張運(yùn)啟

(中國石化 洛陽分公司 ， 河南 洛陽　471012)

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滌綸短纖維外環(huán)吹風(fēng)工藝探討

張運(yùn)啟

(中國石化 洛陽分公司 ， 河南 洛陽471012)

摘要：介紹了5萬t/a外環(huán)吹風(fēng)工藝滌綸短纖維裝置上生產(chǎn)1.33 dtex×38 mm半消光產(chǎn)品的工藝情況，通過合理地選擇環(huán)吹風(fēng)工藝中工藝風(fēng)的風(fēng)量(風(fēng)速)、溫度、濕度，環(huán)吹設(shè)備等，分析各因素對(duì)原絲質(zhì)量的影響。

關(guān)鍵詞：滌綸 ； 短纖維 ； 環(huán)吹風(fēng) ； 冷卻

熔體紡絲成形過程是絲條冷卻固化的傳熱過程。熔體從噴絲板擠出成條后，在冷卻風(fēng)系統(tǒng)中經(jīng)過驟冷風(fēng)充分冷卻固化。為了控制聚酯熔體細(xì)流的冷卻速度及其均勻性，生產(chǎn)中普遍采用冷卻吹風(fēng)。冷卻吹風(fēng)的方式通常有側(cè)吹風(fēng)、環(huán)吹風(fēng)，或側(cè)吹風(fēng)和環(huán)吹風(fēng)組合幾種。環(huán)吹風(fēng)主要有外環(huán)吹風(fēng)和內(nèi)環(huán)吹風(fēng)。我廠采用的是外環(huán)吹風(fēng)的冷卻方式。

環(huán)吹條件(風(fēng)壓、風(fēng)溫、風(fēng)濕等)是固化過程的決定性因素，影響著纖維的結(jié)構(gòu)和紡絲線上的各種分布，成為一系列不均勻產(chǎn)生的根源，尤其是對(duì)拉伸性能的影響。本文著重討論環(huán)吹風(fēng)工藝中冷卻風(fēng)的溫度、風(fēng)速(風(fēng)量)、濕度、環(huán)吹設(shè)備等因素對(duì)紡絲的影響。

1生產(chǎn)工藝

1.1　原料

聚酯熔體特性黏度0.650 dL/g±0.01 dL/g，端羧基含量<36 mol/t，二甘醇質(zhì)量百分含量1.2%±0.3%，熔點(diǎn)>251 ℃，凝聚粒子(>10 μm)每毫克小于6個(gè)。

1.2　主要設(shè)備

裝置采用美國杜邦公司專利技術(shù)，紡絲主要設(shè)備由美國康泰斯公司成套提供，最大紡絲速度2 000 m/min；后紡設(shè)備由德國Fleissner公司提供，加工絲束總纖度可達(dá)到600萬dtex，操作速度為250~270 m/min。

1.3　測(cè)試儀器

QDF-6型環(huán)吹風(fēng)速儀，XQ-1B等速伸長型拉伸試驗(yàn)儀，XQ-1纖維牽伸度分析儀。

1.4　工藝流程

前紡工藝流程：聚酯熔體→增壓泵 →計(jì)量泵 →紡絲組件→環(huán) 吹→上 油→卷 繞→牽引機(jī)→鋪絲器→盛絲桶

后紡工藝流程：預(yù)導(dǎo)絲機(jī) →水浴槽 →導(dǎo)絲機(jī) →牽伸機(jī) →牽伸蒸汽箱→緊張熱定型 →絲束冷卻機(jī) →上 油→疊絲機(jī) →卷曲蒸汽箱 →卷曲機(jī) →松弛熱定型→切斷機(jī)→打包

1.5　工藝參數(shù)

表1　主要工藝參數(shù)表

2環(huán)吹風(fēng)工藝條件對(duì)生產(chǎn)狀況的影響

2.1　風(fēng)溫

冷卻風(fēng)進(jìn)入紡絲箱內(nèi)初始溫度(22±2) ℃，經(jīng)過與絲條熱交換后出口風(fēng)溫度(50±5) ℃。在絲條冷卻過程中，熔體取向態(tài)結(jié)晶溫度為125 ℃，熔體固化溫度為80 ℃。在生產(chǎn)中，對(duì)于半密閉式外環(huán)吹裝置，在環(huán)吹筒出口處空氣最高溫度約為50 ℃，初生纖維能夠得到充分冷卻。溫度過低絲束過早冷卻，原絲沒有得到一定的取向拉伸，形成僵絲，造成后加工困難；若風(fēng)溫過高，說明絲束未能充分冷卻，絲束在風(fēng)筒中的擾亂程度增加，容易產(chǎn)生并絲。如表2所示，在驟冷風(fēng)溫度在22.5 ℃時(shí)，生產(chǎn)狀況最好，無并絲斷頭。

表2　驟冷風(fēng)溫度對(duì)生產(chǎn)狀況的影響

2.2　風(fēng)濕

驟冷風(fēng)的濕度對(duì)絲束的冷卻成型有一定的影響。合適的濕度可以減小絲束在紡絲甬道中摩擦產(chǎn)生的靜電和絲束的抖動(dòng)。一定的濕度可以提高空氣介質(zhì)的比熱容和給熱系數(shù)，同時(shí)有利于絲室溫度恒定和絲束的及時(shí)冷卻。生產(chǎn)1.33 dtex半消光產(chǎn)品，驟冷風(fēng)相對(duì)濕度在84%時(shí)，絲束的抖動(dòng)和靜電最小。

2.3　風(fēng)速和風(fēng)量的影響

平穩(wěn)的冷卻條件能在紡絲線上形成理想而均勻的溫度分布，從而更有利于后續(xù)牽伸和原絲質(zhì)量的穩(wěn)定。杜邦工藝技術(shù)，前紡采用半密閉式環(huán)吹筒對(duì)熔體細(xì)流進(jìn)行冷卻成形，因紡絲位數(shù)多，相應(yīng)對(duì)各紡絲位的冷卻均勻性要求極高，為保證原絲質(zhì)量穩(wěn)定，要求嚴(yán)格控制各個(gè)紡絲位環(huán)吹冷卻效果的偏差。

從噴絲孔噴出的絲在卷繞牽引機(jī)的拉伸下和環(huán)吹風(fēng)的作用下完成了初生纖維冷卻固化成型的過程，溫度和紡絲速度一定時(shí)，風(fēng)速的大小直接影響固化點(diǎn)的位置。如圖1所示，風(fēng)速過大，擾動(dòng)程度增加，冷卻點(diǎn)向噴絲板方向移動(dòng)，絲束在大分子取向不充分時(shí)就固化了，易將絲束拉斷；風(fēng)速過小，絲束的固化點(diǎn)向下移，絲束的抖動(dòng)劇烈，絲與絲之間在未充分冷卻時(shí)，易粘連形成并絲，分子取向也隨之增大，自然牽伸比變小，后牽伸也困難。

圖1風(fēng)速對(duì)紡絲的影響

適當(dāng)提高驟冷風(fēng)壓力，環(huán)吹風(fēng)風(fēng)量和風(fēng)速同時(shí)增加，環(huán)吹風(fēng)均勻性得到改善，同時(shí)可以克服該工藝所用催化劑無水環(huán)境野風(fēng)干擾，原絲強(qiáng)伸性能和強(qiáng)伸度CV值均有改善，如表3所示，通過實(shí)驗(yàn)可以看出，驟冷風(fēng)壓力在830 Pa時(shí)，斷裂強(qiáng)度CV值和斷裂伸長CV值最小。

表3　驟冷風(fēng)壓對(duì)原絲質(zhì)量均勻性的影響

3環(huán)吹風(fēng)主要設(shè)備對(duì)生產(chǎn)狀況的影響

3.1　橡膠密封墊圈

橡膠密封墊圈放置在環(huán)吹筒頂部與紡絲箱體結(jié)合處，防止環(huán)吹筒與箱體之間漏風(fēng)。由于橡膠密封墊圈長期受熱后會(huì)老化變形，墊圈直徑會(huì)變大，導(dǎo)致密封不嚴(yán)，造成環(huán)吹風(fēng)不均勻，易產(chǎn)生并絲，應(yīng)定期及時(shí)更換。

3.2　環(huán)吹海綿和鋼網(wǎng)

環(huán)吹海綿的作用是對(duì)驟冷風(fēng)進(jìn)行精確過濾，防止驟冷風(fēng)中的灰塵顆粒吹進(jìn)冷卻系統(tǒng)。鋼網(wǎng)主要是均化工藝風(fēng)和支撐環(huán)吹海綿的作用，驟冷風(fēng)通過環(huán)吹海綿和鋼網(wǎng)，使環(huán)吹風(fēng)分布更均勻。海綿和鋼網(wǎng)的材質(zhì)要好，尺寸要合適，避免設(shè)備安裝產(chǎn)生縫隙，影響環(huán)吹風(fēng)分布的均勻性，防止質(zhì)量波動(dòng)和疵點(diǎn)產(chǎn)生。

3.3　延遲環(huán)

延遲環(huán)作用是保證固定的冷卻吹風(fēng)高度，同時(shí)保持環(huán)吹上緣成穩(wěn)定的圓形。延遲環(huán)變形、翹角會(huì)引起海棉翹邊或漏風(fēng)，影響冷卻效果。

3.4　喇叭口

喇叭口是紡絲位和環(huán)吹筒的結(jié)合部位，送入每個(gè)紡絲位的冷卻風(fēng)通過喇叭口進(jìn)入環(huán)吹筒。喇叭口橡膠皮墊在長時(shí)間高溫狀態(tài)下老化漲大，失去彈性，上位時(shí)受力容易脫落，造成環(huán)吹風(fēng)量嚴(yán)重不足，風(fēng)壓測(cè)定時(shí)嚴(yán)重偏小。這導(dǎo)致該紡位的絲束得不到有效冷卻，取向度很低，在后加工時(shí)該位的絲牽伸不足，影響成品絲質(zhì)量。

3.5　上位拉桿

上位拉桿的主要作用是保證環(huán)吹筒與紡絲箱體結(jié)合緊密。如環(huán)吹筒上位時(shí)拉桿頂不緊，則會(huì)引起漏風(fēng)，影響環(huán)吹風(fēng)的均勻性，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量。

4結(jié)論

選擇合理的環(huán)吹風(fēng)溫度，可以有效地控制并絲的產(chǎn)生和斷頭頻率。適當(dāng)提高環(huán)吹風(fēng)壓力、提高環(huán)吹風(fēng)風(fēng)速，改善環(huán)吹風(fēng)的均勻性，使熔體冷卻速率提高、熔態(tài)區(qū)縮短、固化點(diǎn)上移，初生纖維的自然牽伸比降低，有利于后牽伸。環(huán)吹工藝主要設(shè)備(橡膠密封墊圈、延遲環(huán)、環(huán)吹海綿和鋼網(wǎng)、喇叭口、上位拉桿)直接影響環(huán)吹風(fēng)的均勻性，應(yīng)做好設(shè)備備件的選擇和定期作業(yè)。

作者簡(jiǎn)介：張運(yùn)啟(1987-)，男，助理工程師，從事聚酯纖維生產(chǎn)技術(shù)管理工作，電話：(0379)66997823。

收稿日期：2015-01-21

中圖分類號(hào)：TS102.522

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1003-3467(2015)05-0043-02