脂肪族聚酰胺產業用長絲柔性紡牽一體化成套設備的研制及工藝探討

滿曉東MAN Xiao-dong

（北京中麗制機工程技術有限公司，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量的80%以上，其具有優良的強度、耐磨性、彈性回復率、吸濕性，這種優良的特性廣泛應用于降落傘及其配套的傘面傘帶和傘繩及飛機救生筏、帳篷、可制成醫用彈性繃帶，可做漁網，可用于高層建筑工地用的防護網、公路上的石流防護網，還用于飛機和火車的行李網、集裝箱運輸的安全網等，也可用于防腐蝕工作服等產業用領域。

脂肪族聚酰胺（以下簡稱聚酰胺）產業用纖維主要品種有聚酰胺6 和聚酰胺66，分為中強絲，高強絲，高強低縮絲，超低縮高強絲。以往的生產設備都是紡制品種單一、不能同時生產聚酰胺6、聚酰胺66 低粘-中粘-高粘切片，隨著產能規模不斷放大，產品范圍不斷擴展，導致使用廠家需要配置不同的設備，如繼續按現有工藝制備聚酰胺6、聚酰胺66 產業用長絲，紡絲生產線將變得越來越龐大，也將對生產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業用長絲纖維的生產成本不斷提高，能耗增加，競爭能力減弱。耗費大量財力，這些嚴重阻礙了我國產業用長絲的高速發展，因此新設計了一款柔性平行紡紡絲牽伸卷繞設備，能夠實現脂肪族聚酰胺產業用長絲在同一臺裝備上可柔性生產聚酰胺中強絲，高強絲，高強低縮絲，超低縮高強絲等產品，滿足市場需求，達到一機多能，有效降低生產企業的生產成本。

1 柔性脂肪族聚酰胺產業用絲紡牽一體化成套設備特點

1.1 柔性脂肪族聚酰胺產業用絲紡牽一體化成套設備的工藝流程

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→雙環吹風冷卻→上油→（喂入+分絲輥）→多級牽伸→多級松弛定型→終網絡→高速卷繞→成品。

1.2 原料

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

采用脂肪族聚酰胺相對粘度為3.2-3.5 高粘切片，密度1.14g/ml。

1.3 聚酰胺產業用長絲柔性紡牽一體化成套設備技術參數和規格（如圖1，表1）

表1 聚酰胺產業用長絲柔性紡牽一體化成套設備技術參數

圖1 聚酰胺產業用長絲柔性紡牽一體化成套設備主視圖和側視圖

1.4 設備形式及技術特點

1.4.1 螺桿擠壓機

1990年開始，在報告病例的信息中增加了性別和職業分類。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%），學生143例（18.99%），農民 14例（1.86%），工人 1例（0.13%），其他合計 3例（0.40%）。

脂肪族聚酰胺（以下簡稱聚酰胺）熔融采用帶有氮氣保護的螺桿擠壓機其控制原理：熔體壓力由測壓元件轉換為壓力信號→變送器轉換成標準電信號→調節儀表輸出調節信號→變頻器輸出速度信號→螺桿電機→控制熔體壓力，形成閉環控制系統。螺桿擠壓機作為切片轉換成熔體的部件對紡絲質量的影響首當其沖。紡聚酰胺產業用長絲的螺桿長徑比、壓縮比、以及進料段，壓縮段，計量段的分區設置對于紡不同粘度的聚酰胺產業用長絲，螺桿的結構特征也各不相同，它將直接影響到聚酰胺產業用長絲的紡絲能否運行。根據切片的特性通常在紡聚酰胺不同粘度的切片會采用不同的螺桿，開發了同一螺套與同尺寸，同長徑比而不同壓縮比，不同計量段螺槽深度，不同混煉頭的不同螺桿的多種柔性匹配技術，比如紡制低粘2.4-2.5，混煉段采用圓柱銷釘計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量段帶特定均化部件的螺桿，壓縮比會采用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量段帶特定均化部件的螺桿，壓縮比會采用3.4-3.5 如圖2（c）所示。這樣可以實現不同粘度，都可以生產中強，高強，超低縮等不同的聚酰胺產業用長絲，實現柔性生產。

圖2

1.4.2 紡絲箱體

紡絲箱體采用的上下分體結構形式如圖3 所示，通過設置能獨立控溫的上紡絲箱體（5-1）及下紡絲箱體（5-2），實現了能單獨調整兩個箱體的溫度，使聚酰胺熔體降解大幅減少，保證了產業用長絲的纖度、結晶度與取向度的均勻性，提高了產業用長絲的拉伸性能，降低了纖維強力和伸長不勻率。由于采用了對稱結構使得紡絲箱整體結構更加緊湊，并且最大限度地利用空間，縮短了箱體內的熔體管路長度，從而縮短了熔體停留時間，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加熱介質進口和一個加熱介質出口，每一個箱體均分別與可獨立控制的加熱介質系統連通，可以分別對每一個箱體內的溫度進行控制，進而實現對箱體的熔體管、計量泵和紡絲組件中的熔體溫度進行控制，有利于紡制出高質量的聚酰胺產業用長絲。對于紡制中強，高強，高強低縮，超低縮高強，實現了能單獨調整兩個箱體的溫度，使兩個箱體具備不同的功能，上箱體采用相對低溫的方法，盡量減少聚酰胺的降解，起到輸送分配作用，而下箱體采用相對高溫，使熔體在組件中的表觀粘度趨近一致，保證了中強，高強，高強低縮，超低縮高強各種絲束的纖度、結晶度與取向度的均勻性，提高了產業用長絲的拉伸性能，降低了纖維強力和伸長不勻率。

圖3 紡絲箱體上下分體結構形式示意圖

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，受到環吹風和環境溫度的冷卻作用會發生分解，會伴隨絲束析出一些單體，這些單體會結晶粘附在紡絲組件6 的表面，逐漸會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 中采用負壓抽吸。

1.4.4 聚酰胺緩冷器部件

如果聚酰胺產業用長絲立即冷卻，絲束的流動性和拉伸性能變差，容易斷絲。加上由于初生纖維的結構要求內外均一，同時為了防止聚酰胺產業用長絲熔體的突然冷卻，造成大分子鍵的交纏，影響成品絲的強度，為保證紡絲質量從噴絲板下來的絲在進到環吹風冷卻前增加緩冷保溫處理，起到延遲卻冷作用，使聚酰胺產業用長絲絲束在（220～250）℃的熱空氣保留一段時間不至于迅速冷卻。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 雙環吹冷卻部件

冷卻條件是影響聚酰胺纖維質量的一個重要因素，為了使纖維的凝固過程均勻一致，采用上下兩個環吹冷卻部件。上下環吹冷卻部件其包括密封圈，圓形多孔板，組合過濾網筒，環吹風箱，水平多孔板及濾網組合體，進風箱，風道，過濾組合多孔板及濾網組合體，過濾抽屜等等元件。上下環吹筒考慮降低阻尼系數，阻尼材料以燒結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，上環吹采用18℃-25℃的冷卻風，相對濕度80%-85%，考慮錦綸在紡絲過程中會吸濕，下環吹濕度更大一些，相對濕度85%-95%，形成二次冷卻。二次冷卻對絲條的冷卻效果的優劣對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技術指標均會產生直接影響。下環吹風溫通常控制在（20-23℃）±1℃，風速0.4-0.6m/s。紡絲一段時間后，紡絲組件中的噴絲板面會聚集一些熔體殘留物，需要定期對噴絲板面進行清理，避免因殘留物堆積影響紡絲質量。清理噴絲板面時，環吹風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，環吹風箱頂部升至原工作位置。

1.4.6 油劑上油

紡制聚酰胺產業用長絲為了不同的聚酰胺物理特性避免由于強烈的偏轉和纏繞引起纖維結構的損壞而采用平行紡絲，如圖1 所示，牽伸機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 設置為上、下同型油輪上油，可以通過手動微調上下油輪左右位置來調節對絲束的張力，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絲鉤，調節上下擋絲棒和導絲鉤的位置，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 多級牽伸及松弛定形

根據不同的聚酰胺產業用長絲的特性，牽伸工藝采用不同的多級熱輥配置。

1.4.7.1 紡聚酰胺產業用中強長絲

采用相對粘度為2.7-2.8 中粘切片，采用（喂入輥+分絲輥）和二對熱輥牽伸組合的配置。絲束經過上油部件11，導絲器12，預網絡器部件13，進入喂入分絲輥14（GR0）和第一對牽伸熱輥15（HGR1）之間為一級牽伸，由于聚酰胺纖維的玻璃化溫度較低＜83℃，所以第一級拉伸可以使冷拉伸，喂入分絲輥14（GR0）和第一對熱輥15（HGR1）之間拉伸比一般在2～3.0 倍，第一對熱輥15（HGR1）和第二對熱輥16（HGR2）之間為二次牽伸，拉伸比一般在1.1～1.5 倍，使絲束進一步拉伸。從第二對熱輥16（HGR2）繞出的絲束經過松弛導盤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絡器21-1，在卷繞裝置22 完成卷裝成形。

1.4.7.2 紡聚酰胺產業用高強絲

采用相對粘度為3.3-3.5 高粘切片，采用（喂入輥+分絲輥）和三對熱輥牽伸組合的配置。絲束經過上油部件11，導絲器12，預網絡器部件13，進入喂入分絲輥14（GR0）和第一對牽伸熱輥15（HGR1）之間為預牽伸，喂入分絲輥14（GR0）和第一對牽伸熱輥15（HGR1）之間拉伸比一般在1.02～1.05 倍，使絲束穩定送入主牽伸過程。第一對牽伸熱輥15（HGR1）和第二對牽伸熱輥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。第二對牽伸熱輥16（HGR2）和第三對牽伸熱輥17（HGR3）之間為二次牽伸，拉伸比一般在1.2～2.5 倍，使絲束進一步拉伸從第三對熱輥17（HGR3）繞出的絲束經過松弛導盤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絡器21-2，在卷繞裝置22 完成卷裝成形。

1.4.7.3 紡聚酰胺產業用高強低縮絲

采用相對粘度為3.3-3.5 高粘切片，采用（喂入輥+分絲輥）和四對熱輥牽伸組合的配置。絲束經過上油部件11，導絲器12，預網絡器部件13，進入喂入分絲輥14（GR0）和第一對牽伸熱輥15（HGR1）之間為預牽伸，其拉伸比一般在1.02～1.05 倍，使絲束穩定送入主牽伸過程。第一對牽伸熱輥15（HGR1）和第二對牽伸熱輥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。第二對牽伸熱輥16（HGR2）和第三對牽伸熱輥17（HGR3）之間為二次牽伸，拉伸比一般在1.2～2.5 倍，使絲束進一步拉伸。第三對牽伸熱輥17（HGR3）和第四對高速熱輥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。從第四對熱輥18（HGR4）繞出的絲束經過松弛導盤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絡器21-3，在卷繞裝置22 完成卷裝成形。

1.4.7.4 紡聚酰胺產業用超低縮高強絲

采用相對粘度為3.3-3.5 高粘切片，采用（喂入輥+分絲輥）和五對熱輥牽伸組合的配置。絲束經過上油部件11，導絲器12，預網絡器部件13，進入喂入分絲輥14（GR0）和第一對牽伸熱輥15（HGR1）之間為預牽伸，其拉伸比一般在1.02～1.05 倍，使絲束穩定送入主牽伸過程。第一對牽伸熱輥15（HGR1）和第二對牽伸熱輥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。第二對牽伸熱輥16（HGR2）和第三對牽伸熱輥17（HGR3）之間為二次牽伸，拉伸比一般在1.2～2.5 倍，使絲束進一步拉伸。第三對牽伸熱輥17（HGR3）和第四對高速熱輥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。第四對高速熱輥18（HGR4）和第五對高速熱輥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。從第五對熱輥19（HGR5）繞出的絲束經過松弛導盤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絡器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式i-BWA40G-1200/（4-12）型全自動換裝筒卷繞頭。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（見表2、表3）

表2 典型產品紡絲工藝

表3 典型產品的牽伸-松弛熱定形-卷繞工藝

3 結果

柔性脂肪族聚酰胺平行紡產業用長絲紡絲牽伸卷繞裝置及生產技術，可以穩定生產相對粘度為低粘度-中粘度-高粘度不同品種的聚酰胺6、聚酰胺66 產業用纖維長絲。可以實現同一設備生產4-24 頭不同品種的差別化聚酰胺6、聚酰胺66 產業用長絲，使聚酰胺6、聚酰胺66 產業用長絲纖維的生產成本大幅下降，能耗降低20%，提高了競爭能力。