长丝生产中侧吹冷却和环吹冷却的异同点

长丝生产中侧吹冷却和环吹冷却的异同点长丝生产中侧吹冷却和外环吹冷却的异同钱荣春我们的间接纺丝的工艺流程为：切片输送-切片干燥-熔融挤出-过 滤分配-熔体纺丝-冷却成形-丝束上油-卷绕成形。冷却成形是长丝生产 的重要过程之一，冷却条件是固化过程的决定因素，强烈地影响长丝 的结构和纺丝线上的各种分布，是一系列不均匀的根源。熔融纺丝时， 熔体从喷丝板的毛细孔喷出，经冷却、拉伸最后凝固成丝条。从喷丝 板面到卷绕部分可将纺程分成三个部分，即流动形变区、取向结晶区 和塑性形变区，丝条凝固过程相当复杂，在沿纺程各质点，其运动速 度、直径、截面积、温度、粘度、所受力及内部结构都在不断发生变 化，而这些因素又是相互影响。如果按照冷却介质（空气）吹出的方 向分：横吹和竖吹。横吹分为侧吹和环吹。竖吹分为顺流和逆流。目 前比较常用的是横吹中的侧吹和环吹（常指外环吹），下面我们具体 介绍。（一）侧吹：熔体细流被冷却风从丝束的一侧吹过，结构简单， 操作方便，有很高的冷却强度，但冷却强度不均匀（属于不均匀冷 却）；出风口附近冷却强度远高于远离出风口处，造成同一截面内温 度不均匀（即迎风面和背风面存在较大的差异）；最大气流速度受到 限制。因此适宜于孔数少的长丝冷却和采用矩形喷丝板纺丝的冷却型式，或者是有方向性的 异型喷丝板丝条的冷却。为了减小气流的紊乱程度，在侧吹风装 置上设置过滤网，试验表明通过降低金属网的细度能很好的降低湍流。 最好是将几层金属网叠起来使用，即形成整流层。改善湍动的程度仅 取决于所用网的层数，使用时，各层丝网应交错一个锐角，以防止发 生干扰现象。图 1.侧吹风装置1.照明灯；3. 排风门；4. 单体吸附装置；5. 喷丝板；6.气室；7.整流层；8.风道侧吹冷却的示意图（二）侧吹的工艺条件对丝束成形的影响：风速：它对纤维的成形影响最大，这是由于空气的导热系数低， 致使熔体细流与周围空气的换热效果主要决定与空气的给热系数a 试验证明在离喷丝板不远处，熔体细流的冷却成形，a主要受冷却风 速的影响。风速过大或过小均不合适，都会使条干不匀率增大，而风 速在0.30.7米/秒范围内最佳。这可从丝条的凝固成形时湍动因素的变化来解释，当风速过大时，湍 动因素增加，而空气流动的任何湍动必将引起丝条的振荡和飘动，当 振动幅度达到一定的程度，就会传递到凝固区的上方，使丝的条干不 匀。这种振幅随丝条上的张力增加而降低。风速过小造成条干不匀升 过的原因在于受丝室外气流干扰的因素增强，以及丝条凝固速度较慢， 使凝固丝条飘忽、振动的因素增加。风速还和纤度有关。原因。冷却气流的湍流度和条干不匀率成正比，故良好的吹风风速要适当，气流的层流性要好。应定期清洗侧吹风过滤层和分配网，防止 因尘埃在阻尼层上不均匀的沉积而引起各根丝之间以及本根丝各段之 间内部结构的不同，从而造成丝条条干不匀率和后加工染色有差异， 产生段斑丝。风压的波动和均匀性对丝质的影响。这是因为风压的波动会影 响风速的变化，从而使单丝产生飘动和振荡。吹风压力变化和吹风 压力P的比值最好要小于0.005 CP/PS0.005），这样才能保证丝条的条干不匀率，染色均匀性和伸长不 匀率等。冷却吹风的风压P由公式:第一项为消耗于冷却吹风速率的动压力，第二项为消耗于冷却室内的 空气阻力，第三项为引起气流湍流和压力振荡的风压，它表示了使丝 条产生振荡的因素。风温对丝条的影响：实践证明在15 -30范围内，风温对高速 纺丝成形中的丝条张力和产品性质几乎没有影响，仅风温较低，丝条 手感较硬。但风温异常，波动范围增加时，影响丝条的条干不匀率和 动态热拉伸应力的不匀率，后加工的染色均匀性以及毛丝、断头增多 所以必须保持风温的恒定。熔体细流从喷丝板下无风区出来，立即受 到冷却吹风的冷却，此时希望冷却的速度较快为好，目的是要使它停 留在190 度附近的时间越短越好，最后使丝条全部冷却到玻璃化温度以下。 其冷却的推动力是冷却吹风与丝条间的温差。实践证明，冷却吹风和 丝条的温差至少应在 10 度以上，才能保证丝条的冷却均匀，同时可以 避免由于冷却不够充分，而引起单丝间冷却长度的偏差。若在冷却每根丝条的过程中，冷却空气温度增； n Al加了可用下面的公式表示冷却吹风的最适宜温度t1:述皿的行er丝条进入冷却吹风区时，冷却风每吹过一行丝，吹风温度约增加4 度，如果喷丝板的孔数增加，冷却吹风的单丝行数增加到10 行，那么 最后一行丝将被 64 度（风温为 24 度）的冷却风冷却，显然不符合冷却要求，纺丝过程中的断丝将增加 6-8 倍，最终会出现物理指标降等 现象，因此可见，侧吹风冷却方式具有生产品种的局限性，对多孔数 的细旦丝力不从心。风湿的影响：冷却风含湿量对熔体的吸湿过程影响不大。但是保证吸湿的恒定是至关重要的，从另一个角度看，随风湿增加，它的 比热容和热容量将会增加，热吸收量随着增加。从而使冷却风在吸收 同样的热量时温升低，能保证冷却风的温度相对稳定性，提高冷却效 果。但过高会使操作恶化和设备的锈蚀，一般为（ 65%-75%）3%（5）密闭区：在喷丝板下设置密闭区（无风区）是十分重要的，因 为高分子的弹性记忆效应，形成了挤出胀大现象。此时熔体细流温度 自然很高，其细流十分脆弱，经不起任何气流的冲击，另外过快的冷却会导致纤维径向横截面的皮芯结构和产生 卷曲大分子数增多，造成丝条质量低劣。一般将侧吹风急冷区安排在 密闭区下，这样对丝条的取向均匀性和取向度的提高有很大的益处。 注意在纺低单丝纤度的丝条时，密闭区应适当的延长。（三）环吹：以环形风的形式对丝条进行冷却。因其冷却风由丝束内或由外侧周向均匀地吹向丝束（属于均匀冷却），故分为内环吹（中心环吹）和外环吹。吹风面和丝条很近，大大的提高了能源效率。 冷却风温升低，各根丝的冷却条件相近，另外送风面积小，风速也比 侧吹低，总体上比侧吹节约 70%以上的能量。随着长丝向细旦化、多 根数的发展，以及开发新品的需要，众多厂家竞相使用环吹装置。内 外环吹两种装置各有优缺点，外环吹风装置存在的主要问题是：当冷 风由外向内吹时，有可能使丝束向中心集中，易产生并丝现象，故使 用时一般需加一排风系统。而内环吹风装置的冷风是由内向外吹，丝 束被风吹散，且内层丝速处冷风温度最低，到达外层丝束时温度升高， 故外部空气起辅助冷却作用，不会产生并丝现象，但所要求的风压较 高。图 2外吹风装外环吹示意图PERFORATED SPINNERETSCREEN TUBEPLATES AIR1.网板；2.内胆；3.壳体；4.导流网板；5.多孔板冷却原理径流式吹风均匀有效的冷却过程两层的冷却风室设计保证了吹风均匀图 3内吹风装置1.锥形定位头；2.内胆；3.气室；4.整流层因其吹风方向为周向而不是一排，纺丝组件可双排排布，使得纺 丝位距减小，可依靠卷绕位距排布纺丝设备，便于模块管理，节约厂 房、设备及公用工程投资，纤维品质大大提高。外环吹风结构在外径 85mm 的喷丝板上纺出288 孔以上的细旦丝，可纺制高质量单丝纤度 0.3dpf 的多孔超细旦丝。外环吹：当冷风自外向内吹时，丝束在完成向下运动的同时向风筒中心飘动，因这时丝束还未完全冷却，风速 过大， 丝与丝之间会因相互接触会产生粘连并丝现象， 当冷 风吹向丝束时， 由于热交换， 风筒中心空气温度上升， 中心 丝束的冷却效果就会大大减弱。风筒的高度越短， 操作越方 便，但 过 短 会 造 成 冷 却 不 全 ， 影 响 纺 丝 生 头。因此，选择适当的风筒长度、风速及喷丝板排布等参数并加以控制是化纤工程中的 重要研究内容。试验证明采用夕卜环吹技术，设定风筒高度为92mm时， 单丝6 pm的纤维可以在风速0.4m/s时获得稳定气流场和温度场，丝 束冷却条件一致，此直径丝束可得到充分冷却。一般说来，风速越小 纤维抖动越小，但风速过小对空调要求越高。在保证冷却充足的条件 下宜选用较小的风速，因此建议：对总纤度小于167dtex，单丝小于 1 dpf的纤维，可使用风速0.4m/s。对总纤度167-222dtex，单丝 12dpf,可使用风速0.6m/s。另外风筒长度是决定环吹风的重要 参数，对单丝直径6pm( 0.3dpf),丝束在喷丝板下110mm处即可 达到设定温度，设定无风区为46mm，风筒长度大于70mm可满足冷 却要求。对单丝直径14pm,( 1.67dpf),丝束在喷丝板下180mm 处才可达到设定温度，风筒长度 140mm 才可满足冷却要求。对单丝 直径28pm（ 6.7dpf）,丝束在喷丝板下600mm处达到设定温度， 风筒冷却长度为550mm才可。对83dtex/192 f （对应单丝直径约 6 pm, 0.3dpf）,111dtex/72 f （对应单丝直径约14pm, 1.67dpf）,随着纺丝 旦数加大，丝束周围气流温度升高，同一截面内冷却条变差，因此丝 束总纤度越高需要风筒长度越长。对总旦数 222dtex 以上或单丝大于 2dpf的纤维建议用侧吹风冷却形式。对应单丝直径628pm,风从 丝束外侧吹向内侧相邻两束丝纤维温度同截面上丝束温差应小于20弋, 风温差异应小于50弋，因此我认为设计喷丝板时布孔圈数不得大于5圈。（2）内环吹：特制的烛芯沿喷丝板的中心轴放置在喷丝板下方,其 顶端距喷丝板约1.5 -3cm。冷却风从烛芯中以一定的方式向外放射 式吹出,烛芯四周的丝条由内向外在每个方向都受到均匀的冷却。主 要技术环节为：蜡烛状的吹风装置（俗称烛芯、取代常规的侧吹风 装置,引进了向外环吹技术。烛芯大致结构为：内层为风整流装置, 夕卜套一个多孔的圆形柱状夹套。烛芯总长入为300mm,其直径根据 不同的喷丝板有不同的配置。夹套由合成材料制成,孔呈无序的几何 分布,保证出风在同一水平面的每个方向都相等。从而高效保证丝条 冷却均匀性。对喷丝板进行了特殊设计。沿着喷丝板外环开孔，最 大可以打到四排环圈,孔间距很短,孔密度较大,可在直径较小的喷 丝板上开较大数量的孔。喷丝板中间部分为实心,不开孔,但中心处 有一个定位点，用于烛芯定位。丝条与烛芯之间距离很短，丝条几 乎贴近烛芯，只是由于风使得丝条被吹鼓胀，使间距达到约3cm。由 于近距离吹风,且丝条排列层数少（不超过四层）,所以骤冷风的穿 透力强,热交换效率高,使用风量较少。这使得每根单丝几乎在同一 时间内受到几乎相同的冷却,从而使单丝的冷却等温曲线短,即表示 每根单丝是接近同步冷却效果。这种吹风方式特别能保证丝条的条干 不匀率达到很小的水平（如83.3dtex / 192 f丝的U%达到0.5%）。丝质量优良， 确保具有良好的后加工性能。产品覆盖范围大，特别适用于多 孔细旦丝。孔密度大，如中85mm的喷丝板可生产孔数达三百多孔。 目前可做的最多孔数达到540孔。单丝纤度可做到0.3dpf，开发新产 品的潜力很大。代表当今国际最先进的纺丝技术。由于每一束丝都由 一根烛芯单独送风冷却，冷却烛芯的数量大，烛芯检验、升头操作都 较复杂，管理难度大，易造成锭位之间差异。且由于烛芯是合成材料 制成，使用周期大致为一年，这使得运行费用较高。另外该技术专利 费较高，投资很大。（四）侧吹和外环吹的使用效果比较1.环吹风对异形纱的冷却效果 侧吹风环吹风2.POY 物性指标介绍（1）条干1.38 0.931.06 0.76150/288 1.35 0.91（2 ）条干的大小对布面的影响CV%=1.78CV%=1.38 u n- n- o o u D Jl-2 2 4B e n-1U口出口 2D0-2DTCi -ED -BD -1UD2）热拉伸应力中心值（cn/dtex）CV% 规格 侧吹风环吹风侧吹风环吹风50/144 50 55 3.4 2.0 75/144 90 753.2 1.8 150/288 185 180 3.5 2.1(3)其他4）喷丝板特殊设计侧吹风用板环吹风用板Ela= g a g册K吞ag 0（五）总结相同点：对冷却吹风的要求较高： 较高的冷却吹风风速：0.40.7m/s;冷却吹风的湿度较高：85%左右；3D Ansicht ： 1: 1)3D view ( -1)风温较彳氐：15-29弋且要在每个中心值上保持稳定；非常平稳的冷却吹风风速：波动范围0.5% 。不同点：侧吹风适用于中粗丝或 DPF 较大的细丝。环吹风适用于细旦丝或 DPF 较小的中粗丝。侧吹风比环吹风操作简单，易于维护。环吹风吹风面和丝条很近，大大的提高了能源效率。冷却风温升低，各根丝的冷却条件相近，另外送风 面积小，风速也比侧吹低，总体上比侧吹节约 70%以上的能量。环吹 是长丝向细旦化、多根数发展的必然产物。