芳綸1414長絲生產(chǎn)設(shè)備的研發(fā)

1、芳綸 1414 長絲生產(chǎn)設(shè)備的研發(fā) 高占勇 邯鄲紡織機械有限公司（中國）摘 要：簡要介紹了芳綸 1414 的性能特點和當(dāng)前狀況。結(jié)合兩條比較成熟的芳綸 1414 長絲 紡絲生產(chǎn)線流程，對芳綸 1414 長絲紡絲生產(chǎn)線的設(shè)備排布特點進行了分析。根據(jù)這些設(shè)備排 布特點，介紹了芳綸 1414 長絲紡絲生產(chǎn)線上主要單元機的結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)特征及研發(fā)注意事 項等。關(guān)鍵詞：芳綸 1414，長絲，紡絲，生產(chǎn)設(shè)備，單元機引言芳綸 1414 是一種高性能纖維，具有高強度高模量、耐高溫、耐酸堿、質(zhì)量輕等優(yōu)良性能。芳綸1414的比強度是鋼絲的 6倍，玻纖的3倍，高強尼龍工業(yè)絲的 2倍；在200 C下經(jīng)歷100 h,仍

2、能保持原強度的 75%在160 C下經(jīng)歷500 h，仍能保持原強度的 95%芳綸1414性能的 缺點是壓縮強度和壓縮模量較低，耐潮濕和耐紫外輻射性差，表面與基體復(fù)合黏合性差。芳綸 1414 主要應(yīng)用在先進復(fù)合材料、防護材料、橡膠增強材料、纜繩和光纜、工業(yè)織物、建筑結(jié) 構(gòu)加固材料、摩擦材料和密封材料等領(lǐng)域。目前,國外只有美國杜邦公司和日本帝人公司能夠 進行大規(guī)模生產(chǎn)。國內(nèi)從 20 世紀(jì) 80 年代開始,先后進行過多次中試研究,積累了寶貴的工業(yè) 化生產(chǎn)經(jīng)驗,但由于其工藝過程涉及聚合、紡絲、溶劑回收三大部分,工藝要求和控制也相當(dāng) 復(fù)雜,因此未見大規(guī)模批量產(chǎn)品上市。芳綸 1 4 1 4采用干濕法進行紡

3、絲。干濕法紡絲的成形方法與干法相似,但其紡 絲液的表現(xiàn)黏度與熔體相近,而紡絲孔的直徑、噴絲頭拉伸倍數(shù)則與濕法紡絲相當(dāng)。目前,由 于國內(nèi)各芳綸 1414長絲生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備和工藝要求不同,因此設(shè)備的排布形式也不盡相 同。本文以兩條比較成熟的芳綸 1414長絲紡絲生產(chǎn)線流程為例,對各流程的設(shè)備排布特點進 行了分析。根據(jù)這些特點,介紹了主要單元機的結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)特征及研發(fā)注意事項等。1 、生產(chǎn)線流程及其特點1.1 流程一 干濕法紡絲機浸浴式水洗機噴淋式水洗機噴淋式堿洗機噴淋式高溫水洗機多輥烘筒 式烘干機多輥烘筒式烘干機摩擦式雙面上油機絲束卷繞機。該芳綸 1414 長絲生產(chǎn)線主要由紡絲、水洗、堿洗、

4、高溫水洗、烘干、上油、卷繞等工序組 成。成品長絲中每束絲的單絲數(shù) 1 000 根。紡絲機共 12個紡絲位,每兩個紡絲位的間距為350 mm生產(chǎn)線的最高工藝速度走為400 mm每條生產(chǎn)線的產(chǎn)為 450 T/a。該生產(chǎn)線的設(shè)備特點為：輥體的空間排布采臣平行輥形式；同時采用了浸浴式水洗噴淋式水洗兩種水洗方,浸浴式水洗為初步水洗,噴淋式水 洗為高效水洗,絲束整體水洗效果好；為確保絲束的烘干效果,采用了兩臺多輥烘筒式烘干機,由于各烘干輥的軸心是相 互平行的,因此這種烘干方式的烘干效率較低,設(shè)備占地空間和能耗比較大；紡絲機和浸浴式水洗機之間沒有專門配置張力機或牽引機,從紡絲機出來的絲束 的牽引是靠浸浴式水

5、洗機上的軋車來完成的。1. 2 流程二 干濕法紡絲機打結(jié)器牽引機一兩輥噴淋水洗機兩輥噴淋式堿水洗兩輥烘筒式烘干機 油盤浸油式上油機絲束卷繞機。該芳綸 1414 長絲生產(chǎn)線主要由紡絲、水洗、堿洗、水洗、堿洗、烘干、上油、卷繞等 工序組成。成品單絲的線密度為 1. 6-2.5 dtex ,成品長絲中每束絲的單絲數(shù)為 1 000 根。紡絲機共 12 個紡絲位，每兩個紡絲位的間距為400 mm 生產(chǎn)線的最高工藝速度為 500 m/min 。每條生產(chǎn)線的產(chǎn)量約為 500 t/a 。生產(chǎn)線顯著特點有：輥體的空間排布采用了傾斜輥形式，兩根輥為一組，其中一個輥為傾斜輥；絲束洗滌采用水洗和堿洗交錯進行的方式，噴

6、淋式水洗機使用的洗滌液為30 C去離子水，第一噴淋式堿洗機使用的洗滌液為30C、質(zhì)量濃度為1%勺NaOH水溶液；第二噴淋式堿洗機使用的洗滌液為 30C、質(zhì)量濃度為內(nèi)o. 05%的NaOH水溶液；由于兩根烘干輥的軸心線不平行，因此這種烘干機的絲束烘干過程實際上上是絲束在兩輥 間多次纏繞的過程，這種烘干機的烘干效率比較高，設(shè)備占地空間和能耗比較??；紡絲機和牽引機之間配置了一臺打結(jié)器，用于生頭時初生絲和牽引絲的打結(jié)。正常開車時 打結(jié)器不工作?？刂凭群芨摺ｋ姎夥绞綖椋汗た貦C+可編程邏輯控制器 （PLC）+ 伺服控制器，通過總線控制。2 單元機的研發(fā)為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的芳綸 1414 長絲，除應(yīng)具備科學(xué)合理的

7、生產(chǎn)線流程和生產(chǎn)工藝外，還必須有結(jié) 構(gòu)合理、性能可靠的單元機做支撐。單元機的結(jié)構(gòu)形式、各項性能都必須：與生產(chǎn)線的具體流 程相適應(yīng)。2.1 干濕法紡絲機干濕法紡絲機是芳綸 1414長絲生產(chǎn)線上最重要的單元機之一，用于將紡絲原液以10 MPa左右的壓力輸入原液管，通過各支由紡絲計量泵輸入噴絲頭，從噴絲頭小孔噴出，經(jīng)氣隙和凝固 浴被拉伸并凝固成絲，再經(jīng)過加速器進入浴槽，送往下道工序進行水洗、堿洗、烘干、上油、 卷繞等工序。干濕法紡絲機一般由機架、防護窗、紡絲、加速器升降、浴槽、輔槽等部件組成。機架由型 鋼焊接而成，外表面應(yīng)進行噴塑處理，機架上的操作平臺四周必須設(shè)有護欄，以保證操作者的 安全。由于空間

8、限制，防護窗應(yīng)設(shè)計成水平滑動式，窗玻璃選用聚碳酸酯板即可。紡絲部件一般由減速電機、計量泵泵、原液管路、噴絲組件、加速器、熱水保溫管路等部件 組成。減速電機一般配同步電機，也可配伺服電機。減速電機通過聯(lián)軸器拖動計量泵（根據(jù)需 要，可在計量泵的前后設(shè)置壓力和溫度傳感器），計量泵外面應(yīng)帶保溫套。為保證紡絲原液的 溫度（最高90 C），原液管路和噴絲頭等應(yīng)采用熱水保溫夾套結(jié)構(gòu)。每個加速器包括一套完 整的凝固浴盤、凝固管（凝固管內(nèi)設(shè)有噴嘴，高速噴射的凝固液拉動絲條達到需要的速度）及 其延長部分。每個凝固浴盤一般都有單獨的凝固浴液平衡支路，目的是為了保持凝固浴液面的 水平。每個加速器都必須配備上下可移動（

9、采用氣缸或油缸驅(qū)動）的支架，以便調(diào)節(jié)噴絲板下緣與 加速器頂部的距離，使其達到合適的紡絲氣隙高度。此外，前后方向也應(yīng)能手動平移，以便更 換紡絲組件。浴槽部件一般由支架、浴槽、廢絲罐等組成。浴槽位于較低位置，沿整臺紡絲機布置，用于收集使用過的凝固液。凝固液流至浴槽下游進入過濾器箱內(nèi)，然后返回凝固液供給系統(tǒng)。開 車時，操作者用水吸槍吸住絲條穿過導(dǎo)絲器，廢絲及混入的空氣從水吸槍的出口軟管排出。輔槽部件一般由混合罐、冷凍槽、冷凍機、流量控制、濃度及溫度控制裝置等組成。就設(shè)備材質(zhì)而言，與紡絲原液接觸、管件、儀表的材質(zhì)必須能耐質(zhì)量分數(shù)大于99. 5%的濃硫酸，與凝固液接觸的零件、管件儀表的材質(zhì)必須能耐質(zhì)量分

10、數(shù)為10%左右的稀硫酸。芳綸 1414 長絲干濕法紡絲機的研發(fā)難點主要有：高濃度、高黏度、高腐蝕性紡絲原液 的過濾和計量技術(shù)；高速紡絲技術(shù)；多部位多孔紡絲技術(shù)；紡絲原液管路的防滲漏技術(shù)等。2.2 水洗機和堿洗機芳綸 1414長絲生產(chǎn)線上常用的水洗機一般分為浸浴式水洗機和噴淋式水洗機兩類。根據(jù)實使用情況，與浴液接觸的零件的材質(zhì)可以為 316L 不銹鋼或聚氯乙烯。絲束必須在水洗過程中 灌徹底，如果水洗不徹底，殘留的硫酸就會導(dǎo)致烘干后的纖維在過放置過程中產(chǎn)生降解。 浸浴式水洗機一般由浴槽車等組成，結(jié)構(gòu)比較簡單，水洗溫度不高于50C。噴淋式水洗機一般由機架、傳動、導(dǎo)絲輥、水槽、噴淋、密封排風(fēng)等多個部件

11、組成，結(jié)構(gòu)比 較復(fù)雜，但是水洗效果比浸浴式水洗機好。噴淋式水洗機大多采用絲束雙面強制噴淋水洗方 式。根據(jù)工藝要求和結(jié)構(gòu)形式，噴淋式水洗機一般分為多種，如常溫噴淋式水洗機（水溫不高 于50 0C ）、高溫噴淋式水洗機（水溫約為80C）、兩輥噴淋式水洗機等。由于絲速很快，因而每臺噴淋式水洗機的水洗時一般只有幾秒鐘。所用的洗滌必須是去離子水。對于每一種芳綸 1414 長 絲生產(chǎn)線而言，其堿洗機的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、外觀、洗滌時間等一般與其 噴淋式水洗機的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、外觀、洗滌時間等完全相同，表面看根本沒什么區(qū)別，也就是 說， 堿洗機和噴淋式洗機是同一種設(shè)備，僅使用的洗滌液不同而已。因此，在進行堿洗機或 噴淋

12、式水洗機應(yīng)從材質(zhì)選取方面綜合考慮零件的耐酸堿性能。2.3 烘干機在芳綸 1414 長 絲生產(chǎn)線上，烘干機分為多輥烘筒式烘干機和兩輥烘筒式烘干機兩類。這兩類 烘干機都是由傳動箱、烘干輥、傳動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、密封排風(fēng)系統(tǒng)等組成，主要用于降低纖維的含水率，并消除纖維內(nèi)應(yīng)力。烘干輥的結(jié)構(gòu)分為虹吸式結(jié)構(gòu)和夾套式結(jié)構(gòu)兩種，輥體應(yīng) 采用不銹鋼材質(zhì)，而且外圓面鍍硬鉻，輥與軸之間多為法蘭式連接。烘干輥的加熱采用飽和水蒸氣加熱或熱油加熱兩種加熱方式，輥面工作溫度一般為130170 C o多輥烘筒式烘干機的結(jié)構(gòu)為常規(guī)結(jié)構(gòu)，與緊張熱定型機類似。兩輥烘筒式烘干機的烘干輥排布形式為傾斜輥式（兩根烘干輥位于同一水平面上，其

13、中一根輥為水平傾斜輥）。烘干機常出 現(xiàn)的問題有：輥面跳動嚴重；輥面溫度無法升高；輥與軸的連接處滲漏，密封圈容易失效；旋轉(zhuǎn)接頭抖動嚴重。因此，就烘干機的研發(fā)而言，需要合理選擇輥體的跳動公差、安裝法蘭的 厚度、輥與軸之間的密封方式軸的同軸度公差 等。2.4 上油機 摩擦式雙面上油機通常由碳鋼機架、電機驅(qū)動的不銹鋼上油輥和導(dǎo)絲輥（各輥的外圓面應(yīng)鍍硬 鉻）、油劑循環(huán)系統(tǒng)等組成。芳綸 1414絲 片的兩側(cè)各有一套上油輥和導(dǎo)絲輥，而且絲片的行 進方向與上油輥的轉(zhuǎn)向相反，然而在聚丙烯維原絲生產(chǎn)線和聚酰亞在聚丙烯腈基碳纖維原絲生 產(chǎn)線和聚酰亞胺長絲 生產(chǎn)線上，摩擦式雙面上油機中上油輥的轉(zhuǎn)向與絲片的行進方向相同

14、。 上油輥轉(zhuǎn)動時的輥面速度可以比絲速稍慢，然而導(dǎo)絲輥轉(zhuǎn)動時的輥面線速度必須與絲速相同。 油盤浸油式上油機通常由碳鋼機架、上油盤、油劑循環(huán)系統(tǒng)等組成，結(jié)構(gòu)比較簡單。此外，在芳綸 1414 長絲生產(chǎn)線上比較常用的上油機還有復(fù)合上油機（絲片上側(cè)用噴油管噴 油，絲片下側(cè)用上油輥摩擦上油）、油嘴噴油式上油機。絲片從這三種上油機上水平經(jīng)過時，運行的路徑都為直線，由于絲片不與機件接觸或接觸很 少，因此絲片幾乎不受損傷。2.5 打結(jié)器打結(jié)器的打結(jié)是通過專用打結(jié)裝置將一束牽引絲與過絲進行打結(jié)，然后由吸槍將廢絲回收。打結(jié)器通常由機架、傳動裝置、防護窗、打結(jié)裝置等呈組成。機架主體為碳鋼焊接結(jié)構(gòu)，機架 操作面必須貼一

15、層不銹鋼面板，以防止酸液腐蝕機架。傳動裝置主要由電機驅(qū)動的不銹鋼主動輥和氣缸驅(qū)動的橡膠壓輥組成，不銹鋼主動輥外圓面上可噴涂陶瓷，橡膠壓輥上的橡膠層必 須耐酸。防護窗主要由碳鋼支架、不銹鋼拉 窗、無桿氣缸等組成，不銹鋼拉窗的升降依靠無 缸驅(qū)動，為了減輕的質(zhì)量，拉窗玻璃可采用聚碳酸酯板。打結(jié)裝置一般為外購的配套件。打結(jié) 器除必須滿足使用要求 外，還應(yīng)使外觀美觀。2.6 牽引機 通常由碳鋼機架、傳動裝置、防護窗等組成。機架、牽引輥以及防護窗的結(jié)構(gòu)形式、質(zhì)、防腐 措施、產(chǎn)品外觀等方面最好與打結(jié)器相同。根據(jù)生產(chǎn)線流程二 （1.2 節(jié)）的特點，牽引機的傳動 裝置主要由兩根不銹鈔引輥、咸速電機等組成。兩根牽引輥位于同一水平面上，其中一根輥為 水平傾斜輥。根據(jù)歐拉公式當(dāng)絲片在兩個牽引輥上反復(fù)纏繞圈后，絲片將不再打滑，從而形成 足夠牽引力。此外，傾斜輥的傾斜角度最好可以調(diào)節(jié)。結(jié)語進入 2 1 世紀(jì)以來，隨著國民經(jīng)濟和國防現(xiàn)代化建設(shè)的快速發(fā)展，我國對芳綸 1414 的需求呈現(xiàn)出持續(xù)增長的態(tài)勢，市場供不應(yīng)求。同時，國內(nèi)也涌現(xiàn)出許多從事芳綸1414 生產(chǎn)的企業(yè)。目前，我國芳綸 1414 長絲產(chǎn)業(yè)化技術(shù)基本成熟，應(yīng)用研究也取得重大突破，許多大型化纖企 業(yè)已開