第六節(jié)紡黏機械

1、第六節(jié) 紡黏機械 一、概述： （一） 紡黏法非織造布定義： 紡黏法非織造布工藝是利用化學纖 維紡絲成型原理，在聚合物紡絲成型過 程中，使連續(xù)長絲鋪置成網(wǎng)，纖網(wǎng)經(jīng)機 械、化學或熱方法固結(jié)后成非織造布。 聚合物擠壓成網(wǎng)：包括紡黏法（又稱紡 絲法）；熔噴法等。 （二）發(fā)展簡況： 1959年美國Dupont公司首先成功開發(fā)聚酯紡絲成網(wǎng)法 非織造材料，同時期研制成功的，還有德國的 Freudenberg公司，德國的Lurgi公司也是該技術(shù)的先驅(qū) 者之一。 近十幾年工藝技術(shù)取得突破性的發(fā)展，產(chǎn)品性能有很 大的提高，如產(chǎn)量提高，紡絲速度提高，單絲強度提 高，纖維細度降低，雙組份紡粘以及SMS、SMMS復 合

2、材料等。 目前產(chǎn)量超過80萬噸，占世界非織造材料總產(chǎn)量的 30%。加工能力主要集中在西歐、美國、日本和中國。 我國發(fā)展情況： 我國紡絲成網(wǎng)法工藝的發(fā)展情況 我國自1986年開始陸續(xù)從國外進口紡絲成網(wǎng)法生 產(chǎn)線，雖然起步較晚，但發(fā)展迅速。到2001年為止， 擁有紡絲成網(wǎng)法生產(chǎn)線超過70條，總生產(chǎn)能力約為23 萬噸/年。 與國外先進水平相比，我國紡絲成網(wǎng)法工藝技術(shù) 尚存一定的差距，尤其是在產(chǎn)量、紡絲速度、成網(wǎng)寬 度、成網(wǎng)均勻度及纖維細度方面的差距還很大，有待 于進一步提高。 （三）特點及應用： 工藝流程短，產(chǎn)量高（設備生產(chǎn)速度300-500m/min， 一條生產(chǎn)線產(chǎn)量2000噸/年)，成本低； 產(chǎn)

3、品機械性能好； 產(chǎn)品適應面廣； 可制得細纖維纖網(wǎng)(細度0.11tex，即1旦）； 成網(wǎng)均勻度不及干法工藝； 產(chǎn)品變換的靈活性較差。 廣泛用于醫(yī)療、衛(wèi)生、汽車、土工建筑及工業(yè)過 濾等領域。 二、二、 紡絲成網(wǎng)工藝原理與過程紡絲成網(wǎng)工藝原理與過程 （一）紡絲成網(wǎng)工藝原理 指熔融紡絲成網(wǎng)工藝原理： 聚合物切片送入螺桿擠出機，經(jīng)熔融、擠壓、過 濾、計量后，由噴絲孔噴出，長絲絲束經(jīng)氣流冷卻牽 伸后，均勻鋪放在凝網(wǎng)簾上，形成的長絲纖網(wǎng)經(jīng)熱粘 合、化學粘合或針刺加固后成為紡絲成網(wǎng)法非織造材 料。 （二）工藝流程： 聚合物切片切片烘燥切片輸送 計量混合 熔融 擠壓（螺桿擠壓機）熔體過濾計量泵計量紡絲 冷卻吹風

4、 氣流牽伸分絲鋪網(wǎng)加固切邊 卷繞。 設備示意圖 熔融紡絲成網(wǎng)工藝原理圖 料斗喂入聚 合物切片 螺桿擠出機 計量泵紡絲箱 冷卻風 牽伸裝置 分絲 至卷繞 加固 成網(wǎng)裝置 三、 紡絲法生產(chǎn)的主要機械設備 （一）干燥設備 干燥方式：真空干燥和氣流干燥 真空轉(zhuǎn)鼓干燥裝置： 容量7006000kg，干燥時間1024h，真空度一般 大于740Pa。 特點： 干燥質(zhì)量高，更換品種容易，干燥過程中特性粘 度降低小，但干燥時間長，產(chǎn)量低。 真空轉(zhuǎn)鼓干燥機 切片進出口 回轉(zhuǎn)接頭 檢修進出口 夾層內(nèi)通入蒸 汽或?qū)嵊?真空抽吸 RD型回轉(zhuǎn)圓筒干燥裝置： 設備結(jié)構(gòu)簡單，連續(xù)化生產(chǎn)，干燥效率高，但最 后干燥切片的含水量

5、不均勻。 回風 切片 熱風 回轉(zhuǎn)圓筒 抄板 KF式充填干燥塔： 可保證切片干 燥時間一致，干燥 質(zhì)量較好，可直接 連續(xù)喂入螺桿擠出 機料斗，設備也較 簡單。 切片 空氣 空氣 干切片 水平攪拌 柱式攪拌 (二)螺桿擠壓機 固體切片進入螺桿后，首先在螺桿進料段被輸送 和預熱，繼而經(jīng)螺桿壓縮段壓實、排氣并逐漸熔化， 然后在螺桿計量段中進一步混和塑化，并達到一定的 溫度，以一定的壓力輸送至后道工序。 螺桿擠壓機的作用：1.輸送作用 2.熔融作用 3.混煉作用。 螺桿擠壓機： 紡絲成網(wǎng)工藝一般使用單螺桿擠壓機，主要由螺 桿、套筒、傳動系統(tǒng)、加料裝置、加熱和冷卻裝置等 構(gòu)成。 螺桿擠出機結(jié)構(gòu)示意 1-電

6、動機 2-齒輪傳動箱 3-三角皮帶 4-機座 5-進料口 6-機筒 7-加熱器 8-螺稈 9-壓力控制器 10一控制柜 螺桿擠出過程示意 1、螺桿擠壓機結(jié)構(gòu)、螺桿擠壓機結(jié)構(gòu) 螺桿擠壓機的特征主要反映在螺桿結(jié)構(gòu)上，有等 距不等深螺桿、等深不等距螺桿和不等深不等距螺桿。 實際生產(chǎn)中主要應用等距不等深螺桿，其又有四種形 式：長區(qū)漸變型螺桿、短區(qū)漸變型螺桿、突變型螺桿 和計量型螺桿。螺桿的結(jié)構(gòu)特征如螺桿直徑、長徑比、 螺桿分段與分段長度、壓縮比、螺距與螺槽深度等， 決定了螺桿擠出機的使用特性。 （1）螺桿直徑 通常指螺桿的外徑，對擠壓機有決定性的影響， 直徑加大，擠出機產(chǎn)量增加，但加熱和驅(qū)動能耗均增

7、加。 （2）螺桿長徑比）螺桿長徑比L/D 螺桿長徑比指螺桿工作長度(不包括魚雷頭 及附件)與外徑之比。聚合物切片在這個工作長 度上被加熱熔化、壓縮和輸送。加熱面積和切片 停留時間都與螺桿長度成正比。長徑比大，有利 于切片原料的混和塑化、提高熔體壓力和減少逆 流以及漏流損失。因此，螺桿擠壓機的長徑比有 不斷增大的趨勢。 目前，加工塑料的螺桿L/D一般為1520， 加工纖維時，L/D一般為2030，甚至高達35， 常用的是2530。如螺桿太長，聚合物切片在高 溫下停留時間增加，對某些熱穩(wěn)定性差的聚合物 會引起熱分解，同時，機械制造難度加大，所以， 螺桿長度是有限度的。 （3）螺桿分段與分段長度 螺

8、桿分進料段、壓縮段和計量段，三段長度的分 配與被加工的聚合物切片性質(zhì)有關。加工塑料等非結(jié) 晶聚合物時，由于此類聚合物沒有明顯的熔點，而且 有明顯的高彈形變，因此需要螺桿的壓縮段較長，一 般為螺桿全長的5055，聚合物切片原料在一個較 長的距離內(nèi)逐漸被壓縮、軟化至熔融。而結(jié)晶型的成 纖高聚物有熔點，而無明顯的高彈形變，因此加工此 類聚合物的螺桿的壓縮段較短，如加工PET僅為螺桿 直徑的45倍。由此，加工PET的螺桿進料段約為全 長的30，壓縮段約為全長的15，計量混和段約為 全長的55。 （4）壓縮比 螺桿的壓縮比是指螺桿進料口處螺槽容積與計量 段最后一個螺槽容積之比。等距不等深螺桿的壓縮比 可

9、用下式計算： 2 2 2 2 1 2 dD dD 式中：D螺桿直徑 d1進料口螺桿根徑 d2出料口螺桿根徑 （三）紡絲組件（三）紡絲組件 紡絲組件 紡絲系統(tǒng)的重要部件，由箱體、熔體分配 板、噴絲板等組成。紡絲成網(wǎng)工藝可采用單塊 大型噴絲板，也可采用多塊小型板拼接而成， 而且，矩形板應用較多，圓形次之。 噴絲孔的直徑應根據(jù)成纖聚合物熔體在 噴絲孔中流動的剪切速度梯度來決定，通常， 噴絲孔直徑和長度大一些，紡絲比較穩(wěn)定，尤 其是對高粘度熔體的紡絲有利。 圓柱形圓錐形雙曲線形二級圓柱形平底圓柱形 噴絲孔的孔數(shù)和孔徑 理論上講紡絲成網(wǎng)噴絲板的孔徑在0.20.80mm范 圍內(nèi)均可紡絲。實際工程上選擇孔徑

10、的依據(jù)是控制聚合 物熔體出噴絲孔的剪切速率范圍。 聚酯紡絲成網(wǎng)工藝中常用噴絲孔直徑范圍0.25 0.3mm；聚丙烯紡絲成網(wǎng)工藝中常用噴絲孔直徑范圍 0.300.50mm，聚酰胺時噴絲孔直徑常用范圍0.20 0.25mm。噴絲孔的長頸比（L/D）選擇在2.0左右。 噴絲孔的排列和孔數(shù)對熔體細流的均勻冷卻，良好 凝固成形有很大關系。圈形分布時噴絲板外圈的絲條能 均勻冷卻，但當孔數(shù)較多時，內(nèi)圈的絲條往往不容易充 分冷卻。矩形分布，其優(yōu)點是可以改進內(nèi)層絲條的冷卻， 但缺點是側(cè)吹風迎風側(cè)和背風側(cè)絲條的冷卻條件不一致。 噴絲板噴絲板 聚合物熔體從噴絲板微孔擠出的流變模型 入流區(qū) 孔流區(qū) 出流區(qū) 擠出膨化脹

11、大 紡絲過程 (四四)計量泵計量泵 計量泵為外嚙合齒輪泵， 齒輪嚙合運轉(zhuǎn)時，齒輪嚙合 脫開使吸入腔容積增大，形 成負壓，聚合物熔體被吸入 泵內(nèi)并填滿兩個齒輪的齒谷， 齒谷間的熔體在齒輪的帶動 下緊貼著“8”字形孔的內(nèi)壁 回轉(zhuǎn)近一周后送至出口腔， 由于出口腔的容積不斷變化， 聚合物熔體得以順利排出。 1-外嚙合齒輪 2- 泵體 3-吸入腔 4-壓 出腔 吸油壓油 1 2 3 4 （五）牽伸裝置（五）牽伸裝置 1、正壓拉伸工藝 (DOCAN紡絲成網(wǎng)工藝 ) 2、氣流牽伸裝置 利用高速、高 壓空氣對絲條的粘 性摩擦作用和氣流 對絲條的推動作用 達到拉伸目的。 噴絲板 冷卻空氣 牽伸空氣 (六六)成網(wǎng)

12、機械成網(wǎng)機械 1、分絲、分絲 將經(jīng)過牽伸的絲束分離成單絲狀，防止成 網(wǎng)時纖維間互相粘連或纏結(jié)。常用形式有： 氣流分絲法 利用空氣動力學的coanda效應，氣流在一 定形狀的管道中擴散，形成紊流達到分絲目的。 機械分絲法 絲束牽伸后與擋板等撞擊達到分絲目的。 靜電分絲法 絲束牽伸后經(jīng)過高壓靜電場或摩擦帶電達 到分絲目的。 2、擺絲成網(wǎng)機構(gòu)、擺絲成網(wǎng)機構(gòu) 1-氣流分絲器出口 2-擺絲輥 3-絲束 4-成網(wǎng)簾 5-吸風 6-纖網(wǎng) 3、鋪網(wǎng)、鋪網(wǎng) 控制經(jīng)牽伸和分絲的長絲以一定的方式鋪 放到凝網(wǎng)簾上，主要有兩種控制方式： 氣流控制 利用氣流擴散和附壁效應使長絲束按一定方 式鋪放到凝網(wǎng)簾上，如圓周運動或橢圓運動；也 有利用側(cè)吹氣流交替吹風使長絲左右擺動而鋪置 成網(wǎng)。 機械控制 利用羅拉、轉(zhuǎn)子、擺片或牽伸分絲管道的 左右往復運動將絲束規(guī)則地鋪放到凝網(wǎng)簾上。 紡絲成網(wǎng)工藝的成網(wǎng)均勻度不及干法工藝， 產(chǎn)品單位面積質(zhì)量越小，cv值越大。 （七（七)加固機械加固機械 主要方式有： 熱粘合 聚丙烯薄型產(chǎn)品采用熱軋。 針刺加固 厚型產(chǎn)品采用，可配高速針刺機，如Dilo公 司的DI-LOOM OD-SC或Fehrer公司的NL3000。 自身粘合 如PA66纖網(wǎng)采用鹽酸水