涤纶长丝生产中喷丝板的选用_王书敏

第26卷　第3期合　成　纤　维　工　业 Vol.26　No.3　
　2003年6月 CHINA SYN THETIC FIBER INDUSTR Y
J un.　2003　
收稿日期:2002-09-28;修订日期:2002-12-19。

作者简介:王书敏(1972-),女,山东荷泽人,工程师。

从事化纤工艺管理。

涤纶长丝生产中喷丝板的选用
王书敏
(洛阳石化总厂长丝车间,河南洛阳　471012)
摘　要:分析了涤纶长丝生产中喷丝板选用的相关理论,对熔体的切变速率、喷丝头拉伸比、喷丝板背压的
计算方法进行分析讨论,认为3个参数可作为选择喷丝板微孔直径和长径比的依据,并举实例进行了验证。

关键词:涤纶长丝　
喷丝板流变性切变速率拉伸比背压中图分类号:TQ342.21 文献识别码:B 文章编号:1001-0041(2003)03-0058-02
1　喷丝板选用的相关理论分析1.1　熔体在喷丝板微孔中的流变特征 聚酯熔体在微孔中的流动为在背压作用下的剪切流动,随着切变速率的增大,流动特性由牛顿型流动转变为非牛顿型流动,然后又转化为牛顿型流动。

喷丝板微孔的直径在0.1～0.5mm ,熔体流动切变速率约在5000～12000s -1,熔体流动属于非牛顿型流动,即随着切变速率的提高,其表观粘度呈指数关系下降。

1.2　熔体的弹性效应
高速纺丝过程中熔体的弹性效应更为显著。

为了减小弹性效应,可提高熔体温度,以降低熔体粘度,减少松弛时间。

增加喷丝板微孔长径比,以增加熔体在喷丝孔中的停留时间,也可达到降低
弹性效应的目的。

1.3　喷丝板选用的方法
喷丝板选用要考虑微孔直径、长径比、导孔形状、微孔分布,下面着重讨论喷丝板的孔径和长径比这两个主要参数。

一般,纺低线密度单丝时,孔径宜稍小;反之,孔径宜稍大。

在高速纺丝中,一般采用较大的长径比,增加熔体在微孔中的停留时间,减少弹性效应,但是长径比太大,加工较困难,并造成喷丝板背压过高,组件使用周期缩短。

2　喷丝板选用的数据分析2.1
切变速率
聚酯熔体是切力变稀流体,随着切变速率的
增加,熔体的表观粘度下降,从流变学的角度,在一定范围内,切变速率的增加有利于纺丝,但是切
变速率太大,弹性效应显著,造成纺丝异常。

在涤
纶长丝高速纺丝生产中,切变速率(
γ)应控制在6000～10000s -1。

计算公式如下[1]:
γ=32Q/πD 3ρ
(1)
式中　Q ———单孔吐出量(g/s );
ρ———熔体密度,一般取1.18g/cm 3;D ———喷丝板微孔直径(cm )。

从式(1)可以看出,切变速率与喷丝孔的吐出量成正比,而与喷丝板孔径的3次幂成反比,孔径的变化对剪切速率的影响较大。

2.2喷丝头拉伸比
熔体从喷丝板微孔挤出后,由于喷丝速度与卷取速度间的速度差,使熔体细流在沿运行方向的速度场中逐渐被拉长变细。

喷丝头拉伸比过小,丝束拉伸不足,条干不匀,影响产品染色性能;但喷丝头拉伸比过大,拉伸过度,会造成单丝断裂,形成毛丝,生产状况恶化。

喷丝头拉伸比(R )可用下式进行计算:
R =πD 2V ρ/4Q
(2)
式中　V ———第一导丝辊速度(cm/s )。

喷丝头拉伸比一般控制在80～200,纺丝效果较好,生产涤纶FD Y 时,由于第一牵引辊速度较低,喷头拉伸比应小些,约80～100,而生产涤纶PO Y 时喷丝头拉伸比应较大些。

2.3喷丝板背压 喷丝板背压表示熔体通过微孔的压力损失,喷丝板的背压(&P )可按下式计算。

&P =128μL Q/9.8ρ
πD 4105(3)
式中　L ———喷丝板微孔长度(cm );
μ———表观粘度。

根据日本东丽公司提供的设计资料,μ可按下式计算。

μ=K α
(4)
式中　K ———温度参数;
α———切变速率参数。

通过对数据的回归分析,可以得出具体的经验公式:
α=1.008
γ-0.521
(5)
K =-1.50×103
t +5.655×10
5
(6)
式中　t ———纺丝温度。

将式(5),(6)代入式(4),纺丝温度取290℃,可得表观粘度的经验公式:
μ=1.315×105
γ-0.521
(7) 再将式(7)代入式(3),可得
&P =4.636× γ-0.521
L Q/D 4
(8)
根据测定,背压每增加980Pa ,聚酯熔体温度
约上升4℃,由于在喷丝板微孔中的温升,可以改善熔体的流变性,增加其可纺性,所以喷丝板要保持一定的背压,但是如果背压太高,组件的初始压力将很高,组件压力上升速度过快,组件的使用周期缩短,甚至会造成喷丝板变形。

一般喷丝板背压选择在7.8～12.7MPa 。

3　应用实例
以167dtex/36f 的生产为例,最佳值为:切
变速率6000～10000s -1,喷丝头拉伸比80～100,背压7.8～12.7MPa 。

根据此3个参数和已知的工艺参数的计算结果列于表1中,表中也列入了现有的喷丝板的数据。

通过对比,认为采用孔径为0.35mm ,长径
比为2.8,3.0,3.2的喷丝板较为合适。

采用以孔
径为0.35mm ,长径比为3.0的喷丝板,与原孔径为0.30mm ,长径比为3.0的喷丝板生产状况对比如表2。

表1　不同喷丝板计算数据对照表
T ab.1　Spinneret d ata comp arison
喷丝板
规格L ×D /
mm L /D
γ/s -1
R
&P/
MPa 1.33×0.38
3.55202.7495.0911.11.05×0.35 3.06658.5380.6710.70.90×0.30 3.010573.5159.2713.40.98×0.35 2.86658.5380.6710.01.12×0.35 3.26658.5380.6711.41.225×0.35
3.5
6658.53
80.67
12.5
注:产品规格167dtex/36f ;卷绕速度为4334m/min ;GR 1
速度1410m/min ;单孔吐出量0.0331g/s 。

表2
不同喷丝板生产状况对照表
T ab.2　Comp arison of PET production with different spinneret
喷丝板
规格
染色A 级品率,%染色合
格品率,%断头次数/次·(天·线)-1
满卷率,
%D 0.30mm L /D 3.094.095.04395.6D 0.35mm L /D 3.0
99.7
99.9
38
96.5
注:每条生产线32个纺丝位,每位8丝饼。

4　结论
熔体在喷丝板微孔中的切变速率、喷丝头拉
伸比、喷丝板背压可以作为确定喷丝板微孔直径的重要参考依据,而其长径比可参照喷丝板的背压进行选择。

参　考　文　献
[1]　李允成,徐心华等.涤纶长丝生产[M ].第二版.北京:中国
纺织出版社,1994.8
Selection of spinneret for PET f ilament production
Wang Shumin
(Filament Plant of L uoyang Pet rochemical Com plex ,L uoyang 471012)
Abstract:The theories related to spinneret selection for PET filament production were analyzed.The calculation of melt shear
rate ,jet stretch ratio and spinneret back pressure was analyzed and discussed ,which decided the diameter and L /D ratio of spinneret.The related examples were given.
K ey w ords :PET filament ;spinneret ;rheological behavior ;shear rate ;draw ratio ;spinneret back pressure
9
52003年第3期 王书敏.涤纶长丝生产中喷丝板的选用。