首页 > 论文范文 > 工程工业论文 > 工业综合论文 > 有机化工论文 > 控制聚丙烯膨体长丝线密度变异系数的探讨

控制聚丙烯膨体长丝线密度变异系数的探讨

2024-08-16 26 上传者：管理员

摘要：通过优选挤压机和纺丝箱温度，观察计量泵齿轮的磨损状况，选择喷丝板使用周期，确保分丝正确，保证预牵伸辊和主牵伸辊上缠绕圈数相同，控制膨化变形长丝线密度变异系数小于1.50%，确保了膨化变形长丝连续稳定生产。

关键词：
CV值
变异系数
线密度
聚丙烯
膨体长丝
加入收藏

膨体长丝即连续膨化变形长丝，采用纺丝—牵伸—变形—网络—卷绕一步法工艺。该一步法工艺具有流程短、投资少、设备维护容易、生产成本低、产量高、质量稳定等优点[1]。膨体长丝具有膨松性能好，覆盖面大，色泽艳丽，质地轻柔，成本低廉等特性，被广泛应用于地毯绒面材料。

膨体长丝线密度变异系数(CV值)表示纤维线密度的离散程度，是线密度标准差和相应平均值的百分比值。它是膨体长丝检测的主要内容之一，是评定其质量非常重要的指标。当膨体长丝线密度CV值超过3.00%时，加工的地毯绒面会出现高低不平，颜色差异，覆盖性能差以及漏底布现象，严重影响地毯质量。本公司通过优化设备和生产工艺，生产出线密度CV值小于1.50%的优质聚丙烯膨体长丝，满足地毯用户的要求。本文以聚丙烯膨体长丝为例，探讨如何控制线密度CV值。

1、试验

1.1 原料

聚丙烯切片，牌号Y24，熔融指数2.5 g/min，等规度>97%，灰分质量分数<1×10-4，中国石化济南分公司。色母粒，唐山丰彩塑胶有限公司。

1.2 生产设备

纺丝机，型号为JHS-PP-BCF-N2S6，舟山市金湖化纤机械有限公司。

1.3 生产工艺流程

聚丙烯切片和色母粒→计量混合→挤压机熔融→纺丝箱喷丝→冷却风→上油→热牵伸→膨化变形→冷却定形→打网络结→卷绕成型。

1.4 膨体长丝线密度CV值测试标准

膨体长丝线密度CV值的测试依据FZ/T54001—2012《丙纶膨体长丝(BCF)》进行，优等品CV值标准≤3.00%。

2、结果与讨论

2.1 纺丝温度

2.1.1 挤压机加热温度

用聚丙烯切片生产膨体长丝时，螺杆一区的加热温度主要起到预热作用，一般设定温度高出切片熔点30～35℃即可。如预热温度过高，切片在到达螺杆二区前会过早熔融，使原来固体颗粒间的空隙消失，熔化后的熔体无法压缩，从而失去了往前推进的能力，造成“环结”阻料。反之，如预热温度过低，切片不能熔融充分，也必然造成阻塞[2]。

聚丙烯切片和色母粒进入螺杆一区进行混合料预热，接着进入压缩区压缩排气，混合料表面熔融，再进入计量区，混合料全部熔融，最后进入混合区使熔体进一步混合，得到流变性能基本一致的熔体。如果螺杆压缩区或计量区的加热温度设置过高，会造成熔体降解，长丝断裂强度降低；如果加热温度设置过低，会造成熔体塑化不佳，熔体流动出现波动，单位时间流出的熔体量不一致，导致膨体长丝线密度CV值增大。在聚丙烯切片熔融指数为2.5 g/min、长丝规格为1 600 dtex/144 f、生产速度为1 500 m/min时，螺杆各区加热温度设置见表1。

表1 螺杆各区加热温度

2.1.2 纺丝箱体温度

纺丝箱体温度直接影响着熔体的流变性能、降解程度和初生长丝的预取向，是最重要的工艺参数之一，因此对生产状况和产品质量影响极大，应根据长丝线密度和生产速度来决定。箱体温度过高，熔体降解变黄，长丝断裂强度下降；箱体温度过低，熔体品质不均匀，生产不能正常进行，易造成毛丝和断头增加，还会导致膨体长丝线密度、断裂强度和断裂伸长率变异系数过大，严重影响产品品质[3]。一般要求纺丝箱体温度低于螺杆最后一区加热温度2℃左右，因为熔体通过熔体管道输送会有压力损失，压力损失会提高熔体的温度。当长丝规格为1 600 dtex/144 f、生产速度为1 500 m/min时，纺丝箱体温度设置(228±1)℃为宜。

2.2 计量泵齿轮

驱动电机带动螺杆转动，把匀质的熔体高压输送到计量泵进口处，计量泵电机带动计量泵齿轮转动，把匀质熔体输送到纺丝组件，通过异形喷丝板喷出长丝。计量泵齿轮经过长时间的工作容易磨损，造成计量误差，导致膨体长丝线密度CV值增大。当日常检测膨体长丝线密度CV值超过3.00%时，就应及时检查计量泵齿轮。

计量泵齿轮破损会造成长丝线密度CV值突然变大，在螺杆后与计量泵前如果没有熔体过滤器，在加料时加进硬质杂物，如螺帽、螺钉、铁块、砂粒等物品，必然造成计量泵齿轮损坏。图1所示为因杂物而被损坏的计量泵齿轮。熔体通过受损的齿轮时，熔体挤出量会突然增大，线密度也随着增大，这样CV值会远远超过3.00%。这就要求在原料切片投料斗上部增加一个过滤网，在吸料斗底部增加磁力架，防止杂物进入。

2.3 计量泵熔体进口压力

计量泵熔体进口压力是一个重要的工艺参数。当机头压力过低且计量泵熔体进口压力低于5 MPa时，计量泵的挤出量出现波动，长丝CV值增大；当机头压力过高时，螺杆的逆流量增加，计量泵熔体进口压力过大，泵齿轮受压增大，导致密封受损，出现漏浆现象，同时也缩短了计量泵使用寿命。通过调整计量泵熔体进口压力，测试并计算长丝线密度CV值，详见表2。

图1 损坏的计量泵齿轮

表2 计量泵熔体进口压力与长丝线密度CV值的关系

从表2可看出：当计量泵熔体进口压力增大时，长丝线密度CV值减小；当计量泵熔体进口压力增大到7.0 MPa后，长丝线密度CV值减小不明显。在既保证长丝线密度CV值小于1.50%，又不损伤计量泵齿轮的情况下，选择计量泵熔体进口压力为7.0～7.5 MPa较为合适。

2.4 喷丝板使用周期

在纺丝过程中，随着原料、色母粒和添加剂母料中灰分的不断堆积，会出现堵塞喷丝板部分微孔的现象，导致各个纺位的长丝线密度CV值增大。喷丝板使用周期与原料聚丙烯切片的灰分含量、色母粒和添加剂母料的使用、线密度、有无过滤器及生产速度等因素有关，一般喷丝板使用周期为7～15 d。在使用过程中，如果喷丝板出现漏料，必须更换干净的喷丝板，当线密度CV值超过3.00%时也要更换喷丝板，即使喷丝板使用15 d时仍能正常生产，也应及时更换喷丝板。

2.5 分丝

膨体长丝常规线密度为1 000～3 000 dtex，每束为90～300根单丝，每个纺位有2～6束，这就要求操作工在生头和生产过程中，使长丝经过上油嘴、分丝器、瓷件和膨化器等部件时，每束分丝根数要一致，不能多分或少分，否则线密度CV值会变大，同时还要做到经常巡检，确保分丝正确。

2.6 各牵伸辊长丝缠绕圈数

长丝缠绕在牵伸辊上，通过加热牵伸辊，实现热牵伸。牵伸是指在外力作用下使纤维直径变小，纤维沿作用力方向发生变形，柔曲的分子键舒展，并沿作用力的方向单向变形、重排和取向，同时产生结晶作用。

在牵伸温度和牵伸比一定时，要求每位每束长丝在各牵伸辊上缠绕的圈数必须相同，否则其线密度CV值会很大。经试验，在同一个纺丝位上，当预牵伸辊与主牵伸辊上长丝缠绕的圈数相差1圈或2圈时，测得的长丝线密度CV值见图2。

如图2所示，当主牵伸辊缠绕圈数相差1圈以上或预牵伸辊缠绕圈数相差2圈以上时，长丝线密度CV值超过3.00%。

3、结语

(1)根据聚丙烯切片熔融指数、长丝规格和生产速度，优选螺杆挤压机和纺丝箱体加热温度。

(2)规范计量泵更换周期，防止计量泵齿轮损伤，计量泵熔体进口压力控制在7.0～7.5 MPa。

图2 缠绕圈数差异对长丝线密度变异系数的影响

(3)合理选择喷丝板使用周期。

(4)确保长丝在各牵伸辊上缠绕圈数相同。