國產柔性聚酯產業用長絲紡牽聯合機研制及工藝探討

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

聚酯纖維作為合成纖維中的一大類，自1941 年研制成功后得到了各界的青睞而迅速發展，成為合成纖維的第一大品種。聚酯產業用纖維以其高強度、高模量、耐高溫等優異性能已成為產業用紡織品的主要原材料，涵蓋了醫療衛生用紡織品、過濾用紡織品、土工合成材料、特殊裝飾用紡織品（篷帆布、燈箱布、革基布等）、交通運輸用紡織品、航空航天用紡織品和新能源用紡織品、農業用紡織品、安全防護用紡織品等二十幾大類。

一直以來，國產產業用長絲生產設備存在紡制品種單一，特別是不能在同一套設備中紡制不同品種的產業用長絲等問題，導致使用廠家需要配置不同的成套設備。隨著聚酯產業用長絲產能規模不斷放大，產品范圍不斷擴展，如繼續按現有單一設備生產聚酯產業用長絲，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，最終將使聚酯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聚酯產業用長絲的發展。本文論述了國產柔性聚酯產業用長絲成套裝備及技術，以節能、高效的思路對聚酯產業用長絲生產裝備進行了技術創新開發，運用多頭紡和大容量紡絲技術，推動一機多能的工藝思路，研發國產化、先進、節能、高性價比的柔性化紡牽聯合機及生產線。新一代節能型柔性化產業用長絲紡絲裝備技術可在同一套紡牽聯合機生產線上根據不同工藝要求生產不同品種的聚酯產業用長絲，可以滿足國內外用戶對高質量、多品種、多系列產業用長絲的需求。聚酯產業用長絲柔性化生產，節約能耗，降低成本，提高生產效率；滿足國內外對聚酯產業用長絲日益提高的品質和功能要求，推動我國聚酯產業用長絲行業裝備技術的進步。

1 國產柔性聚酯產業用長絲紡牽聯合機特點

1.1 國產柔性聚酯產業用長絲紡牽聯合機工藝流程

聚酯高粘切片→螺桿擠壓機→測量頭→熔體管道系統→紡絲箱→計量泵→組件（噴絲板）→雙層緩冷器→環吹風冷卻→油嘴上油（油輪上油）→預網絡→喂入輥（冷輥）＋分絲輥（冷輥）→第一對熱牽伸輥（GR1）→第（2-3）對熱牽伸輥（GR2-GR3）→在線檢測的終網絡→iBWA 系列全自動精密卷繞頭→（2-64）頭高強型聚酯產業用長絲。

聚酯高粘切片→螺桿擠壓機→測量頭→熔體管道系統→紡絲箱→計量泵→組件（噴絲板）→雙層緩冷器→環吹風冷卻→油嘴上油（油輪上油）→預網絡→喂入輥（冷輥）＋分絲輥（冷輥）→第一對熱牽伸輥（GR1）→第（2-4）對熱牽伸輥（GR2-GR4）→在線檢測的終網絡→iBWA 系列全自動精密卷繞頭→（2-64）頭低縮高強型聚酯產業用長絲。

聚酯高粘切片→螺桿擠壓機→測量頭→熔體管道系統→紡絲箱→計量泵→組件（噴絲板）→雙層緩冷器→環吹風冷卻→油嘴上油（油輪上油）→預網絡→喂入輥（冷輥）＋分絲輥（冷輥）→第一對熱牽伸輥（GR1）→第（2-5）對熱牽伸輥（GR2-GR5）→在線檢測的終網絡→iBWA 系列全自動精密卷繞頭→（2-64）頭超低縮型聚酯產業用長絲。

1.2 原料

聚酯產業用長絲采用的原料是高粘度聚酯切片，要求分子量高且分布窄，增粘后特性粘度要求達到①特性粘度[η]= 0.95-1.1±0.015；②含水量≤30ppm；③端羧基≤15mol/每批波動范圍<±0.015dL/g；且不使用消光劑。

1.3 國產柔性聚酯產業用長絲紡牽聯合機技術參數（如圖1，表1）

圖1 柔性聚酯產業用長絲紡牽聯合機全機示意圖

表1 國產柔性聚酯產業用長絲紡牽聯合機技術參數

1.4 設備形式及技術特點

1.4.1 柔性聚酯產業用長絲螺桿擠壓機

螺桿擠壓機是柔性聚酯產業用長絲紡牽聯合機的關鍵單元機之一。根據柔性聚酯產業用長絲品種多，用途廣，小批量多品種的特性，采用一條螺桿帶2 紡位的生產線配置，其一：可以充分滿足下游客戶的使用要求，其二：為了防止紡絲過程中物料降解過大，減少熔體的停留時間，這樣可以大幅提高絲束的品質。

通過理論計算獲得精確的聚酯產業用長絲螺桿擠壓機的擠出量是相當復雜和困難的，根據螺桿擠壓機理論產量公式：

式中：Q ——體積擠出量，cm3/min；

n——螺桿轉速，r/min；

P1——進計量段壓力，Pa；

P2——出計量段壓力，Pa；

α——正流流量常數，cm3；

η——熔體粘度，Pa·S；

β——逆流和漏流流量常數，cm3；

L0——螺桿計量段長度，cm；

D——螺桿直徑，cm；

h3——計量段槽深，m。

我們采用理論計算和經驗表格相結合的方法來確認螺桿擠壓機產量。計算出柔性聚酯產業用長絲55dtex-111dtex（64 頭），111dtex-333dtex（32 頭），333dtex-666dtex（16 頭），666dtex-1333dtex（8 頭），1670dtex-3333dtex（4頭）3300dtex-6666dtex（2 頭）的產量情況，為表2。

表2 柔性聚酯產業用長絲螺桿的產量表（kg/h）

1.4.2 柔性聚酯產業用長絲紡絲箱體

根據高粘度聚酯紡絲動力學原理，建立三維模型，應用了最大無支撐元平板計算技術和計算機模擬熔體的分配流程。設計了一種雙排組件錯位排布且上下箱體分段加熱控溫的柔性聚酯產業用長絲紡絲箱，采用可紡制不同聚酯的不同品種紡絲技術。其特點是箱體共用一套熔體管路，通過組件和噴絲板數量的變化，分別可以紡制55dtex-6666dtex 聚酯產業用長絲。

紡絲箱的箱體為上下分體結構形式紡絲箱，解決了紡絲箱無法單獨控制熔體溫度的技術問題，通過設置能獨立控溫的上紡絲箱及下紡絲箱，實現了能單獨調整兩個箱體的溫度，使熔體降解大幅減少，保證了成品絲的纖度、結晶度與取向度的均勻性，提高了成品絲的拉伸性能，降低了纖維強力和伸長不勻率。為了使得紡絲箱整體結構更加緊湊，并且最大限度地利用空間，采用組件雙排錯位對稱結構排布，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。采用了組件雙排錯位對稱結構的技術手段，可使箱體內各相應的管路長度差接近最小，使各紡絲組件的熔體配送趨于一致，使紡制出的絲條更加均勻，各個組件所噴絲的絲絲束能夠均勻集束在熱輥上，為牽伸一致提供前提條件。進而達到各束絲牽伸一致。

上紡絲箱的內部設置熔體經熔體進口總管分配成兩路，由熔體支管（一）和熔體支管（二）組成，分別進入泵座，再經泵墊、泵板、進入計量泵中，然后經過計量泵的計量、計算，熔體再經泵板、泵墊、泵座被分配到各個熔體管路次支管，計量泵用于控制熔體的流量。保證成品絲滿足設定要求。上紡絲箱采用了泵座上對應每一個計量泵分別設置有熔體進口和出口，熔體進口與計量泵的熔體入口連通；熔體進出口分別與不同的熔體管路相連通，每一個計量泵有1 個熔體入口和多個熔體出口，每一個紡絲組件有2 個入口，每一個熔體分配輸出通道的長度與其相對應的熔體分配輸入通道的長度之和均相等。

下紡絲箱的內部設置組件；下紡絲箱還設置加熱介質進口和加熱介質出口，通過加熱介質使下紡絲箱空間內的溫度保持在設定溫度，繼而使組件的熔體保持在設定溫度。上紡絲箱和下紡絲箱采用了聯苯和聯苯謎或導熱油加熱的技術手段，所以，容易控制加熱溫度，有利于環境保護。

由于采用了上下箱體都具有一個加熱介質進口和兩個加熱介質出口的技術手段，每一個箱體均分別與可獨立控制的加熱介質系統連通，所以，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酯產業用長絲。

這樣，有效解決了現有技術中紡絲箱無法單獨控制熔體溫度的技術問題，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，盡量減少熔體的降解，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，保證了成品絲的纖度、結晶度與取向度的均勻性，提高了成品絲的拉伸性能，降低了纖維強力和伸長不勻率。

紡55dtex-111dtex 時，每排16 頭，雙排32 頭，組件采用雙胞胎噴絲板，這樣形成64 個絲束，紡111dtex-333dtex每排16 頭，雙排32 頭，組件采用單板噴絲板，這樣形成32 個絲束，紡333dtex-666dtex 兩個組件合并為一束絲，單排8 個束絲，雙排16 個束絲，這樣形成16 個絲束，紡666dtex-1333dtex4 個組件合并為一束絲，單排4 束絲，雙排8 束絲，這樣形成8 個絲束，紡1670dtex-3333dtex8 個組件合并為一束絲，單排2 束絲，雙排4 束絲，這樣形成4個絲束，紡3300dtex-6666dtex16 個組件合并為一束絲，單排1 束絲，雙排2 束絲，這樣形成2 個絲束。

1.4.3 柔性模塊式牽伸卷繞機

生產不同的聚酯產業用長絲采用了單元標準化、系列化的一機多能柔性牽伸技術，同一機型，根據不同的產業用長絲產品的牽伸工藝要求，將上油、預網絡、導絲、牽伸罩殼、網絡等部件做成系列標準單元，熱輥作為牽伸關鍵部件，將工頻及高頻加熱，單段及多段控溫，多種表面粗糙度，不同長度的熱輥組合在一起，形成獨立系列標準單元。采用不同標準化單元，不同品種的聚酯產業用長絲能在同一機型上按需高效制備，（如圖2 所示）。同樣同一機型上既可以生產聚酯低縮（LS）產業用長絲及聚酯超低縮（SLS）產業用長絲和生產聚酯高強（HT）產業用長絲，也可以生產聚酯產業用中強長絲，同時在同一設備上可以根據不同的旦數，保證總纖度不變采用1-2 臺卷繞頭，生產64 頭紡（55dtex-111dtex）-2 頭紡（3300dtex-6666dtex）的不同聚酯低縮（LS）及超低縮（SLS）高強（HT）產業用長絲。

圖2 柔性聚酯產業用長絲牽伸卷繞部分示意圖

經過喂入分絲輥組（14）→第一牽伸熱輥組（15）→第二牽伸熱輥組（16）→第三牽伸熱輥組（17）→導絲盤一（20-1）→終網絡（21）→卷繞裝置（22）。此工藝路線可以生產2-64 頭聚酯高強產業用長絲。

經過喂入分絲輥組（14）→第一牽伸熱輥組（15）→第二牽伸熱輥組（16）→第三牽伸熱輥組（17）→第四牽伸熱輥組（18）→導絲盤二（20-2）→終網絡（21）→卷繞裝置（22）。此工藝路線可以生產2-64 頭聚酯低縮高強產業用長絲。

經過喂入分絲輥組（14）→第一牽伸熱輥組（15）→第二牽伸熱輥組（16）→第三牽伸熱輥組（17）→第四牽伸熱輥組（18）→第五牽伸熱輥組（19）→導絲盤三（20-3）→終網絡（21）→卷繞裝置（22）。此工藝路線可以生產2-64 頭聚酯超低縮高強產業用長絲。

1.4.4 柔性模塊式高速卷繞裝置

柔性聚酯產業用長絲的卷繞裝置采用先進的高速自動換筒步進精密卷繞技術、主動壓絲輥技術、低摩擦處理技術，不同型號的卷繞頭系統體積小，防干擾能力強，具有自動防疊功能，在底層絲退繞和尾絲過尾等方面性能能滿足不同品種產業用長絲的卷裝需求。

2 主要工藝參數（見表3，表4，表5，表6）

表3 典型產品紡絲工藝

表4 典型產品的牽伸-松弛熱定形-卷繞工藝

表5 典型產品紡絲工藝

表6 典型產品的牽伸-松弛熱定形-卷繞工藝

3 結果

國產柔性聚酯產業用長絲紡牽聯合機成套裝備技術，填補了國內空白，并實現了規模化生產，生產的多系列聚酯產業用長絲已投放國內和國際市場，產品性能指標優異，取得了顯著的經濟效益和社會效益。隨著市場的推廣、產品的升級，預計今后在聚酯產業用長絲產品領域具有更加廣闊的應用前景。對增強我國化纖裝備制造技術、增強我國紡織品國際競爭力起到了良好的推動作用。