全拉伸絲即FDY是近年發展起來的,并正在發展中的高效率、高水平紡絲加工技術。它將常規紡和高速紡二步法制造全拉伸絲的工藝路線(UDY-D丁,POY-D丁)變為紡絲拉伸連續進行的一步法工藝路線,不僅工藝流程縮短、基建投資降低,而且產品質量提高、生產成本降低、生產效率提高等。一步法制造全拉伸絲的工藝路線有許多,目前形成工業化生產的主要有五條。FDY技術的關鍵在于紡絲之后的連續拉伸。
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熱輥拉伸工藝路線
熱輥拉伸工藝路線是指紡絲成形之后立即用熱輥進行拉伸和定型的工藝路線。這是開發最早、應用最多的一條工藝路線。20世紀60年代開始出現低速紡絲熱輥連續拉伸工藝,以后紡速不斷增加,到20世紀80年代發展到高速紡絲熱輥連續拉伸工藝。典型的工藝流程如圖12-1所示。該工藝路線靈活,可以生產任何不同特性的全拉伸絲。
由圖12-1可看出,熱輥拉伸紡絲工藝路線中,螺桿擠出機、箱體、紡絲窗等與常規紡或高速紡相同,所不同的是熔體細流固化成纖維后要馬上進行拉伸,且拉伸在卷繞機上進行。
實現拉伸由熱輥承擔,一般有兩個熱輥。從甬道下來的絲先在第一熱輥(下熱盤)上繞8~10圈,以便對絲進行充分加熱、防止拉伸時打滑。第一個熱輥起拉伸加熱的作用,其溫度、速度較低,它的速度即為紡絲速度第二熱輥起定型加熱的作用,其溫度、速度較第一個熱輥高,絲在上面繞6~8圈,同樣是為了充分加熱定型和防止拉伸時打滑。拉伸在兩個熱輥之間完成。
根據生產品種的需要,可以在第一熱輥之前或第二熱輥之后安裝網絡噴嘴。在第一熱輥之前加網絡噴嘴可使未拉伸的絲束具有良好的抱合力,從而減少拉伸時產生毛絲和斷頭,提高拉伸性能。
在第二熱輥之后安裝網絡噴嘴可提高成品絲的繞、織造等使用性能,作經紗使用時可免漿或輕漿。為了穩定熱輥溫度、降低散熱能耗和改善環境,通常每個熱輥都帶有保溫箱,生頭時打開,正常運行時關閉。卷繞頭的速度一般略低于第二熱輥速度。
絲束經過拉伸和緊張熱定型以后,會產生收縮。卷繞頭可設計成半自動和全自動兩種形式。全自動旋轉換筒可以得到長度完全相同的筒子,并能適應機器人操作的無人車間。
根據紡絲和拉伸速度不同,熱輥拉伸工藝路線可分為三種形式,每一種形式具有不同特點。
1.低速紡絲拉伸
低速紡絲拉伸的干燥、紡絲設備與常規紡相同。第一熱輥的速度為1000m/min左右,拉伸和卷繞速度在4000m/min以下(3200~3600m/min)。這是最早開發的紡絲拉伸工藝路線。其特點是設備運轉速度低,易于制造和維修管理,造價低,操作方便但效率較低。
2.中速紡絲拉伸
中速紡絲拉伸的紡絲速度為1400~1900m/min,拉伸和卷繞速度在SOOOm/min以下(4200~4800m/min)。其特點是生產效率提高,對設備的要求適中,投資較低,運行和管理比較方便。
3.高速紡絲拉伸
高速紡絲拉伸的干燥、紡絲設備基本與高速紡相同。紡絲速度在3200m/min左右,拉伸速度大于5000m/min。其特點是生產效率高,同時對設備的要求高,投資較大,但比較靈活,降低速度可生產諸如低線密度絲等不同特性的拉伸絲,基至可生產POY.
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水膜拉伸工藝路線
水膜拉伸又稱流體動態阻力拉伸,簡稱HDS.該工藝路線由德國Nordfaser公司開發,除適用紡滌綸外,還適用于紡錦綸。
水膜拉伸工藝路線中的干燥、紡絲設備與高速紡絲相同,拉伸裝置包括一套HDS和一個熱輥。HDS裝置由一組水平安裝的陶瓷棒組成,作為拉伸握持點用(見圖12-2)。
從甬道中下來的絲束先通過水嘴上水,在絲上形成水膜。接著每根絲分別進入各自的HDS裝置,熱輥將絲束拉曳通過HDS,對絲進行常溫拉伸。拉伸時握持絲條的力是絲束表面的水膜與陶瓷之間的流體動態阻力。
熱輥對經過拉伸的絲進行定型。由于是常溫拉伸,工藝上采用增加繞絲圈數來強化定型效果,一般繞絲12圈左右。與其他工藝路線不同的是絲束在拉伸定型以后進行上油。
水膜拉伸工藝路線中采用一個熱輥,設備投資低,既可生產FDY,又可生產POY。由于靠流體阻力進行拉伸,若阻力發生變化,易使絲的不勻率增大,必須經常檢査和調整拉伸張力。
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熱管法紡絲拉伸工藝路線
熱管法紡絲拉伸工藝是指在甬道的位置上裝有熱管(熱箱),對完成冷卻成形的絲束進行再加熱,利用受熱絲束的熱塑性和慣性,在較高的紡速下對絲束進行拉伸和定型。這種工藝路線簡稱TCS(見圖12-3)。
熱管法紡絲拉伸工藝路線中的紡絲和冷卻部分與一般高速紡相同。熱管安裝的位置必須在絲束冷卻到玻璃化溫度Tg(80℃)以下的地方。卷繞機一般帶有導絲盤,可以比較方便地調節卷繞張力,卷繞速度在4000m/min以上。
TCS工藝路線的拉伸效果取決于單絲線密度、噴絲板至上油嘴的距離、卷取速度、熱管的長度、位置和溫度等。熱管法紡FDY是依靠熱空氣來拉伸絲條;而熱輥法是通過兩個拉伸熱輥機構來拉伸定型絲條,拉伸變形可單獨控制,合理控制兩個熱輥的溫度、卷繞速度、拉伸比,可紡出高質量的FDY絲條。
與熱輥法相比,熱管法加大了噴絲板部分的拉伸,其拉伸變形作用較小,適合單絲線密度較小的滌綸長絲生產;若熱管不加熱,可用來生產POY。
熱管法紡絲拉伸工藝設備比較簡單,投資較低,操作和維修管理方便?梢岳酶咚偌徳O備改造而成,而且改造幅度小。采用熱管法紡絲拉伸工藝路線制得的成品絲的染色性能好于全拉伸絲,但纖維的結構、性質與全拉伸絲相比有差異。
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紡絲冷盤拉伸蒸氣定型工藝路線
高速紡絲冷盤拉伸蒸汽定型工藝由瑞士英文塔工程公司開發成功,主要用于錦綸生產,也可用于滌綸長絲的生產。該工藝路線簡稱H4S(見圖12-4)。
高速紡絲冷盤拉伸蒸汽定型工藝路線中的干燥、紡絲部分與高速紡相同。從甬道下來的絲由兩組成對的常溫拉伸輥拉伸,然后進人蒸汽箱進行熱定型,消除冷拉伸產生的應力,并產生結晶。
絲在每一組拉伸輥上繞3~4圈,防止打滑。蒸汽箱中裝有網絡噴嘴,用蒸汽對絲進行網絡加工。離開網絡噴嘴的蒸汽作為定型蒸汽使用。第一對導輥的速度約4000m/min,第二對導輥的速度約5300m/min;卷繞速度約5000m/min。
蒸汽箱(汽室)上設有排氣口,可把過量蒸汽和揮發出來的紡絲油劑油霧抽走,可改善操作環境,減少空調系統的負荷。高速紡絲冷盤拉伸蒸汽定型工藝路線使用冷拉伸盤,設備投資較低,維修管理比較簡單。
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超高速紡工藝路線
紡絲速度在6000m/min以上的稱為超高速紡。6000m/min的紡絲速度制得的高取向絲(HOY),伸長仍較大,其結構與FDY相差較大。而7000m/min以上的紡絲速度制得的全取向絲(FOY),其結構與FDY基本相同。
超高速紡絲技術是最新型的紡絲技術,對原料切片、熔融擠出、預過濾和紡絲、油劑、卷繞都有較高的要求。由于速度較高,為減少空氣阻力、降低紡絲張力,整套設備設計為超短程(見圖12-5)。超高速紡絲工藝路線的工藝流程短,設備簡化,生產效率極高,是非常有發展前途的工藝路線。
超高速紡得到的FDY(國內習慣稱FOY)產品易染色,幾乎在常溫常壓條件下就可染色,模量極低,適宜于制作起絨織物和其他柔軟性織物。
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