國產(chǎn)柔性聚酯產(chǎn)業(yè)用長絲紡牽聯(lián)合機(jī)研制及工藝探討

滿曉東MAN Xiao-dong

（北京中麗制機(jī)工程技術(shù)有限公司，北京 101111）

0 引言

聚酯纖維作為合成纖維中的一大類，自1941 年研制成功后得到了各界的青睞而迅速發(fā)展，成為合成纖維的第一大品種。聚酯產(chǎn)業(yè)用纖維以其高強(qiáng)度、高模量、耐高溫等優(yōu)異性能已成為產(chǎn)業(yè)用紡織品的主要原材料，涵蓋了醫(yī)療衛(wèi)生用紡織品、過濾用紡織品、土工合成材料、特殊裝飾用紡織品（篷帆布、燈箱布、革基布等）、交通運(yùn)輸用紡織品、航空航天用紡織品和新能源用紡織品、農(nóng)業(yè)用紡織品、安全防護(hù)用紡織品等二十幾大類。

一直以來，國產(chǎn)產(chǎn)業(yè)用長絲生產(chǎn)設(shè)備存在紡制品種單一，特別是不能在同一套設(shè)備中紡制不同品種的產(chǎn)業(yè)用長絲等問題，導(dǎo)致使用廠家需要配置不同的成套設(shè)備。隨著聚酯產(chǎn)業(yè)用長絲產(chǎn)能規(guī)模不斷放大，產(chǎn)品范圍不斷擴(kuò)展，如繼續(xù)按現(xiàn)有單一設(shè)備生產(chǎn)聚酯產(chǎn)業(yè)用長絲，紡絲生產(chǎn)線將變得越來越龐大，也將對生產(chǎn)廠房用地和建筑面積的需求更大，最終將使聚酯產(chǎn)業(yè)用長絲纖維的生產(chǎn)成本不斷提高，能耗增加，競爭能力減弱。耗費(fèi)大量財力，這些嚴(yán)重阻礙了我國聚酯產(chǎn)業(yè)用長絲的發(fā)展。本文論述了國產(chǎn)柔性聚酯產(chǎn)業(yè)用長絲成套裝備及技術(shù)，以節(jié)能、高效的思路對聚酯產(chǎn)業(yè)用長絲生產(chǎn)裝備進(jìn)行了技術(shù)創(chuàng)新開發(fā)，運(yùn)用多頭紡和大容量紡絲技術(shù)，推動一機(jī)多能的工藝思路，研發(fā)國產(chǎn)化、先進(jìn)、節(jié)能、高性價比的柔性化紡牽聯(lián)合機(jī)及生產(chǎn)線。新一代節(jié)能型柔性化產(chǎn)業(yè)用長絲紡絲裝備技術(shù)可在同一套紡牽聯(lián)合機(jī)生產(chǎn)線上根據(jù)不同工藝要求生產(chǎn)不同品種的聚酯產(chǎn)業(yè)用長絲，可以滿足國內(nèi)外用戶對高質(zhì)量、多品種、多系列產(chǎn)業(yè)用長絲的需求。聚酯產(chǎn)業(yè)用長絲柔性化生產(chǎn)，節(jié)約能耗，降低成本，提高生產(chǎn)效率；滿足國內(nèi)外對聚酯產(chǎn)業(yè)用長絲日益提高的品質(zhì)和功能要求，推動我國聚酯產(chǎn)業(yè)用長絲行業(yè)裝備技術(shù)的進(jìn)步。

1 國產(chǎn)柔性聚酯產(chǎn)業(yè)用長絲紡牽聯(lián)合機(jī)特點(diǎn)

1.1 國產(chǎn)柔性聚酯產(chǎn)業(yè)用長絲紡牽聯(lián)合機(jī)工藝流程

聚酯高粘切片→螺桿擠壓機(jī)→測量頭→熔體管道系統(tǒng)→紡絲箱→計(jì)量泵→組件（噴絲板）→雙層緩冷器→環(huán)吹風(fēng)冷卻→油嘴上油（油輪上油）→預(yù)網(wǎng)絡(luò)→喂入輥（冷輥）＋分絲輥（冷輥）→第一對熱牽伸輥（GR1）→第（2-3）對熱牽伸輥（GR2-GR3）→在線檢測的終網(wǎng)絡(luò)→iBWA 系列全自動精密卷繞頭→（2-64）頭高強(qiáng)型聚酯產(chǎn)業(yè)用長絲。

聚酯高粘切片→螺桿擠壓機(jī)→測量頭→熔體管道系統(tǒng)→紡絲箱→計(jì)量泵→組件（噴絲板）→雙層緩冷器→環(huán)吹風(fēng)冷卻→油嘴上油（油輪上油）→預(yù)網(wǎng)絡(luò)→喂入輥（冷輥）＋分絲輥（冷輥）→第一對熱牽伸輥（GR1）→第（2-4）對熱牽伸輥（GR2-GR4）→在線檢測的終網(wǎng)絡(luò)→iBWA 系列全自動精密卷繞頭→（2-64）頭低縮高強(qiáng)型聚酯產(chǎn)業(yè)用長絲。

聚酯高粘切片→螺桿擠壓機(jī)→測量頭→熔體管道系統(tǒng)→紡絲箱→計(jì)量泵→組件（噴絲板）→雙層緩冷器→環(huán)吹風(fēng)冷卻→油嘴上油（油輪上油）→預(yù)網(wǎng)絡(luò)→喂入輥（冷輥）＋分絲輥（冷輥）→第一對熱牽伸輥（GR1）→第（2-5）對熱牽伸輥（GR2-GR5）→在線檢測的終網(wǎng)絡(luò)→iBWA 系列全自動精密卷繞頭→（2-64）頭超低縮型聚酯產(chǎn)業(yè)用長絲。

1.2 原料

聚酯產(chǎn)業(yè)用長絲采用的原料是高粘度聚酯切片，要求分子量高且分布窄，增粘后特性粘度要求達(dá)到①特性粘度[η]= 0.95-1.1±0.015；②含水量≤30ppm；③端羧基≤15mol/每批波動范圍<±0.015dL/g；且不使用消光劑。

1.3 國產(chǎn)柔性聚酯產(chǎn)業(yè)用長絲紡牽聯(lián)合機(jī)技術(shù)參數(shù)（如圖1，表1）

圖1 柔性聚酯產(chǎn)業(yè)用長絲紡牽聯(lián)合機(jī)全機(jī)示意圖

表1 國產(chǎn)柔性聚酯產(chǎn)業(yè)用長絲紡牽聯(lián)合機(jī)技術(shù)參數(shù)

1.4 設(shè)備形式及技術(shù)特點(diǎn)

1.4.1 柔性聚酯產(chǎn)業(yè)用長絲螺桿擠壓機(jī)

螺桿擠壓機(jī)是柔性聚酯產(chǎn)業(yè)用長絲紡牽聯(lián)合機(jī)的關(guān)鍵單元機(jī)之一。根據(jù)柔性聚酯產(chǎn)業(yè)用長絲品種多，用途廣，小批量多品種的特性，采用一條螺桿帶2 紡位的生產(chǎn)線配置，其一：可以充分滿足下游客戶的使用要求，其二：為了防止紡絲過程中物料降解過大，減少熔體的停留時間，這樣可以大幅提高絲束的品質(zhì)。

通過理論計(jì)算獲得精確的聚酯產(chǎn)業(yè)用長絲螺桿擠壓機(jī)的擠出量是相當(dāng)復(fù)雜和困難的，根據(jù)螺桿擠壓機(jī)理論產(chǎn)量公式：

式中：Q ——體積擠出量，cm3/min；

n——螺桿轉(zhuǎn)速，r/min；

P1——進(jìn)計(jì)量段壓力，Pa；

P2——出計(jì)量段壓力，Pa；

α——正流流量常數(shù)，cm3；

η——熔體粘度，Pa·S；

β——逆流和漏流流量常數(shù)，cm3；

L0——螺桿計(jì)量段長度，cm；

D——螺桿直徑，cm；

h3——計(jì)量段槽深，m。

我們采用理論計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)表格相結(jié)合的方法來確認(rèn)螺桿擠壓機(jī)產(chǎn)量。計(jì)算出柔性聚酯產(chǎn)業(yè)用長絲55dtex-111dtex（64 頭），111dtex-333dtex（32 頭），333dtex-666dtex（16 頭），666dtex-1333dtex（8 頭），1670dtex-3333dtex（4頭）3300dtex-6666dtex（2 頭）的產(chǎn)量情況，為表2。

表2 柔性聚酯產(chǎn)業(yè)用長絲螺桿的產(chǎn)量表（kg/h）

1.4.2 柔性聚酯產(chǎn)業(yè)用長絲紡絲箱體

根據(jù)高粘度聚酯紡絲動力學(xué)原理，建立三維模型，應(yīng)用了最大無支撐元平板計(jì)算技術(shù)和計(jì)算機(jī)模擬熔體的分配流程。設(shè)計(jì)了一種雙排組件錯位排布且上下箱體分段加熱控溫的柔性聚酯產(chǎn)業(yè)用長絲紡絲箱，采用可紡制不同聚酯的不同品種紡絲技術(shù)。其特點(diǎn)是箱體共用一套熔體管路，通過組件和噴絲板數(shù)量的變化，分別可以紡制55dtex-6666dtex 聚酯產(chǎn)業(yè)用長絲。

紡絲箱的箱體為上下分體結(jié)構(gòu)形式紡絲箱，解決了紡絲箱無法單獨(dú)控制熔體溫度的技術(shù)問題，通過設(shè)置能獨(dú)立控溫的上紡絲箱及下紡絲箱，實(shí)現(xiàn)了能單獨(dú)調(diào)整兩個箱體的溫度，使熔體降解大幅減少，保證了成品絲的纖度、結(jié)晶度與取向度的均勻性，提高了成品絲的拉伸性能，降低了纖維強(qiáng)力和伸長不勻率。為了使得紡絲箱整體結(jié)構(gòu)更加緊湊，并且最大限度地利用空間，采用組件雙排錯位對稱結(jié)構(gòu)排布，縮短了箱體內(nèi)的熔體管路長度，從而縮短了熔體停留時間，降低了熔體壓力降，提高了紡絲工藝性。采用了組件雙排錯位對稱結(jié)構(gòu)的技術(shù)手段，可使箱體內(nèi)各相應(yīng)的管路長度差接近最小，使各紡絲組件的熔體配送趨于一致，使紡制出的絲條更加均勻，各個組件所噴絲的絲絲束能夠均勻集束在熱輥上，為牽伸一致提供前提條件。進(jìn)而達(dá)到各束絲牽伸一致。

上紡絲箱的內(nèi)部設(shè)置熔體經(jīng)熔體進(jìn)口總管分配成兩路，由熔體支管（一）和熔體支管（二）組成，分別進(jìn)入泵座，再經(jīng)泵墊、泵板、進(jìn)入計(jì)量泵中，然后經(jīng)過計(jì)量泵的計(jì)量、計(jì)算，熔體再經(jīng)泵板、泵墊、泵座被分配到各個熔體管路次支管，計(jì)量泵用于控制熔體的流量。保證成品絲滿足設(shè)定要求。上紡絲箱采用了泵座上對應(yīng)每一個計(jì)量泵分別設(shè)置有熔體進(jìn)口和出口，熔體進(jìn)口與計(jì)量泵的熔體入口連通；熔體進(jìn)出口分別與不同的熔體管路相連通，每一個計(jì)量泵有1 個熔體入口和多個熔體出口，每一個紡絲組件有2 個入口，每一個熔體分配輸出通道的長度與其相對應(yīng)的熔體分配輸入通道的長度之和均相等。

下紡絲箱的內(nèi)部設(shè)置組件；下紡絲箱還設(shè)置加熱介質(zhì)進(jìn)口和加熱介質(zhì)出口，通過加熱介質(zhì)使下紡絲箱空間內(nèi)的溫度保持在設(shè)定溫度，繼而使組件的熔體保持在設(shè)定溫度。上紡絲箱和下紡絲箱采用了聯(lián)苯和聯(lián)苯謎或?qū)嵊图訜岬募夹g(shù)手段，所以，容易控制加熱溫度，有利于環(huán)境保護(hù)。

由于采用了上下箱體都具有一個加熱介質(zhì)進(jìn)口和兩個加熱介質(zhì)出口的技術(shù)手段，每一個箱體均分別與可獨(dú)立控制的加熱介質(zhì)系統(tǒng)連通，所以，可以分別對每一個箱體內(nèi)的溫度進(jìn)行控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對箱體的熔體管、計(jì)量泵和紡絲組件中的熔體溫度進(jìn)行控制，有利于紡制出高質(zhì)量的聚酯產(chǎn)業(yè)用長絲。

這樣，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中紡絲箱無法單獨(dú)控制熔體溫度的技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)了能單獨(dú)調(diào)整兩個箱體的溫度，使兩個箱體具備不同的功能，上箱體采用相對低溫的方法，盡量減少熔體的降解，起到輸送分配作用，而下箱體采用相對高溫，使熔體在組件中的表觀粘度趨近一致，保證了成品絲的纖度、結(jié)晶度與取向度的均勻性，提高了成品絲的拉伸性能，降低了纖維強(qiáng)力和伸長不勻率。

紡55dtex-111dtex 時，每排16 頭，雙排32 頭，組件采用雙胞胎噴絲板，這樣形成64 個絲束，紡111dtex-333dtex每排16 頭，雙排32 頭，組件采用單板噴絲板，這樣形成32 個絲束，紡333dtex-666dtex 兩個組件合并為一束絲，單排8 個束絲，雙排16 個束絲，這樣形成16 個絲束，紡666dtex-1333dtex4 個組件合并為一束絲，單排4 束絲，雙排8 束絲，這樣形成8 個絲束，紡1670dtex-3333dtex8 個組件合并為一束絲，單排2 束絲，雙排4 束絲，這樣形成4個絲束，紡3300dtex-6666dtex16 個組件合并為一束絲，單排1 束絲，雙排2 束絲，這樣形成2 個絲束。

1.4.3 柔性模塊式牽伸卷繞機(jī)

生產(chǎn)不同的聚酯產(chǎn)業(yè)用長絲采用了單元標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的一機(jī)多能柔性牽伸技術(shù)，同一機(jī)型，根據(jù)不同的產(chǎn)業(yè)用長絲產(chǎn)品的牽伸工藝要求，將上油、預(yù)網(wǎng)絡(luò)、導(dǎo)絲、牽伸罩殼、網(wǎng)絡(luò)等部件做成系列標(biāo)準(zhǔn)單元，熱輥?zhàn)鳛闋可礻P(guān)鍵部件，將工頻及高頻加熱，單段及多段控溫，多種表面粗糙度，不同長度的熱輥組合在一起，形成獨(dú)立系列標(biāo)準(zhǔn)單元。采用不同標(biāo)準(zhǔn)化單元，不同品種的聚酯產(chǎn)業(yè)用長絲能在同一機(jī)型上按需高效制備，（如圖2 所示）。同樣同一機(jī)型上既可以生產(chǎn)聚酯低縮（LS）產(chǎn)業(yè)用長絲及聚酯超低縮（SLS）產(chǎn)業(yè)用長絲和生產(chǎn)聚酯高強(qiáng)（HT）產(chǎn)業(yè)用長絲，也可以生產(chǎn)聚酯產(chǎn)業(yè)用中強(qiáng)長絲，同時在同一設(shè)備上可以根據(jù)不同的旦數(shù)，保證總纖度不變采用1-2 臺卷繞頭，生產(chǎn)64 頭紡（55dtex-111dtex）-2 頭紡（3300dtex-6666dtex）的不同聚酯低縮（LS）及超低縮（SLS）高強(qiáng)（HT）產(chǎn)業(yè)用長絲。

圖2 柔性聚酯產(chǎn)業(yè)用長絲牽伸卷繞部分示意圖

經(jīng)過喂入分絲輥組（14）→第一牽伸熱輥組（15）→第二牽伸熱輥組（16）→第三牽伸熱輥組（17）→導(dǎo)絲盤一（20-1）→終網(wǎng)絡(luò)（21）→卷繞裝置（22）。此工藝路線可以生產(chǎn)2-64 頭聚酯高強(qiáng)產(chǎn)業(yè)用長絲。

經(jīng)過喂入分絲輥組（14）→第一牽伸熱輥組（15）→第二牽伸熱輥組（16）→第三牽伸熱輥組（17）→第四牽伸熱輥組（18）→導(dǎo)絲盤二（20-2）→終網(wǎng)絡(luò)（21）→卷繞裝置（22）。此工藝路線可以生產(chǎn)2-64 頭聚酯低縮高強(qiáng)產(chǎn)業(yè)用長絲。

經(jīng)過喂入分絲輥組（14）→第一牽伸熱輥組（15）→第二牽伸熱輥組（16）→第三牽伸熱輥組（17）→第四牽伸熱輥組（18）→第五牽伸熱輥組（19）→導(dǎo)絲盤三（20-3）→終網(wǎng)絡(luò)（21）→卷繞裝置（22）。此工藝路線可以生產(chǎn)2-64 頭聚酯超低縮高強(qiáng)產(chǎn)業(yè)用長絲。

1.4.4 柔性模塊式高速卷繞裝置

柔性聚酯產(chǎn)業(yè)用長絲的卷繞裝置采用先進(jìn)的高速自動換筒步進(jìn)精密卷繞技術(shù)、主動壓絲輥技術(shù)、低摩擦處理技術(shù)，不同型號的卷繞頭系統(tǒng)體積小，防干擾能力強(qiáng)，具有自動防疊功能，在底層絲退繞和尾絲過尾等方面性能能滿足不同品種產(chǎn)業(yè)用長絲的卷裝需求。

2 主要工藝參數(shù)（見表3，表4，表5，表6）

表3 典型產(chǎn)品紡絲工藝

表4 典型產(chǎn)品的牽伸-松弛熱定形-卷繞工藝

表5 典型產(chǎn)品紡絲工藝

表6 典型產(chǎn)品的牽伸-松弛熱定形-卷繞工藝

3 結(jié)果

國產(chǎn)柔性聚酯產(chǎn)業(yè)用長絲紡牽聯(lián)合機(jī)成套裝備技術(shù)，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，并實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)，生產(chǎn)的多系列聚酯產(chǎn)業(yè)用長絲已投放國內(nèi)和國際市場，產(chǎn)品性能指標(biāo)優(yōu)異，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。隨著市場的推廣、產(chǎn)品的升級，預(yù)計(jì)今后在聚酯產(chǎn)業(yè)用長絲產(chǎn)品領(lǐng)域具有更加廣闊的應(yīng)用前景。對增強(qiáng)我國化纖裝備制造技術(shù)、增強(qiáng)我國紡織品國際競爭力起到了良好的推動作用。