任玉國REN Yu-guo

（北京中麗制機(jī)工程技術(shù)有限公司，北京 101111）

0 引言

生產(chǎn)聚酰胺的起始原料主要來自石油，少量來自煤和植物原料。聚酰胺66 作為聚酰胺主要品種之一，具有強(qiáng)度高、耐摩擦、耐高溫、耐腐蝕等特性，綜合性能較好，需求量占全球聚酰胺產(chǎn)品的比重為44%。中國聚酰胺66 產(chǎn)能逐年增長。目前只有國外幾家公司擁有成熟的聚酰胺66生產(chǎn)技術(shù)，包括日本旭化成公司和美國杜邦公司。該產(chǎn)品與聚酰胺6 相比較，具備良好的機(jī)械強(qiáng)度、剛度、耐熱和耐磨性，以及良好的抗蠕變性能及較低的干熱收縮率等優(yōu)勢(shì)，在車輛、無人機(jī)、電子電氣中有著很廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，并有著很好的市場(chǎng)發(fā)展前景。目前，國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)聚酰胺6 工業(yè)絲的裝備及工藝已經(jīng)相對(duì)成熟，但國內(nèi)用戶紡制錦綸66 工業(yè)絲的技術(shù)還不太成熟。而國內(nèi)企業(yè)紡制聚酰胺66 工業(yè)絲的工藝仍不很完善。

1 聚酰胺66 高強(qiáng)工業(yè)絲紡牽聯(lián)合機(jī)的工藝流程和設(shè)備特點(diǎn)

1.1 聚酰胺66 高強(qiáng)工業(yè)絲紡牽聯(lián)合機(jī)的工藝流程

聚酰胺66 高強(qiáng)工業(yè)絲紡牽聯(lián)合裝置的主要工藝是：干切片→轉(zhuǎn)鼓固相增黏→紡絲料倉→螺桿擠壓機(jī)熔融擠壓（帶氮?dú)獗Ｗo(hù)）→纏繞螺線加熱熔融液體輸送→紡絲技術(shù)熔融液體計(jì)量→組件噴絲頭→緩冷裝置→組合式過熱蒸汽噴射、單體吸收裝置→驟冷裝置→甬道加濕裝置→唇式上油系統(tǒng)→喂入熱輥+分絲輥→第一對(duì)低溫牽伸輥→第二對(duì)中溫牽伸熱輥→第三對(duì)高溫牽伸熱輥→第四對(duì)高溫牽伸定型熱輥→松弛定性部件→調(diào)張力導(dǎo)盤→網(wǎng)絡(luò)器→高速卷裝。

1.2 原料

聚酰胺66 切片：美國英偉達(dá)，編號(hào)：U4800 原生切片，相對(duì)粘度為2.7，熔體密度1.15g/ml，熔點(diǎn)252℃，平衡吸水率2.5%。25 公斤/包。

1.3 聚酰胺66 高強(qiáng)工業(yè)絲紡牽聯(lián)合一體化設(shè)備技術(shù)參數(shù)和規(guī)格如圖1、表1

表1 聚酰胺66 高強(qiáng)工業(yè)絲紡牽聯(lián)合設(shè)備技術(shù)參數(shù)

圖1 全機(jī)布置圖

1.4 設(shè)備形式及技術(shù)特點(diǎn)

1.4.1 公用工程設(shè)備

空壓機(jī)的選用：一般選用高效節(jié)能變頻式的螺桿壓縮機(jī)，因?yàn)榇朔N形式加壓機(jī)安全性最高。而且螺桿壓縮機(jī)元件較少，無明顯的易損件，且延壽長。恒壓供氣，視工況產(chǎn)氣。同時(shí)從使用上維護(hù)起來比較方便。此種螺桿壓縮機(jī)有較高的自動(dòng)化水平，動(dòng)力平衡性強(qiáng)。由于螺桿式壓縮機(jī)無不平衡慣性力，能夠穩(wěn)定地高速運(yùn)行，也適用于移動(dòng)式壓縮機(jī)，重量輕、穩(wěn)定性好、占用面積小，環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)，壓力露點(diǎn)溫度在-20℃。設(shè)置了空壓機(jī)的節(jié)能監(jiān)測(cè)裝置，并安裝了干燥機(jī)聯(lián)控職能系統(tǒng)，與空壓機(jī)配套操作，降低了能耗。

保持管網(wǎng)壓力波動(dòng)穩(wěn)定，并控制空壓機(jī)的加卸載，設(shè)置了節(jié)能輔助柜。流量計(jì)算監(jiān)控管理模塊實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)控壓縮空氣控制系統(tǒng)的流速、氣壓、露點(diǎn)數(shù)據(jù)。選用一臺(tái)22kW的空壓機(jī)，在制造時(shí)確定工作壓力為7bar。為滿足這一壓縮空氣潔凈標(biāo)準(zhǔn)，其推薦配置如圖2 所示。

圖2 空壓設(shè)備布置圖

空調(diào)的選用：復(fù)合式空調(diào)，一樓環(huán)境進(jìn)風(fēng)28000Nm3/h，熱輥冷卻風(fēng)6000Nm3/h，環(huán)境回風(fēng)41000Nm3/h；二樓側(cè)吹風(fēng)20000Nm3/h；三樓：環(huán)境回風(fēng)12000Nm3/h。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，擬選擇空調(diào)機(jī)規(guī)格如下（4.0+4.0）×104m3/h 復(fù)合空調(diào)機(jī)組1 臺(tái)，空調(diào)機(jī)組所需冷量約50×104Kcal/h，裝機(jī)容量90kW。

真空轉(zhuǎn)鼓干燥器：鄭州中遠(yuǎn)干燥系統(tǒng)FKT310 系列、固相增粘系統(tǒng)，使用低溫催化劑，無氫耗氨氣凈化系統(tǒng)。采用低露點(diǎn)除濕系統(tǒng)。干燥溫度75℃，干燥時(shí)間4~6 小時(shí)，干燥能力0.6 噸/小時(shí)。增粘后相對(duì)粘度3.4。

1.4.2 螺桿擠壓機(jī)

螺桿具有三段有效長度，分別為輸送段、壓縮段、計(jì)量段。第一段是輸送段，原料在此處控制不能被塑化，但要達(dá)到預(yù)熱溫度，且原料受壓擠實(shí)，主要完成輸送任務(wù)。第二段是壓縮段，此段前后具有一定的壓縮比例變化，螺槽體積漸變，由大逐漸變小，并且加熱溫度要達(dá)到物料的塑化程度，此處對(duì)物料產(chǎn)生壓縮，完成塑化的物料進(jìn)入到第三段。第三段是計(jì)量段。此處物料達(dá)到塑化溫度，同時(shí)能夠定量地、準(zhǔn)確地輸送熔體物料，以供給擠出頭，此時(shí)溫度不能低于塑化溫度。聚酰胺66 切片需要耐磨性高的螺桿，所以選擇了耐磨性很強(qiáng)而且淬透層深的材質(zhì)，采用了高耐磨的萊氏鉻鋼，此類鋼中包含17%足有的耐磨性強(qiáng)的萊氏體碳化物。用這種鋼材生產(chǎn)的螺桿，表面硬度達(dá)到了HRC60-62（HV700-800），并且?guī)в蟹浅Ｉ畹目纱阃感浴．?dāng)螺棱的表面磨損之后，重新露出的表面還是與以前的表面具有同樣的耐磨性。實(shí)踐表明，用這種鋼制成的螺桿在生產(chǎn)聚酰胺66 時(shí)，螺桿壽命比用氮化鋼制成的螺桿要高出數(shù)倍。螺套材料是在預(yù)先加工好的中碳鋼筒體或無縫鋼管上用離心澆注的方法澆鑄一層Xaloy101 合金，形成雙金屬的機(jī)筒。

在螺桿擠壓機(jī)參數(shù)選型時(shí)，選擇合適的螺桿直徑，螺槽深度至關(guān)重要。按所紡成品絲旦數(shù)和兩條螺桿擠壓機(jī)配套的4 個(gè)位、4 頭紡、紡速3000 米/分、后剩余拉伸倍數(shù)等計(jì)算產(chǎn)量。配套的拉伸卷繞機(jī)產(chǎn)量公式計(jì)算如下：

表2 聚酰胺66 高強(qiáng)工業(yè)絲紡絲生產(chǎn)技術(shù)參數(shù)表

按照設(shè)計(jì)的生產(chǎn)能力選擇擠壓機(jī)，首先要對(duì)螺桿擠壓機(jī)理論生產(chǎn)能力作出計(jì)算：

式中：Q—體積擠出量（cm3/min）；

n—螺桿轉(zhuǎn)速（r/min）；

P1—進(jìn)計(jì)量段壓力（Pa）；

P2—出計(jì)量段壓力（Pa）；

α— 正流流量常數(shù)（cm3）；

η—熔體黏度（Pa·S）；

β—逆流和漏流流量常數(shù)（cm3）；

L0—螺桿計(jì)量段長度（cm）；

D—螺桿直徑（cm）；

h3—計(jì)量段槽深（m）。

1.4.3 紡絲箱體

紡絲箱體采用的是一個(gè)位一個(gè)箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式，箱體中包含內(nèi)包括了二臺(tái)紡絲計(jì)量泵和四個(gè)紡絲設(shè)備部件。計(jì)量泵為一進(jìn)二出的結(jié)構(gòu)，流量為15cc/r ，拖動(dòng)電機(jī)功率為1.5kW。

由于聚酰胺66 熔體極易結(jié)膠，因此紡絲箱體采用上下層的分體式，由下箱體與上箱體組成，縮短了熔體的停留時(shí)間，提高了熔體熱效應(yīng)，也便于定期拆卸煅燒。上箱體主要包括熔體管路和金屬砂，電阻絲加熱介質(zhì)，下箱體包括組件及導(dǎo)熱油。箱體內(nèi)的熔體管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)為全螺紋可拆卸的形式。聚酰胺66 熔體經(jīng)過一種特別設(shè)計(jì)的管道配置網(wǎng)絡(luò)，直接進(jìn)入紡絲技術(shù)箱體中，并在管道內(nèi)設(shè)有靜態(tài)混合器元件，能將熔體充分混合均勻化，并以相等的時(shí)間和壓力降送入每一個(gè)紡絲泵的入口，而熔體分配管為夾套式構(gòu)造并由熱媒進(jìn)行保溫。

熔體在各個(gè)紡絲位置上的滯留持續(xù)時(shí)間、溫度、剪切速度與壓力分配必須均衡一致，在連接處無死角避免存料快速降解，并減少滯留點(diǎn)和死點(diǎn)。下裝式高壓自封圓型組件、紡絲箱都是由熱媒加熱保溫。并有熱媒溫度檢測(cè)點(diǎn)。在每個(gè)紡絲箱體上都設(shè)置有熔體壓力檢測(cè)點(diǎn)，以持續(xù)測(cè)量紡絲組件壓力，紡絲箱體外部由絕熱材料作為填充物的保溫隔熱罩保溫。

紡絲熔體通過熔體分配管路進(jìn)入紡絲箱體。計(jì)量泵的主要功能是使熔體在高壓下連續(xù)不斷地精確地供應(yīng)組件和紡絲。因?yàn)橛?jì)量泵要達(dá)到很高的精密測(cè)量準(zhǔn)確性，泵動(dòng)傳動(dòng)軸需經(jīng)由永磁同步電機(jī)直聯(lián)擺線針齒減速機(jī)的控制、變頻調(diào)壓。每個(gè)泵彼此獨(dú)立控制傳動(dòng)。傳動(dòng)軸也能夠伸縮，傳動(dòng)系統(tǒng)軸包括了萬向聯(lián)軸節(jié)和保險(xiǎn)銷等保護(hù)裝置。

1.4.4 紡絲組件和噴絲頭

紡絲組件和噴絲頭是整個(gè)紡織流程中最關(guān)鍵的組件之一，紡絲組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為下裝弧形結(jié)構(gòu)，主要由鎖緊螺母、壓蓋、熔體分配室、噴絲板、組件體、密封墊、不銹鋼珠、燒結(jié)金屬板，以及多層過濾網(wǎng)等組成。主要特征：內(nèi)部組成由不銹鋼珠，燒結(jié)金屬板取代了原來的海砂和多層過濾網(wǎng)，燒結(jié)金屬板的過濾面積和體積要比海沙和多層過濾網(wǎng)多50%，通過不銹鋼珠過濾網(wǎng)可以防止原料和海砂很快結(jié)塊，使原材料在熔體分配室腔內(nèi)的混勻時(shí)間比較充分，可以延長使用期限，從而保證了過濾組件傳熱均勻，增加熔體的均勻度；獨(dú)特的網(wǎng)封和自緊封確保組件不泄漏。組件內(nèi)部傳熱均勻，增加了熔體的均勻度；由于熔體的黏度較高，因此采用了特殊的連線封和自緊密封確保組件不泄漏。

紡絲組件尺寸為：?120mm，噴絲板為140 孔。板面孔的排布形式與孔之間的間距的選取非常關(guān)鍵，在有限的板面上排布孔數(shù)，增大間隙并進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟贾?。噴絲頭端面的小圓孔的布置方式要使每條單絲都要達(dá)到均勻一致的冷卻要求，并應(yīng)使熔體流量、效率分配均勻，因此為保證每單條絲束都冷卻充分，絲在冷卻吹風(fēng)的圓周方向上可以互相交錯(cuò)，避免阻擋。在相同的冷卻要求下，絲束才能良好地冷卻。

1.4.5 緩冷裝置

為保證初生纖維的內(nèi)外結(jié)構(gòu)的一致性，并且為了避免聚酰胺66 熔體從噴絲板噴出后突然驟冷，產(chǎn)生內(nèi)部大分子鍵的交纏，從而直接影響成型絲的整體硬度及強(qiáng)度，所以需要在噴絲板下設(shè)置延緩驟冷區(qū)，使聚酰胺66 熔體暫時(shí)在（220～250）℃的熱空氣保留一段時(shí)間而不至于急速冷卻，特別設(shè)計(jì)緩冷加熱器以起延緩驟冷效果的作用。

1.4.6 過熱蒸汽噴射單體抽吸裝置

聚酰胺66 切片中具有一定含量的單體和低聚物。這些單體和低聚物在紡絲過程中，在高溫下會(huì)以氣體形態(tài)隨熔體從噴絲孔中持續(xù)析出，在經(jīng)過側(cè)吹風(fēng)和環(huán)境溫度的冷卻作用下，會(huì)結(jié)晶并粘附在噴絲板比表面和側(cè)吹風(fēng)的風(fēng)網(wǎng)板表面，惡化了紡絲條件，造成斷頭率增加。所以在噴絲板下部設(shè)置復(fù)合式蒸汽及單體抽吸系統(tǒng)，該系統(tǒng)裝置使用110℃的過熱蒸汽以及高壓水噴射抽吸單體，同時(shí)還在吸嘴部位設(shè)置電加熱板，以確保單體沒有冷卻結(jié)晶并阻塞抽吸口。

1.4.7 絲束的冷卻裝置

側(cè)吹風(fēng)的冷卻風(fēng)溫彼此形成由高至低的階梯關(guān)系。側(cè)吹風(fēng)所選擇的最大有效放風(fēng)量長度為1500mm，而制冷設(shè)備對(duì)流體狀絲條的冷卻作用的好壞，對(duì)化纖材料的物理特性、成型化纖的工藝特性及其纖維的相關(guān)技術(shù)指數(shù)等都將造成直接影響。由于聚酰胺66 纖維熔體的粘度較高，所以對(duì)紡絲的工藝條件要求的也較為苛刻，若側(cè)吹風(fēng)冷卻不理想（如側(cè)吹風(fēng)的溫度過高或過低），因此一旦側(cè)吹風(fēng)冷卻控制不到位時(shí)（如側(cè)吹風(fēng)的溫度控制偏高或偏低），將對(duì)絲束的物理參數(shù)的強(qiáng)力變化也造成很大的影響。一旦側(cè)吹風(fēng)冷卻裝置的吹風(fēng)冷卻溫度過低，因纖維驟冷會(huì)發(fā)生纖維外表面快速固化，而纖維內(nèi)核心卻仍然保持熔融狀態(tài)的現(xiàn)象，而出現(xiàn)纖維表層迅速地冷凝，但纖維的內(nèi)部結(jié)構(gòu)依然處于熔體狀態(tài)，使纖維形成皮芯清晰結(jié)構(gòu)狀態(tài)，皮芯纖維因發(fā)僵、發(fā)硬，后道拉伸倍數(shù)會(huì)顯著降低并且強(qiáng)力下降；如果側(cè)吹風(fēng)冷卻裝置溫度過高，因纖維冷卻不徹底，在制造過程中易使毛絲數(shù)量增加，而且在紡絲的卷繞流程中容易產(chǎn)生單絲纖維間的粘連現(xiàn)象，聚酰胺66 工業(yè)絲在紡制時(shí)，主風(fēng)道壓力：600Pa 風(fēng)溫通常調(diào)節(jié)為（17-25℃）±1℃。風(fēng)速不均勻度≤±4%，平均相對(duì)濕度（75-85）±5%，最大風(fēng)速0.5-1.0m/s。側(cè)吹風(fēng)由制冷系統(tǒng)向側(cè)吹風(fēng)裝置供應(yīng)穩(wěn)定、清潔的冷卻風(fēng)。

1.4.8 上油裝置

采用可調(diào)節(jié)角度形式的油輪上油裝置設(shè)計(jì)：在拉伸裝置上部設(shè)有了油輪上油裝置，每組上油裝置采用雙油輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，每組油輪設(shè)計(jì)為上下錯(cuò)位夾縫式設(shè)計(jì)，保證絲束的整體表面都能充分上油，使每根單絲不交織或疊絲，從而克服了以前的絲束單邊上油的缺點(diǎn)，根據(jù)紡絲品種差異，變頻器精確控制油輪電機(jī)，從而控制油輪的供油量，使上油均勻。油輪表面吸附率0.4g/cm2。絲束將在經(jīng)導(dǎo)絲裝置時(shí)會(huì)滴落部分油劑，由接油盒收集油劑，油盒采用可拆卸組合式設(shè)計(jì)。

生產(chǎn)聚酰胺66 粗旦工業(yè)絲時(shí)，由于絲束的單根絲數(shù)量較多，單絲纖度為4-9dpf，因此為了提高該絲束的上油均勻度，油劑必須選用煙霧量小、擴(kuò)散性較強(qiáng)的油劑。

1.4.9 拉伸定形

聚酰胺66 絲束自上而下，經(jīng)過油輪上油部件，對(duì)絲束表面進(jìn)行上油，并經(jīng)過預(yù)網(wǎng)絡(luò)器將絲束表面的油劑吹均勻，再經(jīng)過剪絲吸絲器及導(dǎo)絲器，傳送至?190mm 喂入輥及?70mm 分絲輥，其輥殼表面為陶瓷。絲束在喂入分絲輥上纏繞3 圈，保持常溫狀態(tài)，作用是將初生的絲束握持住消除附加張力，并給予絲束一定的速度，速度為555m/min。然后傳送至第一對(duì)低溫?zé)彷?，喂入分絲輥與第一對(duì)熱拉伸輥保持1∶1.02 的速比，使絲束保持一定的張力，并將絲束在第一對(duì)低溫?zé)彷伇砻娣€(wěn)定鋪開，并對(duì)絲束進(jìn)行了低溫預(yù)加熱，溫度設(shè)定位75-85℃，紡速566m/min。

絲束在第一對(duì)低溫?zé)彷伾侠p繞5~6 圈后傳至第二對(duì)高溫拉伸熱輥，輥殼表面為陶瓷，第一對(duì)低溫?zé)彷伵c第二對(duì)高溫拉伸熱輥拉伸倍數(shù)為3.4 倍，溫度設(shè)定位200-220℃，紡速1924m/min。

絲束在第二對(duì)高溫拉伸熱輥上纏繞5~6 圈后傳送至第三對(duì)高溫拉伸熱輥，其輥殼表面為陶瓷，第二對(duì)高溫拉伸熱輥與第三對(duì)高溫拉伸熱輥拉伸倍數(shù)為1.5 倍，溫度設(shè)定位220-240℃，紡速2886m/min。

絲束在第三對(duì)高溫拉伸熱輥上纏繞5~6 圈后傳送至第四對(duì)拉伸定型熱輥，其輥殼表面為陶瓷，第三對(duì)高溫拉伸熱輥與第四對(duì)拉伸定型熱輥拉伸倍數(shù)為0.96 倍，溫度設(shè)定位180-200℃，紡速2770m/min。

絲束在第四對(duì)拉伸定型熱輥上纏繞5~6 圈后傳送至松弛加濕部件，達(dá)到為絲束松弛加濕作用。接著進(jìn)入松弛導(dǎo)盤（φ190×180mm），輥殼表面為陶瓷，無加熱功能，起松弛消除張力作用。絲束在弛導(dǎo)盤纏繞后送至終網(wǎng)絡(luò)打結(jié)，打結(jié)后傳送至i-BWA40T-1200 系列卷繞裝置完成卷繞。

1.4.10 卷繞成形

采用北京中麗制機(jī)公司的新型摩擦輥主動(dòng)式i-BWA40T-1200/4 型細(xì)卡盤全自動(dòng)換裝筒高速卷繞頭。卷繞頭卡盤的錠長為1200mm，4 頭紡卷繞頭，動(dòng)程250mm；紡絲卷裝速度為2500m～3000m/min，夾頭電機(jī)采用高速伺服型。

2 主要工藝參數(shù)

主要工藝參數(shù)見表3、表4。

表3 典型產(chǎn)品纖維的紡絲工藝表

表4 典型產(chǎn)品的拉伸-熱定形-卷繞工藝

3 結(jié)果

新設(shè)計(jì)的聚酰胺66 設(shè)備在紡絲箱體設(shè)備上進(jìn)行了改進(jìn)，改為上下層分體式，并對(duì)組件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了一定的改進(jìn)，單體抽吸的新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，側(cè)吹風(fēng)部位的結(jié)構(gòu)改善，以及油輪新結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，對(duì)熱輥的重新排布等，拉伸熱輥的新排布，所生產(chǎn)930dtex/140f 聚酰胺66 工業(yè)絲，成品絲經(jīng)檢測(cè)線密度在921-935 dtex 范圍內(nèi)，斷裂強(qiáng)度在8.92CN/dtex～8.94CN/dtex，屬于一等品，成品絲率達(dá)95%。（表5）用[J].輪胎工業(yè)，2007（10）：618-620.

表5 成品絲測(cè)試結(jié)果