一步法异收缩混纤丝纺丝装备的开发及应用 孙满英摘要：与先纺丝后混纤的两步法生产工艺相比，一步法生产异收缩混纤丝（ITY）具有生产成本较低、混纤丝结构及性能稳定等特点本文主要介绍了一步法生产高异收缩混纤丝与低异收缩混纤丝在工艺流程和设备构造方面的关键技术及异同点，并就相关装备生产商的相关装备进行了实际生产效果评价关键词：PET；FDY；POY；异收缩混纤丝；一步法：TQ340.5 文献标志码：BDevelopment and Application of One-step ITY Spinning MachineryAbstract： Compared to two-step process，one-step spinning process for ITY is more cost-efficient and the products quality and performance are more stable. Key technologies， similarities and differences of the spinning system and process between high-shrinkage and low-shrinkage POY/FDY blended yarn were introduced in this article. Furthermore， the practical effects of a domestic spinning system is introduced.Key words： PET； FDY； POY； ITY； one-step与先纺丝后混纤的两步法生产工艺相比，一步法生产异收缩混纤丝（ITY）具有生产成本较低、混纤丝结构及性能稳定等特点，随着一步法生产异收缩混纤丝纺丝设备的开发成功，其在仿桃皮绒、仿真丝、仿羊绒等领域中开始被较多地应用。
应用领域不同，对异收缩混纤丝收缩值的要求也不尽相同目前，国内开发的一步法异收缩混纤丝的纺丝设备可生产不同收缩值的异收缩混纤丝，主要有两种基本类型，即生产高异收缩混纤丝和低异收缩混纤丝两大类产品本文主要介绍两类生产设备在工艺流程与设备开发上的共同点及主要的差异1 工艺流程高异收缩混纤丝与低异收缩混纤丝在原料熔融与纺丝阶段的工艺流程方面基本一致，而在牵伸卷绕阶段的工艺流程则有所不同1）POY与FDY为同种原料（PET）高异收缩混纤丝纺丝机的生产工艺流程如下所示2）POY与FDY为同种原料（PET）低异收缩混纤丝纺丝机的生产工艺流程如下所示3）如FDY与POY的原料不同，或两者的纺丝工艺参数差异较大，可采取经各自的干燥设备→螺杆挤出机设备→熔体预过滤→双组分双箱体→计量泵→组件喷丝板→冷却→喷嘴上油（牵伸卷绕前），即采用双螺杆、双箱体的纺丝技术此工艺本文不作赘述2 高、低异收缩混纤丝纺丝机主要结构和工艺的异同点2.1 共同点从纺丝工艺来看，高异收缩混纤丝与低异收缩混纤丝的切片干燥、熔融挤压、纺丝冷却等工艺过程（牵伸卷绕之前）是相同的，这也决定了两种不同收缩值的混纤丝在牵伸卷绕前的设备配置是一致的。
纺丝机主要结构和工艺的共同点具体如下2.1.1 切片干燥系统为了达到理想的纺丝效果并保证纤维的质量，涤纶切片在进入螺杆纺丝之前，必须经过干燥使切片含水率达到工艺要求该系统采用脉冲输送的连续干燥设备如为上文1（3）所述情况，则FDY和POY切片经各自不同的干燥设备，即设有 2 套干燥装置原料切片经过切片筛选和脉冲输送系统后，为提高非晶状涤纶切片的软化点温度，使切片成为真正的自由颗粒，涤纶切片则首先需经预结晶，并进行进一步的干燥干燥后的切片含水要求≤25 mg/kg2.1.2 螺杆挤压机经预结晶、干燥后的涤纶切片从螺杆进料口进入挤压机内如为上述1（3）情况，则FDY和POY切片进入各自不同的螺杆挤出机系统，即采用双螺杆设计方式由于采用LTM销钉螺杆，熔体受到进一步的剪切均化及混合螺杆挤出机采用分段加热和独立的控制系统，螺杆进料口采用水冷却，防止切片粘结螺杆挤压机采用交流变频调速拖动，维护简便2.1.3 熔体预过滤器为了延长复合组件使用周期，降低生产成本，必须过滤溶体的杂质和凝聚粒子采用两套切换不停机的立式连续式预过滤器，过滤采用过滤精度为20 ～ 25 μm的金属过滤纤维毡，能有效减少纺丝过程中飘单丝、断丝现象。
2.1.4 计量泵及传动装置因为POY和FDY各自经过自己的纺丝通道，所以必须采用两套计量泵计量和计量泵调速传动装置，才能满足POY和FDY独立的纺丝成形每个纺丝位有 2 台一进十出高精度行星式双层泵（POY和FDY各 1 台，20头/位）纺丝泵将熔体以高压连续、准确地供给纺丝组件纺丝泵由同步电机进行传动，其转速由进口变频器来调整控制传动装置为立式2.1.5 熔体管道、联苯加热循环系统为减少熔体在管道中的停留时间，在熔体管道系统设计时尽量采用最短的管道系统、无死角加工中不锈钢管道内壁抛光，以减少流体阻力；为加强熔体的混合均化，管道中安装了静态混合器在纺丝系统中，挤出头、熔体管路、预过滤器和纺丝箱加热系统由联苯锅炉集中供热（联苯蒸汽循环系统），保证了系统内各点温度均匀一致锅炉采用集装箱式保温设计，联苯锅炉安全保护采用了多闭环系统，对温度、压力、液位均有双保护措施如为上述1（3）情况，则FDY和POY各自的纺丝系统分别由两套联苯蒸汽循环系统加热控温，有利于两种高聚物的工艺控制 2.1.6 纺丝箱、纺丝组件及喷丝板为保证每个纺丝位的熔体品质均匀一致，熔体经纺丝箱内停留时间相同，压力降必须相同，故熔体管道设计为分歧式。
为缩小位距、改善丝束间的张力差异，纺丝组件设计为下装式矩形组件每位设有10个组件，即FDY和POY各 5个，每个组件装有 2 块喷丝板，即FDY和POY各有10块喷丝板每个喷丝板分纤为 2 束丝，则可纺制20头/位的混纤丝这一设计理念是为了在保证纤维质量的前提下，尽可能提高单纺位的产量，降低纺丝成本为得到不同收缩率的纤维，纺丝温度的选择、喷丝孔剪切速率及拉伸倍数的设计都很重要2.1.7 风速均匀的双内道、双风室侧吹风冷却上油系统（1）侧吹冷却的风速均匀性对提高丝的成纤质量特别是乌斯特CV值影响较大为控制风速不匀率，设计了二级风过滤器粗过滤为水平抽屉式，可采用几层不锈钢丝网或非织造布过滤，滤网脏时很容易抽出清洗；细过滤器由多孔板、几层不锈钢丝网、蜂窝板、保护网组成，较容易拆卸清洗；进风管带有风量调节阀、导流板、扩散室其特点为：高阻尼均压及多层过滤网，保证风速均匀；P型吹风曲线的多孔板设计，多孔过滤板减小侧吹风侧压室的湍流；大长径比的蜂窝导流板保证风的层流均匀性，强化了侧吹风的层流效果2）每纺位FDY和POY从各自的喷丝板喷出，喷出的速度可能不同，各自需要冷却上油的位置也就不同为保证FDY与POY固化成形均匀一致，该侧吹风装置设计为双风道、双风室及独立风量调节，这样方便地实现了FDY与POY冷却速率与上油点的分别控制，可获得满足不同要求的异收缩复合产品。
具体如图 1 所示3）喷嘴上油系统的油嘴和导丝钩可上下前后调节油剂泵电气控制系统采用进口变频器，调速平稳2.2 不同点从纺丝工艺来看，两种异收缩混纤丝在牵伸卷绕阶段的工艺流程是不同的，这也决定了其牵伸卷绕设备配置和工艺有所不同以下将介绍两种异收缩混纤丝牵伸卷绕机的主要结构和工艺2.2.1 高异收缩混纤丝的牵伸、热定形和卷绕系统（1）经上油冷却的FDY和POY丝束在主网络、卷绕之前，完全按照传统意义上FDY与POY各自的工艺流程，即FDY丝束经预网络、GR1和GR2热辊定形；POY丝束经预网络、SR1和SR2导丝盘调节张力低沸水、低伸长的FDY丝束与高沸水、高伸长的POY丝束经导丝钩、主网络合并，合并后的丝束由全自动换筒高速卷绕头卷绕成定重、定长的异收缩混纤丝饼详见图 22）经该工艺流程纺制异收缩混纤丝，因FDY与POY按照各自的丝路纺丝成形，FDY与POY的工艺参数可分别调整，得到高异收缩值的混纤丝2.2.2 低异收缩混纤丝的牵伸、热定形和卷绕系统（1）经上油冷却的FDY和POY丝束在GR2热辊、主网络、卷绕之前，FDY丝束经预网络、GR1热辊牵伸，POY丝束经预网络、SR1下导丝盘调节张力后，两束丝经中间预网络装置并丝，合并后的丝束经GR2热辊牵伸定形并导入主网络，最后由全自动换筒高速卷绕头卷绕成定重、定长的异收缩混纤丝饼。
2）经该工艺流程纺制异收缩混纤丝，因FDY与POY丝束在GR2前经中间预网络并丝后，共同经GR2热辊牵伸定形，故FDY与POY的收缩差变小，得到低异收缩值的混纤丝2.2.3 全自动高速卷绕头异收缩混纤丝纺丝机采用全自动换筒高速卷绕头通过独立开发的自控软件采用计算机与可编程控制器来实现对全自动换筒卷绕头的全过程控制其性能特点为：恒张力卷绕控制系统可减少卷绕过程中的张力波动，使卷装具有良好形状；卷绕头全部采用油脂润滑轴承，润滑方式简单可靠；卷绕头切换快速可靠，切换成功率达96%以上；卷绕成形采用多段可调精密卷绕，避免卷绕过程中产生叠丝，使丝饼成形优良3 电气控制系统异收缩混纤丝纺丝机的电气控制系统可采用进口的二次智能仪表控制纺丝的温度、变频器压力和拖动，同时可采用DCS集散式计算机控制系统DCS集散式计算机控制系统的特点为：过程控制和数据处理分别具有独立CPU，处理器互不影响；主要功能包括对整个纺丝、卷绕和公用工程设备的生产过程实施监控、工艺参数的设定调节、工艺分流层显示画面、现场生产报表记录和生产 3 个月工艺参数记录、报警等4 实际产品质量北京中丽制机工程技术有限公司研制开发的异收缩混纤长丝纺丝机已被多家纺丝工厂使用，据反馈设备运转良好，生产稳定。
在保证切片符合优等品指标、使用成熟专用油剂、所有公用工程满足设计基础要求的前提下，用其生产的47 dtex/30 f、138 dtex/96 f等规格的混纤丝质量指标一等A级品率可达95%以上表 1 为其纺丝工艺参数，表 2 为混纤丝的技术指标5 结论北京中丽制机工程技术有限公司对一步法生产异收缩混纤丝的生产设备和工艺进行了大量研究，设计理念不断更新，设备运行日趋成熟，目前该设备已在国内推广运用对于FDY和POY采用不同涤纶切片生产异收缩混纤丝，即采用双螺杆、双箱体的技术也在不断完善中，为生产差异化异收缩混纤丝品种提供了保证参考文献[1] 魏大昌.化纤机械设计原理[M].北京：中国纺织出版社，1984.[2] 董纪震.合成纤维生产工艺学（下册）[M].北京：中国纺织出版社，1994. 2.1.6 纺丝箱、纺丝组件及喷丝板为保证每个纺丝位的熔体品质均匀一致，熔体经纺丝箱内停留时间相同，压力降必须相同，故熔体管道设计为分歧式为缩小位距、改善丝束间的张力差异，纺丝组件设计为下装式矩形组件每位设有10个组件，即FDY和POY各 5个，每个组件装有 2 块喷丝板，即FDY和POY各有10块喷丝板。
每个喷丝板分纤为 2 束丝，则可纺制20头/位的混纤丝这一设计理念是为了在保证纤维质量的前提下，尽可能提高单纺位的产量，降低纺丝成本为得到不同收缩率的纤维，纺丝温度的选择、喷丝孔剪切速率及拉伸倍数的设计都很重要2.1.7 风速均匀的双内道、双风室侧吹风冷却上油系统（1）侧吹冷却的风速均匀性对提高丝的成纤质量特别是乌斯特CV值影响较大为控制风速不匀率，设计了二级风过滤器粗过滤为水平抽屉式，可采用几层不锈钢丝网或非织造布过滤，滤网脏时很容易抽出清洗；细过滤器由多孔板、几层不锈钢丝网、蜂窝板、保护网组成，较容易。