纺丝过程的主要工艺参数详解

熔体纺丝过程中有许多参数，这些参数决定纤维成型的历程和纺出纤维的结构和性能，生产上就是通过控制这些参数来制得所需性能的纤维。

为方便起见，按工艺过程可将生产中控制的主要纺丝参数归纳为熔融条件、喷丝条件、固化条件、绕丝条件等项加以讨论。

（一）熔融条件

这里主要指切片纺丝（间接纺丝）时，高聚物切片熔融及熔体输送过程的条件。

1.螺杆各区温度的选择与控制切片自进料后被螺杆不断推向前，经过冷却区，进入预热段，被套筒壁逐渐加热，到达预热段末端紧靠压缩段时，温度达到熔点。在整个进料段内，物料有一个较大的升温梯度，一般从50℃上升至265℃。在预热段内，物料温度基本低于熔点，即物料应基本上保持固体状态。在进入压缩段后，随着温度的升高，并由于螺杆的挤压作用，切片逐渐熔融，由固态转变为黏流态的熔体，其温度基本等于熔点或比熔点略高。在压缩段尚未结束前，切片已全部转化为流体，而在计量段内的物料，则全部为温度高于熔点的熔体。

（1）预热段温度：为保证螺杆的正常运转，在预热段内切片不应过早熔化，但同时又要使切片在达到压缩段时温度应达到聚合物的熔融温度，因此预热段套筒壁必须保持一个合适的温度。若预热段温度过高，切片在到达压缩段前就过早熔化，使原来固体颗粒间的空隙消失，熔化后的熔体由于在螺槽等深的预热段无法压缩，从而失去了往前推进的能力，造成“环结阻料”。反之，若预热段温度过低，以致切片在进入压缩段后还不能畅通地熔融，也必然会造成切片在压缩段内阻塞。对于某一给定的熔体挤出量（g/r），必然有与其相应合适的套筒壁温度。

（2）压缩段温度：螺杆的另一个重要的加热区在压缩段。切片在该区内要吸收熔融热并提高熔体温度，故该区温度可适当高一些，根据生产实践经验，可按下式确定：

T=Tm+（27～33）

实际上加热温度的确定除需依据切片的熔点Tm及螺杆挤出量（螺杆转速和机头压力）外，还应考虑切片的特性黏度与切片尺寸等因素。原则上对于熔点高、黏度大或切片粒子大的聚酯，加热温度要相应高些，反之就稍低些。对于计量段的温度控制，是使切片进一步完全熔化，使其保持一定的熔体温度和黏度，并确保在稳定的压力下输送熔体。对熔点在255℃以上的聚酯切片，该区温度约为285℃。切片特性黏度较大时，温度要相应提高。

总之，螺杆各区温度设定范围较灵活，可以是温度分布由高到低，或分布平稳，或分布由低到高，这种温度分布控制对于防止环结阻料，使聚合物熔体熔融均匀，减少降解，适于成型等方面均有利。

2.熔体输送过程中温度的选择与控制螺杆通过法兰与弯管相接，由于法兰区本身较短，对熔体温度影响不大，但法兰散热较大，故该区温度也不宜过低，一般法兰区温度可与计量段温度相等或略低一些。

弯管则起输送熔体及保温的作用，由于弯管较长，熔体在其中约停留1.5min，对聚酯降解影响较大。一般弯管区温度可接近或略低于纺丝熔体温度。据经验估算，弯管区温度可较PET熔点高14～20℃。

箱体是对熔体、纺丝泵及纺丝组件保温及输送并分配熔体至每个纺丝部位的部件，此区温度直接影响熔体纺丝成型，是纺丝工艺温度中的重要参数之一。熔体在箱体中约停留1～1.5min，箱体能加热熔体并起保温和匀温作用。适当提高箱体温度有利于纺丝成型，并改善初生纤维的拉伸性能，但也不宜过高，以免特性黏度下降明显。通常箱体温度为285～288℃，并依纺丝成型情况而定。

以上举出的各种温度的具体数值，很大程度是根据经验而言，因此在确定工艺温度时仍应以纺丝质量为依据，加以适当调整。

3.熔体温度与熔体黏度的选定由于熔体温度直接影响熔体黏度即熔体的流变性能，同时对熔体细流的冷却固化效果、初生纤维的结构以及拉伸性能都有很大影响，所以正确地选择与严格控制熔体温度十分重要。

聚酯的相对分子质量（特性黏度）、熔体温度与熔体黏度之间有一定依赖关系。对于相对分子质量低于20000的PET，其熔体黏度与温度呈明显的线性函数关系。熔体流出喷丝板孔道前的温度Ts称为纺丝温度或挤出温度。纺丝时，应控制Ts高于结晶高聚物的熔点Tm，使聚合物熔体具有合适的熔体黏度，以保证纺丝成型顺利进行。

纺丝熔体温度的提高有一定的限制性，它主要受到高聚物热裂解温度（Td）和熔体黏度的限制。因此，选择纺丝温度应满足下式：

Td-Ts-Tm（或Tf）

熔体温度应根据成纤高聚物的种类、相对分子质量、纺丝速度、喷丝板孔径及纤维的线密度等因素来决定；此外，纺丝熔体的温度和黏度的均匀稳定，对纺丝成型能否顺利进行也十分重要，若熔体不均匀、含杂质过多，则往往导致飘丝、毛丝等异常现象。此时可采取加强纺前预过滤器和纺丝组件中过滤介质的过滤作用，以及适当调整纺丝各区的温度和增强螺杆挤出机的混炼效果等措施来改善纺丝熔体的均匀性，使纺丝得以顺利进行。

（二）喷丝条件

1.泵供量泵供量的精确性和稳定性直接影响成丝的线密度及其均匀性。熔纺计量泵的泵供量除与泵的转数有关外，还与熔体黏度、泵的进出口熔体压力有关。当螺杆与纺丝泵间熔体压力达2MPa以上时，泵供量与转速呈直线关系，而在一定转速下，泵供量为一恒定值，不随熔体压力而改变。

前已述及，螺杆的挤出量随挤出压力的大小而改变。当螺杆挤出量稍大于纺丝泵的输出量（总泵供量）时，在纺丝泵前产生一定的熔体压力，螺杆挤出量会相应下降（逆流量增加），熔体压力随二者之间的差值大小而改变。因此，欲使泵供量恒定，必须保持一定的熔体压力，亦即要求螺杆转数一定，熔体挤出量恒定。(https://www.xing528.com)

2.喷丝头组件结构喷丝头组件的结构是否合理以及喷丝板清洗和检查工作的优劣，均对纺丝成型过程及纤维质量有很大影响。

由于喷丝毛细孔孔径很小，若熔体内夹有杂质，易使喷丝孔堵塞，产生注头丝、细丝、毛丝等疵病，所以熔体在进入喷丝孔前，应先经仔细过滤，可用粗细不同的多层不锈钢丝网组合作为过滤介质，也可采用石英砂和不锈钢丝网组合作为过滤介质。在高压纺丝时，则往往采用更稠密的烧结金属滤层、厚层石英砂、Al2O3颗粒、金属非织造布等组合使用。

为使纤维成型良好，应使熔体均匀稳定地分配到每一个喷丝孔中去，这个任务由喷丝头组件内的耐压（扩散）板、分配板及粗滤网、滤砂来完成，且尽可能使组件内储存熔体的空腔加大，保证喷丝头组件内熔体压力均匀，喷丝良好。

纺丝成型时，由于增加纺丝熔体压力，可提高纤维线密度的均匀性和染色均匀性，所以喷丝头组件要承受很大的压力。采用高压纺丝工艺时，组件内压力高达20～50MPa。因此组件各层间应采用铝垫圈或包边滤网，起严格密封的作用。组件组装后用油泵压紧，以防漏浆。组件与泵体的熔体出口相接处也应用铝垫圈密封，以防止泛浆。

（三）丝条冷却固化条件

丝条冷却固化条件对纤维结构与性能有决定性的影响，为控制聚酯熔体细流的冷却速度及其均匀性，生产中普遍采用冷却吹风。

冷却吹风可加速熔体细流的冷却速度，有利于提高纺丝速度；加强丝条周围空气的对流，使内外层丝条冷却均匀，为采用多孔喷丝板创造了条件；冷却吹风可使初生纤维质量提高，拉伸性能好，又有利于提高设备的生产能力。

冷却吹风工艺条件主要包括风温、风湿、风速（风量）等。

1.风温与风湿风温的选定与成纤高聚物的玻璃化温度、纺丝速度、产品线密度、设备特征（包括吹风方式）等因素有关。

在采用单面侧吹风时，适当提高送风温度（在22～32℃范围内），有利于提高卷绕丝断裂强度，最大拉伸倍数变化不明显，强伸度不匀率有所改善。

在较高的纺丝速度下，聚合物熔体细流与周围气体介质热交换量增加，应加快丝条冷却速度，因此，冷却风温宜低。

风温的高低直接影响初生纤维的预取向度，卷绕丝的双折射率总是随风温的升高而降低，而在某一风温温度以上，则随风温的升高而增大。

用作熔纺冷却介质的空气，其湿度对纤维成型有一定影响。一定的湿度可防止丝束在纺丝甬道中摩擦带电，减少丝束的抖动；空气含湿可提高介质的比热容和给热系数，有利于丝室温度恒定和丝条及时冷却；此外，湿度对初生纤维的结晶速率和回潮伸长均有一定影响。纺制短纤维时，对卷绕成型要求稍低，送风湿度可采用70%～80%的相对湿度，也可采用相对湿度为100%的露点风。

2.风速及其分布风速和风速分布是影响纺丝成型的重要因素。风速的分布形式多种多样，在采用不同孔径的均匀分布环形吹风装置时，纺丝成型效果良好。对侧吹风而言，风速分布一般有均匀直形分布、弧形分布及S形分布三种形式。

采用单面侧吹风时，纺速600～900m/min、风温26～28℃、送风相对湿度70%～80%、风速为0.4～0.5m/s较好，且随纺速提高，最佳风速点向较大风速偏移。相反，采用环形吹风时，最佳风速点向较小风速偏移，这是由于环形吹风易于穿透丝束。若风速过高，冷却风不但能穿透丝层且有剩余动能，造成丝束摇晃湍动，并使喷丝板处的气流形成涡流，从而导致纤维品质指标不匀率上升。

（四）卷绕工艺条件

1.纺丝（卷绕）速度卷绕线速度通称纺丝速度。在常用的纺丝速度范围内，随着纺丝速度的提高，纺丝线上速度梯度也越大，熔体细流冷却凝固速度加快，且丝束与冷却空气的摩擦阻力提高，致使卷绕丝所承受的卷绕张力增大，分子取向度提高，双折射率增加，后拉伸倍数降低，增大的纤维内部残留内应力也使初生纤维的沸水收缩率增大。当卷绕速度在1000～1600m/min范围内时，卷绕丝的双折射率和卷绕速度呈直线关系；若卷绕速度达到5000m/min以上时，这可能得到接近于完全取向的纤维。

有资料指出，纺制聚酯纤维时卷绕速度每提高100m/min，初生纤维在70℃下的最大拉伸比则降低0.1，当卷绕速度高至1500m/min以上时，该种影响就减小。在高速纺丝条件下，卷绕丝的预取向度高，因而最大拉伸比和自然拉伸比都相应减小。进一步提高纺丝速度至3000～3500m/min时，纤维双折射率随纺速增加的速率基本达到最大值，但其结晶度仍很低，不具备成品纤维应有的物理-力学性能。但如将高速卷绕技术与后拉伸变形工艺相结合，用以加工聚酯长丝（如制备FDY丝、FOY丝），则具有增大纺丝机产量、省去拉伸加捻与络筒工序及改善成品丝质量等优点。

2.上油、给湿上油给湿的目的是为了增加丝束的集束性、抗静电性和平滑性，以满足纺丝、拉伸和后加工的要求。高速纺丝对上油的均匀性要求高于常规纺丝。上油方式一般可采用由齿轮泵计量的喷嘴上油，或油盘上油，以及喷嘴和油盘兼用等三种形式。纺丝油剂由多种组分复配而成，其主要成分有润滑剂、抗静电剂、集束剂、乳化剂和调整剂等。此外，对于高速纺的纺丝油剂还要求其具有良好的热稳定性。一般，POY含油率要求达0.3%～0.4%。

3.卷绕车间温湿度为确保初生纤维吸湿均匀和卷绕成型良好，卷绕车间的温湿度应控制在一定范围内。一般生产厂卷绕车间温度冬季控制在20℃左右，夏季控制在25～27℃；相对湿度控制在60%～75%范围内。