涤纶工业丝断头分析与控制(第三章)

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3.1 原料引起断头
我们车间纺丝的原料是高粘聚酯切片,所生产的长丝对切片的要求很高。聚 酯切片的质量不仅影响长丝的品质,而且影响长丝的生产能否正常进行。因此, 要制备优质的长丝产品,必须严格选择聚酯切片。 3.1.1 物理性质引起的断头
1、特性粘数: 特性粘数是表示聚酯切片分子量的大小,特性粘数越大,分子量越大,分子 链越长。 如果切片的特性粘数比较低,在熔融状态下就不粘稠,在卷绕机高速拉伸卷 绕下,就会断头,不能纺丝。用于工业丝生产的切片特性粘数根据产品品种而定, 切片特性粘数为 0.64~0.66.
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2、熔点: 熔点(软化点)指高分子链能自由运动的温度。工业丝生产要求聚酯切片的 熔点约为 260℃。 温度过低,切片不能变成熔体从喷丝板喷出,导致断头,温度过高,熔融的 聚酯又发生水解反应,降低聚酯的分子量,导致特性粘数降低,从而断头。 3、凝聚粒子: 聚酯切片中的凝聚粒子主要有聚合物的氧化凝胶物、二氧化钛凝聚物、催化 剂沉淀物以及在反应釜壁上生成的高熔点物、碳化物等。这些杂质不仅加重了熔 体预过滤器或组件过滤层的负荷,而且还极易导致毛丝和断头。 4、端羧基含量: 端羧基含量高,说明分子量分布宽.,可纺性差,制得的成品在热态使用条 件下,会导致聚酯大分子的降解加剧。要求端羧基含量小于 30mmol/106mg。 5、二氧化钛含量: 在聚酯切片中加入二氧化钦的目的是为了使纤维消光,加入量为 0.3%~ 0.5%,就能较好地产生半消光作用,在能取得较好的消光效果的前提下,TiO2 的含量应尽量低,并分布均匀、粒子细。 6、灰分: 灰分指切片中除 TiO2 外的无机物金属盐。含量高,表明切片内杂质多,切 片的纺丝性能差,故一般要求低于 0.1%。 7、铁质: 含铁量高,会使纤维发黄,色泽变差,故要求其含量小于 3ppm。 8、含水率: 切片的标准含水率为 0.4%,干燥装置均据此设计,含水率高,不利于干燥, 并会增大切片消耗。从而降低特性粘数,导致在生产过程中断头。
1、组件松动 组件松动之后,导致组件压力不足,影响到螺杆挤压和喷丝板的喷出,不能 正常生产。比如组件漏浆。 2、瓷件损坏 瓷件表面都是比较光滑的,正常情况下,丝束在瓷件上划过不会刮起丝,但
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瓷件损坏后,瓷件表面就有大大小小的缝隙,甚至棱角,这样丝束在上面划过后 轻则刮起毛丝,重则直接将丝割断,导致生产突然断头。
3、热辊表面不平整 热辊的制作精度非常高,在洗辊是不能用坚硬的东西在上面划动,但是丝在 热辊表面划过时,是有张力的,时间长了,热辊便面会留下丝路,这些痕迹日积 月累,就会降热辊表面划出凹痕。于是在以后生产时,绕在热辊表面的丝就会慢 慢往凹槽里面移动,导致几束丝在一个丝道里的现象,这就产生了并丝或者绕辊, 在几分钟之类还没有人发现处理,就会断头。 4、热辊倾斜角偏移 每对热辊的两个辊都不是相互平行安装的,也不在一个平面,两个辊之间有 一个不在同一平面的角度。
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表 3.1 卷绕速度及热辊温度
纺 转动部件 位
GR1
GR2
GR3
GR4
GR5
B1-1
454 468 1880 2770 2700
卷绕头 转速
2644
B1-2
526 542 2180 3156 3126 3028
速度 (m/min)
B2-1 B2-2 B3-1
530 546 2180 3156 3126 530 546 2180 3156 3126 618 635 2516 3500 3480
涤纶工业丝生产断头分析与控制
第三章 断头原因分析
纺丝中的断头经常出现,断头的出现直接影响着整个车间生产质量。要解决 经常断头的问题,那必须要能发现问题出现在那个环节。断头就是纺丝在正常生 产时单丝突然断裂如图 3.1 所示。
图 3.1 断头现象示意图
其中有①单丝断裂;②组件漏浆;③飘单丝的现象,图中所描述的现象结果 就造成纺丝断头。纺丝断头后易造成卷绕缠辊,致使生产中断,从而产生大量废 丝,给下游生产带来较大影响。
3.2 工艺设计不合理
工艺设计包括原料投放设计,原料输送,螺杆挤压,计量泵压力,冷却温度,
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侧吹风风速,卷绕速度,纺丝箱体的温度,热辊的的温度和转速,吸枪压力等等。 从原料投放到成品这一过程中,任何一个环节设计部合理,都能影响到生产质量。
1、原料投放: 原料的投放要遵循生产同一批次的丝要使用同一个厂家,同一规格的切片, 不能混批,也不要把相同性质的切片混入,否则会造成原料物理性质的波动,从 而影响到纺丝的质量。在投放原料时,也不要将杂物带入,否则会使组件压力过 大,或则堵塞喷丝板,导致断头。 2、原料的输送: 我们车间对于切片的输送方式是脉冲式输送。脉冲式输送是利用压缩空气将 切片一股一股的送往接受容器。如下图所示:
3、切片的干燥温度设定 切片的干燥温度越高,干燥时间就越短,干燥的效果也就越好。但过高的温 度会使切片粘度增大,甚至会使切片变黄,影响到纺丝。我们车间采用热风干燥, 温度在 160℃~240℃。 4、原料在管道里的停留时间 切片从投放到螺杆挤压这一过程是用管道输送的,输送的管道采用特殊辅助 加热设计,使里面输送的原料保持一定的高温,但是输送原料的管道过长,原料
3.1.2 组件不正常引起原料的波动
涤纶工业丝装置是把切片熔融纺丝,聚酯切片生产的平稳性就直接影响到纺 丝生产,聚酯车间在做定期作业、失真空、设备日常维护、操作失误时都会造成 粘度波动,使输送给纺丝的熔体品质下降,可纺性变差,引起纺丝工序大量断头 而无法止常生产由于纺丝及后加工工艺是在正常熔体勃度范围内确定的,当熔体
或者波动,使纺出的丝条干不匀。 6、组件压力 组件压力用于克服熔体通过过滤层和喷丝板时受得阻力,它与纤维质量的均
匀性密切相关,我们车间是采用高压纺丝,所以组件压力选在 120×105~180× 105。卷绕的质量才比较好。
7、纺丝温度 纺丝温度由螺杆挤出机、纺丝箱体和组件压力决定。熔体的温度控制好,不 仅可纺性好,而且得到的成品丝的物理机械性能也优越。纺丝温度应控制在 285~290℃之间。 8、熔体细流成型区 高聚物在喷丝孔的入口区具有“入口效应”,在孔流区弹性形变的消失需要 一定的时间才能消失,约 0.1~0.3s。由于熔体流经孔道的时间约为 10-4~10-2s, 与松弛时间相差甚远,弹性内应力来不及松弛,故高弹形变的消失非常小。若径 向速度梯度过大,或者说在孔流区的剪切速率过高,亦会继续产生入日效应中的 高弹形变。高弹形变达到极限植,熔体细流发生破裂,无法成纤,引起断头。 9、冷却吹风的温湿度和风速 我们车间采用侧吹风冷却的形式,温度在 25℃左右,纺丝速度增高,侧温 度随之降低,以加快冷却。 冷却风具有一定的湿度,可防止丝条在甬道中与空气摩擦产生静电,湿度控 制在 70%左右。 10、热辊温度 热辊具有牵伸、热定型和改变丝束走向的作用,热辊表面的温度是一个非常 重要的参数。先将我们车间一条线上的卷绕速度及热辊温度罗列如下表:
图 3.2 脉冲式切片输送
脉冲式输送方式的优点是它的气流速度低,在前一速度下,切片与切片及与 管道壁之间基本上都是摩擦,而不是剧烈撞击,因而磨损小,产生的粉末少。
如果在切片中含有许多粉末状的切片,那么它们的熔点比正常的切片要低, 在螺杆挤压时,先熔化,那么先融化的这部分会粘接别的正常切片,使正常切片 粘成团,不利于螺杆挤压,造成螺杆压力过大,质量波动较大,从而影响下游生 产导致断头。
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影度超出控制范围时,会给纺丝及后加工带来不利。对纺丝工序来说,当所用的 纺丝熔体粘度太低时(如熔体温度过高或分子质量太低),往往纺丝液流一离开喷 丝板便成滴状下落(呈毛细断裂),熔体粘板,剥离性差,飘丝断头多。熔体粘度 度太高时,强度高,伸度小,均匀性差,经卷绕机拉伸,便出现内聚断裂、产生 毛丝、断丝。
1、修板精度不够 涤纶短纤维装置采取定期修板作业,修板间隔为 48 h。如果修板精度差, 在喷丝板上有白星或者划痕,在 48 h 之内就出现毛丝,甚至不定期断头。 2、组件压力不正常 当定期作业后,比如定期换组件,组件的压力没有调整好,就会出现压力升 降剧烈的情况,比如计量泵压力不稳定,则会出现纤维条干不匀,在卷绕机高速 拉伸下,就容易断头。 3、组件漏浆 组件漏浆常见形式有 2 种:一种是刚上位 24 h 内外漏,熔体从组件入口处 渗出,因渗漏量往往较大,熔体呈白色浆液从组件外壁滴下,造成组件里浆液比 计量泵计量的少,从而纺出的丝纤度比设定的要细,不符合规格;另一种是上位 一周后。熔体从喷丝板中心螺栓处或喷丝板与组件本体结合处渗出,因渗漏熔体 经长时间高温滞留后降解,熔体呈褐色或黑色,降解熔体从喷丝板挤出,便形成 常见的黑丝。组件漏浆的原因:密封垫圈制作精度及材质缺陷严重影响纺丝组件 密封性能。造成组件上机后因密封不严漏浆;喷丝板内密封垫圈制作精度缺陷对 纺丝生产影响尤为严重,熔体在组件压力作用下渗入喷丝板上部中心无孔区,形 成熔体死角,这部分不能流动的熔体在经长时间高温,逐渐裂解直至发黄变黑。 停位修板时,在裂解气推动下,裂解熔体反渗到喷丝板出丝区,造成纺丝位出黑 丝,运行过程中断头率高。喷丝板内密封垫圈泄漏还会造成熔体从喷丝板中心螺 栓处渗出。再逐步扩散到喷丝板面,使板面也出现黑浆,黑浆下滴,黏附在运行 的丝束上,对它造成损伤,产生毛丝和浆块,严重时。无法进行正常生产。
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在里面停留的时间长,则原料会发生水解反应,高聚链断裂,特性粘数下降。 5、螺杆挤出压力 螺杆挤出机出口的压力称为螺杆挤出压力,螺杆挤出压力用于克服熔体在管
道和混合器等设备内的阻力,保证计量泵入口有一定的熔体压力。 泵前压力达到 20×105Pa 时,计量泵才能计量输出,否则会产生泵供量不足
图 3.3 大分子的自然状态和取向的示意图
(a)未取向的自然状态
(b)取向的大分子
12、吸枪压力 吸枪,看似不怎么对生产有着重要影响的组件,其实很重要,每ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ生头时都 要用到吸枪将断头的丝引到卷绕机上,吸枪的压力也不可忽视,在生头过程中, 吸枪压力不够也会导致正在生头中得丝断头,从而影响到生产质量。我们车间吸 枪的压力设定在 1.5MPa 左右。 13、车间其他辅助参数设计 要让生产能够正常运行,各个部件都不可忽视,都能影响到生产的质量,现 罗列一张车间的巡检项目表及正常生产时的参数,见表 3.2 车间一楼巡检记录。
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油槽压力 (Mpa)
网络 压空 压力 ( Mp a)
第二道预 网络压力
主网络压 力
吸枪压力(Mpa)
表 3.2 车间一楼巡检记录
巡检次数
1
2
3
0.4
0.5
0.3
0.15
0.15
0.16
0.35
0.4
0.36
1.55
1.5
1.54
油雾润滑液位
5.3
5.2
9
进油(≤ 油冷 40℃)
88 95 135 232 160
温度 (℃)
B2-2 B3-1
88 95 135 232 160 80 95 135 216 115
B3-2
88 95 125 226 155
B4-1
80 98 135 244 160
B4-2
84 95 135 231 160
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11、卷绕速度 卷绕速度是影响卷绕丝预取向度的一个重要因素,速度越高,预取向度越高, 后拉伸倍数越低。速度越高,产量越高,但不成正比。我们车间是高速卷绕,卷 绕速度在 2600m/min~4300m/min。
38
36
35
站温 回油
度 20℃―25
22
24
24

温度(℃)
30
28
29
湿度(%)
49
50
58
4 1.7 0.15 0.37 1.6 4.6 37 25 29 57
5 1.8 0.16 0.4 1.56 8.6 36 23 30 60
3.3 设备运行不正常
设备运行的时间长了,总有老化的时候,总会出现设备自身的问题,比如组 件松动,瓷件损坏,热辊表面有刮痕,热辊的倾斜角不正常,热辊松动导致在生 产时发生跳动,卷绕机卷绕轴偏离圆心,卷绕轴气压不够,摩擦辊有凹痕不平整 等等。这些导致的直接后果都会断头。
3028 2029 3413
B3-2
454 468 1880 2770 2700 3643
B4-1
598 615 2490 3500 3430 3376
B4-2
531 547 2260 3156 3126 3028
B1-1
88 95 125 226 155
B1-2
88 95 135 232 160
B2-1
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