涤纶纤维的纺丝成形与设备构成

涤纶纤维的纺丝成形与

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涤纶纤维的纺丝成形与设备构成

作者：程胜豪

来源：《中国科技博览》2016年第06期

[摘要]了解不同的涤纶纺丝方法、纺丝工艺流程，熟悉纺丝设备的构成以及各个不部件作用。

[关键词]熔融纺丝、湿法纺丝、直接法纺丝

中图分类号：文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）06-0164-01涤纶是合成纤维中的一个重要品种，是我国聚酯纤维的商品名称。在中国，涤纶被俗称“的确良”涤纶，用途很广，大量用于制造衣着面料和工业制品。涤纶具有极优良的定形性能。涤纶纱线或织物经过定形后生成的平挺、蓬松形态或褶裥等，在使用中经多次洗涤，仍能经久不变。涤纶是三大合成纤维中工艺最简单的一种，价格也相对便宜。再加上它有结实耐用、弹性好、不易变形、耐腐蚀、绝缘、挺括、易洗快干等特点，为人们所喜爱。因此，了解它的纺丝方法、原理、工艺流程、设备等是非常重要的，目前熔融、湿法，干法纺丝是生产合成纤维的三种主要方法。

1 纺丝方法

熔融纺丝

涤纶的生成：第一步：对苯二甲酸（PTA）或者对苯二甲酸甲酯（DMT）与乙二醇（EG）在催化剂存在下进行酯交换反应，生成对苯二甲酸双羟乙酯（BHET），常用的催化剂为锌、钴、锰的醋酸盐。第二步：生成的对苯二甲酸双羟乙酯（BHET），在前缩聚釜剂后缩聚釜中进行缩聚反应，前缩聚釜中的反应温度为270℃，后缩聚釜中的反应温度为270～280℃。缩聚反应在搞真空机强烈搅拌下进行，才能获得高分子量的聚酯。

原理：熔融纺丝是将缩聚釜生成的熔体（PET）进行铸带、切粒、包装，运输到纺丝厂，拆包、干燥和再熔融加工成的涤纶纤维产品。

工艺流程：聚酯切片→干燥→熔融→纺丝→集束→拉伸→热定形（紧张）→卷曲→定形（松弛）→切断→打包

2 直接纺丝

原理：直接纺丝法是将缩聚釜生成的熔体PET直接纺丝，再后加工成涤纶纤维产品。

工艺流程：缩聚反应→熔体（PET）→纺丝→后加工→纤维→产品

选择经过国产化改造短丝生产线，该线具有柔性化调整功能，前后纺主要工艺调整通过在线计算机操作即可实现从聚酯终聚釜出口的熔体经过过滤器后进入输送管，采用逆向对流的热媒夹套维持适当的温度，熔体输送总管中配备了冷却器和静态混和器，可控制调节纺丝温度；纺丝组件采用外紧式结构，熔体不受压力波动影响，停留时间相同而不会产生熔体降解；卷绕工序使用快速生头器，可减少生头时间，降低熔体消耗；前后纺采用多级上油；后处理设备采用独立变频，拉伸倍率可以无级平稳调节；多段式紧张热定形可调节纤维的热收缩率，辊内采用中压蒸汽串级，能有效提高加热效率和降低蒸汽消耗等！

3 湿法纺丝

纺丝工艺

纺丝原液被挤过喷丝板孔与凝固浴接触时，纺丝原液中的聚合物凝固成单独的丝。这些丝束可与来自其他喷丝板的丝束合并，绕在第一组卷绕辊上（5～20米/分），然后，这些丝束通过含中和剂和表面活性剂的沸水，洗去溶剂并使纤维的端基稳定。在后面的加工步骤中，丝束被拉伸、充分洗涤、上油、干燥、燕汽调湿、卷曲、高压釜热定型，最后切断成短纤维，或作为直接成条机纤维束包装入纸箱。

工艺流程

含溶剂和水（100%～300%）的复丝丝束→多段逆流洗涤→取向热浴拉伸4～10倍→上油→干燥致密化→卷曲松弛→切断→短纤维湿卷曲→干燥致密化松弛

4 设备

纺丝组件

纺丝组件是纺丝设备的心脏。涤纶纺丝喷丝板直径从 50mm发展至 555mm，喷丝板孔数由几十孔发展至目前的10 000孔以上，单位纺丝能力发展至6～9t/d·位，对组件的结构提出了严格的要求。

涤纶短纤维纺丝组件一般采用上装式和下装式两大类。由于短纤维组件体量较大，上装式组件的烟囱效应并不太明显，组件拆装比较方便，广为使用。而下装式组件由于总质量较长丝组件大得多，必须依靠机械手才能操作，设备投资较大，因此，现阶段国内使用厂家较少。组件密封形式有2种：强制机械密封和自密封。目前生产线大都采用强制机械密封。因此，、熔体分配均匀、密封性好、耐高压的组件制造技术是关键。上海太平洋纺织机械成套设备有限公司制造的喷丝板 555mm的组件，试纺成功，是目前国内外涤纶短纤维装置中最大的喷丝板纺丝技术和装置。

喷丝板

喷丝板直径、喷丝孔数量和分布的优化组合，是困扰各国厂商的主要问题。上海太平洋纺织机械成套设备有限公司2007年委托东华大学开发了《环吹风冷却虚拟仿真数学模型》，很好地解决了这个难题，在该公司开发的10 000孔两纺位涤纶短纤维纺丝机上进行了校核，该软件计算得到的结果与实际数据相比较，误差小于10%。

丝束冷却吹风形式

丝束冷却系统是纺丝装置设计的关键，直接影响纺丝成形均匀性指标。丝束冷却吹风装置主要有半敞开式低阻尼外环吹装置、中心内向外吹风和全密闭式外环吹装置3种形式。侧吹风因受开孔密度和开孔圈数的限制，除了杜邦工艺，在短纤维装置中一般已不采用。无论采用何种形式的环吹风，都必须保证风的均匀性以达到工艺要求，特别是要求环吹周向风速均匀，风速极差小，平稳无湍动，轴向风速变化曲线平缓。20世纪80年代流行的微孔烧结金属整流效果好，出风均匀。但因烧结金属的制造加工技术难度系数较高，设备一次性投资费用高；风筒的阻力系数较高，空调风机能耗较高；主风管耐压在以上，风管壁厚增大等致使空调系统的一次性投资和经常性费用都居高不下。20世纪90年代流行的发泡高分子过滤筒，虽然采用了“用即弃”的材料，一次性设备投资大幅度下降，但风筒的阻力系数更是高达～。丝束冷却空调系统的投资增加，日常营运费用更是昂贵。

由上海太平洋纺织机械成套公司在上一世纪末开发的金属丝网、低阻尼无纺布过滤材料等代替以上两种材料后，丝束冷却环吹风装置由高阻尼逐步向低阻尼的趋势发展，系统风压～，整个纺丝工艺空调装置和配套的公用工程的投资也随之明显下降，为目前开发200t/d及以上的涤纶短纤维纺丝环吹风装置的主流过滤材料。

5 结束

通过上述一系列工艺探索和大样生产实践的结果，人们也在不断的探索着更好的纺丝方法，希望能够高效的纺丝方法，发明更先进的纺丝设备，就目前而言，用的最多的是湿法纺丝和直接纺丝。根据所需成品性能和用途的不同，选择不同的纺丝方法，纺纱流程，以及不同的设备，开发满足不同要求的产品，实现资源最优化。

参考文献

【1】李旭，王鸣义. 直接纺丝法制备超高强度涤纶短纤维的工艺研究【2】张晓波，苍亚琴，唐松. 涤纶短纤维生产工艺技术的研究

【3】高仲芳涤纶短纤维的生产原理和过程（Ⅰ）

【4】高仲芳涤纶短纤维的生产原理和过程（Ⅱ）