北京中麗制機工程技術有限公司 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)過多年的技術發(fā)展，傳統(tǒng)錦綸6細旦工業(yè)絲一步法紡牽聯(lián)合機的二頭紡、四頭紡技術已成熟穩(wěn)定。如何在此基礎上、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。在細旦工業(yè)絲紡絲上開展多頭紡技術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細旦工業(yè)絲多頭紡機型為錦綸工業(yè)絲提高效能、保證產(chǎn)品質(zhì)量提供了裝備和技術保障。該錦綸6細旦工業(yè)絲多頭紡機型的主要特點介紹如下：

1工藝流程及主要技術參數(shù)

1.1 工藝流程

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

1.2 主要技術參數(shù)和牽伸輥的配置

表1 主要技術參數(shù)

表2 牽伸輥的配置及主要技術參數(shù)

2設備工藝特點

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，不得有滯留點和死點。根據(jù)紡絲需要采用紡絲箱和熔體管路分別單獨聯(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，故所有和聚酰胺熔體接觸的地方都應采用不銹鋼材料。

2.2 紡絲溫度

紡絲箱的紡絲溫度應嚴格控制，由于聚酰胺的熔點和分解溫度之間較窄，對紡絲溫度要嚴格控制。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，遇冷后凝結成晶體粘附在噴絲板、緩冷器、側吹風風網(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裝置，從噴絲板四周噴入霧狀的過熱蒸汽，側吹風上方裝有的單體抽吸裝置及時將氣狀單體吸走，有效保護板面的潔凈；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，使熔體細流不要過快驟冷。噴絲板下方至側吹風吹風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吹風的風速和風濕、風溫，吹風形式有環(huán)吹和側吹。與民用型相比，工業(yè)絲的根數(shù)多，單絲dpf和總纖度大。對于標準型工業(yè)絲大多數(shù)采用側吹風，同時要求側吹風的風窗高度要長，本機型側吹風高度為1800mm，寬度為1400mm。側吹風的風速均勻性是該裝置的重要考核指標，為保證風速在橫向均勻，風窗采用多孔板+多層金屬網(wǎng)+蜂窩板結構，有效將橫向風速的均勻度提高到10%以內(nèi)，絲束運行穩(wěn)定，保證纖維質(zhì)量。

通常紡絲的風溫控制在15～20℃，誤差控制在±1℃；相對濕度65%～70 % ；風速為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。絲束在進入牽伸區(qū)都要進行上油。上油方式主要有油唇上油、油嘴上油、油輪上油。

本機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，進而保證其可拉伸性。

2.6 預網(wǎng)絡與主網(wǎng)絡

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網(wǎng)絡器，能起到勻油、穩(wěn)張力的作用，增強絲束的抱合力，提高纖維對熱牽伸的承受能力。預網(wǎng)絡器在整個紡程中產(chǎn)生“網(wǎng)絡結點”，空氣壓力不能過大，一般設定在 0.05～0.1MPa之間。

主網(wǎng)絡一般設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（俗稱“網(wǎng)絡點”），絲間的抱合力大大增強，有利于后續(xù)加工時的絲束退繞。主網(wǎng)絡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下的導絲鉤進入主網(wǎng)絡器，再經(jīng)由網(wǎng)絡器下的導絲鉤進行分絲，“一分為二”拉引至卷繞頭，從而實現(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個低溫熱牽伸輥組成，輥溫一般設在50～80℃，給牽伸的絲束進行預熱并保持絲束有一定的張力。第二、第三對熱牽伸輥各由2個高溫熱牽伸輥組成，與第一對熱牽伸輥形成2級牽伸。溫度設定分別為120～160℃、170～190℃。由于滌綸工業(yè)絲的切片粘度高，牽伸倍數(shù)高，屈服應力大，多級牽伸有利于提高纖維的均勻性和強度。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個高溫熱牽伸輥組成，其作用是對牽伸后的絲束進行定型，消除纖維因高速牽伸產(chǎn)生的應力。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，完成細旦絲的定型。

圖1 “一位兩臺卷繞頭”錦綸6細旦工業(yè)絲多頭紡機型

3設備的結構特點

3.1 螺桿擠壓機

螺桿擠壓機采用交流異步電機變頻調(diào)速，螺桿直徑120mm，長徑比1：25，并采用了LTM混煉均化結構，以達到提高產(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，故選配加強型齒輪箱，設有壓力上下限報警及緊急停車裝置，當螺桿轉(zhuǎn)速超速（超設定上下線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構形式，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。紡絲箱上設有熔體冷凍閥，通壓縮空氣可單獨關停每臺紡絲計量泵，進行泵的更換。

3.3 過熱蒸汽保護裝置

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，在紡絲箱體的無風區(qū)結構上做了改進，采用高度可調(diào)式結構。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，有效保護噴絲板面的潔凈，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）。這種結構往往中間抽吸效果好，兩邊稍差。本機型對此做了改進，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)設一檔板，以增強排放裝置兩側的風壓，改善整個吸風寬度上的風壓分布，均衡抽吸效果。針對錦綸6單體溶于水的特點，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。采用單鴨嘴式結構，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

油唇上油結構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，達到定量供應油劑的目的；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 導絲器

在紡程上，需要各種導絲器來幫助絲束轉(zhuǎn)向，由于導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，為了減少絲束與導絲器間的摩擦力，對導絲器的材質(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絲瓷件采用橘皮表面的最佳。

3.7 主網(wǎng)絡部件

對主網(wǎng)絡部件重新進行設計，在網(wǎng)絡器下方增加了一排導絲鉤（ 圖 6所示）。用于對進入卷繞頭前的絲束進行分絲，并穩(wěn)定絲束，方便卷繞頭生頭操作的進行。

圖6 網(wǎng)絡部件增加導絲鉤的結構

3.8 喂入輥及牽伸定型系統(tǒng)

喂入輥（GR0）由導絲輥和分絲輥組成，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。

本機采用四對速度、溫度不同的熱牽伸輥對絲束進行牽伸和熱定型。

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。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”的機架平臺

絲束在牽伸后和進入卷繞頭前都有導絲鉤對絲束進行分絲和穩(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，因此機架較高，為操作方便，機架采用牽伸和卷繞二層式結構。

對其結構和其支撐方式進行了重新研發(fā)設計，結構上，由輕型的方形矩管拼焊而成。與傳統(tǒng)機型相比，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合件支撐，后面固定在與立柱相連接的橫梁結合件上。結構更加緊湊，牢固（如圖7所示）。

圖7 平臺的支撐結構

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的電機速度控制和機械動作邏輯控制。經(jīng)過現(xiàn)場實際行動，證明整套系統(tǒng)具有系統(tǒng)響應速度快、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細旦工業(yè)絲多頭紡產(chǎn)品物理性能指標

5 結束語

錦綸6細旦工業(yè)絲多頭紡機型與傳統(tǒng)錦綸6工業(yè)絲4頭紡牽聯(lián)合機型比較，此款機型可增產(chǎn)50%，而設備僅僅只增加了卷繞頭，大大降低了投資成本，實現(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)品夯實基礎。

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

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