科普 | 常规纺丝工艺及流程

1、纺丝工艺流程

常规纺丝工艺流程如下：干切片→熔融挤出→混合→计量→过滤→纺丝→冷却成形→上油→卷绕→UDY筒子。工艺流程见图9-4。

1.熔融挤出

切片依靠自重从进料口进人螺杆挤出机。由于螺杆的转动，切片沿螺槽向前运动，螺杆套简外侧装有加热元件，通过套筒将热量传给切片；同时，螺杆挤出机内的切片之间的摩擦和被挤压产生一定的热量。切片受热熔化，并被挤出机压缩而具有一定的熔体压力。

2.混合

使用静态混合器将出口处的熔体混合均匀，从而强化熔体的均匀性，减小熔体通过弯管时管壁与管中心温度和停留时间的差别。若熔体均匀可不使用静态混合器。

3.计量

螺杆挤出机输出的熔体由分配管分配到各纺丝部位的计量泵进行计量，以保证丝条的线密度一致、条干均匀。同时，计量泵可使熔体增压，以适应高压纺丝的需要。

4.过滤

纺丝前用滤砂等过滤材料滤掉熔体中的杂质。过滤材料有金刚砂、海砂、超细玻璃珠、过滤网等。在高压纺丝中，过滤层会产生较高的阻力，使熔体摩擦生热，温度升高，改善熔体的流变性能。

5.纺丝

经过滤后，熔体被分配板分配到喷丝板上的各个喷丝孔，从喷丝孔中吐出，形成熔体细流。

6.冷却成形

熔体细流被冷却介质冷却、凝固成丝条的过程称为冷却成形。在冷却的同时，由于喷丝头的拉伸作用，熔体细流在未凝固之前逐渐细化。冷却成形在纺丝窗内完成，纺丝甬道上端吹风窗强制吹出的冷却风可保证冷却条件的均匀。

7.上油

由于初生纤维较干燥，易产生静电，且单丝间抱合力差，丝条松散，摩擦系数大，无法进行后加工。因此，纺丝时要给丝条上油。虽然，采用不同工艺纺丝时其上油位置不同，但上油的目的上油可起到利于丝条集束、减少静电、提高平滑性的作用。常规纺丝均采用油轮上油，经冷却成形的丝条经过甬道到达卷绕机之前，与油轮接触完成上油。

8.卷绕

卷绕由上、下导丝盘、横导丝器及摩擦辊相互配合完成。上过油的丝条经上、下导丝盘改变走向、调节张力后，经横导丝器卷绕在筒管上。管管与卷绕头上的摩擦辊以一定压力接触，通过摩擦传动保持相同的线速度，这一速度即为纺丝速度。卷绕张力对筒子的成形和退烧张力均有影响。卷绕张力、超喂率及油剂是卷绕成形的三个重要因素。

2、纺丝工艺条件

纺丝过程中的工艺条件决定纤维在成型过程中的变化，对可纺性、卷绕丝的结构和性能及成品丝的性质均有重要的影响。成品丝的性质均有重要的影响。

1.熔体温度(Tm)

熔体温度也叫纺丝温度，控制适当，不仅可纺性好，而且成品丝的物理机械性能优异。熔体温度既要保证切片熔融完全，又要防止聚酯大分子剧热降解。因此，在切片特性粘度为0.64～0.66的范围内，熔体温度一般宜控制在285～290t。超过300t，聚酯大分子会发生急剧热降解。在上述温度范围内，随着温度的提高，熔体的流动粘度逐渐降低，熔体的均匀性和流变性能变好，可纺性逐步提高。

卷绕丝的预取向度(双折射立n值)降低，断面不匀率下降，纺丝张力也降低，卷绕丝的最大拉伸比和自然拉伸比增大。卷绕丝经拉伸以后，拉伸丝的强、伸度也有升高的趋势。因此，在熔体粘度降不大的情况下，温度可尽量取高。

但熔体温度不能过高。过高的温度会加剧聚酯大分子的降解，使螺杆压力降低或出现波动组件压文广下降，会使纤维凝固点上下波动，条干不匀率增大，染色等不匀率升高。另外，还会产生注头丝、卷绕时毛丝和断头增多、成品的伸度偏大等情况，严重时会出现喷出的丝呈不连续状、无法卷绕等。

熔体温度也不能太低。若温度过低，会因粘度太高使熔体在喷丝孔中的剪切应力增大，造成熔体破裂，可纺性变差。温度低于280t的情况下，纺出的丝条其强、伸度均低。这种丝称为弱丝，拉伸时易产生毛丝和断头，操作困难。

在实际生产过程中，熔体温度经常变动，容易产生纤维染色差。温度波动一般控制在±1℃范围内。需要指出，聚酯切片的特性粘度不同、熔点不同，选择的熔体温度范围也应不同。一般特性粘度变化士0.1，熔体温度相应变动±10℃。

熔体温度选择是否适当，除了从纺丝和拉伸的运转情况及成品丝质量指标可看出外，也可由无油丝的粘度降来评价，△n小于0.04，且波动要小。

熔体温度可由螺杆挤出机和纺丝箱体的温度进行控制。另外，还应考虑摩擦生热的因素。根据螺杆的基本功能，可将螺杆分为进料段、压缩段和计量段。在实际使用中，为了便于控制加温，可将螺杆分成若干个加热控制区。

2.螺杆挤出压力

螺杆挤出压力是指螺杆挤出机出口的熔体压力，由压力传感器测量和控制。螺杆挤出压力用于克服熔体在管道和混合器等设备内的阻力，保证计量泵人口处有一定的熔体压力。

据文献报道，泵前压力达到2MPa时，计量泵才能精确地计量输出，否则会产生泵供量不足或者波动，使纺出的丝变细或条干不匀。

以VC406A型纺丝机为例，以1000m/min的纺速纺167dtex规格的长丝时，管道阻力为2.6MPa，纺丝机上至少有4.6MPa的螺杆挤出压力才能正常生产。

实际生产中控制6.5～7.5MPa的压力，虽然较高的螺杆挤出压力对纺丝有利，但压力太高时要求螺杆转速愈快，挤出机内熔体的逆流量增大，电能消耗增加，若超过设备的耐压范围，还会出现事故。

3.泵供量

泵供量是指计量泵单位时间内输送熔体的质量。泵供量的大小直接影响纺出丝的粗细，泵供量可通过计算确定，再根据实际修正。计算公式为：

                                     Q = DRV/(l0000 K)

式中Q为泵供量(g/min)D为成品丝线密度(dtex)R为拉伸倍数v为纺丝速度(m/min)K为纤维收缩系数(常取1.05～1.10)。实际生产中不是直接控制泵供量，而是通过控制泵的转速来实现。泵的转速可根据下式：

                                         N=Q/γηC

式中：n为计量泵转速(r/min)Q为泵供量(g/min); γ为熔体密度(g/cm3)；η为计量泵效率(一般为98%)C为计量泵容量(cm3/r)。

一般计量泵的允许转速为15～40r/min，最好选用20～30r/min。若计算出来的转速不在适用范围内，可通过调换计量泵的规格来实现。

4.组件压力

组件压力用于克服熔体通过过滤层和喷丝孔时受到的阻力，它与纤维质量的均匀性密切相关。

高压纺丝时，组件压力在9.8～24.5MPa的范围内，卷绕丝的质量较好。随着组件使用时间的增长，过滤层内杂质逐步增多，阻力愈来愈大，组件压力会不断升高。对于组件压力，工艺上主要考虑初期压力和升压速度。

初期压力是指新组件纺丝稳定30min后的压力，亦称起始压力。它与过滤层的组成、泵供量、熔体温度和粘度有关，一般取9.8～14.7MPa.

升压速度是指组件正常使用时单位时间(小时或日)内组件压力上升的程度。日升压速度应小于6%，升压速度快，组件的使用寿命短。组件最高升至30MPa时，必须予以更换。若继续使用，可能将计量泵轧坏或导致喷丝板变形或产生漏料。

5.冷却吹风的温度、湿度和风速

纺制长丝时一般采用侧吹风的形式，主要有温度、湿度及风速(风量)三个参数。另外，还有侧吹风窗面上的风速分布。

冷却吹风温度在20～30t之间。若纺丝速度增高，风温应适当降低，以加快冷却。目前常采用28℃。

冷却吹风应有一定湿度，可防止丝条在甬道中与干空气摩擦产生静电，减少丝条的抖动和跳动；也有利于室内温度恒定，易于传热和强化对丝条的冷却，对丝条的结晶度、伸度和回潮率也有一定的影响。相对湿度在65%～80%之间均可，通常控制在70%左右。

风速(风量)对卷绕丝的预取向(双折射)和拉伸倍数的影响较大。随着风速的增加，卷绕丝的双折射降低，冷拉倍数增大。这是由于风速大时冷却效果好，凝固点向喷丝板方向移动,形变区缩短，熔体凝固前受到的拉伸取向作用减弱所致。

另外，风速大可改善染色不均匀和线密度不均匀，并能减弱室外气流的干扰，但风速超过一定程度，会造成丝条摇晃、湍动，并增加对喷丝板板面的冷却程度，反而造成成品质量指标不匀率的上升，不同线密度的丝条的冷却风速见表9-2。

此外，风速要稳定，风速的波动会使丝条的条干不匀率升高，条于不匀是产生染色不匀、强伸度不匀的重要原因之一，风速分布曲线通常有均匀直线形、弧形和S形三种，以直线和弧形为多，为保持喷丝板板面温度，有的在纺丝窗内设置缓冷区，缓冷区的下口用石棉板绝热。正常生产时，一定要放好隔热板。

6.卷绕速度

卷绕速度是影响卷绕丝预取向的一个重要因素。卷绕速度愈高，预取向度愈高，后拉伸倍数愈低，锭时产量也高，但不成正比。

在可能的条件下，应尽量提高卷绕速度，这不仅可提高生产效率，而且有利于提高丝的质量。据资料介绍，常规纺丝的最佳卷绕速度为900～1200m/min.

卷绕速度与熔体喷出速度之比称为喷丝头拉伸倍数。喷丝头拉伸倍数提高，后拉伸倍数降低。喷丝头拉伸倍数可根据式(9-9)计算
 

式中R'为喷丝头拉伸倍数v为卷绕速度(cm/min)γ为熔体密度(g/cm3)d为喷丝孔直径(cm)n为喷丝板孔数，Q为泵供量(g/min)。

7.横动导丝器往复次数

横动导丝器往复次数决定筒子卷绕角的大小，对卷绕张力也有影响，是卷绕成形良好与否的关健。生产上卷绕角常用6°～7°。横动导丝器往复次数可通过式(9-10)计算获得

式中：N为往复次数(次/min)α为卷绕角(°)；H为导丝动程(m)；v为卷绕速度(m/min)。

为了防止因叠丝造成卷绕成形不良，横动导丝器往复次数应进行周期性的变化。变化的范围称为振幅，变化的时间称为周期。振幅一般为±15～25次/min，周期一般为15～25s。卷绕速度加快时，振幅和周期应适当减小。

8.油轮转逮和油剂浓度

卷绕丝的上油量直接决定了成品复丝的含油量。油剂浓度愈高，油轮转速愈快，卷绕丝的上油量愈高。上油量视视丝的最终用途而定，机织用丝为0.6%～0.7%，针织用丝为0.7%～0.9%，加弹丝为0.5％～0.6％。油轮转速10～20r/min，油剂浓度为10%～16%。

若要使上也均匀，油轮转速和油剂浓度必须互相配合。油剂浓度增加，油轮转速下降，则飞溅性和扩散性好，附着性差；而油剂浓度下降，油轮转速增加，则飞溅性和扩散性差，附着性好。

纺丝油剂在使用前须调配成一定浓度的乳液。配制好的油剂应当均匀，透明性强。