第五章短纤维后加工设备

第五章短纤维后加工设备第一节短纤维后加工联合机与牵伸机一、短纤维后加工联合机⒈联合机的组成短纤维在纺丝成形后，必须经过一系列后处理才能成为优良的纺织纤维。短纤维后加工的工艺路线和设备都与长丝截然不同，它是将几十万甚至几百万根单丝集合成一股相当粗的丝束，然后在数台牵伸机之间进行拉伸，以及进行其他的后处理。短纤维采用这种集束拉伸的优点是机台效率高，大大减少机器台数和操作人员，减少占地面积，并提高了劳动生产率。除了因纤维品种和具体条件的不同，后加工的工艺流程和设备基本上都相同。以高强低伸型涤纶短纤维为例，其工艺流程如下：短纤维后加工联合机是由集束架、牵伸机、紧张热定型机、卷曲机、松弛热定型机、切断机和打包机等单元组成。紧张热定型机松弛热定型机圆网松弛热定型机⒉联合机的传动联合机（的设计）应能满足下列要求：⑴前后道机器应能同步运转；例：牵伸机组各机器间往往用长边轴传动，各机器可准确地达到同步运转的要求。⑵便于操作与维修；⑶应有很高的可靠性。联合机是高产的连续生产线，只要一处出了故障不能及时排除，便可造成全线停产，造成重大的经济损失。长边轴传动是用一台电机带动一根长轴经圆锥齿轮减速箱及多档齿轮减速箱（又称排档箱）等传递到各台牵伸机等，以达到同步传动。长边轴传动的优点：⑴传动平稳可靠，可以低速起动；⑵在低速运转或正常运转时都能使各道牵伸机同步，从而保证拉伸倍数的稳定；⑶由于长边轴传动能在低速运行，因此便于生头和除去毛丝，操作方便。长边轴传动的缺点：长边轴的动力传递结构复杂，占地面积较大，且不易改变各道拉伸的工艺参数。长边轴传动的机台有一、二、三、四道拉伸机、紧张热定型及上油机。联合机的运转速度由第三道牵伸机辊筒表面线速度代表（m/min）。联合机的加工能力是指成品纤维的总（特）数。二、牵伸机短纤维和长丝一样，纺丝成形得到的初生纤维需在恒温恒湿的条件下存放一段时间，然后再集束浸渍以施加有一定的预张力后进行拉伸。短纤维是采用集中拉伸，即把几十万根单丝集中成粗丝束，在牵伸机上以50～300m/min的线速度拉伸成一定细度和均匀度的纤维，从而获得足够的强度和合适的伸度，以适应后加工的要求。⑴丝束进入拉伸机前应具有一定的预张力；⑵牵伸辊对丝束的握持力尽可能大，防止打滑；⑶能够有效的控制拉伸点和拉伸温度；⑷应配置防绕辊装置；⑸应确保丝束上油率的均匀稳定。⒈牵伸机的组成⑴牵伸箱牵伸箱通常是铸铁件（也有用钢结构的），在箱内装有牵伸轴、传动齿轮，还装有润滑油装置，分别对各轴承及齿轮进行润滑。而牵伸辊、压辊、缠辊自停装置、浸渍辊等则装在箱体外侧。⑵牵伸辊部件一台牵伸机通常由五个或七个牵伸辊组成一组，它们直径相同，依靠两台牵伸机的速度差来完成丝束的拉伸，因此提高牵伸辊对丝束的握持力、防止打滑、保证拉伸倍数的稳定是至关重要的。为此，丝束在进入牵伸机前要有一定的预张力，且需增加丝在辊筒上的包角或增加辊筒与丝束间的摩擦阻力。此外，在牵伸辊上方或下方增加压辊，以防止丝束打滑，提高拉伸能力，保证拉伸倍数。由于牵伸辊承受很大的扭矩，所以辊筒体需经过多次探伤检查。⑶压辊压辊系铸造结构，外包丁腈橡胶或聚氨酯橡胶，以提高对丝束的握持力，减少打滑现象。压辊安排方式有两种：上压辊和下压辊。上压辊依靠丝束的张力或气缸的压力使压辊压在牵伸辊上。下压辊两端两只气缸压力由下向上紧紧地压住牵伸辊，压紧力可调。⑷浸渍辊在第一台牵伸机和第二台牵伸机上分别有一浸渍辊，浸在水浴槽中，第一台牵伸机的浸渍辊内可通冷却水，作用是控制丝束的拉伸点，防止因拉伸潜热的作用使拉伸点前移，从而达到稳定拉伸的效果。⑸缠辊自停装置工作原理是利用空电变换器将压缩空气讯号转为电讯号。⒉拉伸点的控制纤维在拉伸过程中通常把出现细颈的位置称为拉伸点。为了获得线密度和其他物理机械性能均匀的纤维，拉伸点位置必须稳定。如果拉伸点位置移动，则会出现拉伸不足或毛丝，造成纤维粗细不一，染色不均。由拉伸机理可知，拉伸点的位置与拉伸温度、拉伸倍数、拉伸速度和拉伸张力等因素密切相关，因此必须从拉伸工艺条件及拉伸设备方面来严格保证控制拉伸点位置。＊⑴配置浸渍辊丝束通过第一台牵伸机的几个牵伸辊后，纤维逐渐被张紧，当其张力达到纤维的屈服应力时则出现细颈。为了使拉伸点不发生在拉伸辊的张力坡度上，把第一台牵伸机的最后一辊设定为浸渍辊，浸渍辊内部通有冷却水，从而降低丝束温度，增大纤维的屈服应力，拉伸点就不会提前发生在牵伸辊上。⑵装设加热器第一级拉伸温度控制在Tg以上，温度过高过低都会影响拉伸点。为了稳定拉伸点，一般在第一、第二台牵伸机之间设有水浴或油浴加热器，使纤维内部形成一稳定的温度梯度。当纤维的实际温度上升至所对应的屈服应力时则出现细颈。此外，纤维在拉伸过程中会放出大量的热能，若没有合适的加热介质将发出的热量及时地扩散出去，则会因温度的变化，导致纤维的应力随之变化，拉伸点产生移动。所以，装设加热器是控制拉伸点的有效方法。⑶采用橡胶压辊和增加拉伸辊数目丝束通过牵伸机上牵伸辊时，纤维与金属辊表面存在打滑现象。由滑动摩擦引起纤维的温度升高，影响拉伸点位置的变化。故在牵伸机上采用橡胶压辊和增加牵伸辊数。一般五辊牵伸机打滑系数为7％～10％，而七辊牵伸机打滑系数仅为3％，有利于控制拉伸点和拉伸倍数。⑷采用长边轴传动和提高电气控制精度在拉伸过程中，纤维的形变是一个松弛过程，需要一定的时间，拉伸速度太快，形变来不及发展，造成纤维内应力增加；拉伸速度太低，拉伸取向效果差，纤维强度不高，所以一是要设定拉伸速度的最佳值，二是拉伸速度要始终恒定。为此通常采用长边轴传动方式和提高电气控制元件的精度，来控制各台牵伸机的速度恒定，确保拉伸点的固定。第二节卷曲、切断和打包机一、卷曲机⒈卷曲的目的和方式化纤短纤通常与棉、毛或其他化纤混纺，以织成各种织物。棉纤维外形有天然卷取，羊毛的表面则成鳞片状，并具有天然卷取。而涤纶等化纤表面光滑、外观为圆柱形，纤维间抱合力极差，不易与其他纤维抱合在一起，故可纺性差，对纺织后加工不利。为使短纤维能够模仿天然纤维的卷曲性能，需要进行卷曲加工，使纤维具有一定的抱合力，卷曲的好坏对纺织后加工起着重要的影响。化学纤维的卷曲分三种类型：化学卷曲（较少采用）、物理卷曲（如复合纤维的卷曲）和机械卷曲。机械卷曲是一种施加机械力于已成形纤维而造成卷曲的方法。目前较为广泛采用的为填塞箱法。这种方法制得的纤维弯折小，抱合力好，而且设备紧凑，卷曲效果比较明显。在实际生产中被广泛采用。该法是将丝束推进填塞箱（卷曲箱）内，在丝束出口处用反压顶住，强迫纤维弯折，形成二维空间的平面卷曲。⒉卷曲的原理纤维在卷曲箱内的卷曲机理可以用受压杆的弯曲理论来解释。一根长为L的细杆，一端A固定，另一端B受外力P的压缩作用，因而发生弯曲。丝束就好像一根细杆，两卷曲轮夹持丝束的点可看作为固定端A，而气动压力阻止丝束走出卷曲箱，因而对丝束产生的阻力则可看成外力P作用于B端。丝束在卷曲箱内卷曲过程可分为三步。第一次卷曲：上下卷曲轮夹持丝束向卷曲箱内推进，此时丝片的下面一边W点紧靠下辊面，前方则已受阻不能挺直前进，但后方丝束继续进入箱内，而丝片上方与上辊面间已有一定的空隙，丝片凸向上辊面开始弯曲，直到V点碰住为止。这是弯曲的初步形成，弯折长度为1㎜左右。随着丝片不断前进，两辊面距离逐渐增大，V、W两点各自紧靠上下辊面前进，当进到位置b时，V点仍与上辊面紧贴，但下边与下辊面也有一定的空隙，于是下边的U点开始弯曲，凸向下辊面，直到碰住为止。一上一下形成一个弯折波。当丝片进到位置c、d时，丝片再发生弯折。这样在两卷曲轮夹持点前进方向8～11㎜距离内完成了第一次卷曲。第一次卷曲波纹很细密，它是卷曲丝束的基本形态。第二次卷曲：已发生弯折的丝束从11㎜处再前进时，由于两辊面之间空隙更增大，使得丝片不能挺直沿水平线前进，而是在前方丝片压力下弯到一个辊面上并贴在其上前进。在贴辊面走了一段之后，两辊面之间间隙更大。由于前方丝片的阻力，迫使丝片弯曲去填满空间，这种弯曲也是顶住一个辊面，中间向另一个辊面弯曲，在11～25㎜范围内发生第二次弯曲。第一次弯曲时单丝在弯折，而第二次弯曲时则是弯折丝片。第三次卷曲：已形成两次卷曲的弯折丝片，从25㎜处再往前进，由于两卷曲轮间的间距继续增大，而且这增大远比以前更为剧烈，丝束的既成形状已不再能填满新的空间了。而前方丝束的阻力和后方丝束的推力仍迫使丝束改变自己的形状来填满这些空间，这就发生了第三次弯曲，此弯曲一般发生在卷曲刀刀口处。继续再往前进，则因空隙不再增加，丝束就以基本不变的形态在两卷曲刀的刀面上逐渐向前滑移。⒊蒸汽预热箱经过拉伸后的丝束，弹性模量E很大，不利于丝束的卷曲，即使卷曲也不稳固；又因丝束含湿低，卷曲不充分，因此在丝束进入卷曲机前必须先经蒸汽预热箱给湿预热，以降低丝片的弹性模量和提高其湿度。二、切断机涤纶等短纤维通常是与棉、羊毛以及其他化学纤维混纺的，根据所纺纤维品种长度的不同，要将涤纶丝束切断成相应的长度。棉型短纤维切断长度为38㎜，并要求均匀度好。中长纤维用来与粘胶短纤维或与其他纤维混纺，切断长度为51～76㎜。毛型短纤维则要求纤维较长，用于粗梳毛纺的切断长度为64～76㎜，用于精梳毛纺的切断长度为89～114㎜。⒈沟轮式切断机丝束通过牵引辊喂入切断机，并由一对沟轮将丝束夹住。沟轮上开有许多沟槽，在两沟轮转动的垂直平面上有一回转刀盘，在刀盘上装有数把切断刀。随着刀盘的回转，切断刀正好从沟槽中通过，将丝束切断。切断后的纤维顺着沟轮下的喇叭口落入风管被吸走。⑴牵引辊作用是夹紧丝束、并将其送入切断机内。主动牵引辊是一金属辊，表面镀硬铬；被动牵引辊则表面包覆橡胶，依靠气缸压力夹紧丝束，使其在拉紧状态下喂入沟轮。⑵沟轮起着夹紧丝束的作用。由轮辐和外圈组成，外圈材料为铸钢基体，表面包覆丁腈橡胶，以增加其握持力。外圈上开有等分沟槽，常用槽数有45、60、64、69四种，以适应切断不同长度的纤维时选用。⑶切断刀和刀盘切断刀刀盘最多能装6把刀，所装刀数要与纤维切断长度相适应。切断机的刀盘轴倾角一般取6°，这样在切断过程中，使刀和丝束形成顺切的情况，以减少丝束对刀口的正面冲击，降低摩擦热，避免产生超长纤维。⑷加压系统⑸传动系统⒉压轮式切断机（亦称刀盘式）随着加工速度、丝束总线密度和产品质量要求的不断提高，上述沟轮式切断机的缺点变得越来越明显。这种切断机的刀盘上最多装6把刀，工作效率较低，如用提高加工速度的办法来提高生产率，则沟轮和刀盘的转速将增大，机构工作的稳定性变差，其切断速度受到了限制。沟轮式切断机切断丝束带有冲击性，丝束总线密度越高，冲击性越强烈。有刀角的刀具虽可减少冲击，但丝束和刀刃之间相对滑动，刀刃易发热，降低了刀具的耐磨性，影响刀具的使用寿命。由于刀具对丝束的冲击和刀具的迅速变钝，使纤维的切断长度偏差增大。转轮式切断机有一大直径的刀盘和一个与其保持一定距离的压轮。刀盘上径向安装众多刀片，刀片的刀刃向外，刀刃间的距离即为纤维的切断长度。工作时，进入切断机的丝束预先经过张力装置，以均匀的丝束张力连续地绕在刀盘外周，丝束层越绕越厚，当厚度大于刀盘和压轮之间的间隙时，压轮把丝束压向刀刃，绕在刀盘上的内层丝束就被刀刃割断，切断后的短纤维从刀盘中引出，切断速度最高达260m/min。三、打包机打包机的作用是将松散的纤维打成一定重量、一定体积的包装。机械传动打包机国际上早已淘汰，我国也基本不再生产。目前广泛采用的多为双箱液压打包机，由三个部分组成，即：打包称量机、皮带输送机和打包主机。切断后的短纤维由皮带夹送到打包机顶部，再落入称量斗分批称量。称量后的纤维送入料仓进行预压（即将纤维分层压紧），预压的次数和称量数相同。当纤维达到一定量后提起箱体，并将箱体绕中心轴旋转1800至主压头下。落箱后，在主压油缸作用下，纤维被进一步强制压紧至所需大小的体积，用铁丝捆紧，卸压后由推包汽缸顶出捆紧的纤维包。⒈打包称量机⒉皮带输送机称量好的短纤维由计量斗排放到回转着的皮带输送机上，送入预压纤维箱。传动采用摆线针齿行星减速器。输送带的运行由称量机控制，称量机发出满箱信号后，一般经过4秒左右输送机