涤纶工业丝条干不匀的因素分析及改进措施

摘要：影响工业丝条干均匀性的因素很多。传统纺丝设备在生产工业丝时，侧吹风甬道较宽，受到后加热器热辐射和丝束本身热量的影响，垂直滤网出来的侧吹风使从组件出来的丝束冷却不匀，容易造成条干不匀。经实践改造，通过在垂直滤网前方加装冷却整流框，可使侧吹风速均匀分布，可有效克服热辐射造成的条干不匀，使工业丝条干质量有较大改善。

关键词：涤纶工业丝；侧吹风冷却；热能平衡

中图分类号：TQ342+.21 文献标志码：B

Ways to Improve the Evenness of PET Industrial Filament Tow

Abstract： Evenness of PET industrial filament tow can be affected by many factors. When produced by regular spinning machine， the cross flow air from vertical filter can not quench the filament tow uniformly， thus the evenness of the filament tow is affected negatively. Based on practice， this article introduced a way to improve this situation. By adding a rectifier box in front of vertical filter， the distribution and speed of cross-flow cooling air will be more uniform， thus the evenness of PET industrial filament tow can be improved.

Key words： PET industrial fiber； cross-flow quench； thermal energy balance

当前，产业用合成纤维产量不断增加。但相对于国外先进水平，现阶段我国涤纶工业丝的技术含量和档次较低，一些常规品种已呈现出供大于求的局面，同时高端产品的生产设备和技术仍未完全实现国产化。在这一现实下，本项目与国内某纺丝厂在生产工业丝时，在保证常规物性正常的情况下，通过改善条干不匀率，间接改善了由于单丝断裂导致的毛丝、断头以及拉伸不匀导致的强伸、干热不匀等问题，对实际生产具有一定的指导意义。

1 工业丝条干不匀的因素分析

纺丝过程中的结构控制首先是均匀性的控制。涤纶工业丝的均匀性包括：（1）纤维的线密度、断裂伸长等的差异，即通常说的条干不匀；（2）单丝不匀率；（3）单丝径向不匀率，即一根丝自截面中心（芯层）至外缘（皮层或鞘层）的径向上在特性粘数、聚集态结构（结晶和取向）上的差异。若条干不匀率过大，丝束会断裂；若单丝不匀率过大，则部分丝会断裂，产生通常所说的“毛丝”。因此，涤纶工业丝的均匀性成为其工业化生产中一个至关重要的问题。

条干不匀率是反映涤纶工业丝品质的一个重要指标。条干不匀率太高，对于民用丝而言，在染色过程中会出现条纹丝；对于工业丝来说会产生强不匀、纤不匀，而且断头与毛丝会增加。影响纤维条干均匀性的因素主要有以下几点。

1.1 侧吹风冷却条件

冷却成形是纺丝的重要过程。理想的冷却吹风条件是使熔体细流在冷却过程中得到均匀冷却，使每根丝条的冷却速度一致，凝固点稳定，丝条的径向差异小，条干均匀。侧吹风主要有温度、风速、湿度等 3 个参数，下面分别进行讨论。

1.1.1 侧吹风速度

侧吹风速度对丝条的条干不匀率影响很大，而且条干不匀率又是产生纤不匀、强伸度不匀的重要原因之一。当风速增大时，冷却效果好，凝固点上移，形变区缩短，有利于改变条干不匀率；但如果风速过大，丝条冷却过快，使丝条表层和内层的温差过大，产生应力不匀，易形成皮芯结构，还会造成丝条摇晃与湍动，并造成喷丝板板面过冷，导致成品质量指标不匀率的上升。若风速过小，丝条冷却速度缓慢，容易受到外来风的影响，丝条晃动幅度大，成形不匀，导致丝条的条干不匀率变大。只有当风速适中时，气流的流动呈层流状态，对丝条的扰动最小，并且能恰当地将丝条冷却凝固。故因针对不同品种选择最佳风速。

我们采取的措施是：（1）首先保证侧吹风送风风压的控制精准，设定为800 Pa，实际分压波动越小越好，太小则无法保证足够的送风量，风速达不到要求，太大容易引起湍流，风速不稳定。另外定期更换侧吹风空调的过滤袋，保证送风的空气质量，减少前后压差。（2）利用风速仪对各线各位的侧吹风风速进行检查，消除位与位、锭与锭之间的差异，针对风速分布不匀，定期安排更换侧吹风水平滤网和垂直滤网。

1.1.2 侧吹风温度

侧吹风温度一般在18 ～ 23 ℃之间，当风温过低时，易使丝条手感发硬，在径向易形成皮芯结构；温度过高，对丝条冷却效果不明显。当风温异常，波动范围增加时，会使丝条的条干不匀率变大。因此，保持侧吹风温度的稳定非常重要。

1.1.3 侧吹风湿度

纺丝过程中，一定的湿度可防止丝束在纺丝甬道中摩擦带电，减少丝束抖动。空气含湿可提高侧吹风的比热容和给热系数，有利于纺丝间温度恒定和丝条及时冷却。

1.2 楼层压差

纺丝间的风压应大于环境风压和卷绕间风压，防止风倒灌。二楼纺丝和一楼卷绕的楼层风压也是控制侧吹风控制的重点，最主要就是保证二楼风能顺甬道口向一楼走。否则纺丝甬道向上反风，和丝束逆向运行，若风量大且不稳定波动时，容易造成丝条冷却成形过程中摇晃、湍动，严重时会造成丝条条干长片段不匀。

1.3 预网络

预网络又叫均油器，其作用是提高丝束上油的均匀性，增加丝束的抱合性，使丝束在热辊上稳定运行，减小跳动。预网络的大小也是影响丝束条干不匀率的主要因素之一。根据经验，预网络越大，丝束的条干不匀率就越大；预网络越小，丝束的条干不匀率也越低，但如果预网络过低，会使丝束上油不均匀，毛丝增加，同样断头也会增加，因此产品品种不同时，预网络选择也不一样。

1.4 其他

除上述因素之外，以下几个方面也会影响丝束的条干不匀率：

（1）丝路：丝路不好，丝束在热辊上抖动较厉害，容易产生毛丝，条干不匀率会上升；

（2）网络：如果主网络压力不稳定，丝束在网络中产生的网络就会不均匀，条干不匀率会增大；

（3）热辊：热辊表面有损伤或结垢较多，丝束在运行过程中易断头、产生毛丝，条干不匀率会上升，因此在平时操作过程中要保护好热辊不受损伤。

表 1 以低收缩（LS）550 dtex/96 f涤纶工业丝为例，测试了洗辊前后条干的相关质量数据并进行了对比。

2 现有设备存在问题及改进措施

2.1 生产中的结构控制及传统设备存在的缺陷

熔融纺丝工艺中，丝条凝固过程相当复杂，沿纺程各质点，其运动速度、直径、截面积、温度、粘度、所受力及内部结构不断发生变化，而这些因素同时又相互影响。由于熔体温度较周围空气温度高很多，微细旦丝条又对外界环境极为敏感，因此环境变化会立即影响初生纤维质量的均匀性，如纤维的强度、伸长性能等。由于空气的状态和流动很容易发生变化，随着纺丝技术向微细旦、多孔、高速方向发展，冷却成形装置的设计和控制显得日益重要。

普通切片纺过程中，丝的径向温度分布差异很大，这种不均匀性在距离喷丝板越近的地方越明显，因此，在涤纶工业丝的生产过程中普遍采用缓冷装置，也称为后加热装置。当使用传统设备生产时可以发现，由于从纺丝组件出来的丝束经过特定的缓冷装置后，丝束温度仍然较高，加上后加热器产生大量的热辐射以及丝束本身从组件带出的热量，易使丝束受热不均，冷却不匀，从而导致丝束径向不匀率增加，影响生产。

2.2 整流框的改善均匀原理及安装分析

2.2.1 整流框的工作原理及安装

传统纺丝设备中纺丝箱下方一侧的侧吹风窗的风扇上设有垂直滤网，新加装的这种冷却装置整流框，设在所述侧吹风窗前方，层流冷却框为由多根竖直导风片和多根水平导风片构成的多层框架机构，竖直导风片与水平导风片垂直交叉焊接固定，使冷却风在垂直和水平方向上均匀分离。相邻水平导风片的间隔距离为10 ～ 15 mm，相邻竖直导风片的间隔距离为20 ～ 25 mm。水平导风片的宽度从上述层流冷却框的顶部往下逐步减小，由于侧吹风气流受影响程度随着温度的升高而影响程度加大，因此水平导风片在设计宽度时遵循由上到下均匀减小的方法，以减小温度影响。

冷却风经上述垂直滤网、层流冷却框导风后吹向丝束。将多层框架结构的层流冷却框设于侧吹风窗前方，层流冷却框顶部通过螺栓连接在侧吹风窗上，将层流冷却框安装于侧吹风垂直滤网前方，紧贴滤网，紧靠上方固定，从垂直滤网吹出的风经均匀分布的水平导风片水平引导至丝束四周，竖直导风片保证出来的风被均匀分隔成多股，这样就能保证每束丝在水平及垂直方向得到基本相同的冷却效果。

通过加装以上整流框进行改善，使侧吹风出垂直滤网后在同一水平线及垂直线上均匀流动，克服了原有设备中侧吹风由于楼层压差及局部风温不一致易沿着丝束向下方流动的缺陷，从根本上解决了工业丝加工过程中丝条的冷却均匀性问题，在改善低工业丝的强伸、纤度及干热收缩等物性方面效果显著。

2.2.2 整流框部件（图 1、图 2）

2.2.3 参数设置及应用效果

实际生产中一般通过调节纺丝侧吹风的速度、温度和湿度来稳定纺程中丝束的均匀性。一般纺丝温度在295 ～300 ℃之间，风温控制在20 ～ 22 ℃之间，风湿控制在80%左右，风速在周围环境温度为29 ℃时根据品种不同控制在0.4 ～ 0.8 m/s之间。

以LS 056（550 dtex/96 f）为例进行条干试验数据分析，测试条件：200 m/min，2 min，1 000捻，结果如表 2 所示。

3 结论

合理的生产工艺、优良的装备以及严格的生产管理是控制涤纶工业丝品质的关键所在。通过上述分析可知：

（1）要达到良好的条干不匀率，需加强对侧吹风的控制和检查，发现问题及时处理；保证设备正常运作，并对在线机台加强巡检，对故障早发现早处理；加强对员工操作的规范和监督，避免损坏设备；

（2）通过在侧吹风窗垂直滤网前方加装整流框，可使纤维的条干有较大改观；

（3）实践发现，对大部分涤纶工业丝品种加装整流框后，基本都能改善其条干不匀率，能使工业丝条干CV值控制在0.5% ～ 1.7%之间，从根本上解决了制取工业丝时丝条的冷却均匀性问题，弥补了原有侧吹风系统丝条冷却条件不一致的缺陷，这对工业丝生产非常有利。

参考文献（略）