熔融纺丝及纤维性能测试（1)大型工艺实验讲义编者龚静华东华大学材料学院2000年12月
熔融纺丝及纤维性能 测试（1） 大型工艺实验讲义 编者 龚静华 东华大学材料学院 2000 年 12 月
一、实验目的1、熔融纺丝工艺实验是一个全面、系统的工程训练，学生通过亲自动手操作，提高实际动手能力和解决问题的能力。2、熟悉、了解熔融纺丝整个工艺流程3、熟悉、了解熔融纺丝设备。4、能根据纤维成品要求，确定和控制纺丝工艺。5、进一步掌握化学纤维测试技术。6、进一步加深理解化学纤维成型工艺理论。二、工艺流程筛料切片干燥熔融挤出吹风、甬上油、卷平衡拉伸三、主要设备1、切片干燥设备目前切片干燥设备主要有真空转鼓干燥、组合式干燥等。实验室干燥设备主要是真空烘箱。1.1真空转鼓干燥真空转鼓干燥机主要有转鼓部分、抽真空系统和加热系统三部分组成，见图1。真空转鼓干燥机干燥质量高，可在较低温度下干燥切片，适合易氧化或热敏性的高聚物。但由于干燥时间长、生产能力低、不能连续生产等，所以适用于小批量、多品种及一些特种纤维的生产
一、实验目的 1、 熔融纺丝工艺实验是一个全面、系统的工程训练，学生通过亲 自动手操作，提高实际动手能力和解决问题的能力。 2、 熟悉、了解熔融纺丝整个工艺流程 3、 熟悉、了解熔融纺丝设备。 4、 能根据纤维成品要求，确定和控制纺丝工艺。 5、 进一步掌握化学纤维测试技术。 6、 进一步加深理解化学纤维成型工艺理论。 二、工艺流程 三、主要设备 1、切片干燥设备 目前切片干燥设备主要有真空转鼓干燥、组合式干燥等。实验室干燥设 备主要是真空烘箱。 1. 1 真空转鼓干燥 真空转鼓干燥机主要有转鼓部分、抽真空系统和加热系统三部分组成， 见图 1。 真空转鼓干燥机干燥质量高，可在较低温度下干燥切片，适合易氧化或 热敏性的高聚物。但由于干燥时间长、生产能力低、不能连续生产等，所以 适用于小批量、多品种及一些特种纤维的生产。 筛料 切片干燥 熔融挤出 吹风、甬 道 上油、卷 绕 平衡 拉伸
图1真空转鼓干燥机1一进、出料口2一人孔3一抽真空管4一热载体入管5一热载体回流管6一转鼓夹套7一电动机8一减速机9一齿轮1.2组合式干燥设备这种于燥设备主要有预结晶器、充填干燥器和热风循环系统三部分组成。切片首先经过预结晶器除去大部分水分（主要是表面吸附水），并具有一定的预结晶度，软化点提高，使切片在高温下不再发生粘连，然后进入充填干燥器，在干燥器内保证足够的停留时间充分去除切片水分。由于组合式干燥机较好运用了切片干燥原理，因而具有连续干燥、效率高干燥质量好且稳定等特点。图2是KF公司切片干燥机流程。2、纺丝机一般纺丝机由螺杆挤出机、箱体、计量泵、纺丝组件、纺丝吹风窗、甬道和卷绕间等组成，并配有仪表柜、变频柜和电气设备。2。1杆挤出机由螺杆、套筒、冷却夹套、电加热夹套、电动机、减速箱以及控制仪表和测量仪表等组成
1 1 图 1 真空转鼓干燥机 1－进、出料口 2－人孔 3－抽真空管 4－热载体入管 5－热载体回流管 6－转鼓夹套 7－电动机 8－减速机 9－齿轮 1. 2 组合式干燥设备 这种干燥设备主要有预结晶器、充填干燥器和热风循环系统三部分组 成。切片首先经过预结晶器除去大部分水分（主要是表面吸附水），并具有 一定的预结晶度，软化点提高，使切片在高温下不再发生粘连，然后进入充 填干燥器，在干燥器内保证足够的停留时间充分去除切片水分。由于组合式 干燥机较好运用了切片干燥原理，因而具有连续干燥、效率高干燥质量好且 稳定等特点。图 2 是 KF 公司切片干燥机流程。 2、纺丝机 一般纺丝机由螺杆挤出机、箱体、计量泵、纺丝组件、纺丝吹风窗、甬 道和卷绕间等组成，并配有仪表柜、变频柜和电气设备。 2．1 杆挤出机 由螺杆、套筒、冷却夹套、电加热夹套、电动机、减速箱 以及控制仪表和测量仪表等组成
结晶段干燥段送至纺丝图2KF公司切片干燥流程1一过滤器2一空气冷却器3一气水分离器4一除湿器5一热交换器6-干燥风机7一电加热器8一充填干燥塔9一回风风机10一旋风分离器11一湿切片料仓12一加热器干切片进料段压缩段计量段熔体区熔化区固体区熔体至箱体图3螺杆挤出机结构示意图1-螺杆2-套筒3-法兰4一加热套5-电热棒6一冷却水管7一进料口8一密封部分9一传动和减速机构22
2 2 图 2 KF 公司切片干燥流程 1－过滤器 2－空气冷却器 3－气水分离器 4－除湿器 5－热交换器 6－干燥风机 7－电加热器 8－充填干燥塔 9－回风风机 10－旋风分离器 11－湿切片料仓 12－加热器 图 3 螺杆挤出机结构示意图 1－螺杆 2－套筒 3－法兰 4－加热套 5－电热棒 6－冷却水管 7－进料口 8－密封部分 9－传动和减速机构
在螺杆挤出过程中，螺杆完成三项基本操作：切片的供给、熔融加压和计量挤出熔体。螺杆相对应的部分为进料段、压缩段和计量段（见图3）。一般螺杆挤出机的转速在20一60r/min。螺杆传动电机为直流调速电机或交流变频电机，刚启动或停车前用手动调速，运转正常时自动调速，通过转速的自动调节，可以保持螺杆恒定的出口压力。2.2箱体纺丝箱体的作用是保持由挤压机送至的熔体经各部件到每个纺丝位都有相同的温度和压力降，保证熔体均匀地分配到每个纺丝部位上。纺丝相同有长方形和正方形两种。熔体分配管、计量泵和纺丝组件均安装在箱体内。计量泵有上装式和侧装式两种，纺丝组件也有上装和下装两种方式。纺丝箱体箱体内的热载体是联苯一联苯醚的混合物（简称联苯）。福AD焊缝焊缝(a)焊缝P焊缝(b)
3 3 在螺杆挤出过程中，螺杆完成三项基本操作：切片的供给、熔融加压 和计量挤出熔体。螺杆相对应的部分为进料段、压缩段和计量段（见图 3）。 一般螺杆挤出机的转速在 20－60r/min。螺杆传动电机为直流调速电机或交 流变频电机，刚启动或停车前用手动调速，运转正常时自动调速，通过转速 的自动调节，可以保持螺杆恒定的出口压力。 2．2 箱体 纺丝箱体的作用是保持由挤压机送至的熔体经各部件到每个纺 丝位都有相同 的温度和压力降，保证熔体均匀地分配到每个纺丝部位上。 纺丝相同有长方形和正方形两种。熔体分配管、计量泵和纺丝组件均安装在 箱体内。计量泵有上装式和侧装式两种，纺丝组件也有上装和下装两种方式。 纺丝箱体箱体内的热载体是联苯－联苯醚的混合物（简称联苯）
图4纺丝箱结构2.3计量泵计量泵为外啮合齿轮泵，它有一对相等齿数的齿轮、三块泵板、两根轴和一副联轴器以及若干螺栓组成。见图5。一出口图5计量泵结构图4
4 4 图 4 纺丝箱结构 2．3 计量泵 计量泵为外啮合齿轮泵，它有一对相等齿数的齿轮、三块 泵板、两根轴和一副联轴器以及若干螺栓组成。见图 5。 图 5 计量泵结构图
1-下泵板2一中泵板3-主动齿轮4-健5-主动轴7一轴套8一联接轴9一端盖10一从动轴11一从动齿轮计量泵的产品型号由下式表示：JRG1.2×2式中J一计量泵；R一熔纺，另有Y一粘胶，S一睛纶，N一维纶G一高压泵；数字1.2一公称流量，即每转流量1.2ml，2一叠泵计量泵由变频同步电机经行星式减速器减速后带动，为防止计量泵超负荷而损坏设备，传动轴上设有安全销。计量泵是精密设备，拆装应仔细。除螺丝外，泵的其它零件不允许互换，搬烧温度不得高于回火温度（500℃）。新泵或使用一段时间的泵要测量实际流量，按精度分组使用，否则会造成纤度不匀。此外为使计量泵计量正确，要求入口压力不低于0.3Mpa。计量泵常用的转速范围一般在8一40r/min。计量泵的检验分外观检查、高温检查、流量检查。计量泵的维护和清洗从纺丝机上换下来的计量泵，必须将其残存的熔体清除干净方可使用，清除残存熔体的方法有五种。（1）烧法将计量泵在搬烧炉加热到420一450C使残存物在高温下分解碳化，搬烧时可将泵拆开，也可以整体烧。拆开可缩短搬烧时间，特别对叠泵更为有利。由于材质的关系，在缎烧时搬烧炉的升温速度不能高于100C/h，同时要严格控制炉内温度不得超过450C，否则高温将使泵的硬度下降或引起变形，破坏泵的精度。这种方法加热不够均匀，操作条件差。（2）盐浴法，把纺丝机上换下的泵拆开，置于吊蓝中，挂在盐浴炉内清理。盐浴一般有两种，一种是配比为1：1的亚硝酸钠与硝酸钠双组分盐浴：另一种是配比为53：7:40的硝酸钾、硝酸钠与亚硝酸钠三组分盐浴。在300一400C下，盐浴处理1一2h，便可将泵的各部件清洗干净。这种方法的优点是温度控制均匀，盐浴中泵与空气隔离，使表面不易氧化。缺点是盐浴耗量大，用久后效果下降，且有一定腐蚀作用。（3）三甘醇法将泵浸入三甘醇浴中，加热到260C下清洗，由于三甘醇与聚酯反应，使其溶解或溶胀除去。这种处理方法能保护组件的精度和光洁度，但处理时间长，在24h以上。55
5 5 1－下泵板 2－中泵板 3－主动齿轮 4－健 5－主动轴 7－轴套 8－联接轴 9－端盖 10－从动轴 11－从动齿轮 计量泵的产品型号由下式表示： JRG－1.22 式中 J－计量泵；R－熔纺，另有 Y－粘胶，S－腈纶，N－维纶 G－高压泵；数字 1.2－公称流量，即每转流量 1.2ml，2－叠泵 计量泵由变频同步电机经行星式减速器减速后带动，为防止计量泵超负 荷而损坏设备，传动轴上设有安全销。计量泵是精密设备，拆装应仔细。除 螺丝外，泵的其它零件不允许互换，煅烧温度不得高于回火温度（500oC）。 新泵或使用一段时间的泵要测量实际流量，按精度分组使用，否则会造成纤 度不匀。此外为使计量泵计量正确，要求入口压力不低于 0.3Mpa。计量泵 常用的转速范围一般在 8－40r/min。 计量泵的检验 分外观检查、高温检查、流量检查。 计量泵的维护和清洗 从纺丝机上换下来的计量泵，必须将其残存的熔体 清除干净方可使用，清除残存熔体的方法有五种。 （1）煅烧法 将计量泵在煅烧炉加热到 420－450oC 使残存物在高温下分 解碳化，煅烧时可将泵拆开，也可以整体煅烧。拆开可缩短煅烧时间，特别 对叠泵更为有利。由于材质的关系，在煅烧时煅烧炉的升温速度不能高于 100oC/h，同时要严格控制炉内温度不得超过 450 oC，否则高温将使泵的硬 度下降或引起变形，破坏泵的精度。这种方法加热不够均匀，操作条件差。 （2）盐浴法 把纺丝机上换下的泵拆开，置于吊蓝中，挂在盐浴炉内清理。 盐浴一般有两种，一种是配比为 1:1 的亚硝酸钠与硝酸钠双组分盐浴；另一 种是配比为 53:7:40 的硝酸钾、硝酸钠与亚硝酸钠三组分盐浴。在 300－ 400oC 下，盐浴处理 1－2h，便可将泵的各部件清洗干净。这种方法的优点 是温度控制均匀，盐浴中泵与空气隔离，使表面不易氧化。缺点是盐浴耗量 大，用久后效果下降，且有一定腐蚀作用。 （3）三甘醇法 将泵浸入三甘醇浴中，加热到 260oC 下清洗，由于三甘醇 与聚酯反应，使其溶解或溶胀除去。这种处理方法能保护组件的精度和光洁 度，但处理时间长，在 24h 以上
（4）硫化床法将一定数目的AlO，粉末放入沸腾床中加热到300C，把泵拆开，置于吊蓝中，挂在硫化床内，沸腾床把高温AlO3粉末抛在泵的零件上使泵上聚合物发生氧化反应。这种方法和烧法相比，增加了传热介质可以缩短处理时间和降低处理温度。（5）真空熳烧法在真空系统中进行烧，可以降低处理温度，加快反应进行。上述方法处理后，在经超声波清洗即可备用。2.4纺丝组件纺丝组件的主要作用是将计量泵送来的熔体进行最终过滤，混合均匀后分配到每个中，形成均匀的细流。对组件的要求有：熔体应均匀分配到喷丝头各小孔，通道阻力相等，组件内不能有死角，以免熔体停留时间过长而发生裂解或凝胶；密封良好，无漏浆现象；过滤作用好，使用周期长，组件拆装方便，密封可靠；凡与熔体直接接触的零件均需耐高温，耐腐蚀。典平典图6长丝纺丝组件结构图长丝纺丝组件有外壳、进浆板、滤网、过滤沙、分配板、喷丝板等组成。喷丝板喷丝板的外形主要有圆形和矩形（见图7），生产上广泛使用的是66
6 6 （4）硫化床法 将一定数目的 Al2O3 粉末放入沸腾床中加热到 300oC，把 泵拆开，置于吊蓝中，挂在硫化床内，沸腾床把高温 Al2O3粉末抛在泵的零 件上使泵上聚合物发生氧化反应。这种方法和煅烧法相比，增加了传热介质， 可以缩短处理时间和降低处理温度。 （5）真空煅烧法 在真空系统中进行煅烧，可以降低处理温度，加快反应 进行。 上述方法处理后，在经超声波清洗即可备用。 2. 4 纺丝组件 纺丝组件的主要作用是将计量泵送来的熔体进行最终过滤，混合均匀 后分配到每个中，形成均匀的细流。对组件的要求有：熔体应均匀分配到喷 丝头各小孔，通道阻力相等，组件内不能有死角，以免熔体停留时间过长而 发生裂解或凝胶；密封良好，无漏浆现象；过滤作用好，使用周期长，组件 拆装方便，密封可靠；凡与熔体直接接触的零件均需耐高温，耐腐蚀。 图 6 长丝纺丝组件结构图 长丝纺丝组件有外壳、进浆板、滤网、过滤沙、分配板、喷丝板等组 成。 喷丝板 喷丝板的外形主要有圆形和矩形（见图 7），生产上广泛使用的是
圆形喷丝板。友00000000000000(b)(a)图7喷丝板形式2.5冷却吹风系统熔体细流从喷丝板喷出到卷绕装置以前要进行冷却吹风使其凝固，冷却吹风的条件对纤维的线密度、染色性、伸长等都有较大的影响
7 7 圆形喷丝板。 图 7 喷丝板形式 2．5 冷却吹风系统 熔体细流从喷丝板喷出到卷绕装置以前要进行冷却吹风使其凝固，冷 却吹风的条件对纤维的线密度、染色性、伸长等都有较大的影响
吹风装置有侧吹风装置和环吹风装置两种，长丝生产使用的是侧吹风装置（图8）210上部纺丝筒3-2411下部纺丝筒1图8侧吹风装置1-风道2一碟阀3-多孔板4一稳压室5一风窗6一蜂窝板7-金属网8一喷丝板9一缓冷室10一冷却风11-甬道3、卷绕机卷绕机的作用是把丝条按一定规律卷绕收集，形成一定形状和容量的卷装，根据卷绕纤维的不同，可把卷绕机分为长丝卷绕机和短丝卷绕机两大类。长丝卷绕机按速度分有：常规卷绕机（1000一2000m/min）、高速卷绕机（3000一4000m/min）、超高速卷绕机（5000m/min以上）。卷绕机由导丝机构和卷取机构两部分组成。上油装置上油有喷嘴上油和油轮上油两种。8oO
8 8 吹风装置有侧吹风装置和环吹风装置两种，长丝生产使用的是侧吹风 装置（图 8） 图 8 侧吹风装置 1－风道 2－碟阀 3－多孔板 4－稳压室 5－风窗 6－蜂窝板 7－金属网 8－喷丝板 9－缓冷室 10－冷却风 11－甬道 3、卷绕机 卷绕机的作用是把丝条按一定规律卷绕收集，形成一定形状和容量的卷 装，根据卷绕纤维的不同，可把卷绕机分为长丝卷绕机和短丝卷绕机两大类。 长丝卷绕机按速度分有：常规卷绕机（1000－2000m/min）、高速卷绕机 （3000－4000m/min）、超高速卷绕机（5000m/min 以上）。 卷绕机由导丝机构和卷取机构两部分组成。 上油装置 上油有喷嘴上油和油轮上油两种