丝。若在纺丝过程中引入拉伸作用,可获得具有高取向度和中等结晶度的卷绕丝,为全拉伸丝。全拉伸丝力学性能稳定,染色性能均匀,后加工可省去单独的拉伸工序,缩短了工艺流程,降低了生产成本。当纺丝速度提高到6000 ~8000m/min 以上时,可获得全取向丝,无须后拉伸,一步法制得全取向丝。

纺丝成型设备包括熔体输送管道、计量泵、喷丝头组件及保温箱体部件等。

(一)保温箱体

保温箱为一密闭容器,一般用8 ~12mm 钢板焊接而成,每个纺丝部位有一个泵座,泵座与熔体分配管及箱壁焊成一体。保温箱中有载热体加热,使通入计量泵、纺丝组件中的熔体在纺丝温度下完成喷丝成型。其基本结构如图6-9 所示。

(二)计量泵

计量泵又称纺丝泵,一般采用结构简单的齿轮泵。

计量泵的作用是把熔体定量定压地输入纺丝组件中,保证丝条线密度均匀,其结构如图6-10所示。

计量泵一般由一对外啮合的齿轮( 主动齿轮和被动齿轮) 及三块上、中、下泵板组成。在下泵板上开有出、入口,主动齿由纺丝箱外的泵轴通过联轴节来带动。

图6-9 纺丝箱体结构示意图

图6-10 计量泵结构示意图

1—下泵板 2—中间板 3—主动齿轮 4—主动轴键 5—上泵板6—主动齿轮轴 7,8,9—联轴带 10—被动轴 11—被动齿轮

纺丝用的熔纺计量泵属于热泵,工作温度达300℃。出口熔体压力较大,常压纺时保证在8MPa 左右,高压纺时达30MPa,为了保证机械精度及吸入时间足够,要求转速较低,一般为10 ~40r/min。

计量泵精度很高,要用专门机床加工制造。

根据纺丝速度及所纺丝条的品种来确定泵供量后,应通过计算来确定计量泵的公称流量和转速。

(三)纺丝组件

聚酯纤维根据所纺品种不同,纺丝组件可分为普通纺丝组件、复合纺丝组件、异形纺丝组件等类型,而每类又有长丝和短纤维纺丝组件之分。长丝和短纤维的不同之处是,长丝因为纺丝成型后每束丝条均需分开卷绕,为了提高每部位产量,只能采用多头纺,即一个纺丝部位装有2 ~8个纺丝组件。而短纤维最终切成散纤维,在纺丝机中就只需并条盛放,故采用多孔纺,即尽量增加每个纺丝组件中喷丝板的孔数,纺丝组件结构尺寸较大。

1.短纤维纺丝组件 短纤维纺丝组件采用的喷丝板大,组件较笨重,尤其是高压纺丝组件,一般应预热后装到纺丝箱中。此时,计量泵只能水平传动。图6-11 为高压纺丝的短纤维纺丝组件结构示意图。

图6-11 短纤维纺丝组件示意图

1—压紧螺母 2—吊环 3—喷丝板座 4,5—O 形密封圈 6—扩散板 7,12,14—密封垫板8—分配板 9,10—过滤网 11—耐压板 13—喷丝板 15—压板 16,17,18—滤沙

熔体从组件侧面通入,经分配板均匀分布后,在过滤层中去掉杂质并产生压力降,耐压板上还有导流孔,保证达到喷丝板上的熔体能均匀地分配到各喷丝孔中,最后通过喷丝孔喷射成熔体细流。

2.长丝纺丝组件 图6-12 为长丝高压纺丝组件,是一个纺丝部位的截面图。纺丝组件为下装式,计量泵垂直传动。每一纺丝部位装有四套纺丝组件,即称为四头纺,目前,随着装备技术的飞速发展,同时为了提高单位体积内的产量,一个纺丝位纺丝头数多达32 个丝并,每套纺丝组件可对应一个纺丝头,也可对应多个纺丝头。并且通常情况下一个计量泵控制一个纺丝位,当纺丝头数较多时可由两个计量泵来供一个纺丝位。

图6-12 长丝纺丝组件

1—计量泵 2—针型阀 3—泵座 4—纺丝头

3.喷丝板 喷丝板按外形分为圆形及矩形两种,按喷丝孔的形状分为圆孔及异形孔两种。材料用含钛的奥氏体不锈钢,能耐高温、耐腐蚀,性韧,质软,容易冲挤加工成型。

常用的三种喷丝板材料合金元素含量如表6-1 所示:

表6-1 喷丝板材料合金元素含量

注 三种材料的合金元素含量的差别主要体现在Ni 的含量有明显差距;SUS630 材料Ni 含量较低,耐腐蚀能力及防锈能力稍差,在保护下不锈;SUS431 材料Ni 含量低,耐腐蚀能力及防锈能力差,在潮湿环境中易生锈;1Cr18Ni9Ti 材料Ni 含量高,具有较高的耐腐蚀能力及防锈能力。