一步法異收縮混纖絲紡絲裝備的開發及應用

孫滿英

摘要：與先紡絲后混纖的兩步法生產工藝相比，一步法生產異收縮混纖絲（ITY）具有生產成本較低、混纖絲結構及性能穩定等特點。本文主要介紹了一步法生產高異收縮混纖絲與低異收縮混纖絲在工藝流程和設備構造方面的關鍵技術及異同點，并就相關裝備生產商的相關裝備進行了實際生產效果評價。

關鍵詞：PET；FDY；POY；異收縮混纖絲；一步法

中圖分類號：TQ340.5 文獻標志碼：B

Development and Application of One-step ITY Spinning Machinery

Abstract： Compared to two-step process，one-step spinning process for ITY is more cost-efficient and the products quality and performance are more stable. Key technologies， similarities and differences of the spinning system and process between high-shrinkage and low-shrinkage POY/FDY blended yarn were introduced in this article. Furthermore， the practical effects of a domestic spinning system is introduced.

Key words： PET； FDY； POY； ITY； one-step

與先紡絲后混纖的兩步法生產工藝相比，一步法生產異收縮混纖絲（ITY）具有生產成本較低、混纖絲結構及性能穩定等特點，隨著一步法生產異收縮混纖絲紡絲設備的開發成功，其在仿桃皮絨、仿真絲、仿羊絨等領域中開始被較多地應用。

應用領域不同，對異收縮混纖絲收縮值的要求也不盡相同。目前，國內開發的一步法異收縮混纖絲的紡絲設備可生產不同收縮值的異收縮混纖絲，主要有兩種基本類型，即生產高異收縮混纖絲和低異收縮混纖絲兩大類產品。本文主要介紹兩類生產設備在工藝流程與設備開發上的共同點及主要的差異。

1 工藝流程

高異收縮混纖絲與低異收縮混纖絲在原料熔融與紡絲階段的工藝流程方面基本一致，而在牽伸卷繞階段的工藝流程則有所不同。

（1）POY與FDY為同種原料（PET）高異收縮混纖絲紡絲機的生產工藝流程如下所示。

（2）POY與FDY為同種原料（PET）低異收縮混纖絲紡絲機的生產工藝流程如下所示。

（3）如FDY與POY的原料不同，或兩者的紡絲工藝參數差異較大，可采取經各自的干燥設備→螺桿擠出機設備→熔體預過濾→雙組分雙箱體→計量泵→組件噴絲板→冷卻→噴嘴上油（牽伸卷繞前），即采用雙螺桿、雙箱體的紡絲技術。此工藝本文不作贅述。

2 高、低異收縮混纖絲紡絲機主要結構和工藝的異同點

2.1 共同點

從紡絲工藝來看，高異收縮混纖絲與低異收縮混纖絲的切片干燥、熔融擠壓、紡絲冷卻等工藝過程（牽伸卷繞之前）是相同的，這也決定了兩種不同收縮值的混纖絲在牽伸卷繞前的設備配置是一致的。紡絲機主要結構和工藝的共同點具體如下。

2.1.1 切片干燥系統

為了達到理想的紡絲效果并保證纖維的質量，滌綸切片在進入螺桿紡絲之前，必須經過干燥使切片含水率達到工藝要求。

該系統采用脈沖輸送的連續干燥設備。如為上文1（3）所述情況，則FDY和POY切片經各自不同的干燥設備，即設有 2 套干燥裝置。原料切片經過切片篩選和脈沖輸送系統后，為提高非晶狀滌綸切片的軟化點溫度，使切片成為真正的自由顆粒，滌綸切片則首先需經預結晶，并進行進一步的干燥。干燥后的切片含水要求≤25 mg/kg。

2.1.2 螺桿擠壓機

經預結晶、干燥后的滌綸切片從螺桿進料口進入擠壓機內。如為上述1（3）情況，則FDY和POY切片進入各自不同的螺桿擠出機系統，即采用雙螺桿設計方式。由于采用LTM銷釘螺桿，熔體受到進一步的剪切均化及混合。螺桿擠出機采用分段加熱和獨立的控制系統，螺桿進料口采用水冷卻，防止切片粘結。螺桿擠壓機采用交流變頻調速拖動，維護簡便。

2.1.3 熔體預過濾器

為了延長復合組件使用周期，降低生產成本，必須過濾溶體的雜質和凝聚粒子。采用兩套切換不停機的立式連續式預過濾器，過濾采用過濾精度為20 ～ 25 μm的金屬過濾纖維氈，能有效減少紡絲過程中飄單絲、斷絲現象。

2.1.4 計量泵及傳動裝置

因為POY和FDY各自經過自己的紡絲通道，所以必須采用兩套計量泵計量和計量泵調速傳動裝置，才能滿足POY和FDY獨立的紡絲成形。每個紡絲位有 2 臺一進十出高精度行星式雙層泵（POY和FDY各 1 臺，20頭/位）。紡絲泵將熔體以高壓連續、準確地供給紡絲組件。紡絲泵由同步電機進行傳動，其轉速由進口變頻器來調整控制。傳動裝置為立式。

2.1.5 熔體管道、聯苯加熱循環系統

為減少熔體在管道中的停留時間，在熔體管道系統設計時盡量采用最短的管道系統、無死角。加工中不銹鋼管道內壁拋光，以減少流體阻力；為加強熔體的混合均化，管道中安裝了靜態混合器。

在紡絲系統中，擠出頭、熔體管路、預過濾器和紡絲箱加熱系統由聯苯鍋爐集中供熱（聯苯蒸汽循環系統），保證了系統內各點溫度均勻一致。鍋爐采用集裝箱式保溫設計，聯苯鍋爐安全保護采用了多閉環系統，對溫度、壓力、液位均有雙保護措施。如為上述1（3）情況，則FDY和POY各自的紡絲系統分別由兩套聯苯蒸汽循環系統加熱控溫，有利于兩種高聚物的工藝控制。

2.1.6 紡絲箱、紡絲組件及噴絲板

為保證每個紡絲位的熔體品質均勻一致，熔體經紡絲箱內停留時間相同，壓力降必須相同，故熔體管道設計為分歧式。

為縮小位距、改善絲束間的張力差異，紡絲組件設計為下裝式矩形組件。每位設有10個組件，即FDY和POY各 5個，每個組件裝有 2 塊噴絲板，即FDY和POY各有10塊噴絲板。每個噴絲板分纖為 2 束絲，則可紡制20頭/位的混纖絲。這一設計理念是為了在保證纖維質量的前提下，盡可能提高單紡位的產量，降低紡絲成本。為得到不同收縮率的纖維，紡絲溫度的選擇、噴絲孔剪切速率及拉伸倍數的設計都很重要。

2.1.7 風速均勻的雙內道、雙風室側吹風冷卻上油系統

（1）側吹冷卻的風速均勻性對提高絲的成纖質量特別是烏斯特CV值影響較大。為控制風速不勻率，設計了二級風過濾器。粗過濾為水平抽屜式，可采用幾層不銹鋼絲網或非織造布過濾，濾網臟時很容易抽出清洗；細過濾器由多孔板、幾層不銹鋼絲網、蜂窩板、保護網組成，較容易拆卸清洗；進風管帶有風量調節閥、導流板、擴散室。其特點為：高阻尼均壓及多層過濾網，保證風速均勻；P型吹風曲線的多孔板設計，多孔過濾板減小側吹風側壓室的湍流；大長徑比的蜂窩導流板保證風的層流均勻性，強化了側吹風的層流效果。

（2）每紡位FDY和POY從各自的噴絲板噴出，噴出的速度可能不同，各自需要冷卻上油的位置也就不同。為保證FDY與POY固化成形均勻一致，該側吹風裝置設計為雙風道、雙風室及獨立風量調節，這樣方便地實現了FDY與POY冷卻速率與上油點的分別控制，可獲得滿足不同要求的異收縮復合產品。具體如圖 1 所示。

（3）噴嘴上油系統的油嘴和導絲鉤可上下前后調節。油劑泵電氣控制系統采用進口變頻器，調速平穩。

2.2 不同點

從紡絲工藝來看，兩種異收縮混纖絲在牽伸卷繞階段的工藝流程是不同的，這也決定了其牽伸卷繞設備配置和工藝有所不同。以下將介紹兩種異收縮混纖絲牽伸卷繞機的主要結構和工藝。

2.2.1 高異收縮混纖絲的牽伸、熱定形和卷繞系統

（1）經上油冷卻的FDY和POY絲束在主網絡、卷繞之前，完全按照傳統意義上FDY與POY各自的工藝流程，即FDY絲束經預網絡、GR1和GR2熱輥定形；POY絲束經預網絡、SR1和SR2導絲盤調節張力。低沸水、低伸長的FDY絲束與高沸水、高伸長的POY絲束經導絲鉤、主網絡合并，合并后的絲束由全自動換筒高速卷繞頭卷繞成定重、定長的異收縮混纖絲餅。詳見圖 2。

（2）經該工藝流程紡制異收縮混纖絲，因FDY與POY按照各自的絲路紡絲成形，FDY與POY的工藝參數可分別調整，得到高異收縮值的混纖絲。

2.2.2 低異收縮混纖絲的牽伸、熱定形和卷繞系統

（1）經上油冷卻的FDY和POY絲束在GR2熱輥、主網絡、卷繞之前，FDY絲束經預網絡、GR1熱輥牽伸，POY絲束經預網絡、SR1下導絲盤調節張力后，兩束絲經中間預網絡裝置并絲，合并后的絲束經GR2熱輥牽伸定形并導入主網絡，最后由全自動換筒高速卷繞頭卷繞成定重、定長的異收縮混纖絲餅。

（2）經該工藝流程紡制異收縮混纖絲，因FDY與POY絲束在GR2前經中間預網絡并絲后，共同經GR2熱輥牽伸定形，故FDY與POY的收縮差變小，得到低異收縮值的混纖絲。

2.2.3 全自動高速卷繞頭

異收縮混纖絲紡絲機采用全自動換筒高速卷繞頭。通過獨立開發的自控軟件采用計算機與可編程控制器來實現對全自動換筒卷繞頭的全過程控制。其性能特點為：恒張力卷繞控制系統可減少卷繞過程中的張力波動，使卷裝具有良好形狀；卷繞頭全部采用油脂潤滑軸承，潤滑方式簡單可靠；卷繞頭切換快速可靠，切換成功率達96%以上；卷繞成形采用多段可調精密卷繞，避免卷繞過程中產生疊絲，使絲餅成形優良。

3 電氣控制系統

異收縮混纖絲紡絲機的電氣控制系統可采用進口的二次智能儀表控制紡絲的溫度、變頻器壓力和拖動，同時可采用DCS集散式計算機控制系統。DCS集散式計算機控制系統的特點為：過程控制和數據處理分別具有獨立CPU，處理器互不影響；主要功能包括對整個紡絲、卷繞和公用工程設備的生產過程實施監控、工藝參數的設定調節、工藝分流層顯示畫面、現場生產報表記錄和生產 3 個月工藝參數記錄、報警等。

4 實際產品質量

北京中麗制機工程技術有限公司研制開發的異收縮混纖長絲紡絲機已被多家紡絲工廠使用，據反饋設備運轉良好，生產穩定。在保證切片符合優等品指標、使用成熟專用油劑、所有公用工程滿足設計基礎要求的前提下，用其生產的47 dtex/30 f、138 dtex/96 f等規格的混纖絲質量指標一等A級品率可達95%以上。表 1 為其紡絲工藝參數，表 2 為混纖絲的技術指標。

5 結論

北京中麗制機工程技術有限公司對一步法生產異收縮混纖絲的生產設備和工藝進行了大量研究，設計理念不斷更新，設備運行日趨成熟，目前該設備已在國內推廣運用。對于FDY和POY采用不同滌綸切片生產異收縮混纖絲，即采用雙螺桿、雙箱體的技術也在不斷完善中，為生產差異化異收縮混纖絲品種提供了保證。

參考文獻

[1] 魏大昌.化纖機械設計原理[M].北京：中國紡織出版社，1984.

[2] 董紀震.合成纖維生產工藝學（下冊）[M].北京：中國紡織出版社，1994.

2.1.6 紡絲箱、紡絲組件及噴絲板

為保證每個紡絲位的熔體品質均勻一致，熔體經紡絲箱內停留時間相同，壓力降必須相同，故熔體管道設計為分歧式。

為縮小位距、改善絲束間的張力差異，紡絲組件設計為下裝式矩形組件。每位設有10個組件，即FDY和POY各 5個，每個組件裝有 2 塊噴絲板，即FDY和POY各有10塊噴絲板。每個噴絲板分纖為 2 束絲，則可紡制20頭/位的混纖絲。這一設計理念是為了在保證纖維質量的前提下，盡可能提高單紡位的產量，降低紡絲成本。為得到不同收縮率的纖維，紡絲溫度的選擇、噴絲孔剪切速率及拉伸倍數的設計都很重要。

2.1.7 風速均勻的雙內道、雙風室側吹風冷卻上油系統

（1）側吹冷卻的風速均勻性對提高絲的成纖質量特別是烏斯特CV值影響較大。為控制風速不勻率，設計了二級風過濾器。粗過濾為水平抽屜式，可采用幾層不銹鋼絲網或非織造布過濾，濾網臟時很容易抽出清洗；細過濾器由多孔板、幾層不銹鋼絲網、蜂窩板、保護網組成，較容易拆卸清洗；進風管帶有風量調節閥、導流板、擴散室。其特點為：高阻尼均壓及多層過濾網，保證風速均勻；P型吹風曲線的多孔板設計，多孔過濾板減小側吹風側壓室的湍流；大長徑比的蜂窩導流板保證風的層流均勻性，強化了側吹風的層流效果。

（2）每紡位FDY和POY從各自的噴絲板噴出，噴出的速度可能不同，各自需要冷卻上油的位置也就不同。為保證FDY與POY固化成形均勻一致，該側吹風裝置設計為雙風道、雙風室及獨立風量調節，這樣方便地實現了FDY與POY冷卻速率與上油點的分別控制，可獲得滿足不同要求的異收縮復合產品。具體如圖 1 所示。

（3）噴嘴上油系統的油嘴和導絲鉤可上下前后調節。油劑泵電氣控制系統采用進口變頻器，調速平穩。

2.2 不同點

從紡絲工藝來看，兩種異收縮混纖絲在牽伸卷繞階段的工藝流程是不同的，這也決定了其牽伸卷繞設備配置和工藝有所不同。以下將介紹兩種異收縮混纖絲牽伸卷繞機的主要結構和工藝。

2.2.1 高異收縮混纖絲的牽伸、熱定形和卷繞系統

（1）經上油冷卻的FDY和POY絲束在主網絡、卷繞之前，完全按照傳統意義上FDY與POY各自的工藝流程，即FDY絲束經預網絡、GR1和GR2熱輥定形；POY絲束經預網絡、SR1和SR2導絲盤調節張力。低沸水、低伸長的FDY絲束與高沸水、高伸長的POY絲束經導絲鉤、主網絡合并，合并后的絲束由全自動換筒高速卷繞頭卷繞成定重、定長的異收縮混纖絲餅。詳見圖 2。

（2）經該工藝流程紡制異收縮混纖絲，因FDY與POY按照各自的絲路紡絲成形，FDY與POY的工藝參數可分別調整，得到高異收縮值的混纖絲。

2.2.2 低異收縮混纖絲的牽伸、熱定形和卷繞系統

（1）經上油冷卻的FDY和POY絲束在GR2熱輥、主網絡、卷繞之前，FDY絲束經預網絡、GR1熱輥牽伸，POY絲束經預網絡、SR1下導絲盤調節張力后，兩束絲經中間預網絡裝置并絲，合并后的絲束經GR2熱輥牽伸定形并導入主網絡，最后由全自動換筒高速卷繞頭卷繞成定重、定長的異收縮混纖絲餅。

（2）經該工藝流程紡制異收縮混纖絲，因FDY與POY絲束在GR2前經中間預網絡并絲后，共同經GR2熱輥牽伸定形，故FDY與POY的收縮差變小，得到低異收縮值的混纖絲。

2.2.3 全自動高速卷繞頭

異收縮混纖絲紡絲機采用全自動換筒高速卷繞頭。通過獨立開發的自控軟件采用計算機與可編程控制器來實現對全自動換筒卷繞頭的全過程控制。其性能特點為：恒張力卷繞控制系統可減少卷繞過程中的張力波動，使卷裝具有良好形狀；卷繞頭全部采用油脂潤滑軸承，潤滑方式簡單可靠；卷繞頭切換快速可靠，切換成功率達96%以上；卷繞成形采用多段可調精密卷繞，避免卷繞過程中產生疊絲，使絲餅成形優良。

3 電氣控制系統

異收縮混纖絲紡絲機的電氣控制系統可采用進口的二次智能儀表控制紡絲的溫度、變頻器壓力和拖動，同時可采用DCS集散式計算機控制系統。DCS集散式計算機控制系統的特點為：過程控制和數據處理分別具有獨立CPU，處理器互不影響；主要功能包括對整個紡絲、卷繞和公用工程設備的生產過程實施監控、工藝參數的設定調節、工藝分流層顯示畫面、現場生產報表記錄和生產 3 個月工藝參數記錄、報警等。

4 實際產品質量

北京中麗制機工程技術有限公司研制開發的異收縮混纖長絲紡絲機已被多家紡絲工廠使用，據反饋設備運轉良好，生產穩定。在保證切片符合優等品指標、使用成熟專用油劑、所有公用工程滿足設計基礎要求的前提下，用其生產的47 dtex/30 f、138 dtex/96 f等規格的混纖絲質量指標一等A級品率可達95%以上。表 1 為其紡絲工藝參數，表 2 為混纖絲的技術指標。

5 結論

北京中麗制機工程技術有限公司對一步法生產異收縮混纖絲的生產設備和工藝進行了大量研究，設計理念不斷更新，設備運行日趨成熟，目前該設備已在國內推廣運用。對于FDY和POY采用不同滌綸切片生產異收縮混纖絲，即采用雙螺桿、雙箱體的技術也在不斷完善中，為生產差異化異收縮混纖絲品種提供了保證。

參考文獻

[1] 魏大昌.化纖機械設計原理[M].北京：中國紡織出版社，1984.

[2] 董紀震.合成纖維生產工藝學（下冊）[M].北京：中國紡織出版社，1994.

2.1.6 紡絲箱、紡絲組件及噴絲板

為保證每個紡絲位的熔體品質均勻一致，熔體經紡絲箱內停留時間相同，壓力降必須相同，故熔體管道設計為分歧式。

為縮小位距、改善絲束間的張力差異，紡絲組件設計為下裝式矩形組件。每位設有10個組件，即FDY和POY各 5個，每個組件裝有 2 塊噴絲板，即FDY和POY各有10塊噴絲板。每個噴絲板分纖為 2 束絲，則可紡制20頭/位的混纖絲。這一設計理念是為了在保證纖維質量的前提下，盡可能提高單紡位的產量，降低紡絲成本。為得到不同收縮率的纖維，紡絲溫度的選擇、噴絲孔剪切速率及拉伸倍數的設計都很重要。

2.1.7 風速均勻的雙內道、雙風室側吹風冷卻上油系統

（1）側吹冷卻的風速均勻性對提高絲的成纖質量特別是烏斯特CV值影響較大。為控制風速不勻率，設計了二級風過濾器。粗過濾為水平抽屜式，可采用幾層不銹鋼絲網或非織造布過濾，濾網臟時很容易抽出清洗；細過濾器由多孔板、幾層不銹鋼絲網、蜂窩板、保護網組成，較容易拆卸清洗；進風管帶有風量調節閥、導流板、擴散室。其特點為：高阻尼均壓及多層過濾網，保證風速均勻；P型吹風曲線的多孔板設計，多孔過濾板減小側吹風側壓室的湍流；大長徑比的蜂窩導流板保證風的層流均勻性，強化了側吹風的層流效果。

（2）每紡位FDY和POY從各自的噴絲板噴出，噴出的速度可能不同，各自需要冷卻上油的位置也就不同。為保證FDY與POY固化成形均勻一致，該側吹風裝置設計為雙風道、雙風室及獨立風量調節，這樣方便地實現了FDY與POY冷卻速率與上油點的分別控制，可獲得滿足不同要求的異收縮復合產品。具體如圖 1 所示。

（3）噴嘴上油系統的油嘴和導絲鉤可上下前后調節。油劑泵電氣控制系統采用進口變頻器，調速平穩。

2.2 不同點

從紡絲工藝來看，兩種異收縮混纖絲在牽伸卷繞階段的工藝流程是不同的，這也決定了其牽伸卷繞設備配置和工藝有所不同。以下將介紹兩種異收縮混纖絲牽伸卷繞機的主要結構和工藝。

2.2.1 高異收縮混纖絲的牽伸、熱定形和卷繞系統

（1）經上油冷卻的FDY和POY絲束在主網絡、卷繞之前，完全按照傳統意義上FDY與POY各自的工藝流程，即FDY絲束經預網絡、GR1和GR2熱輥定形；POY絲束經預網絡、SR1和SR2導絲盤調節張力。低沸水、低伸長的FDY絲束與高沸水、高伸長的POY絲束經導絲鉤、主網絡合并，合并后的絲束由全自動換筒高速卷繞頭卷繞成定重、定長的異收縮混纖絲餅。詳見圖 2。

（2）經該工藝流程紡制異收縮混纖絲，因FDY與POY按照各自的絲路紡絲成形，FDY與POY的工藝參數可分別調整，得到高異收縮值的混纖絲。

2.2.2 低異收縮混纖絲的牽伸、熱定形和卷繞系統

（1）經上油冷卻的FDY和POY絲束在GR2熱輥、主網絡、卷繞之前，FDY絲束經預網絡、GR1熱輥牽伸，POY絲束經預網絡、SR1下導絲盤調節張力后，兩束絲經中間預網絡裝置并絲，合并后的絲束經GR2熱輥牽伸定形并導入主網絡，最后由全自動換筒高速卷繞頭卷繞成定重、定長的異收縮混纖絲餅。

（2）經該工藝流程紡制異收縮混纖絲，因FDY與POY絲束在GR2前經中間預網絡并絲后，共同經GR2熱輥牽伸定形，故FDY與POY的收縮差變小，得到低異收縮值的混纖絲。

2.2.3 全自動高速卷繞頭

異收縮混纖絲紡絲機采用全自動換筒高速卷繞頭。通過獨立開發的自控軟件采用計算機與可編程控制器來實現對全自動換筒卷繞頭的全過程控制。其性能特點為：恒張力卷繞控制系統可減少卷繞過程中的張力波動，使卷裝具有良好形狀；卷繞頭全部采用油脂潤滑軸承，潤滑方式簡單可靠；卷繞頭切換快速可靠，切換成功率達96%以上；卷繞成形采用多段可調精密卷繞，避免卷繞過程中產生疊絲，使絲餅成形優良。

3 電氣控制系統

異收縮混纖絲紡絲機的電氣控制系統可采用進口的二次智能儀表控制紡絲的溫度、變頻器壓力和拖動，同時可采用DCS集散式計算機控制系統。DCS集散式計算機控制系統的特點為：過程控制和數據處理分別具有獨立CPU，處理器互不影響；主要功能包括對整個紡絲、卷繞和公用工程設備的生產過程實施監控、工藝參數的設定調節、工藝分流層顯示畫面、現場生產報表記錄和生產 3 個月工藝參數記錄、報警等。

4 實際產品質量

北京中麗制機工程技術有限公司研制開發的異收縮混纖長絲紡絲機已被多家紡絲工廠使用，據反饋設備運轉良好，生產穩定。在保證切片符合優等品指標、使用成熟專用油劑、所有公用工程滿足設計基礎要求的前提下，用其生產的47 dtex/30 f、138 dtex/96 f等規格的混纖絲質量指標一等A級品率可達95%以上。表 1 為其紡絲工藝參數，表 2 為混纖絲的技術指標。

5 結論

北京中麗制機工程技術有限公司對一步法生產異收縮混纖絲的生產設備和工藝進行了大量研究，設計理念不斷更新，設備運行日趨成熟，目前該設備已在國內推廣運用。對于FDY和POY采用不同滌綸切片生產異收縮混纖絲，即采用雙螺桿、雙箱體的技術也在不斷完善中，為生產差異化異收縮混纖絲品種提供了保證。

參考文獻

[1] 魏大昌.化纖機械設計原理[M].北京：中國紡織出版社，1984.

[2] 董紀震.合成纖維生產工藝學（下冊）[M].北京：中國紡織出版社，1994.