化纤工艺简介(V1.0-)-纺织应用中心课件

化纤工艺简介化纤工艺简介(V1.0)纺织应用中心纺织应用中心刘刚刘刚2004.01Textile Machine Application Center化纤工艺简介(V1.0)纺织应用中心刘刚200Textilecenter-LIUGang-elevatorspeech-Silverstone20032Textile Machine Application Center化纤生产工艺DCS系统溶液输送管路切片输送和干燥螺杆挤出纺丝拉伸变形集束给湿上油卷绕牵伸卷曲切断打包成品冷却成形给湿上油牵伸卷绕短短纤维纤维长丝长丝直接直接纺丝纺丝切片切片纺丝纺丝UDYFDY热定型化纤生产工艺DCS系统切片输送和干燥纺丝拉伸变形集束Textilecenter-LIUGang-elevatorspeech-Silverstone20033Textile Machine Application Center化纤长丝的分类化纤长丝主要分初生丝、拉伸丝、变形丝三大类初生丝未取向丝(常规纺丝)：UDY或UOY半取向丝(中速纺丝)：MOY预取向丝(高速纺丝)：POY高取向丝(超高速纺丝)：HOY、FOY拉伸丝拉伸丝(二步法拉伸丝)：DY全拉伸丝(纺丝拉伸一步法)：FDY变形丝常规变形丝：TY拉伸变形丝：DTY空气变形丝：ATY化纤长丝的分类化纤长丝主要分初生丝、拉伸丝、变形丝三大类Textilecenter-LIUGang-elevatorspeech-Silverstone20034Textile Machine Application Center化纤长丝生产特点生产速度高纺丝速度从4003500m/min，要求各锭位的卷绕速度相同卷装容量大卷绕丝筒净重从3Kg15Kg变形丝筒净重从1Kg5Kg对原料质量要求高切片含水量不超过3050ppm(0.003%0.005%)工艺控制要求严格熔体温度波动不超过1侧吹风风速差异不大于0.1m/s不能停水、停电、停气湿度、温度控制压缩空气稳压、无油全面质量管理检验、包装、贮运等化纤长丝生产特点生产速度高Textilecenter-LIUGang-elevatorspeech-Silverstone20035Textile Machine Application Center化纤长丝生产工艺常规纺丝工艺(纺丝速度10001500m/min)也称低速纺丝，是纺丝卷绕拉伸加捻假捻变形三步法工艺(UDY-DY-TY)拉伸加捻速度6001100m/min，假捻变形速度120160m/min中速纺丝工艺(纺丝速度18002500m/min)是纺丝卷绕拉伸加捻二步法工艺MOY-DY工艺：中速纺丝低速拉伸，拉伸加捻速度8001200m/minMOY-DTY工艺：中速纺丝高速拉伸变形，MOY剩余拉伸倍数为2.12.4倍，拉伸变形速度300450m/min高速纺丝工艺(纺丝速度30003600m/min)POY-DTY工艺：高速纺丝高速拉伸变形，拉伸变形速度400700m/minPOY-TY工艺：高速纺丝低速假捻变形POY-DY工艺：高速纺丝低速拉伸加捻纺丝拉伸一步法工艺(FDY)低速纺丝(纺丝速度9001500m/min)高速拉伸卷绕(卷绕速度32004200m/min)高速纺丝(纺丝速度26003500m/min)超高速拉伸卷绕(卷绕速度51005500m/min)化纤长丝生产工艺常规纺丝工艺(纺丝速度10001500mTextilecenter-LIUGang-elevatorspeech-Silverstone20036Textile Machine Application Center化纤长丝生产工艺分类按纺丝速度分类常规纺丝工艺中速纺丝工艺高速纺丝工艺按聚酯原料分类熔体直接纺丝可省去铸带造粒、切片干燥和熔融挤出等工序前工序对后工序影响大，对生产稳定性和企业管理要求高切片纺丝按工艺流程分类三步法二步法一步法化纤长丝生产工艺分类按纺丝速度分类Textilecenter-LIUGang-elevatorspeech-Silverstone20037Textile Machine Application Center化纤长丝生产工艺及设备化纤长丝生产工艺和设备切片输送和干燥切片输送和干燥输送设备、干燥设备纺丝和卷装纺丝和卷装熔融挤出螺杆挤出机混合、计量、过滤、纺丝纺丝箱体(熔体分配管、计量泵、纺丝组件)冷却成形侧吹风上油油轮牵伸、卷绕导丝盘、卷绕头后加工后加工拉伸变形机(又称弹力丝机)化纤长丝生产工艺及设备化纤长丝生产工艺和设备Textilecenter-LIUGang-elevatorspeech-Silverstone20038Textile Machine Application Center聚酯切片的输送聚酯切片的输送切片的输送广泛采用管道气流输送，可分为连续式输送和脉冲式输送连续式输送是采用送风或真空抽吸的方法，风速1535m/s，能耗高、物料磨损严重脉冲式输送是采用压缩空气将切片一股股输送，风速212m/s，能耗可降低50%，输送距离在2km之内的物料磨损可忽略脉冲式输送设备的组成主要有料仓和脉冲式输送器等脉冲式输送器由压力料斗、电气和气动控制柜等组成脉冲式输送流程压力料斗的受料压力料斗的密封切片输送剩余压力的排除聚酯切片的输送聚酯切片的输送Textilecenter-LIUGang-elevatorspeech-Silverstone20039Textile Machine Application Center聚酯切片的干燥原理聚酯切片干燥的目的除去切片中的水分切片中的含水量在0.4%，常规纺丝要求小于0.007%，高速纺丝小于0.005%提高软化点切片干燥时形成部分结晶，使切片软化点提高，避免在后道工序中发生“环结”现象切片干燥的原理切片中的水分为表面吸附水和内部结合水，因此切片干燥是一个传热、传质的物理过程，除含水量发生变化外，切片结构也发生变化(结晶)去除表面吸附水的过程属于等速干燥，干燥速度取决于提供的热量和蒸发作用内部结合水需要先从内部扩散到表面，然后再蒸发，属于减速干燥，干燥速度取决于扩散速度，扩散速度又取决于温度和气流与切片的湿度差干燥温度越高，内部结合水扩散越快，表面吸附水越容易蒸发；但温度过高，会引起切片热降解，导致特性粘度下降聚酯切片的干燥原理聚酯切片干燥的目的Textilecenter-LIUGang-elevatorspeech-Silverstone200310Textile Machine Application Center聚酯切片的干燥工艺切片干燥的工艺要求预结晶的温度和时间：视预结晶设备条件而定，如转鼓干燥为120，45小时干燥温度：随干燥方式不同，转鼓真空干燥为120140，热风干燥为160以上干燥时间：与干燥温度和含湿量或真空度有关，一般为4h以上干空气的露点：使水蒸气达到饱和时的温度称为露点，须小于-10。露点越低，越利于干燥KF式干燥设备工艺流程筛选过的切片由脉冲式输送设备送到料仓中，靠自重落入干燥塔内预结晶在搅拌状态下，预结晶后的切片进入干燥段干燥后的切片从干燥塔底出料，供挤出机或送切片料仓贮存聚酯切片的干燥工艺切片干燥的工艺要求Textilecenter-LIUGang-elevatorspeech-Silverstone200311Textile Machine Application Center聚酯切片的干燥设备KF式干燥设备的组成：主要由干燥塔和热风系统组成干燥塔：分上下两段上段是预结晶器，下段是充填式干燥器预结晶器内有搅拌器，保持切片不断运动热风系统进风预处理装置：包括空气过滤器、冷冻器和水分分离器脱湿器：包括空气脱湿和干燥轮再生其它设备：包括热交换器、分离器、进排风风机，以及仪表控制柜等KF式干燥设备的工艺控制冷冻脱湿：采用69的冷冻水间接控制，温度控制在10以下吸附脱湿：脱湿后干空气露点控制在-10以下，干燥轮再生空气温度低于120干燥风量：以进风流速和干燥塔底部压力等参数控制干燥风温：根据预结晶段出口风温调节加热器温度干燥停留时间：一般控制在33.5h搅拌速度：搅拌器转速为2.5rpm聚酯切片的干燥设备KF式干燥设备的组成：主要由干燥塔和热风系Textilecenter-LIUGang-elevatorspeech-Silverstone200312Textile Machine Application Center纺丝原理纺丝原理熔体的制备聚酯切片经螺杆挤出机加热熔化和压缩挤出，制成具有一定压力的熔体熔体细流及其凝固成形熔体经均匀混合、计量、过滤后，被均匀分配到喷丝板各喷丝孔，形成熔体细流熔体细流受冷却气流和卷绕力的综合作用，变细变长，固化成初生纤维集束上油通过油轮和油剂作用，使初生纤维丝条含有一定的油剂和水分，消除静电，增加润滑，利于后续的集束、拉伸和假捻等工序卷绕成形丝条经导丝盘调节张力后，通过卷绕头高速卷绕成圆柱形的丝饼聚酯切片(固态)熔体(液态)纤维(固态)纺丝原理纺丝原理聚酯切片(固态)熔体(液态)纤维(固态)Textilecenter-LIUGang-elevatorspeech-Silverstone200313Textile Machine Application Center螺杆挤出机螺杆挤压原理切片的熔融挤出，是一个从常温固态转化为高温粘流态的挤压过程，螺杆挤出机要同时完成加热熔融(加热器)和挤压输送(熔体输送泵)的作用切片沿螺杆的螺槽向机头方向前进，经历温度、压力和粘度的变化，由玻璃态、高弹态转化成粘流态挤压过程进料段：物料进入螺杆，并被均匀预热和软化压缩段：物料逐渐由固态转化为液态计量段：熔体进一步加热熔化，混合、均匀和稳压螺杆挤出机的组成螺杆挤出机由进料管、螺杆、套筒、冷却夹套、电热铝夹套、电动机、齿轮减速箱、以及控制仪表、测量仪表等组成螺杆挤出机螺杆挤压原理Textilecenter-LIUGang-elevatorspeech-Silverstone200314Textile Machine Application Center螺杆挤出机的熔体温度控制熔体温度控制一般将螺杆挤出机分为一个冷却区、五个加热区和一个法兰区冷却区：位于进料段的开始部分，采用夹套通冷却水的方法冷却螺杆，防止切片受热环结、以及热量传递到传动系统。冷却区温度应低于80加热区：一区在进料段中部、二区在进料段和压缩段交界处。这两个区对切片预热，在二区后半部时，温度升到熔点以上，物料完全熔融。温度一般一区稍低或两区相等，在280290三区在压缩段中部、四区在压缩段和计量段交界处。物料在这两个区完全熔融，同时螺杆的螺槽由深变浅，形成挤出压力。温度一般控制在高于切片熔点2535四区后部和五区为计量段，熔体被均化和混合，并通过等深螺槽计量。四区和五区温度相同，一般比压缩段低26法兰区：包括螺杆与箱体的连接管道及静态混合器。温度与五区相似，但刚开车时温度稍高，以防熔体冷凝阻塞熔体温度控制方式温度检测一般采用铂电阻温度传感器采用温度控制仪表，通过温度反馈，使可控硅通断控制电加热器，实现稳定的温度控制螺杆挤出机的熔体温度控制熔体温度控制Textilecenter-LIUGang-elevatorspeech-Silverstone200315Textile Machine Application Center螺杆挤出机的熔体压力控制螺杆挤出压力螺杆挤出机出口的熔体压力称为螺杆挤出压力，一台挤出机向13个纺丝箱体供应熔体，一个纺丝箱中有416个纺丝部位。为补偿熔体流动压力损失、保证计量泵的精确度，要求较高的挤出压力，常规纺时为610MPa，高速纺时为1020MPa螺杆转速螺杆转速越快，压力越高，产量也越高，但会加剧螺杆和套筒的磨损，增加电能消耗为适应品种更换及稳定挤出压力，要求螺杆无级调速传动，调速范围一般为1：(310)，转速在10100rpm。螺杆电机一般采用低速大功率变频器驱动熔体压力控制方式压力检测一般采用应变片式熔体压力传感器采用压力控制仪表输出模拟量到变频器，通过反馈压力变化调节螺杆转速，实现稳定的挤出压力控制开车或停车排料时，一般采用手动控制，在挤出压力接近设定压力时切换到自动调速螺杆挤出机的熔体压力控制螺杆挤出压力Textilecenter-LIUGang-elevatorspeech-Silverstone200316Textile Machine Application Center纺丝箱体纺丝箱体的组成纺丝箱体包括熔体分配管、计量泵和纺丝组件计量泵又称纺丝泵，其作用是把熔体定量定压地输入到纺丝组件中纺丝组件由本体、压板、喷丝板、分配板、过滤层等组成箱体内有热载体(联苯混合液体)，由电热棒直接加热或通过联苯锅炉通入联苯蒸汽加热，保证计量泵、纺丝组件中的熔体在纺丝温度下完成喷丝成形计量泵的控制计量泵的传动有集体传动和单独传动两种方式，转速为1535rpm集体传动采用一个大功率电机通过各个纺丝部位减速器驱动各计量泵，计量泵无法微调单独传动则每个计量泵采用一个永磁式变频同步电机经减速器减速后驱动，每个计量泵可微调联苯锅炉温度控制系统与螺杆挤出机熔体温度控制系统类似，要求各点温度与控制温度、排气点温度之间的温差应在1以内纺丝箱体纺丝箱体的组成Textilecenter-LIUGang-elevatorspeech-Silverstone200317Textile Machine Application Center侧吹风系统和纺丝甬道侧吹风系统喷丝板喷出的丝条在冷却吹风风室被横向吹过的风冷却为保证侧吹风风速均匀，设置了稳压室，调节温度到28，湿度到70%，并过滤除尘，呈水平方向从整理板吹出侧吹风使丝条位移，出现喷丝头中心与甬道中心的中心差纺丝甬道吹风窗与卷绕机连接的通道称为甬道甬道内的气流方向与丝条一致，使丝条张力波动最小，并继续冷却到室温集束上油系统丝条冷却后，根据工艺要求进行集束和上油常规纺丝均采用油轮上油高速纺丝多采用油嘴喷射上油供油系统由油剂泵供给，驱动方式同计量泵侧吹风系统和纺丝甬道侧吹风系统Textilecenter-LIUGang-elevatorspeech-Silverstone200318Textile Machine Application Center卷绕机系统卷绕机系统实现丝束的拉伸和卷绕，由导丝系统和卷绕头两部分组成导丝系统由导丝器、吸丝口、断丝器和监丝器组成，一旦发生卷绕丝断头，丝条由断丝器剪断，由吸丝口吸进废丝箱卷绕头由筒管架(俗称“卡头”)、摩擦辊、横动导丝器等组成，完成丝条的卷绕拉伸卷绕工艺导丝盘拉伸工艺(FDY)：低速纺丝(纺速9001500m/min)和高速拉伸卷绕(卷绕速度32004200m/min)两道工序合并在一台纺丝拉伸联合机上完成热辊拉伸工艺：指纺丝成形后用热辊进行拉伸和定型的工艺热管法拉伸工艺(TCS)：甬道的位置上装有热管(热箱)，采用受热丝束的热塑性和惯性，经导丝盘拉伸和定型水膜拉伸工艺(HDS)：甬道下来的丝束先通过水嘴上水，形成水膜后，利用流体动态阻力拉伸，再经过热辊定型冷盘拉伸蒸汽定型工艺(H4S)：甬道下来的丝束首先被两组成对的常温拉伸辊拉伸，然后进入蒸汽箱进行热定型卷绕机系统卷绕机系统实现丝束的拉伸和卷绕，由导丝系统和卷绕头Textilecenter-LIUGang-elevatorspeech-Silverstone200319Textile Machine Application Center导丝系统(一)导丝盘导丝盘工作原理两个导丝盘(直径分别是150mm和150.5mm)，由电动机直接驱动，起稳定纺丝张力、改变丝条走向、调节卷绕张力作用导丝盘的线速度小于卷绕线速度，可提高卷绕张力，使卷绕成形良好，可实现细特丝的纺制对于低特丝的高速纺丝，由于丝条与空气的摩擦阻力增大，卷绕张力由常规纺丝的10cN提高到20cN以上，可以进行无导丝盘卷绕，同时可以省去纺丝甬道(称“短程纺”)导丝盘的控制导丝盘的传动采用同步交流变频电机，由变频器简单控制采用异步交流电机时，与卷绕电机同步控制，实现恒线速度、恒张力卷绕导丝系统(一)导丝盘Textilecenter-LIUGang-elevatorspeech-Silverstone200320Textile Machine Application Center导丝系统(二)热辊热辊工作原理热辊又称热盘，长于一般的导丝盘，呈辊筒状。每个热辊都带有分丝辊。一般民用丝设计两个热辊，一个用作拉伸加热，一个用作定型加热，拉伸原理如导丝盘丝条从甬道下来在第一热辊(下热盘)上绕810圈(充分加热和防止拉伸打滑)，下热盘的速度是纺丝速度，温度较低；丝条在第二热辊(上热盘)上绕68圈，上热盘的转速和温度均较高卷绕头的速度略低于第二热辊，因为丝束经拉伸和紧张热定型后会产生收缩热辊的结构热辊有夹套式(德国巴马格和中国北京生产)和热管式(日本帝人生产)夹套式热辊夹套内的热媒通过电感应加热后汽化，热媒蒸汽使热辊表面温度均匀一致，温度为1热管式热辊内部有50根铜质热管，电感应加热后使管内的液体在1s内汽化，容易密封热辊制造的关键技术：工作转速高达10,800r/min以上，要求其表面径向跳动0.02mm，轴径向跳动0.005mm，残余不平衡量20gmm，同时消除高速旋转时的震动及高速轴承在高温环境的散热、冷却和润滑等问题温度传感器与热辊同时高速旋转测温，一般采用电光电的讯号转化法将测得的温度值传给控制装置热媒性质、填充量和灌封方式热辊的表面处理导丝系统(二)热辊Textilecenter-LIUGang-elevatorspeech-Silverstone200321Textile Machine Application Center卷绕头的型式按卷绕机构可分为摩擦传动和直接锭轴传动两种型式摩擦传动方式：摩擦辊直接装在同步电机轴上，由摩擦辊传动回转卷绕运动，当摩擦辊转速恒定时，卷绕速度等于摩擦辊接触表面线速度，卷绕转速是被动的，与卷绕直径成反比其优点是无需变速装置，结构简单，故应用广泛其缺点是在超高速卷绕(卷绕速度高于5000m/min)下，卷绕易打滑，速度无法恒定；同时，丝面与摩擦辊表面接触发热，易损伤丝条，因此无法适用直接锭轴传动方式：卷绕电机装在筒管架一端，直接传动回转卷绕运动，为保持卷绕速度恒定，卷绕转速随卷绕直径增大呈线性减小其优点是适用于超高速卷绕，可提高生产率，是卷绕头的发展趋势其缺点是机械结构和控制比较复杂半自动卷绕和全自动卷绕半自动卷绕只有一个筒管架，机械结构与控制比较简单，成本较低；但卷绕完成时需要人工重新生头，降低了生产效率，造成废丝全自动卷绕有两个可以旋转切换的筒管架，可实现自动生头，大幅度提高生产率、减少废丝；但机械结构和控制比较复杂，成本较高卷绕头的型式按卷绕机构可分为摩擦传动和直接锭轴传动两种型式Textilecenter-LIUGang-elevatorspeech-Silverstone200322Textile Machine Application Center卷绕头的控制方式摩擦传动卷绕头的控制方式与计量泵的控制方式相似，分为集体传动控制和单独传动控制方式集体传动采用一个大功率变频器驱动各卷绕头摩擦辊电机，控制方式简单，但需要变频器具有V/F曲线设置功能，以适应卷绕电机的特性，适用于单一品种大批量生产单独传动对每个卷绕头摩擦辊电机采用一个小功率变频器驱动，卷绕速度可单独调整，成本较高，适用于多品种生产直接锭轴传动卷绕头的控制方式是典型的恒线速度恒卷绕张力控制方式首先是在摩擦辊上施加一定的卷绕成型压力，使摩擦辊随筒管架同步回转，在摩擦辊的一端装上一定精度的齿轮，通过高速接近开关采集卷绕速度，作为卷绕速度反馈(vf)。由于卷装直径不断增大，卷绕速度反馈将始终小于设定的卷绕速度(v0)其次是根据设定的卷绕速度和摩擦辊的速度反馈，控制筒管架的卷绕转速(即角速度，v)随卷绕直径增大呈线性减小，以保持恒定的卷绕速度和卷绕张力。控制算法一般采用PI控制，即v=v-PI(V0-Vf)。全自动卷绕头切换控制分有级控制和无级控制两种方式有级控制一般采用特种双速电机驱动切换转盘，通过对卷装直径进行检测，控制转盘电机作极低速步进式旋转；卷装完成时，通过离合器切换到最高速，完成切换无级控制一般采用步进电机或伺服电机，可实现上述运动的无级控制卷绕头的控制方式摩擦传动卷绕头的控制方式Textilecenter-LIUGang-elevatorspeech-Silverstone200323Textile Machine Application Center化纤长丝的后加工原理拉伸的目的卷绕丝(UDY)强度低、延伸度大，结构不稳定，不具备纺织加工的性能，必须经过拉伸和热定型，使纤维大分子取向和结晶，具备一定的物理机能；同时需要给予一定的捻度，卷绕成筒，便于储存、运输和后续加工使用拉伸原理及工艺参数卷绕丝的平衡将刚落成的卷绕丝在一定温度、湿度条件下放置一段时间，使其内应力减小或消失、结构相对稳定及内外层均匀后，再进行拉伸的过程，称为平衡拉伸倍数拉伸温度拉伸速度定型温度拉伸丝的卷装成型化纤长丝的后加工原理拉伸的目的Textilecenter-LIUGang-elevatorspeech-Silverstone200324Textile Machine Application Center化纤长丝的后加工工艺无捻或变形丝生产工艺流程有捻丝生产工艺流程低速纺丝平衡有捻定型丝中速纺丝拉伸纺丝拉伸联合超高速纺丝高速纺丝复捻定型络筒低速纺丝平衡无捻无定型丝 DT假捻变形中速纺丝拉伸空气变形弹力丝 DTY空气变形丝 ATY纺丝拉伸联合无捻无定型丝 DT超高速纺丝高速纺丝化纤长丝的后加工工艺无捻或变形丝生产工艺流程低速纺丝平衡有捻Textilecenter-LIUGang-elevatorspeech-Silverstone200325Textile Machine Application Center化纤长丝的后加工设备拉伸变形机(类似环锭细纱机)原丝架：提供原丝由原丝小车和固定导丝器的固定架组成拉伸机构：完成拉伸自喂入辊至冷拉盘间为拉伸机构，一般采用双区拉伸喂入辊与热盘之间为预拉伸区，拉伸倍数极低，起稳定张力、保证热拉伸均匀的作用热盘和冷拉伸盘间为主拉伸区，冷拉伸盘表面线速度为拉伸速度卷装成型机构包括钢领、锭子等部件，其作用是给丝一定的捻度、并按要求卷绕成形状良好的筒子化纤长丝的后加工设备拉伸变形机(类似环锭细纱机)Textilecenter-LIUGang-elevatorspeech-Silverstone200326Textile Machine Application Center拉伸变形机的控制继电器控制系统传动及调速系统温度控制系统Temp.ControllerUni-telwayMagelisATV58x7.Modbusx10.Temp.Controller拉伸变形机的控制继电器控制系统Temp.Uni-telwaTextilecenter-LIUGang-elevatorspeech-Silverstone200327Textile Machine Application Center短纤维卷绕设备短纤维卷绕机工作原理短纤维纺丝成形后，将各纺丝部位的丝条集中为一粗丝束，经油盘给湿上油和牵伸辊牵伸后，放入盛丝桶中机构组成给湿上油装置导丝小转子牵伸机构及喂入轮圈条机构短纤维卷绕设备短纤维卷绕机Textilecenter-LIUGang-elevatorspeech-Silverstone200328Textile Machine Application Center短纤维后加工工艺及设备短纤维后加工工艺及设备存放：848h集束：由集束架本体、导丝器、张力检测装置、乱丝检测装置、打结检测装置等组成拉伸浸油(水)槽和八辊导丝机加热器牵伸机干燥热定型卷曲：化学卷曲、物理卷曲、机械卷曲切断打包短纤维后加工工艺及设备短纤维后加工工艺及设备