聚酯纤维生产技术-涤纶纺丝工艺与质量控制

涤纶纺丝工艺与质量控制CONTENT认知熔体纺丝01切片的熔融02纺丝设备结构03丝条的冷却和卷绕04纺丝过程的工艺控制0501认知熔体纺丝纺丝方法直接纺丝切片纺丝纺丝方法直接纺丝切片纺丝直接纺丝

(聚合后的高聚物熔体直接进行纺丝)过滤喷丝头拉伸冷却固化分配纺丝上油卷绕聚酯熔体切片纺丝熔融过滤分配纺丝喷丝头拉伸冷却上油干燥切片卷绕纺丝技术路线（以纺丝速度的高低来划分）纺速1000～1500m/min，未拉伸丝UDY（undrawyarn）常规纺丝01纺速1500～3000m/min，中取向丝MOY

（mediumorientedyarn）02纺速3000～6000m/min，预取向丝POY（pre-orientedyarn）纺速>5000m/min以上全拉伸丝FDY（Fullydawnyarn）高速纺丝03纺速6000～8000m/min，全取向丝FOY

（fullyorientedyarn）04中速纺丝超高速纺丝1、联苯－联苯醚(76.5%的联苯和23.5%的联苯醚的混合物）英文名称diphenylanddiphenylether；dowtherma别名:导生分子式:外观与性状：无色至稻草黄色液体闪点：123.9℃着火点：138℃熔点：12.3℃沸点：258℃溶解性：不溶于水，易溶于乙醚、乙醇等主要用途：用于低压高温的热载体，可在380℃下长期使用。聚酯纤维生产中的专来术语——健康危害侵入途径：吸入、食入、经皮吸收。健康危害：急性中毒时，呼吸道剧烈刺激、喉灼痛感、头痛、眩晕、干咳，呼吸困难等。长期低浓度接触可引起头痛、乏力、失眠等，以及呼吸道刺激症状。——毒理学资料及环境行为毒性：属低毒类。对眼睛、粘膜有刺激作用。危险特性：遇高热、明火或与氧化剂接触，有引起燃烧的危险。燃烧(分解)产物：一氧化碳、二氧化碳、成分未知的黑色烟雾。——环境标准中国(TJ36-79)车间空气中有害物质的最高容许浓度7mg/m3

——应急处理处置方法泄漏应急处理疏散泄漏污染区人员至安全区，禁止无关人员进入污染区，切断火源。应急处理人员戴自给式呼吸器，穿化学防护服。不要直接接触泄漏物，在确保安全情况下堵漏。喷水雾可减少蒸发。用砂土或其它不燃性吸附剂混合吸收，然后收集运至废物处理场所。如大量泄漏，利用围堤收容，然后收集、转移、回收或无害处理后废弃。——防护措施呼吸系统防护：空气中浓度较高时，佩戴防毒面具。眼睛防护：戴化学安全防护眼镜。防护服：穿防静电工作服。手防护：必要时戴防化学品手套。其它：工作现场严禁吸烟。工作后，淋浴更衣。——急救措施

皮肤接触：脱去污染的衣着，用肥皂水及清水彻底冲洗。眼睛接触：立即翻开上下眼睑，用流动清水冲洗。就医。吸入：迅速脱离现场至空气新鲜处。必要时就医。食入：误服者立即漱口，饮足量温水，催吐，就医。灭火方法：雾状水、二氧化碳、1211灭火剂、干粉、砂土。2、高压纺丝和低压纺丝低压纺丝：压力降10MPa以下高压纺丝：压力降30-110MPa以上3.喷丝板硅修整（铲板）目的：除去喷丝板上的熔体升华物和硅氧化物（硅油）老化物，增强喷丝板的熔体剥离性，提高原丝质量。修板操作：修板人一般是左手拿硅油瓶，右手握铜铲板（当然拿法不拘一式，因人而异），硅油在使用前要震摇，使用时于喷丝板内圈螺丝下方成90~75度角，距喷丝板30~40厘米轻压硅油的喷嘴，均匀喷射到喷丝板上即可。右手握铜铲板，是四指并拢握住铲板柄，大拇指伸直压在铲板柄即可。

修板时，朝喷丝板上适量地喷些硅油，铲板要始终与喷丝板板面平行成垂直或保持适当的角度（90~75度），顺时针走向再逆向这样反复，待板面清晰之后，均匀地喷上硅油，再开计量泵。4、前纺疵点融着丝：两根纤维部分粘合在一起，不易分开。并丝:在上油时把相邻的一根或几根单丝并了过来。注头丝：由于喷丝板面不清洁造成。僵丝：由于纺丝温度过低或冷却过快造成。浆块：由于组件或计量泵漏浆引起。5、原丝断面不匀（条干不匀）在后加工中易引起断丝和缠辊。（1）严格控制计量泵分组差值率，控制喷丝板的堵孔数。（2）严格控制吹风的风量、风温、湿度6.毛丝指复丝中的单丝断头。（1）喷丝板孔不畅形成注头丝和细丝、断丝。（2）熔体中凝聚粒子、或凝胶粒子使原丝产生缺陷形成断丝。（3）原丝中的小浆块造成的断丝。（4）原丝因上油不足或不匀产生的摩擦引起的断丝。（5）各卷绕辊不光滑而产生的断丝。01切片的熔融1.螺杆挤压机的作用将固体切片熔融成熔体，在一定的机头压力下定量输出熔体，并将物料压缩、排气、混合、均化。螺杆挤压机物料的输送切片的熔融熔体的计量、混匀、塑化螺杆挤压机的作用将螺杆工作段分为①进料段②压缩段③计量段根据物料在挤出机中的状态，可将螺杆挤出机分为三个区域①固体区：单相区②熔化区：两相区③熔体区：单相区2.螺杆挤出机的组成熔融装置：螺杆和套筒加热冷却置：电加热、联苯加热、水冷却传动系统：电动机、减速器3.螺杆挤出机的分类平行双螺杆挤压机4.螺杆挤出机的优点01熔融快0203适用于高粘度04传热效率高可纺丝线密范围广5、螺杆的分段和分区螺杆的工作部分通常分作进料段、压缩段和计量段。各段长度与被加工物料的性质有关。聚合物切片从料筒靠自重进入螺杆的螺槽中，螺杆由电动机带动在套筒中回转，推动物料在螺槽中向前移动。在进料段的物料基本上保持颗粒状态。在这一段的起始部分需要用水冷却，以防止物料过早地熔化发生粘结,影响正常进料,后半部为预热区。物料吸收套筒外部电热器所供给的热量，开始软化并部分熔融。在压缩段中,螺槽逐渐由深变浅,已预热的物料因连续加热而发生熔融同时被压缩，并把夹带的空气向进料段的方向排出。到计量段内，被压缩的熔体进一步混合并塑化，达到一定温度后以一定的压力定量地输送到箱体中进行纺丝。物料在螺杆挤压机内受温度和压力的作用，粘度和结构发生复杂的变化，在特别情况下还可能发生化学变化。6.纺丝螺杆主要的结构特征①直径D:与挤出机的生产能力直接有关,一般的纺丝螺杆直径为25～120毫米，如直径过大则传热状况变差。②工作长度L：指进料段、压缩段和计量段长度的总和。长径比大有利于物料的混和塑化、流量和压力的稳定，但长径比过大会给制造装配带来困难，也会使螺杆弯曲挠度增大而易磨损。纺丝螺杆的长径比多取20～27，等规聚丙烯色料纺丝应加大长径比,以利色料混和。③压缩比:指进料段与计量段每节螺纹沟槽的容积比，通常按物料特性（堆积密度、压缩性）不同取压缩比为3～4，丙纶纺丝时需要较高的压缩比。纺丝螺杆都采用改变沟槽深度的等距螺杆。沟槽深度在一个螺距内变化的称为突变螺杆，适于加工熔化温度范围狭窄、粘度变化明显的晶态聚合物，如等规聚丙烯等。沟槽深度渐变的称为渐变螺杆，适于加工一般高聚物。④螺杆与套筒的间隙:应尽可能小,小螺杆的间隙应小于0.002D，大螺杆应小于0.005D。最早的熔纺采用炉栅熔化聚合物切片，熔融后进入计量泵纺丝。螺杆挤压机和熔栅相比，熔融时间短、生产能力大、适宜于高粘度熔体聚合物纺丝，熔体的质量均匀和稳定。螺杆挤出机结构特点：螺杆和螺杆套筒：单头短区渐变或突变螺杆；38CrMoAlA（螺杆和螺杆套筒）传动部分：电动机+减速器+轴承加热和冷却装置：加热（电阻加热、电感应加热）；冷却（夹套或盘管通冷却水）螺杆挤出机的结构参数：直径、长径比、压缩比、螺距、螺槽深度、螺旋角、螺杆与套筒的间隙、螺杆头部形状、套筒螺杆挤出机工作原理：螺杆的分区和物料在螺杆各区中的运动进料区（固化区）：等深螺杆前半部（冷却区）：夹套盘管或螺杆内芯通冷却水，＜100℃

防止物料过早熔融而环结堵料；保护螺杆传动机构不受热后半部（预热区）：防止物料从进料区到压缩区温度突变压缩区（熔融区）：渐变或突变螺杆熔融物料（加热、剪切）并压缩（螺槽容积变小）；将空气或水蒸气返回进料区计量区（均化区）：等浅螺杆

熔体过滤器广泛应用于聚酯和纺丝生产线中,其主要目的是除去熔体中的有机熔体、炭化粒子和金属氧化物等固体杂质,提高产品质量,为下游工序提供合格的原料,保证下游工序的正常生产。熔体过滤器静态混合器是一种没有运动部件的高效混合设备，其基本工作机理是利用固定在管内的混合单元体改变流体在管内的流动状态，以达到不同流体之间良好分散和充分混合的目的。静态混合器03纺丝机的基本结构丝条冷却装置：纺丝窗、冷却筒高聚物熔融装置：螺杆挤出机熔体输送、保温、分配、纺丝装置：弯管、熔体分配管、计量泵、纺丝箱体、喷丝头组件等丝条收集装置：卷绕机和受丝结构。纺丝机的结构及型号长丝纺丝机：VC405、VC406短纤维纺丝机：VD405、VD4061.纺丝箱体作用：对内部的熔体分配管、计量泵和纺丝组件进行有效的集体保温。纺丝设备简介2．熔体输送、分配、纺丝及保温装置：弯管、纺丝箱体弯管：螺杆挤出机至纺丝箱体的熔体输送管道（一端与螺杆出口相接，另一端与纺丝机熔体分配管相接）——夹套内联苯－联苯醚混合物加热（熔体保温）纺丝箱体：熔体分配管+联苯加热箱+纺丝泵及其传动装置

+纺丝头组件

VC406A型纺丝机的箱体

熔体管道分配：原则：确保熔体到达各纺丝位的距离相同；熔体在分配管中停留时间短；折回少；形式：分支式、辐射式纺丝箱体的加热（联苯加热箱）：作用：对熔体分配管、计量泵、纺丝头组件其保温加热作用；方式：联苯—联苯醚热载体（联苯/联苯醚=26.5%/73.5%），用电热棒加热保温：80～100mm保温层，填充超细玻璃纤维或其他绝热材料计量泵：高温齿轮泵

计量泵的结构示意1—熔体进口；2—熔体出口；3—主动齿轮；4—被动齿轮5—上板；6—中板；7—下板；8—联轴节2.熔体分配管作用：将从螺杆挤出的熔体均匀稳定输送到纺丝组件。3.计量泵作用：均匀而连续地输送纺丝溶液，并能产生一定的工作压力，以保证纺丝溶液顺利通过喷丝组件的过滤层。4.纺丝组件作用：（1）过滤熔体、去除熔体中可能夹带的机械杂质和凝胶粒子，防止堵塞喷丝毛细孔眼，延长喷丝板的使用周期；（2）使熔体能充分混合，防止熔体发生粘度的差异，提高可纺性；（3）把熔体均匀分配到喷丝板的每一小孔中形成熔体细流。结构：喷丝板+熔体分配板+熔体过滤材料+组装套的结合件（1）高压式（2）低压式图纺丝组件结构示意图1—组件壳体；2—喷丝板；3—耐压分配板；4—过滤材料（20、40、60目/英寸）；5—自封压板；6—螺纹压板；7，8—铝填圈；9—圆形铝密封环；10，11—薄形铝填圈；12—熔体进口；13—过滤网（400、6000、10000孔/厘米2）喷丝板图喷丝孔的几何形状a—圆筒漏斗形；b—圆筒平底形；c—圆锥形；d—双曲面形3、丝条冷却装置：纺丝窗及纺丝甬道

纺丝窗作用：使丝条在冷却过程中只受定向、定量和定质的空气流冷却，冷却速度均匀一致，纤维凝固位置固定（不受周围气流影响）缓冷室：下部设前后两块插板，使其与冷却纺丝筒隔开，上部有闭锁器，使喷丝板下形成缓冷区；长30～200mm；防止冷却风吹冷喷丝板面、降低卷绕丝双折射、提高拉伸性

04丝条的冷却和卷绕1.丝条的冷却过程熔体从喷丝板的小孔中喷出以后，在外力的作用下被拉细同，同时在冷却风的作用下被冷却固化，最终形成初生纤维。膨化区：形变区：稳定区：丝条冷却2.丝条冷却固化条件丝条的冷却成型是一个单纯的物理过程（传热和受力变形）。冷却固化条件决定纤维结构与性能冷却吹风提高聚酯熔体细流的冷却速度和均匀性吹风方式侧吹风环吹风

纺丝窗作用：使丝条在冷却过程中只受定向、定量和定质的空气流冷却，冷却速度均匀一致，纤维凝固位置固定（不受周围气流影响）缓冷室：下部设前后两块插板，使其与冷却纺丝筒隔开，上部有闭锁器，使喷丝板下形成缓冷区；长30～200mm；防止冷却风吹冷喷丝板面、降低卷绕丝双折射、提高拉伸性

侧吹风侧吹风装置组成风道、风量调节器、框式过滤器、蜂巢板整流、纺丝仓、上油装置、纺丝甬道高度：0.2～1.2m特点：空气直接吹在纤维未完全凝固的区域，并与纤维垂直，传热系数高，冷却效果好；但不均匀——长丝（0.8m）LOREMIPSUMDOLOR风温：20+1度风湿：60+3%风速：0.3-0.7m/s侧吹风工艺环吹风环吹风用风机把一定温湿度的空气均匀地从纺丝窗四周通过过滤层和导流材料吹向丝条风速：0.5m/s空气从丝束周围吹向丝束，克服凝固的丝条偏离垂直位置产生的弯曲，甚至互相粘结——短纤维（0.2m）纺丝甬道01作用

02形状03尺寸铝制的圆筒形或矩形筒子保护纤维，使纤维继续冷却圆形管子：直径280mm矩形管子：周边：255*305mm,长度：3.2-7米3.冷却吹风工艺条件风温与风湿与纤纤高聚物的玻璃化温度、纺丝速度、产品线密度、吹风方式等有关风速及其分布均匀直形分布、弧形分布、Ｓ形分布冷却吹风位置吹风离喷丝板15cm左右风量注意“野风”（工艺控制以外风的统称）的影响1.上油（给油）为改善初生丝或其成品纤维在后加工及其在后续纺织加工中的加工性能（如集束性、平滑性、抗静电性、开松性等），在制得初生丝之后或在初生丝的后加过程中，对加工中纤维施以上油剂加工工序的总称。对长丝的初生丝，一般可用油嘴或油辊上油；短纤维的初生丝，以取油辊上油为主；在短纤维的后加工过程中，后纺油剂的上油，以取浸轧式和喷淋式居多丝条卷装ABDC润滑性好由于在高速下进行牵伸，加之卷绕速度很快，所以要求FDY油剂对纤维的润湿速度要快，使油剂在牵纺过程中能迅速均匀地分布，渗入每根纤维之间，以保证纺丝的顺利进行优良的热稳定性与POY工艺不同的是，在FDY工艺中丝束要经过两组热牵伸辊，所以要求该油剂有优良的热稳定性，如果油剂的热稳定性不好，或者受热后挥发过多，势必造成在第二组牵伸辊上结焦，或成丝上油率不足，而且易造成卷绕时的毛丝和断头。耐纤维对牵伸辊的动摩擦为了保证在高速牵纺过程中具有恒定的牵伸条件和固定的牵伸点，则要求纤维与牵伸辊表面之间有适宜的动摩擦，使之既能满足牵伸点固定的需要，又能满足不因摩擦而损伤纤维的要求。对油膜强度的要求高因为丝在导辊上的运动行程大大长于在POY工艺中的行程，所以对油膜强度要求高。以求对纤维表面有良好的保护，避免受磨损。化纤油剂特点丝条收集装置：短纤维（盛丝桶大卷装）；长丝（筒管卷绕）

短纤维卷绕机结构示意1—纺丝甬道；2—废丝吸丝器；3—压丝器；4—上油轮；5—盛油盘；6—浆块剔除器；7—导丝轮；8—纺丝油剂总上油器；9—集束导丝器；10—牵引辊；11—导丝辊；12—压丝器；13—喂人轮；14—导丝筒；15—盛丝桶；16—盛丝桶传动履带；17—废丝真空吸引槽2.丝条收集装置短纤维丝条收集装置（短纤维卷绕机

长纤维收集装置（长纤维卷绕机）图普通长丝卷绕机示意图1—丝束；2—下纺丝筒；3—上导丝盘；4—上油盘；5—下导丝盘；6—吸丝口；7—位复导丝器；8—摩擦辊；9—丝筒；10—导丝棒；11—面板05纺丝过程中的工艺控制熔融条件卷绕条件喷丝条件冷却固化条件

熔融条件

1.螺杆各区温度的选择

2.纺丝温度

3.纺丝箱体温度

喷丝条件

1.螺杆挤出压力

2.泵供量

3.组件压力固化条件1.风温、风湿及风速2.冷却吹风位置卷绕条件1.纺丝(卷绕)速度2.喷丝头拉伸比1、熔融工艺螺杆各区温度：1个冷却区，5个加热区；冷却区温度：50～100℃，夹套通冷却水；进料段前半部作用：防止环结堵料（软化切片粘结于螺杆）保护螺杆传动部分不受热预热段区温度：265～285℃（熔点）；加热一区和加热二区前半部；作用：预热切片，使物料进入压缩段时能升高到聚合物熔点以上，又要求切片不能过早熔化。温度↑→切片在到达压缩段前过早熔化→原来固体颗粒间的空隙消失→熔体体积＜原固体堆砌体积→熔体在等深螺杆内无法压紧压实→熔体向前推动力↓→后面来的未熔化的切片粘结在熔体上造成环结

温度↓→切片进入压缩段后不能顺利熔融→切片在压缩段内堵塞熔融区温度：熔点+（25～35℃）→290～295℃；加热二区后半部和加热三区（加热三区温度最高）；作用：熔融物料，产生机头熔体压力（螺杆螺槽由深变浅→螺槽容积↓→挤压作用）排除切片夹带空气及微量水蒸气（从进料口）均化区温度：熔融区温度-（2～5℃）→288～292℃；加热四区和加热五区；作用：熔化、、混合、均化，保持压缩区已建立的熔体压力；稳定均匀输送熔体备注：要提高纺丝熔体温度用提高均化区温度最有效（此区熔体强制传热）

纺丝工艺控制（2）熔体输送法兰区温度：＜均化区温度；280～292℃；作用：连结螺杆与弯管影响：法兰本身较短→熔体停留时间短→对纺丝熔体温度影响小→保证熔体在此不冻结

弯管区温度：结近或低于熔体温度；熔点+（14～20）℃；275～280℃

作用：输送熔体影响：温度↑→弯管本身较长→熔体停留时间长→聚合物热降解↑→熔体流动性↑→

纺丝有利纺丝箱体温度：熔点+（18～34）℃；290～295℃；作用：通过熔体分配管输送和分配纺丝熔体到各个纺丝部位；保温和补充加热影响：温度↑→纺丝成形↑→热降解↑→熔体喷出喷丝孔时易粘附喷丝板→纺丝组件更换率↑

温度↓→热降解↓→纺丝熔体温度↓→熔体在喷丝孔中剪切应力↑→熔体破裂

→丝条断面不匀（甚至不能纺丝）→拉伸时产生毛丝、断头（3）纺丝温度（纺丝熔体温度）：范围：聚合物熔点＜纺丝温度＜聚合物分解点；258～265℃＜纺丝温度＜300℃；最适：285～290℃影响：同纺丝箱体温度2、喷丝条件：

螺杆挤出压力：定义：螺杆挤出机出口的熔体压力；由压力传感器测量显示和控制作用：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范围：65*105～75*105Pa

泵供量：定义：计量泵单位时间内输送熔体的重量工艺要求：熔体压力稳定（螺杆转速稳定）→熔体挤出量稳定（泵供量稳定）→纤维纤度稳定（纤维条干稳定）

组件压力（纺丝熔体压力）：定义：喷丝头组件中的熔体压力作用：克服熔体通过过滤层和喷丝孔丝受到的阻力范围：98*105～245*105Pa（高压纺丝）工艺要求：初始压力：新组件纺丝稳定30min后的压力；98*105～147*105Pa

升压速度：应小于6%（否则组件使用寿命缩短）3、丝条冷却固化条件：冷却吹风方式：直吹风：传热差，冷却效果差，不用

横吹风：单面侧吹风（涤纶长丝）、双面侧吹风、环形吹风（涤纶短纤）

工艺控制：风温：范围：20～30℃，组件调换率、卷绕丝双折射率、卷绕丝条干不匀率最低影响：风温↑→熔体丝条冷却不充分→并丝、粘结丝↑→卷绕丝条干不匀率↑

风温↓→熔体在喷丝孔处快速冷却→拉伸应力↑→初生纤维预取向度↑，径向双折射率差异大→纺丝性↓→能耗大风湿：范围：65～80%；风湿对卷绕丝双折射率和纺丝稳定性影响大影响：冷却风带湿度→卷绕丝在纺丝甬道中的带电↓→飘丝↓→空气比热和热焓↑→纺丝甬道中冷却风和丝束温度恒定

风速（风量）：范围：0.3～0.5m/min（长丝）；0.3～0.4m/min（短纤）影响：风速↑→冷却效果↑→凝固点向喷丝板方向移动→形变区变短

→熔体凝固前受到的拉伸取向↓→卷绕丝双折射率↓→室外空气干扰↓→卷绕丝条干不匀率↓、染色干不匀率↓→丝条晃动↑→卷绕丝条干不匀率（并丝）

→喷丝板面冷却↑→丝束经不起拉伸吹风条件及卷绕丝不匀率环形吹风侧吹风风温℃24～2624～26272