聚丙烯(PP)单丝耐酸碱、密度小、耐磨性强、耐热性和电绝缘性好,广泛应用于水产、化工、造船、医疗、农业和人们的日常生活中。由于这种单丝吸水性小,大多数用于制作渔网和绳索,也可以代替棉、麻编织各种帽子和椅垫。
1.原料选择
生产PP单丝一般选用等规PP树脂,相对分子质量为12×104~22×104,熔体流动速率(MFR)为2~10g/10min。等规度越高,单丝的物理力学性能越好。如果PP单丝应用在特殊环境,对丝的性能有特殊要求时,在PP树脂中还应加入一定比例的其他辅助材料,以满足单丝的性能要求。
2.设备选择
(1)挤出机 一般选用螺杆直径为45mm、65mm的挤出机。PP的熔融温度范围较窄,应采用突变型螺杆,长径比为25~30。由于PP的熔体粘度较大,为满足抽丝机头压力的需要,螺杆要有足够的压缩比,一般为3~5。滤网为3~5层组合,如40目/80目/40目(筛孔直径:0.450mm/0.180mm/0.450mm)或40目/80目/40目/80目/40目(筛孔直径:0.450mm/0.180mm/0.450mm/0.180mm/0.450mm)。
(2)机头 选用直角式机头,结构与生产HDPE单丝的相同。喷丝孔的长径比为4~6,包角可以较小。若包角为20°时,在温度和剪切速率变化范围很宽的条件下,单丝在机头喷丝板处不容易产生熔融断丝,单丝质量较好。
(3)冷却水箱 冷却水箱长1.5m、宽0.6m、高0.8m,其结构与生产HDPE单丝的相同。
(4)拉伸设备 利用两组辊筒的线速度不同进行拉伸。第一组辊筒由5~6对辊筒组成,对单丝进行加热,辊筒用电加热,使辊筒表面温度达120~140℃;第二组热辊筒数目较少,由1~2对辊筒组成,但线速度较快,对单丝进行拉伸。如果单丝要进行热处理,可用第三组热辊筒减速进行热收缩。
也可采用热烘道对单丝加热,仍用两组线速度不同的辊筒进行拉伸。热烘道长度一般为2~3m,烘道内的温度可达140~160℃。(www.xing528.com)
3.生产工艺
(1)工艺流程 一般使用熔融挤出法生产PP单丝。将PP颗粒料加入挤出机,物料在机筒内受热熔融,由喷丝板喷出成丝,再经热拉伸而成为成品单丝。其生产工艺流程与PE单丝的生产工艺流程相同,如图11-4所示,由于热拉伸温度高,故要在热拉伸烘箱中进行。
(2)生产工艺条件 主要生产工艺条件的控制情况分述如下:
1)挤出温度。PP熔体在其熔点附近时粘度相当大,挤出抽丝时的温度必须比原料的熔点温度高50~130℃,才能使熔体具有较好的流动性。挤出机的温度一般分4段控制,依次为200~240℃、240~260℃、260~280℃、280~300℃;连接器的温度为300~320℃,喷丝板的温度为300~310℃。在喷丝板下方设置一个加热圈,可减少或消除熔体的挤出膨胀现象,并可使抽丝温度降低30~40℃,同时可提高单丝的均匀性和抽丝速度。
另外,PP是典型的假塑性流体,其熔体粘度对剪切速率的依赖性较大,因此当流动性欠佳时,可以适当提高挤出压力。
2)冷却。从喷丝孔出来的熔体单丝温度很高,必须迅速冷却,这样可以避免单丝的相互粘接,减少PP的氧化降解。为避免单丝与空气接触,要在水浴中进行冷却,喷丝板到水面的距离为15~50mm较合适。冷却水温要合适,水温过高,单丝冷却不够,易结晶,不利于拉伸;水温太低,会使单丝表面冷却过快,导致结皮,丝内易产生空洞而断裂。冷却水温一般控制在30~40℃。
3)拉伸。PP在拉伸过程中会出现“细颈”,即拉伸点。控制好固定的拉伸点位置是拉伸工艺的重要条件之一。PP一般在低于熔点20~40℃下进行热拉伸,拉伸倍数为8~10倍。在相同拉伸倍数下,提高拉伸温度,单丝强度有所增加。
4)热处理。PP单丝的热处理温度一般为100℃。第三牵引辊转速应比第二牵引辊的转速慢2%~5%。
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