由于再利用聚酯来源复杂,物料的均一性差、相对分子质量分布宽等特性,其产品与切片纺产品有本质上的区别,前期主要用于纺非服用纤维,如填充材料、棉型纤维中的低端产品、非织造布中的低端产品等。近年随着再利用聚酯处理技术、熔体过滤技术的提高,再利用纤维品质得到一定提升,但在染色性、纤维强度、疵点、含油等指标上还是无法与原生聚酯产品比拟。因此,考虑其具体产品,纺丝与后处理工艺及设备都要做不同的调整。在此将比对常规切片纺短纤工艺进行说明。
(一)再生聚酯原料干燥
早期再利用聚酯的干燥主要使用真空转鼓进行,近年小规模生产厂仍以真空转鼓干燥为主,而大规模的生产厂或者选用好的再利用聚酯原料的生产厂已经采用连续干燥机,中小规模的生产厂则采用回转—充填式干燥机。
回转—充填式干燥机主要解决再利用聚酯尺寸与形状差异较大以及采用沸腾床结晶不容易达到均匀效果这两个问题。回转式预结晶器内设置可旋转翻腾的搅拌混合装置,保证物料翻动混合无死角,可除去大部分表面水分,结晶好的物料含水可达400mg/kg以下。完成预结晶的聚酯排到置于干燥塔前的中间料罐中,再连续送入干燥塔中进行干燥。这种结晶干燥方式既解决了聚酯结晶不良、易在干燥塔中黏结架桥的问题,又避免了间歇式真空转鼓干燥机干燥不均匀的问题,但由于增加了搅拌装置,导致粉尘量增大,后期除尘要求更高。
(二)再利用聚酯挤出熔融
经过干燥的再利用聚酯由干燥塔底部下料管,靠自重进入螺杆挤出机加料口进入挤出机。随着螺杆的转动,物料沿螺纹方向向前运动。螺杆前部为加料区,由水冷夹套对物料进行冷却,防止其软化粘连,此区域再利用聚酯仍是固态;物料靠螺杆的推进,由加料段进入压缩段,螺杆套筒外侧安装的加热器,通过套筒将热量传递给物料,物料在挤出机内部被挤压和摩擦,也产生一定的热量,两者同时作用使固态物料受热逐渐熔化,此区域物料是固液混合态;随后熔体由螺杆压缩推进到混合计量段,此区域物料已经完全熔融,熔体进一步混合均化,并通过控制螺杆转速进行计量后挤出。为加强熔体混炼均化,有些螺杆末端还装有混炼头。在挤出机出口还装有测量头,设置压力与温度传感器,用来控制螺杆转速和熔体温度,压力信号与纺丝箱入口压力信号连锁,形成闭环压力反馈控制螺杆转速。
由于再利用聚酯具有非均一性的特点,干燥后的再利用聚酯仍难以达到原生切片的结晶度,而且再利用聚酯的熔点和软化点都低于切片,因此再利用聚酯的熔融条件需要更温和一些,即熔融区温度要更低一些,停留时间应稍长一点;还可以适当增加螺杆长度,以增加熔体停留时间,使其均匀熔融混炼。
(三)熔体过滤
由于再利用聚酯含杂质高,其熔体过滤如采用切片纺一级过滤的办法,只能连续生产几个小时,无法正常生产,而且排废量很大。因此需要采用一级粗过滤与二级精过滤相结合的方式。熔体进入的一级过滤器,装有多组金属网过滤芯,过滤精度为150~200目,主要先除去较大的颗粒和凝胶粒子。然后进入二级过滤器,这里采用过滤精度为100~150目金属网过滤芯,主要除去小颗粒和凝胶粒子。由于一级过滤后,熔体压力降很大,靠熔体自身压力无法顺畅进入二级过滤器,因此两级过滤器之间设置一台增压泵,能够将一级过滤器出口熔体加压送入二级过滤器。增压泵由电动机驱动,并配有电加热套,保证泵体温度。两级过滤器为套缸结构,由循环汽相热媒保温。每一级过滤均采用两个三通切换阀控制,切换阀为联动结构,能够保证切换时阻力小。增压泵前压力与螺杆机头压力和纺丝箱入口压力形成双路闭环控制。各级过滤器装有压力传感器,当压力超过设定值,滤室自动切换。
(四)熔体输送与分配
过滤后的熔体由输送管道送到纺丝箱入口,根据每台螺杆挤出机所带位数进行熔体分配,由于再利用聚酯熔体的均匀性不好,因此输送管道要尽可能短,以避免其输送时热降解。
(五)纺丝
短纤用纺丝箱体有液相热媒加热(俗称四联苯加热)与汽相热媒加热两种形式,前者现主要用于纺制特殊产品,后者是日常生产中的常用设备。纺丝箱体内置熔体分配管道、计量泵、纺丝组件。(www.xing528.com)
熔体分配管道要求等长、等径、等弯度,以保证各部位熔体均匀输送。
纺短纤用计量泵多为叠泵,有方形与圆形两种,每位一台,有卧式传动与立式传动两种。
纺丝组件每位一套,主要的作用是进一步过滤掉熔体中的杂质与凝胶粒子,并充分混合熔体,同时通过过滤砂和过滤网建立熔体压力,使熔体在通过喷丝板毛细孔后均匀喷出。短纤的组件过滤砂多采用海砂,过滤网多采用100~200目的金属网多层叠加组合。纺短纤用组件有方形与圆形两种,密封方式有自压密封与强制密封两种,而且随着纺丝机单机产能增大,组件直径在不断加大,因此对熔体均匀流通及组件密封的要求也日益提高。
喷丝板装于组件壳体中,每组件一块。喷丝孔排列主要有同心圆形排列、方形排列、均布排列与菱形排列。针对再利用聚酯熔体的均匀性差的特点,在设计喷丝板时,喷丝板孔要略大一点,长径比要加大一些,通常取2~4,特殊品种可加大到6左右,这样可有效减少疵点和注头丝。在孔的排列上,要尽可能保证风的穿透性,使丝条均匀冷却。
(六)冷却
再利用聚酯的纺丝冷却方式为环吹风,一般采用外环吹方式,即风由外向内吹。冷却风进入风室后,经多层阻尼形成稳定均匀的出风,阻尼网由金属烧结毡与金属席型网组合而成,一般分粗过滤、中过滤、精过滤。环吹风可设计成均匀吹风与非均匀吹风两种方式,当生产三维卷曲丝时,迎风面风强,背风面风弱,丝条不均匀冷却,在牵伸后形成螺旋卷曲。环吹装置采用自动升降的方式,便于清板。
(七)上油
纺丝上油的目的是增加丝束的抱合性,减少丝束在卷绕时的摩擦,防止纤维损伤。纺丝上油有单面上油与双面上油两种方式,根据工艺要求自行选择,棉型纤维多选择双面上油,粗旦纤维多选择单面上油。其中前后纺所选油剂尽量统一,前纺油剂浓度低些,后纺油剂浓度高些。
(八)卷绕
短纤卷绕机由牵引机、喂入轮组成,主要控制丝束的卷绕张力。牵引机有五辊、七辊、九辊等不同配置,根据牵引机与喂入轮之间张力来选择,以减少丝束在牵引辊上的打滑现象。牵引辊采用变频调速,一般与喂入轮间形成“超喂”,以保证丝束张力均衡。在再生聚酯纺丝时由于原料相对复杂,容易产生异常丝,所以一般在牵引辊上装刮丝板,避免缠辊造成停机。喂入轮是采用一对齿轮啮合将丝束夹持输送到盛丝筒中。随着齿轮直径加大,对丝的夹持力增加,早期齿轮直径多选用480mm,近年已经加大到600mm,这对减少后纺疵点与超倍长纤维有明显作用。
(九)往复盛丝
前纺落丝后需要平衡一段时间才能进行后加工,目的是消除丝束的内应力,增强油剂的浸润效果,以利于后纺牵伸,一般平衡时间为8h,有些再利用聚酯纤维品质要求不高,平衡时间可短一些。再利用聚酯纺的盛丝装置与原生切片纺相同,也是采用轨道往复运动,使丝束均匀铺开,便于后纺集束。
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