涤纶工业丝断头分析与控制(第二章)

涤纶工业丝生产断头分析与控制

第二章 工业丝生产

2.1 工业丝纺丝

2.1.1 工业丝纺丝工艺流程

我们车间生产的涤纶工业长丝是经纺丝拉伸一步法制得FDY，其工业流程如图2.1。

图2.1 工业丝生产流程

G H I

1、熔融挤出：聚酯高粘切片靠自重从进料口进入螺杆挤出机。由于螺杆的转动，切片沿着螺槽向前运动。螺杆套筒外侧安装有加热元件，通过套筒将热量传给切片。同时.螺杆挤出机内切片的摩擦和被挤压，亦产生一定的热量。切片受热熔化，并被挤出机压缩而具有一定的熔体压力。如图2.2。

图2.2 热辊拉伸工艺流程图

2、混合：指使用静态混合器将螺杆出口的熔体混合均匀，这并非是必不可少的步骤，但使用静态混合器混合可达到强化熔体均匀性的目的，同时可减小熔体通过弯管时，管壁与管中心温度及停留时间的差别。

3、计量：螺杆挤出机输出的熔体由分配管分配到各纺丝部位的计量泵进行计量，计量的目的是为了保证丝条纤度均匀。计量泵还可使熔体增压，以适应高压纺丝的需要。

4、过滤：纺丝前须用滤砂等过滤材料对熔体进行过滤，以除去杂质。在高

压纺丝中，过滤层还能产生较高的阻力，使熔体摩擦生热，温度升高，改善熔体的流变性能。

5、纺丝：熔体经过过滤，被分配板均匀分配到喷丝板上的各个喷丝孔，从喷丝孔中吐出，形成熔体细流。纺丝是在纺丝箱体里进行。

6、冷却成形：熔体细流被冷却介质冷却，凝固成丝条的过程叫冷却成形。在冷却的同时，由于喷丝头拉伸作用，熔体细流在.未凝固之前逐步细化。冷却成形在纺丝窗内完成。纺丝甬道上端吹风窗强制吹出的冷却风，可保证冷却条件的均匀。成形条件对丝条的性能有很大的影响。

7、上油：常规纺丝均采用油轮上油。经冷却成形的丝条通过甬道到达卷绕机，与油轮接触.完成上油。

8、卷烧：含油丝条经各个热辊牵伸定型和瓷件改变走向、调节张力后，经横动导丝器，卷绕在筒管上卷绕成型，筒管与卷绕头上的摩擦辊以一定的压力接触，通过摩擦传动保持相同的线速度。这个速度通常被称为纺丝速度。

9、落丝移质检：经过一定的时间，卷绕成型的满卷由卷绕操作工从卷绕头上退出放在丝车上，移至外检车间进行后道工序的处理。

2.1.2涤纶工业丝纺丝原理

纺丝形成是一个复杂的物理变化的过程。在这个过程中，随着热和力的传递，聚酯经历固（切片）——“液”（熔体）——固（丝）的变化，这些变化对纤维性能产生着重要作用。

聚酯切片熔体是聚酯大分子的热运动达到一定程度的结果。随着温度的提高，切片中非晶态部分从玻璃态转变为高弹态，再进一步转变为粘流态；晶态部分则发生结晶的熔化，从而得到熔体。

由于聚酯切片的分子量不均一，且结晶度也不均一，故熔体的形成也就难、易不一。其中最难熔融的是凝聚物和高结晶度部分。未熔融或未完全熔融造成的熔体不匀，会给纺丝带来很大的危害。在熔体制备过程中，会产生水解，热裂解和氧化降解，导致聚酷大分子链发生断裂，影响可纺性。降解反应不但与聚酯切片的含水量及其性能有关，而且随温度的升高和熔体停留时间变长而明显加剧。

使用螺杆挤出机制备熔体时，切片在螺杆进料段逐步升温，部分熔融。到压缩段后，由于螺槽由深变浅，物料被压缩排气，并全部熔融。最后在计量段被计

量和均化。螺杆各区的温度设定对熔融状况有关键性影响，螺杆本身的结构形式对熔融状况也有很大的影响

2、熔体细流及其凝固成形：在纺程上，熔体细流受卷绕力(卷绕拉力、重力、空气阻力、惯性力及表面张力等)和冷却气流的综合作用，变细变长，固化成为初生纤维。

熔体细流在成形过程中，粘度、速度、应力和温度，在其路径上存在着连续发生变化的梯度分布场，称之为粘度场、速度场、应力场和温度场。固化的纤维所具备的性能与这些场起的作用关系很大。

（1）入口区：入口区指熔体经过的每个喷丝孔的喇叭口部分。熔体从较大的空间进入直径逐渐变小的喇叭口内，流速增大所损失的能量以弹性能贮存于体系之中。高聚物在入口区具有的这种特征称为“入口效应”。

（2）孔流区：指熔体在喷丝孔的毛细孔中流动的区域。在此区域中，熔体有两个特点，一是流速不同，靠近孔壁处速度小，孔中心速度高，有一个径向速度梯度，另一个是入口效应产生的高弹形变有所消失。弹性形变的消失需要一定的时间，称为松弛时间，约0.1～0.3s。由于熔体流经孔道的时间约为10-4

～图2.3 熔体细流成型示意图 1-入口区 2-孔流区 3-膨化区 4-形变区 5-稳定区

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，亦会继续产生入口效应中的高弹形变。高弹形变达到极限植，熔体细流发生破裂，无法成纤。

（3）膨化区：指熔体细流离开喷丝孔后的一段区域。众所周知。当水流出管口时。水流的直径会因表面张力的作用产生收缩，小于管子的内径。而非牛顿流体则相反，离开管口（喷丝孔出口）时，流体直径会增大(见图2.4)。这种现象称为澎化。

图2.4 膨化现象示意图

产生膨化现象的主要原因是高弹形变的迅速恢复，使细流产生膨胀，另外，熔体流经出口对速度场的改变，以及熔体的表面张力等也是重要因素。

（4）形变区：形变区也称冷凝区，这是纺丝成形过程中最重要的区域。选择好成形工艺条件，使熔体细流在形变区内受到的冷却条件均匀稳定，是纺好丝的关键之一。

熔体细流在L

0～L

e

之间，即离开喷丝板板面约10～15cm的距离内，温度仍

然很高，流动性较好。在卷绕张力等力的作用下，细流很快被拉长变细、速度增快，同时由于接触到冷却风.细流从上到下温度逐渐降低。当达到L

e

以一下部分时，温度下降造成的熔体细流粘度增高愈来愈明显，细流细化的速度也愈来愈缓

慢。到了L

∞,细度的变化基本停止，粘流态的细流变成了固态纤维。L

∞

称为凝固

点，离喷丝板板面约40～80cm，一般成形条件下约.为60cm左右。细流变细、