单丝生产设备优化方案

塑料单丝的成型设备由挤出机、机头、冷却水箱、牵伸设备、热处理设备及卷绕装置组成。

1.挤出机

由于单丝直径较小，所以通常选用直径为45mm或65mm的单螺杆挤出机，有时也使用直径为90mm的单螺杆挤出机，长径比一般为24～30。挤出机机筒末端应设置过滤板并放置2～4层过滤网，网孔为（ϕ0.180～ϕ0.450）mm（40～80目）。

2.机头

图11-1 直角式单丝机头结构

1—温度计插孔 2—过滤板 3—模体 4—连接法兰 5—分流器 6—喷丝板 7—锁紧螺钉

单丝机头一般采用直角式，其结构如图11-1所示。机头流道直径应逐渐缩小，以利于产生的压力将塑料压实，一般取D/d=2～4（D为大端直径，d为小端直径）。分流器扩张角一般为30°～80°，分流器处流道的截面积应大于喷丝孔截面积之和。

主流道末端设置了一个“瘦颈”，对物料形成了一定的阻力，然后将物料均匀地输送到喷丝板。设置瘦颈的目的是使喷丝板各处的物料压力均匀，流量稳定，减少机头内存料及物料分解的可能，也减少了清理机头的次数。

3.喷丝板

喷丝板是机头的关键部件，其结构如图11-2所示。

图11-2 喷丝板结构

1—模体 2—引入导板 3—孔径包角

喷丝孔的直径d主要根据单丝直径与拉伸比决定，拉伸比为6时的LDPE和拉伸比为8时的HDPE的单丝直径与喷丝孔直径的关系见表11-2。

表11-2 单丝直径与喷丝孔直径的关系

对于同一原料，拉伸比固定，孔径增大时单丝直径也增大。增大喷丝孔直径虽可提高产量，但孔径太大则拉伸比也要随之增大，卷取速度也要相当快，以致无法进行操作。喷丝孔的直径常用为0.8mm、0.9mm、1.0mm（有时孔径也达2.3mm）。喷丝孔需要精密准确地加工，各孔的孔径、中心距、孔的平直部分的长度均要相等，否则在喷丝过程中易产生断丝或丝的粗细不均。喷丝孔的长径比一般为（4～10）∶1。喷丝孔的孔数通常为12～60孔，布孔方式为圆圈排列。对于不需要分丝的单丝，其孔数可增加到100以上。不同塑料品种有不同的孔径包角，PE取60°为好，PP取20°为好。

喷丝板的直径不能过大，否则，会引起表面温度不一致，造成熔体分布不均匀，使各单丝直径波动较大。

4.冷却水箱

从喷丝孔出来的单丝温度很高，例如，PE可达300℃。为了防止单丝相互粘接，必须迅速冷却定型。冷却水箱的结构如图11-3所示。水箱应有一定的容量，一般长1～2m，宽0.5～0.8m，深0.8～1.0m。其尺寸应保证单丝在水箱内通过的长度在1m以上。水箱中水面应保持一定的高度，喷丝板到冷却水表面的距离为15～50mm为好，由具体的树脂品种确定。距离过大，塑料熔体氧化会降低单丝的强度。冷却水的温度应能在20～50℃内自动调节。水温过高，会降低单丝的强度；水温过低，单丝内部易产生空洞。水箱中三个滑轮固定在同一架子上，可以同时升降便于操作。冷却水箱有蒸汽管（冬天开车时使用）和冷水管，用来调节水箱的水温。溢流管位置高低可调，以控制水面高度。排水管可将水箱中的热水放出。

图11-3 冷却水箱的结构

1—挤出机 2—机头 3—蒸汽管 4—冷水管 5—水箱 6—滑轮 7—溢流管 8—排水管(https://www.xing528.com)

5.干燥装置

当单丝从冷却水箱中出来后，需要经过干燥才能进入热风烘箱加热，以保证单丝的表面质量和粗细的均匀性。单丝携带的水分被海绵擦或转向棒擦去，剩余的水分被真空头吸去。有些情况下，要用热风和合适的吹风头来蒸发残余的水分。

6.拉伸设备

拉伸方法有干法和湿法两种。干法就是将冷却定型后的粗丝在热烘道中加热，使温度在T_g～T_f（或T_m）之间，将粗丝拉长拉细。干法的特点是加热温度较高，能够提高拉伸倍数，故现在大多数采用此法，但受到设备较复杂的限制。湿法就是在100℃的沸水中将粗丝加热后进行拉伸，这对于圆形单丝特别适用。

未拉伸的单丝强度较低，不用橡胶辊压住容易断；拉伸后的单丝因强度大，可不用橡胶辊压住。拉伸设备主要是加热装置和拉伸装置。

（1）加热装置 加热装置的热源有电阻丝加热和红外线加热两种。

1）湿法加热装置。湿法加热装置一般为加热水箱，水箱中有冷水管与蒸汽管，用蒸汽将水加热至98～100℃，用热水加热单丝。水箱长2～3m，宽800mm，保证单丝在热水箱中有一定的停留时间。若水箱太短，则单丝拉伸不足，达不到拉伸倍数。蒸汽管有无数小孔，蒸汽从小孔溢出，以保持水的沸腾温度恒定。排水管将蒸汽冷凝水排出。

水箱中有两个较大的滑轮，水箱进口与出口处各有一个滑轮将单丝导入与导出水箱。水箱加热成本低，加热均匀，温度恒定，操作方便，广泛用于PE、PA等单丝的加热拉伸。

2）干法加热装置。干法加热装置一般为热烘道和加热辊筒。干法加热装置比热水箱加热的湿法加热装置成本高，主要用于拉伸温度较高的塑料单丝的生产，如PP单丝拉伸温度为150～160℃。

热烘道加热装置的长度为2.5～5.0m，宽度为450～1000mm，采用双循环空气流动系统，一半空气在热烘道上部流动，另一半在下部流动。在入口端，两股气流分别从上部和下部以20m/s的速度接触单丝，其角度为30°～40°。热烘道中空气的温度由开环装置检测控制，最高温度可达300℃。性能良好的热烘道在整个宽度上温度波动小于±1℃，风速变化小于±0.5m/s。

辊筒加热装置由3～5排加热辊筒组成。辊筒用油或电加热。较粗的单丝绕在辊筒上，通过热辊筒对单丝加热。

（2）拉伸装置 拉伸装置由2～3组拉伸辊筒组成。每一组包括上、下2～5个直径为150～250mm的空心钢筒，辊筒表面镀铬，工作部分的长度为200～250mm。上辊为主动辊，下辊为从动辊。为了防止单丝打滑，可用橡胶辊压住上辊，或将单丝在辊筒上绕5～10圈。

为了便于缠绕在辊筒上的单丝均匀排列，不发生缠结现象，上辊中心线应与挤出机中心线垂直；下辊中心线与上辊中心线应有一定的角度排列，一般为6°～12°，否则易发生并丝现象，使拉丝操作不能正常进行。

拉伸辊筒一般用整流电动机实现无级调速。第二组拉伸辊筒与第一组拉伸辊筒的线速度之比就是拉伸倍数（也称为拉伸比）。每组拉伸辊可分别用一台电动机单独驱动，操作时分别调速，但要经常调速，比较麻烦；两组拉伸辊筒也可以用一台电动机驱动，用链将拉伸装置连接，也可用一根轴连接，固定相互之间的速度比，只需调整一台电动机的速度即可。拉伸可以进行一次，也可以进行两次，要根据具体情况而定。

7.热处理装置

经过强力拉伸的单丝收缩率较大，单丝的内应力也较大，热处理可以减少单丝的收缩率和内应力。

单丝未经热处理就收卷，卷取筒中的单丝因收缩而相互嵌入，无法倒丝，甚至会使卷取筒变形或产生裂缝。即使单丝立即织成网、布等制品，在存放和使用过程中，单丝受热仍会发生收缩，导致制品不稳定。因此，单丝拉伸后必须重新加热，让单丝有一定的收缩，使单丝尺寸稳定。

有些单丝经热处理后，还可以提高其耐热性。例如，未经热处理的单丝在50～60℃就开始收缩，而经过热处理后的单丝在70℃时才开始收缩。

热处理必须在张紧的条件下进行，否则，经过拉伸所得到的分子链的取向结构就会被破坏。热处理导辊的线速度比第二拉伸辊的线速度要低2%～5%，让单丝中的大分子发生链段松弛。

对于结晶型的聚合物，热处理温度最好保持在T_max（具有最大结晶速率时的温度）附近，使单丝中的结晶度尽可能地提高，使单丝的强度能大幅度地提高。当然，对于要求不高的单丝也可以不进行热处理。

8.卷取装置

卷取装置主要由卷取筒和卷取轴组成。卷取筒装在卷取轴上，卷取轴由电动机和传动系统带动。为了使单丝均匀而平整地缠绕在卷取筒上，一般采用凸轮装置。

卷取有两种方式，即单丝卷取和若干根丝合成一股卷在卷取筒上。单根丝卷在一个小筒上，每筒单丝约重1kg；几十根单丝卷在一个大筒上，然后用分丝机分成单根丝，每绞单丝约重250g。卷取操作的关键是使卷取张力保持恒定，即卷取的线速度保持恒定，一般通过在卷取轴前装一个力矩电动机来保证。