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

由于脂肪族聚酰胺纖維是世界上最早工業(yè)化的合成纖維品種，主要品種有聚酰胺6 和聚酰胺66，約占脂肪族聚酰胺總產(chǎn)量的80%以上，其具有優(yōu)良的強(qiáng)度、耐磨性、彈性回復(fù)率、吸濕性，這種優(yōu)良的特性廣泛應(yīng)用于降落傘及其配套的傘面?zhèn)銕Ш蛡憷K及飛機(jī)救生筏、帳篷、可制成醫(yī)用彈性繃帶，可做漁網(wǎng)，可用于高層建筑工地用的防護(hù)網(wǎng)、公路上的石流防護(hù)網(wǎng)，還用于飛機(jī)和火車的行李網(wǎng)、集裝箱運(yùn)輸?shù)陌踩W(wǎng)等，也可用于防腐蝕工作服等產(chǎn)業(yè)用領(lǐng)域。

脂肪族聚酰胺（以下簡稱聚酰胺）產(chǎn)業(yè)用纖維主要品種有聚酰胺6 和聚酰胺66，分為中強(qiáng)絲，高強(qiáng)絲，高強(qiáng)低縮絲，超低縮高強(qiáng)絲。以往的生產(chǎn)設(shè)備都是紡制品種單一、不能同時(shí)生產(chǎn)聚酰胺6、聚酰胺66 低粘-中粘-高粘切片，隨著產(chǎn)能規(guī)模不斷放大，產(chǎn)品范圍不斷擴(kuò)展，導(dǎo)致使用廠家需要配置不同的設(shè)備，如繼續(xù)按現(xiàn)有工藝制備聚酰胺6、聚酰胺66 產(chǎn)業(yè)用長絲，紡絲生產(chǎn)線將變得越來越龐大，也將對(duì)生產(chǎn)廠房用地和建筑面積的需求更大，最終將使脂肪族聚酰胺產(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(cái)力，這些嚴(yán)重阻礙了我國產(chǎn)業(yè)用長絲的高速發(fā)展，因此新設(shè)計(jì)了一款柔性平行紡紡絲牽伸卷繞設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)脂肪族聚酰胺產(chǎn)業(yè)用長絲在同一臺(tái)裝備上可柔性生產(chǎn)聚酰胺中強(qiáng)絲，高強(qiáng)絲，高強(qiáng)低縮絲，超低縮高強(qiáng)絲等產(chǎn)品，滿足市場需求，達(dá)到一機(jī)多能，有效降低生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)成本。

1 柔性脂肪族聚酰胺產(chǎn)業(yè)用絲紡牽一體化成套設(shè)備特點(diǎn)

1.1 柔性脂肪族聚酰胺產(chǎn)業(yè)用絲紡牽一體化成套設(shè)備的工藝流程

干切片→紡絲料倉→熔融擠壓→熔體配送→分體加熱的紡絲箱→多功能組件→過熱蒸汽吹掃→單體抽吸→雙緩冷器→雙環(huán)吹風(fēng)冷卻→上油→（喂入+分絲輥）→多級(jí)牽伸→多級(jí)松弛定型→終網(wǎng)絡(luò)→高速卷繞→成品。

1.2 原料

采用脂肪族聚酰胺相對(duì)粘度為2.4-2.8 中低粘切片，密度1.14g/ml。

采用脂肪族聚酰胺相對(duì)粘度為3.2-3.5 高粘切片，密度1.14g/ml。

1.3 聚酰胺產(chǎn)業(yè)用長絲柔性紡牽一體化成套設(shè)備技術(shù)參數(shù)和規(guī)格（如圖1，表1）

表1 聚酰胺產(chǎn)業(yè)用長絲柔性紡牽一體化成套設(shè)備技術(shù)參數(shù)

圖1 聚酰胺產(chǎn)業(yè)用長絲柔性紡牽一體化成套設(shè)備主視圖和側(cè)視圖

1.4 設(shè)備形式及技術(shù)特點(diǎn)

1.4.1 螺桿擠壓機(jī)

1990年開始，在報(bào)告病例的信息中增加了性別和職業(yè)分類。1990—2017年的753例病例中，男性394例，女性359例，男女之比為1.10∶1；散居兒童506例（67.20%），幼托兒童 86 例（11.42%），學(xué)生143例（18.99%），農(nóng)民 14例（1.86%），工人 1例（0.13%），其他合計(jì) 3例（0.40%）。

脂肪族聚酰胺（以下簡稱聚酰胺）熔融采用帶有氮?dú)獗Ｗo(hù)的螺桿擠壓機(jī)其控制原理：熔體壓力由測壓元件轉(zhuǎn)換為壓力信號(hào)→變送器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)→調(diào)節(jié)儀表輸出調(diào)節(jié)信號(hào)→變頻器輸出速度信號(hào)→螺桿電機(jī)→控制熔體壓力，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)。螺桿擠壓機(jī)作為切片轉(zhuǎn)換成熔體的部件對(duì)紡絲質(zhì)量的影響首當(dāng)其沖。紡聚酰胺產(chǎn)業(yè)用長絲的螺桿長徑比、壓縮比、以及進(jìn)料段，壓縮段，計(jì)量段的分區(qū)設(shè)置對(duì)于紡不同粘度的聚酰胺產(chǎn)業(yè)用長絲，螺桿的結(jié)構(gòu)特征也各不相同，它將直接影響到聚酰胺產(chǎn)業(yè)用長絲的紡絲能否運(yùn)行。根據(jù)切片的特性通常在紡聚酰胺不同粘度的切片會(huì)采用不同的螺桿，開發(fā)了同一螺套與同尺寸，同長徑比而不同壓縮比，不同計(jì)量段螺槽深度，不同混煉頭的不同螺桿的多種柔性匹配技術(shù)，比如紡制低粘2.4-2.5，混煉段采用圓柱銷釘計(jì)量段帶特定均化部件的螺桿，壓縮比采用2.91-2.95 如圖2（a）所示；紡制中粘2.7-2.8，混煉段采用菱形銷釘計(jì)量段帶特定均化部件的螺桿，壓縮比會(huì)采用2.96-3.1 如圖2（b）所示；紡制高粘3.3-3.5，混煉段采用全螺紋計(jì)量段帶特定均化部件的螺桿，壓縮比會(huì)采用3.4-3.5 如圖2（c）所示。這樣可以實(shí)現(xiàn)不同粘度，都可以生產(chǎn)中強(qiáng)，高強(qiáng)，超低縮等不同的聚酰胺產(chǎn)業(yè)用長絲，實(shí)現(xiàn)柔性生產(chǎn)。

圖2

1.4.2 紡絲箱體

紡絲箱體采用的上下分體結(jié)構(gòu)形式如圖3 所示，通過設(shè)置能獨(dú)立控溫的上紡絲箱體（5-1）及下紡絲箱體（5-2），實(shí)現(xiàn)了能單獨(dú)調(diào)整兩個(gè)箱體的溫度，使聚酰胺熔體降解大幅減少，保證了產(chǎn)業(yè)用長絲的纖度、結(jié)晶度與取向度的均勻性，提高了產(chǎn)業(yè)用長絲的拉伸性能，降低了纖維強(qiáng)力和伸長不勻率。由于采用了對(duì)稱結(jié)構(gòu)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，縮短了箱體內(nèi)的熔體管路長度，從而縮短了熔體停留時(shí)間，降低了熔體壓力降，提高了紡絲工藝性。由于采用了上下箱體都具有一個(gè)加熱介質(zhì)進(jìn)口和一個(gè)加熱介質(zhì)出口，每一個(gè)箱體均分別與可獨(dú)立控制的加熱介質(zhì)系統(tǒng)連通，可以分別對(duì)每一個(gè)箱體內(nèi)的溫度進(jìn)行控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)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)量的聚酰胺產(chǎn)業(yè)用長絲。對(duì)于紡制中強(qiáng)，高強(qiáng)，高強(qiáng)低縮，超低縮高強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了能單獨(dú)調(diào)整兩個(gè)箱體的溫度，使兩個(gè)箱體具備不同的功能，上箱體采用相對(duì)低溫的方法，盡量減少聚酰胺的降解，起到輸送分配作用，而下箱體采用相對(duì)高溫，使熔體在組件中的表觀粘度趨近一致，保證了中強(qiáng)，高強(qiáng)，高強(qiáng)低縮，超低縮高強(qiáng)各種絲束的纖度、結(jié)晶度與取向度的均勻性，提高了產(chǎn)業(yè)用長絲的拉伸性能，降低了纖維強(qiáng)力和伸長不勻率。

圖3 紡絲箱體上下分體結(jié)構(gòu)形式示意圖

1.4.3 聚酰胺單體抽吸部件

由于聚酰胺切片中含有一定量的單體和低聚物，這些單體和低聚物在高溫下隨熔體從噴絲孔中逸出，受到環(huán)吹風(fēng)和環(huán)境溫度的冷卻作用會(huì)發(fā)生分解，會(huì)伴隨絲束析出一些單體，這些單體會(huì)結(jié)晶粘附在紡絲組件6 的表面，逐漸會(huì)堆積造成堵孔造成紡絲條件惡化使斷頭增加。為此采用過熱蒸汽盤管（5-3）將經(jīng)過紡絲箱（5-2）加熱的過熱蒸汽從過熱蒸汽噴射室噴射孔噴出，在組件6 的表面形成過熱蒸汽保護(hù)層，其與組件6 噴出的絲束伴隨帶出的單體融合后降溫變成含單體的蒸汽，被單體抽吸部件7 中采用負(fù)壓抽吸。

1.4.4 聚酰胺緩冷器部件

如果聚酰胺產(chǎn)業(yè)用長絲立即冷卻，絲束的流動(dòng)性和拉伸性能變差，容易斷絲。加上由于初生纖維的結(jié)構(gòu)要求內(nèi)外均一，同時(shí)為了防止聚酰胺產(chǎn)業(yè)用長絲熔體的突然冷卻，造成大分子鍵的交纏，影響成品絲的強(qiáng)度，為保證紡絲質(zhì)量從噴絲板下來的絲在進(jìn)到環(huán)吹風(fēng)冷卻前增加緩冷保溫處理，起到延遲卻冷作用，使聚酰胺產(chǎn)業(yè)用長絲絲束在（220～250）℃的熱空氣保留一段時(shí)間不至于迅速冷卻。上緩冷器部件（8-1）和下緩冷器部件（8-2）如圖1 所示，兩個(gè)緩冷器之間形成便于紡絲通過的加熱通道，這樣保證紡絲絲束溫度的均勻。

1.4.5 雙環(huán)吹冷卻部件

冷卻條件是影響聚酰胺纖維質(zhì)量的一個(gè)重要因素，為了使纖維的凝固過程均勻一致，采用上下兩個(gè)環(huán)吹冷卻部件。上下環(huán)吹冷卻部件其包括密封圈，圓形多孔板，組合過濾網(wǎng)筒，環(huán)吹風(fēng)箱，水平多孔板及濾網(wǎng)組合體，進(jìn)風(fēng)箱，風(fēng)道，過濾組合多孔板及濾網(wǎng)組合體，過濾抽屜等等元件。上下環(huán)吹筒考慮降低阻尼系數(shù)，阻尼材料以燒結(jié)金屬或阻尼材料為多孔板制成的圓筒并在它外面包覆高密度無紡布，上環(huán)吹采用18℃-25℃的冷卻風(fēng)，相對(duì)濕度80%-85%，考慮錦綸在紡絲過程中會(huì)吸濕，下環(huán)吹濕度更大一些，相對(duì)濕度85%-95%，形成二次冷卻。二次冷卻對(duì)絲條的冷卻效果的優(yōu)劣對(duì)纖維成品的物理性能、成品纖維的加工性能以及纖維的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)均會(huì)產(chǎn)生直接影響。下環(huán)吹風(fēng)溫通常控制在（20-23℃）±1℃，風(fēng)速0.4-0.6m/s。紡絲一段時(shí)間后，紡絲組件中的噴絲板面會(huì)聚集一些熔體殘留物，需要定期對(duì)噴絲板面進(jìn)行清理，避免因殘留物堆積影響紡絲質(zhì)量。清理噴絲板面時(shí)，環(huán)吹風(fēng)箱頂部可以降落到某一位置后留出操作空間供清板使用。正常紡絲時(shí)，環(huán)吹風(fēng)箱頂部升至原工作位置。

1.4.6 油劑上油

紡制聚酰胺產(chǎn)業(yè)用長絲為了不同的聚酰胺物理特性避免由于強(qiáng)烈的偏轉(zhuǎn)和纏繞引起纖維結(jié)構(gòu)的損壞而采用平行紡絲，如圖1 所示，牽伸機(jī)架上的上油部件和熱輥與紡絲箱平行排布，如圖1 和圖4 所示為二次上油，上油部件11 設(shè)置為上、下同型油輪上油，可以通過手動(dòng)微調(diào)上下油輪左右位置來調(diào)節(jié)對(duì)絲束的張力，控制上油的均勻性在油輪上方和下方各加一根擋絲瓷棒或一組導(dǎo)絲鉤，調(diào)節(jié)上下?lián)踅z棒和導(dǎo)絲鉤的位置，讓絲束的充分散開，輕輕地貼附在油輪外表面上油。

圖4 柔性牽伸裝置示意圖

1.4.7 多級(jí)牽伸及松弛定形

根據(jù)不同的聚酰胺產(chǎn)業(yè)用長絲的特性，牽伸工藝采用不同的多級(jí)熱輥配置。

1.4.7.1 紡聚酰胺產(chǎn)業(yè)用中強(qiáng)長絲

采用相對(duì)粘度為2.7-2.8 中粘切片，采用（喂入輥+分絲輥）和二對(duì)熱輥牽伸組合的配置。絲束經(jīng)過上油部件11，導(dǎo)絲器12，預(yù)網(wǎng)絡(luò)器部件13，進(jìn)入喂入分絲輥14（GR0）和第一對(duì)牽伸熱輥15（HGR1）之間為一級(jí)牽伸，由于聚酰胺纖維的玻璃化溫度較低＜83℃，所以第一級(jí)拉伸可以使冷拉伸，喂入分絲輥14（GR0）和第一對(duì)熱輥15（HGR1）之間拉伸比一般在2～3.0 倍，第一對(duì)熱輥15（HGR1）和第二對(duì)熱輥16（HGR2）之間為二次牽伸，拉伸比一般在1.1～1.5 倍，使絲束進(jìn)一步拉伸。從第二對(duì)熱輥16（HGR2）繞出的絲束經(jīng)過松弛導(dǎo)盤20-1，其松弛比為0.96-0.98。使絲束的張力得到釋放然后通過網(wǎng)絡(luò)器21-1，在卷繞裝置22 完成卷裝成形。

1.4.7.2 紡聚酰胺產(chǎn)業(yè)用高強(qiáng)絲

采用相對(duì)粘度為3.3-3.5 高粘切片，采用（喂入輥+分絲輥）和三對(duì)熱輥牽伸組合的配置。絲束經(jīng)過上油部件11，導(dǎo)絲器12，預(yù)網(wǎng)絡(luò)器部件13，進(jìn)入喂入分絲輥14（GR0）和第一對(duì)牽伸熱輥15（HGR1）之間為預(yù)牽伸，喂入分絲輥14（GR0）和第一對(duì)牽伸熱輥15（HGR1）之間拉伸比一般在1.02～1.05 倍，使絲束穩(wěn)定送入主牽伸過程。第一對(duì)牽伸熱輥15（HGR1）和第二對(duì)牽伸熱輥16（HGR2）之間為主牽伸，拉伸比一般在2.5～3.5 倍，使絲束充分拉伸。第二對(duì)牽伸熱輥16（HGR2）和第三對(duì)牽伸熱輥17（HGR3）之間為二次牽伸，拉伸比一般在1.2～2.5 倍，使絲束進(jìn)一步拉伸從第三對(duì)熱輥17（HGR3）繞出的絲束經(jīng)過松弛導(dǎo)盤20-2,其松弛比為0.97-0.99。使絲束的張力得到釋放然后通過網(wǎng)絡(luò)器21-2，在卷繞裝置22 完成卷裝成形。

1.4.7.3 紡聚酰胺產(chǎn)業(yè)用高強(qiáng)低縮絲

采用相對(duì)粘度為3.3-3.5 高粘切片，采用（喂入輥+分絲輥）和四對(duì)熱輥牽伸組合的配置。絲束經(jīng)過上油部件11，導(dǎo)絲器12，預(yù)網(wǎng)絡(luò)器部件13，進(jìn)入喂入分絲輥14（GR0）和第一對(duì)牽伸熱輥15（HGR1）之間為預(yù)牽伸，其拉伸比一般在1.02～1.05 倍，使絲束穩(wěn)定送入主牽伸過程。第一對(duì)牽伸熱輥15（HGR1）和第二對(duì)牽伸熱輥16（HGR2）之間為主牽伸，拉伸比一般在2.5～3.5 倍，使絲束充分拉伸。第二對(duì)牽伸熱輥16（HGR2）和第三對(duì)牽伸熱輥17（HGR3）之間為二次牽伸，拉伸比一般在1.2～2.5 倍，使絲束進(jìn)一步拉伸。第三對(duì)牽伸熱輥17（HGR3）和第四對(duì)高速熱輥18（HGR4）之間為松弛定型。拉伸比一般在0.9～1.1 倍，使絲束充分熱定型。從第四對(duì)熱輥18（HGR4）繞出的絲束經(jīng)過松弛導(dǎo)盤20-3，其松弛比為0.99-1.03。使絲束的張力得到釋放然后通過網(wǎng)絡(luò)器21-3，在卷繞裝置22 完成卷裝成形。

1.4.7.4 紡聚酰胺產(chǎn)業(yè)用超低縮高強(qiáng)絲

采用相對(duì)粘度為3.3-3.5 高粘切片，采用（喂入輥+分絲輥）和五對(duì)熱輥牽伸組合的配置。絲束經(jīng)過上油部件11，導(dǎo)絲器12，預(yù)網(wǎng)絡(luò)器部件13，進(jìn)入喂入分絲輥14（GR0）和第一對(duì)牽伸熱輥15（HGR1）之間為預(yù)牽伸，其拉伸比一般在1.02～1.05 倍，使絲束穩(wěn)定送入主牽伸過程。第一對(duì)牽伸熱輥15（HGR1）和第二對(duì)牽伸熱輥16（HGR2）之間為主牽伸，拉伸比一般在2.5～3.5 倍，使絲束充分拉伸。第二對(duì)牽伸熱輥16（HGR2）和第三對(duì)牽伸熱輥17（HGR3）之間為二次牽伸，拉伸比一般在1.2～2.5 倍，使絲束進(jìn)一步拉伸。第三對(duì)牽伸熱輥17（HGR3）和第四對(duì)高速熱輥18（HGR4）之間為松弛定型。松弛比一般在0.9～0.95 倍，使絲束充分熱定型。第四對(duì)高速熱輥18（HGR4）和第五對(duì)高速熱輥19（HGR5）之間為二次松弛定型。松弛比一般在0.9～0.98 倍，使絲束充分熱定型。從第五對(duì)熱輥19（HGR5）繞出的絲束經(jīng)過松弛導(dǎo)盤20-4，其松弛比為1.0-1.02。使絲束的張力得到釋放然后通過網(wǎng)絡(luò)器21-4，在卷繞裝置22 完成卷裝成形。

1.4.8 卷繞成形

采用北京中麗公司的摩擦輥主動(dòng)式i-BWA40G-1200/（4-12）型全自動(dòng)換裝筒卷繞頭。卷繞頭錠長為1200mm，4-12 頭紡卷繞頭，紡絲卷裝速度為2200m～3500m/min。

2 主要工藝參數(shù)（見表2、表3）

表2 典型產(chǎn)品紡絲工藝

表3 典型產(chǎn)品的牽伸-松弛熱定形-卷繞工藝

3 結(jié)果

柔性脂肪族聚酰胺平行紡產(chǎn)業(yè)用長絲紡絲牽伸卷繞裝置及生產(chǎn)技術(shù)，可以穩(wěn)定生產(chǎn)相對(duì)粘度為低粘度-中粘度-高粘度不同品種的聚酰胺6、聚酰胺66 產(chǎn)業(yè)用纖維長絲?？梢詫?shí)現(xiàn)同一設(shè)備生產(chǎn)4-24 頭不同品種的差別化聚酰胺6、聚酰胺66 產(chǎn)業(yè)用長絲，使聚酰胺6、聚酰胺66 產(chǎn)業(yè)用長絲纖維的生產(chǎn)成本大幅下降，能耗降低20%，提高了競爭能力。