纺部机械设备

第五章纺部机械设备化学纤维可分为两大类：再生纤维和合成纤维。再生纤维是用自然高分子制得的纤维。开清棉机械、梳棉机械、牵伸机械、卷绕机械、气流输送机械等。长丝纺部主部的设备为主介绍。化学纤维常用纺丝设备一般可分为湿法纺丝设备和熔融纺丝设备二大类。湿法纺丝，简称湿纺。湿纺包括的工序是：(1)制备纺丝原液；(2)将原液从喷丝孔压出形成细流；(3)原液细流凝固成初生纤维；(4)初生纤维卷装或直接进腐蚀性不同，设备使用的材料也不一样，因而较难相互通用。熔融纺丝法又分为聚合法、共混纺丝法、皮芯复合纺丝法；承受后整理聚喷丝板已有多家专业厂生产。一、聚酯切片的枯燥的目的㈠．除去切片中水分微量水分的存在会大大加速高聚物在熔融纺丝过程中水解，使高聚物分子量降低。同时，由于水在高温下汽化，被熔体夹带而出喷丝孔，会形成气泡丝而造成纺丝断头或毛丝，不但降低纺丝质量，严峻时更会使纺丝无法进展。这种切片软化点很低，如用这种切片纺丝，则在进人螺杆挤压机后很快软化变粘，造成“环结”阻料使生产中断。而经过枯燥的切片会形成局部结晶，使软化点大大提高。安全、设备价格廉价等要求。㈢、枯燥原理切片枯燥是一种固体粒子的枯燥，就是要除去粒子外部和内部的水分。涤一般属于等速枯燥，枯燥速度取决于供给的热量和蒸发作用。由于涤纶切片的而集中速度又取决于温度和气流与切片的湿度差，这种水分称为结合水分。二、枯燥设备多的有以下几种；真空转鼓枯燥机、回转圆筒枯燥机、沸腾枯燥设备、充填枯燥设备和联合枯燥设备等。用得较为广泛的有真空转鼓枯燥装置和沸腾结晶充填枯燥装置。1、 真空转鼓枯燥装置真空转鼓枯燥装置进展比较早这种设备主要由转鼓及其传动系统、真空系统和加热系统组成，如图3—1所示。图5-1转鼓苯或饱和水蒸气等加热介质。转鼓两端有轴和轴承，用支架支承，为了使转鼓转动，轴上装有齿轮，电动机经过减速器来传动。为了防止切片磨损产生过多4r／min左右，转鼓承受倾斜式装置，使转鼓内的切片能借自重沿鼓壁翻动，不需安装搅拌器，而且便于出料，转鼓的倾斜角为20”～30“。图5-2转鼓加热局部的轴头构造切片枯燥除需加热外，还应在高真空的状态下进展，才能防止高温下的氧5-2为转鼓加热局部的轴头构造，图5—3为真空局部的轴头构造。图5-3为真空局部的轴头构造真空转鼓机在操作时，先将切片送入鼓内，接着抽真空，同时开动转鼓马承受密闭的气流输送装置。2片的枯燥。这类设备又可分为间歇式和连续式两种。〔聚形一冷却固化的过程。〔5～10℃之间〕，但分解温度高于熔融温度，故可以承受速度较高的熔融纺丝法。聚酯纤维的纺丝工艺流程可分直接纺丝或切片纺丝两种。直接纺丝是把聚合厂的生产。从20世纪50年月开头，开发应用了螺杆挤压纺丝，到了60年月，已得到了广泛应用，目前，螺杆挤压机已经系列化生产。图5-4卧式螺杆挤压机压机。单螺杆挤压机可分为卧式和立式两种，见图5-4、图5-5。图5-5立式螺杆挤压机悬臂梁，挠度较大，螺杆头部易磨损。而立式挤压机的螺杆和套筒垂直安装，不易变形，占地面积较小，但需要较高的厂房，减速箱密封要求高，装拆和修理较麻烦。因此，卧式挤压机应用较广。挤压过程切片在挤压机中熔融挤出，是一个从常温固态转化为高温以它既是加热器，又是熔体输送泵。由玻璃态、高弹态转变成粘流态。按物态的不同，把螺杆长度分成加料段、压缩段和计量段三局部。螺杆与套筒是关键零件，其类型、构造尺寸、材料与热处理质量、加工制造与装配精度均会影响产量、功率、熔体均匀性等挤压机的主要性能。螺杆与套筒酯纤维的纺丝螺杆一般选用单头渐变螺杆，在压缩段螺槽变化规律是螺距相等而螺槽深度渐渐变浅。这种类型的螺杆，适用于从高弹态到粘流态范围较宽且熔体粘度较高的聚合物纺丝，加工便利，工艺易掌握。图5-6 螺杆a、突变螺杆 b、渐变螺杆螺杆直径D是指螺杆外径的名义尺寸，也是挤压机的特征尺寸，为了适应生产需要，已经系列化。我国的螺杆直径系列为45、60、65、80、90、100、110、120、150等〔单位均为mm〕。图5-7螺杆构造⑵套筒。套筒是一个加热的高压容器，又是支承挤压机加热器、传动箱与图5-8套筒的构造⑶材料。工作时，螺杆受很大的载荷，套筒要经受很高的熔体压力，并且械性能好。加热方式一般螺杆转速较低，热量主要依靠外界的电热器供给。电加热方式可分电阻丝加热和电感应加热两种。一般都承受电阻丝加热，干扰小，热容量大，效率高。螺杆的传动传动系统有两种形式：⑴变速电动机一减速箱一螺杆。这是广泛承受的传动系统。⑵常速电动机+机械无级变速器+减速箱由于大功率的机械变速器构造简单，应用较少。、螺杆转速、产量、功率消耗等。之别。高速纺丝也叫拉伸纺丝。当纺丝速度到达肯定值时，纺丝过程中丝条受到〔称为取向制得预取向丝。预取向丝物理机械性能稳定，染色性能均匀，而纺丝机6000～8000m／min以上时，可获得全取向丝，无需后拉伸，一步法制得全取向丝。㈠、保温箱体保温箱为一密闭容器，一般用8～12mm钢板焊接而成，每个纺丝部位有一丝成形。泵。图5-9计量泵构造计量泵的构造如图5-9〔主动齿轮和被动齿外的泵轴通过联轴节来带动。纺丝用的熔纺泵属于热泵，工作温度达300℃。出口熔体压力较大，常压要求转速较低，一般为10～40r／min。计量泵精度很高，要用特地机床加工制造，计量泵的规格较多。依据纺丝速度及所纺丝条的品种来确定泵供量后，应通过计算来确定计量20、30、40cm3／r等；转速范围5～40r／min。㈢、纺丝组件聚酯纤维依据所纺品种不同，纺丝组件可分为一般纺丝组件、复合纺丝组件、异形纺丝组件等类型，而每类又有长丝和短纤维纺丝组件之分。长丝和短纤维的不同之处是，长丝由于纺丝成形后每束丝条均需分开卷绕，为了提高每部位产量，只能承受多头纺，即一个纺丝部位装有2～8个纺丝组件。而短纤维最终切成散纤维，在纺丝机中就只需并条盛放，故承受多孔纺，即尽量增加每个纺丝组件中喷丝板的孔数，纺丝组件构造尺寸较大。5-10为高压纺丝的短纤维纺丝组件构造示意图。图5-10短纤维纺丝组件熔体能均匀地安排到各喷丝孔中，最终通过喷丝孔喷射成熔体细流。25-11为长丝高压纺丝组件，是一个纺丝部位的截面图。图右面剖截在计量泵两出口到组件之处。图5-11长丝纺丝组件便利，传动装置也简洁安排。复合纺丝组件复合纺丝技术是把两种或两种以上不同构造或性能的聚合物〔例如丙纶，聚合物分子量不相等〕纺制成一根丝条。喷丝板喷丝板按外形分为圆形及矩形两种，按喷丝孔的外形分为圆软，简洁冲挤加工成形。四、冷却吹风成形熔体从喷丝板上的微孔中喷射成细流后渐渐冷却成形。沿着丝条运行的路程中〔称为纺程〕，丝条上各质点的运动速度、直径、温度、粘度、受力和内1m以内变化最大，外界条件对所纺丝条的纤度均匀性、强度伸长不匀率及后拉伸性能影响很大，故冷却吹风固化的条件很重要。特别是高速纺丝时更为重要。5—变区和固态移动区。凝固形变区完毕处是凝固点，随后就以等速移动了。图3-12 冷却固化过程冷却吹风装置侧吹风装置。图5-13所示为长丝纺丝承受的吹风装置，经过空调的冷风，向进展吹风冷却，故又称横吹风装置。图3-13长丝纺丝的吹风装置丝室内冷风经过整流装置来掌握流淌状态〔例如保证不产生涡流和符合风还可以用不同厚度或几种材料的组合来调整整流器的阻力分布。短纤维则要有条不紊地盛放在条桶内，以便输送到下道工序去进一步加工，或锥形筒管，卷绕成三锥面的卷装。一、长丝纺丝卷绕设备图5-14为高速纺丝卷绕机构造示意图。图3-14高速纺丝卷绕机构长丝卷绕机主要由四局部组成：即给湿上油装置、引丝装置、卷绕机构和绕机中最主要的机构。㈠、给湿上油给湿上油的目的是将乳化剂均匀喷涂在刚冷却成形的丝条上，使其到达接触的元件之间的摩擦力，防止毛丝和静电的产生，便于卷绕和后加工。㈡、引丝引丝也称为导丝。通常卷绕机上有引丝盘〔又称纺丝盘、导丝盘〕来掌握绕速度的差异来掌握卷绕张力。单独传动，以削减机械传动件，提高纺丝速度和电气化程度。㈢、卷绕机构任何卷统机构都可按运动规律的要求分成两局部：完成往复运动的导丝式等；卷取机构中有摩擦传动式、直接锭轴传动式等。导丝机构〔1〕圆柱凸轮式导丝机构。圆柱凸轮式导丝机构，主要由圆柱凸轮和导丝器组成，构造简洁，加工便利，见图5-15。图5-15圆柱凸轮式导丝机构使导丝速度按给定的规律变化，使卷绕比避开消灭整数倍。导丝圆柱凸轮上的沟槽，通常承受加工便利的单槽，凸轮两端沟槽转向曲向。如图3-16所示。图3-16导丝圆柱凸轮上的沟槽凸轮材料有球墨铸铁，经碳钢渗氮〔碳〕处理，要求耐磨性好。图5-17 导丝器导丝器可用45号钢淬火处理，前部的导丝片可以用不锈钢材料制成，也可以用耐磨、耐热、耐冲击和轻质的非金属材料制成。猛烈；换向时的惯性力不行避开，超高速卷绕时其数值相当大。假设导丝构件设5-18所示：图5-18 拨叉式导丝机构中共有六个拨叉，分别装在三根轴上。每根轴上的两个拨叉，一个装在轴上作正转，另一个装在与轴同心的套筒上作反转。工作时，正转三个拨叉为一组，相互作接力式运动，把丝条从P1拨到P4位置。另一组反转拨叉负责把丝条拨向另一端。在运动两端，正、反转拨叉间交换要快速、正确，要求每组拨叉之间动作协调性高。这种机构没有冲击，噪音低，拨叉使用寿命长，但是机构体积较大，构造比较简单。，如图5-19所示。上、下两条齿形带上均装有两只导丝器，并且相反回转，这样有一块挡板，以帮助丝条交接。图5-19 皮带式导丝机构1、2齿形带3挡板4齿形带 5丝束这种导丝机构，传动带的速度等于导丝速度，故带轮直径较大，因此导丝最高的一种导丝机构。但是，其构造尺寸大，对传动带材质要求高。卷取机构卷取机构按传动方式可分为摩擦传动和直接传动两种。可使卷装与摩擦辊接触外表线速度恒定，卷装转速则与卷绕直径dk成反比。摩擦传动卷取机构主要由摩擦辊和筒管夹头组成。制而成的，外表镀硬铬或特别处理，使其能耐磨、耐腐蚀和不拉毛丝条。图5-20 摩擦辊②筒管夹头；筒管夹头是卷取机构中的关键部件，转速很高，而且又要臂支承，故易振动。图5-21 筒管夹头5-21是这种构造的夹头之一。该夹头的中间是一个起支承作用的芯轴12，芯轴上左右两轴承外座圈外的零件均为转动件，筒管座3和大滑套4之间由滑键连接，由于小锥形弹簧6的作用力，使大滑套4处于最左边位置，迫使碟形弹簧7向外张开，紧紧抓住筒管内壁。夹紧力可以通过调整螺母左右位置以到达调整小锥形弹簧6的作用力。制动环刹车，然后进芯轴与筒管座四周间隙、右端芯轴气孔，推向活塞，抑制了小锥形弹簧的作用力，使套筒座可以向右移动，碟形弹簧收缩，放松对筒管的夹紧作用。大，夹头外形尺寸大，惯性大。〔2〕直接传动卷取机构。摩擦传动的卷取机构构造简洁，应用广泛。但是当卷绕速度提高到超高速时，就不宜承受摩擦传动了。一方面卷装易打滑，卷取速度的恒定难以保证；另一方面丝层直接与摩擦辊外表接触摩擦，发热产生5000m／min以上时，必需承受锭轴直接传动筒管回转来完成卷取运动。图5-22直径掌握式的卷取机构。5-6-掌握调速器图5-223与同步电动机2作为6发讯号，使变速电动机降速，以调整线速度恒定。二、短纤维纺丝卷绕设备短纤维纺丝成形后，可以集中各纺丝部位的丝条为一粗丝束，然后由留条丝条接头及过长纤维等。1、短纤维卷绕机图5-23涤纶短纤维纺丝卷绕机小转子2-上油装置3-牵引轮4-喂入轮5-圈条成形6-条桶7-总上油轮图5-23油后，在导丝小转子处转弯合股成一粗丝束，再经总上油盘其次次给湿上油，由牵引辊组引向喂人轮，然后由圈条机构将丝束铺放在盛丝桶中。由此可见，短纤维卷绕机主要由给湿上油装置、导丝小转子、牵引装置及喂入轮、圈条机构等组成。其中牵引装置和圈条装置是与长丝卷绕机完全不同的机构，其余作用原理及构造根本类同。2、牵引装置及喂入轮牵引装置由数个牵引辊组成，一般由4~7个上下穿插排列。牵引辊的主要作用是调整掌握丝束进入圈条机的张力。为了保持丝条有肯定的张力，牵引辊外表线速度略高于导丝盘速度。牵引辊要求无级变速传动，以适应调速要求。喂人轮分辊筒式和啮合式两种构造，如图5-24和图5-25所示。图5-24辊筒式喂入轮图5-24啮合式喂入轮简洁，运转时无噪音，但易缠辊。圈条机构。㈢、圈条机构圈条机构是将丝束按肯定规律盛放人条桶中，丝束分布要均匀、层次清楚、道工序集束时能顺当引丝，不发生缠结及混乱而造成废丝等现象。图5-25摇摆式圈条机构如图5-25，条桶放在回转的传动箱底盘上作等速圆周运动，丝束由摆丝装置作弧形摇摆铺覆人条桶内，丝圈铺放规律如图5-26所示。图5-26摇摆式圈条机构丝圈铺放规律由一般长丝纺丝机得到的初生纤维强力低，延长度大，构造不稳定，不具备的物理力学性能，以满足各种不同的使用要求。一、牵伸加捻机聚酯长丝的拉伸和加捻是由一束复丝在同一台机器上完成的，其工艺以拉捻、定型，得到有捻定型复丝，那就可用于制丝绸织物和长丝线等产品。控箱等组成。牵伸加捻机流程示意图如图5-27所示。图5-27牵伸加捻机流程1-2-喂入罗3-热拉伸盘4-5-冷拉伸盘6-钢领板7-双锥形8-龙带二、假捻变形与变形机构面多种多样的需要。例如，以弹性为主的可以制成袜子和弹力衫；以蓬松性为主的可以制成外衣。变形加工的方法很多，其中以假捻变形法应用最为广泛，由这种方法加工的变形丝具有较细的卷缩形态和均匀的变形，因而弹性好，手感松软。假捻变形机构多年来进展很快，近年由于高速纺丝工艺的消灭，与牵伸工序合并的牵伸变形机在国外进展尤为快速。摩擦式假捻器的速度更高，加工丝速高达1000m／min。假捻变形的原理n转，丝线上即可获得n个捻回，这是真捻，如图5一28(a〕所示。图5-28假捻原理假设两端固定中间旋转，则在握持点上下两端生成数量相等而方向相反的捻回。取一端的捻回方向为正，另一端的捻回方向则为负，就整体而言，捻度的5-28(b)V向前运动，假捻器以nr／min旋转，则在假捻器前〔加捻区〕生成+n／V的捻度〔单〕，而在加捻器后〔解捻区或称退捻区〕形成-n／V的捻度。由于丝线不断地从加捻区向退捻区移动，丝线在加捻区所获得的捻度恰巧被抵消，所以在退捻区内的捻度就等于零，如图5-28(c)所示。这样，假设不设法把加捻区内获得的螺旋状卷曲形态固定下来，则丝经过〔一般称”〕，使丝得到的卷曲固定下来，那么经过退捻区时，虽然复丝的真〔或称弹力丝〕。高弹变形加工原理如图5-29所示图5-29高弹变形加工原理1-2-喂入罗拉3-加热器4-5-输出罗拉6-导丝杆7-成品卷装摩擦式假捻器⑴摩擦假捻原理。摩擦假捻是以高速回转面或移动面直接与被加工原丝接5-30所示，绕过摩擦盘的丝线在摩擦盘平面内有一分力T，这一分力产生的正压力的反力F作用在丝线上，产生摩擦力为摩擦因数Fr，由它来抑制丝的扭转刚度而加捻。图5-30单轴外磨擦式丝线受力图是只用一个单轴外摩擦盘进展假捻的不稳定性特征。丝线位置更为稳定，尤其在张力较小的条件下