棉纶纤维装置简介和重点部位及设备

　　一、装置简介

　　(一)装置发展及其类型

　　1，装置发展

　　聚酰胺纤维是世界上最早投入工业化生产的合成纤维，也是合成纤维的一个主要品种，是由分子主链通过酰胺键 连接起来的一类合成纤维。

　　聚酰胺纤维有许多品种，目前工业化生产及应用量广泛的仍以聚酰胺6和聚酰胺66为主。我国以生产聚酰胺6为主，其商品名称为“锦纶”，聚酰胺6纤维名称便为“锦纶”纤维。

　　1935年Carothers等人在实验室中，用己二酸和己二胺制成了聚酰胺66，发现这是一种：具有重大工业意义的原料，1938年以中间实验规模开始了生产。几乎与此同时，法国的÷Schlack在1938年发明了用己内酰胺聚合制取聚酰胺6及其生产纤维的技术，1941年开始工业化生产。

　　由于聚酰胺纤维具有优良的物理性能和纺织性能，以后发展速度很快，在合成纤维产量中一直占居首位，但从1972年开始才为涤纶所超越而退居次位。

　　2．装置的主要类型

　　除了特殊类型的耐高温和改性聚酰胺纤维之外，其他各种聚酰胺纤维(包括聚酰胺6纤维即锦纶纤维)均采用熔体纺丝法成形。由于一般聚酰胺是热塑性树脂，有明显的熔点，其熔融温度低于分解温度，因此可采用螺杆挤压机送人纺丝箱进行熔融纺丝。

　　聚酰胺纤维装置的主要类型是以切片熔融纺丝法为主。虽然在生产上也有采用缩聚后熔体直接纺丝的工艺，但因其技术要求高，质量上较难控制，特别是聚酰胺6(即锦纶)的聚合体内含有10％左右的单体和低聚物，聚酰胺6聚合物并不“纯净”，会造成纺丝困难、纤维结构不均匀的现象。因此，聚酰胺6直接纺丝法目前大多限于生产短纤维，而对于长丝品种则主要采用切片纺丝法。

　　根据纺丝的速度区别，熔体纺丝的速度为1000—1500m／min称为“常规纺”；熔融纺丝机的卷绕速度向高速(3000-4000m／min)发展后，形成了“高速纺”，这就使常规纺时卷绕丝由原来结构和性能都不太稳定的未拉伸丝(UDY)转变为结构和性能都比较稳定的预取向丝(POY)。在实际生产中，为避免卷绕丝在卷装上发生过多的松弛而致变软、崩塌，故其相应的高速纺丝速度必须达到4000-4500m／min。20世纪80年代后，聚酰胺纤维生产已成功地应用高速卷绕头(机械速度可达6000m／min)一步法制取全拉伸丝(FDY)，于是常规纺被高速纺取代，锦纶纤维装置生产进入新时代。

　　本节以聚酰胺6(即锦纶)高速纺丝工艺为例，阐述其装置的安全技术。

　　(二)单元组成与工艺流程

　　L单元组成

　　(1)熔体输送单元

　　这是一个纺丝原料供给单元。由前道生产工序聚合装置而来的锦纶树脂切片，通过螺杆挤压机的加热、熔融和挤压，将熔融体送到纺丝单元进行纺丝生产和后加工处理。

　　(2)纺丝单元

　　该单元是锦纶纤维装置的主要生产单元。从螺杆挤压机来的熔融态聚酰胺6原料，进入纺丝单元内纺丝箱内列管式熔体分配管，经由纺丝孔连续纺出无数条聚酰胺6纤维单丝，然后在后续生产工序进行加工处理。

　　(3)卷绕单元

　　与聚酯纤维装置加工一样，从卷绕单元开始一直到聚酰胺6纤维(锦纶纤维)产成品为止，均属后加工处理部分。在卷绕单元中配置了高速卷绕机(一般卷绕速度取4000-5000m／rain，最高可达6000m／min)，将前道工序来的单丝经高速卷绕成丝筒，然后转入下道生产工序。

　　(4)拉伸单元

　　拉伸单元是为聚酰胺6长丝后加工设立的一个生产工序，而且是一个关键工序。其作用是，一方面通过对纺丝、卷绕单元来的单丝进行热拉伸，以消除锦纶纤维在加工过程中由于机械作用所产生的内应力；另一方面，在受加热提高温度的情况下，也有利于纤维的取向和结晶向正常方向发展。因此，拉伸单元也是聚酰胺6长丝质量的重要控制单元。加热载体可采用电加热板同单丝直接接触，亦可采用液体(例如介质为热水或热油剂的液体)浴或蒸汽浴加热单丝来实施。

　　(5)加捻单元

　　加捻单元是将聚酰胺6单丝通过拉伸加捻机，经过喂入、拉伸、加捻和卷绕等四步拉伸加捻后，按市场需要加工成有不同粗细纤度(dtex，即“旦”)的粗丝，最后包装为成品出厂。如果要生产聚酰胺6弹力丝，是采用假捻变形法；如果要生产聚酰胺6帘子线，乃采用切片法，其聚合至拉伸工艺与普通长丝工艺基本相同；如果要生产聚酰胺膨体长丝，乃采用SIYFY法，即纺丝、拉伸和喷气变形加工一步法进行连续生产；如果要生产聚酰胺6短纤维，则采用直接纺丝法等。以上这些后加工处理工艺生产单元均不完全相同，本节就不一一赘述了。

　　2．工艺流程

　　以聚酰胺6高速纺丝拉伸一步法工艺和聚酰胺6长丝纤维后加工生产为实例，分别进行工艺流程的叙述。

　　(1)聚酰胺6FDY高速纺丝生产流程其流程如图6—4所示。

　　(2)聚酰胺6FDY生产流程叙述

　　来自切片料斗并已对湿切片进行干燥，使含水率降至0．06％以下的干切片进入螺杆挤压机一1。切片在螺杆挤压机内通过热能和机械能使之熔融、压缩和均匀化，然后聚合物烙体经螺杆末端的混炼头流向熔体分配管一2，进入纺丝箱体--3。在纺丝箱体内，熔体经纺丝组件、喷丝板压出而成为熔体细流，并在骤冷室的恒温、恒湿空气中迅速凝固成为丝条。丝条经过喷嘴上油后，离开纺丝甬道--4被牵引到第一导丝辊--5，以一定的高速度将丝条从喷丝板拉下，得到预取向丝(POY)。丝条自第一导丝辊出来后继续被牵引到第二导丝辊--6，在此通过改变两导丝辊的速度比来调节所要求的拉伸比。丝条最后经过第三导丝辊--7，以控制一定的卷绕张力和松弛时间，然后进入卷绕装置的高速卷绕头一8。在卷绕机的上方配置有交络喷嘴，在喷嘴中通人蒸汽或热空气，使丝条交络并热定型，成品丝便通过卷绕机卷绕在筒管上。满卷的丝筒落下后经检验、分级和包装，便得到了锦纶长丝FDY产品，这样就完成了聚酰胺6FDY高速纺丝生产工艺流程走向。

　　(3)聚酰胺6长丝纤维后加工生产流程，其流程框图如图6—5所示。

　　(4)聚酰胺6长丝纤维后加工流程叙述聚酰胺6长丝生产工业上多采用POY—DT工艺，即以高速纺的POY丝为原料，在同一机台上(拉伸加捻机，又称DT机)一步，成拉伸加捻作用的。

　　从生产流程框图可知：聚酰胺6FDY生产线来的预取向丝(POY，即卷绕丝)丝筒，从筒子架中将丝筒上的卷绕丝引出后，经过导丝器、喂给罗拉到达拉伸盘，在喂给罗拉和拉伸盘之间要进行冷(或热盘、热板加热)拉伸；然后再从拉伸盘引出拉伸丝；在钢丝圈上经过导丝钩和上下移动着的钢板，不断地加捻，并被卷绕在筒管上；当获得一定的捻度后，就成为拉伸加捻丝(即DT丝)，聚酰胺6长丝纤维后加工宣告完成，可作成品包装出厂。

　　(三)工艺技术特点

　　1．聚酰胺6高速纺丝拉伸一步法

　　(1)因聚酰胺6高速纺丝拉伸一步法是将纺丝一上油一拉伸一卷绕等工序于一部纺丝机械上连续一次性完成的，所以其生产流程简单、设备紧凑、占地面积相对比聚酯纤维装置要少。

　　(2)工艺操作便捷，开停车较为方便，同时由于采用了切片法生产，与上游聚合装置无相互干扰因素，故不受上游装置生产波动的影响。

　　(3)因为聚酰胺6高速纺丝的卷绕速度较高，每个纺丝头的吐丝量很大，因而在螺杆挤压机计量段之前，设置了带有销钉状结构的混炼头，可以提高熔体的黏度、温度的均匀性和稳定性。在高速熔体纺丝过程中，当聚酰胺6熔体通过混炼头时，有利于挤压机挤出量的稳定和高速挤出时的质量。

　　(4)在螺杆挤压机出口与纺丝箱体人口之间的熔体分配管路上安装的列管式熔体预过滤器，拆装方便，清除熔体杂质效能高。

　　(5)纺丝箱体采用热媒联苯加热方式可使丝束受热均匀。虽然聚酰胺6纺丝设备与聚酯纺丝设备基本相同，但前者的纺丝温度为265～270℃，要比聚酯纺丝温度略低些，而纺丝速度则比聚酯纤维要高(至少在4000m／min以上)，因而工艺控制要求较高。就成形条件而言，两者基本相同(风温20~C，风速0．3-0．5m／s，相对湿度65％—75％)，因此聚酰胺6纤维纺丝箱体的结构与聚酯纤维纺丝箱体一样，都具有消除箱体内熔体滞留时间差和减少箱体内的温度差的特性。

　　(6)为适应高速卷绕的要求，聚酰胺6高速纺丝的上油方式与常规纺丝不同之处，是在于上油机构不在卷绕机的板面上，而在纺丝窗下方的甬道人口处，采用油嘴上油。这样可保证丝条含油均匀，并使各单丝抱合在一起，减少丝条与空气的接触表面摩擦阻力及降低丝条上的张力，确保高速卷绕能顺利地进行。

　　(7)生产具有灵活性。即可以卷绕筒管形式锦丝长丝F1)Y产品出厂，也可以卷绕丝（UDY)或高速纺预取向丝(POY)为原料送入后加工单元进行处理，按市场需要制得DT丝(拉伸加捻丝)等各类成品出厂。

　　2，聚酰胺6长丝纤维后加工生产

　　(1)同聚酰胺6高速纺丝拉伸一步法生产一样，聚酰胺6长丝纤维后加工生产也是在同一机台上一步完成拉伸、加捻生产的。因此生产流程简单。

　　(2)生产产品比较广泛。后加工处理可根据种类颇多的各种拉伸加捻机，例如按拉伸丝的纤度选择单丝拉伸加捻机、中等纤度(轻旦)拉伸加捻机和粗纤度(重旦)拉伸加捻机等，来加工处理制得包括最细单丝至4000dex(旦)粗丝的各种长丝产品。

　　(3)拉伸加捻机操作简便，除POY丝筒单丝引入拉伸加捻机需要操作人员用钩子人工作业之外，其余生产过程直至卷绕筒管DT丝的落料、移位、包装等都可以做到自动化操作，劳动强度较轻，能实行大批量生产。

　　(4)热拉伸时的加热装量可采用热板式、热盘式、热栓式、管式、箱式等多样形式加热，其中热板式加热器结构简单，操作便利，应用最广泛。

　　(四)热媒及组件清洗剂

　　与涤纶纤维装置一样，聚酰胺6纤维装置的主要化学危险危害物质，亦为热媒及组件清洗剂。

　　热媒通常使用联苯—联苯醚，通过热媒炉的加热循环使用，使聚酰胺6树脂充分保持均匀的加热熔融流动状态，以在纺丝箱体内纺丝成形。

　　常选用的组件清洗剂是三甘醇作有机溶剂。其目的是利用对锦纶融体的良好可溶性能，通过对纺丝箱体内的喷丝板、整流箱、喷丝头等纺丝组件进行分析、清洗、吹干、再组装使用等一系列步骤，使纺丝组件始终保持光洁性，以确保纺丝工序的正常进行和单丝的质量。但是，热媒和组件清洗剂都属于化学可燃物质，蒸汽状态下或高温高热情况下，一旦发生泄漏现象，与外界环境空气相混合，会形成爆炸性混合物。因此，十分注意它们的安全性是很重要的。

　　联苯—联苯醚(热媒)和三甘醇(组件清洗剂)的物化性质见第一节表6—1和表6—2。

　　(五)原料及产品性质

　　1．原料

　　聚酰胺6纤维装置的原料为聚己内酰胺(通称聚酰胺)，化学结构式： 聚己内酰胺为线型长链分子，属热塑性树脂。通常用于纺制纤维的聚酰胺树脂平均相对分子质量为14000-20000左右。将适合于纺制纤维的聚酰胺平均分子量控制在一定的范围内，其目的是过高和过低都会对高聚物的加工性能和产品性质带来不利影响。另外，聚酰胺的相对分子质量分布也对切片熔融后的纺丝和拉伸产生一定的影响，因此要求有适当的相对分子质量分布。

　　线型聚酰胺6在固态时，是五色半透明状的部分结晶体，结晶度通常在50％以下，其密度在1．12-1．14s／cm3。部分结晶的聚酰胺6高聚物，具有较窄的熔融范围，按差热分析法测定，其熔点在220—226℃聚己内酰胺切片是聚酰胺6纤维装置纺丝工序的直接原料。聚合装置聚合反应生成的聚酰胺6树脂，经过铸常、切粒后制得湿切片，再需萃取、干燥等处理为干切片，才能送至后续装置纺丝工序进行熔体纺丝(此过程称为纺前处理，在聚合装置内完成)。干切片含水量≤0．05％，可符合高速纺丝的要求。

　　2．产品

　　聚酰胺纤维装置的产品为聚酰胺纤维，又称锦纶纤维。其特性是强度较高；吸湿率较低，但在合成纤维中，除维纶外，它的吸湿性较高，(吸湿性为3．5％～5，0％)；回弹性极好；耐多次变性(或耐疲劳)；在所有的纺织纤维中，耐磨性最好；相对密度较小(相对密度为1．14)；在合成纤维中，较易染色；耐光性较差；耐热性也较差(其软化点为180℃熔点为215～220℃；燃烧性是在高温下会熔融，同时慢慢地燃烧，无自燃性。

　　二、重点部位及设备

　　从聚酰胺6纤维装置的安全性及火灾危险性角度出发，对重点部位及设备分类如下：

　　(一)重点部位

　　1．热媒系统

　　在聚酰胺6纤维装置生产过程中，由于固体状的聚酰胺6切片，在纺丝时需要加热和保温，而设立热媒系统就可以提供足够的热量来确保实现聚酰胺6加工的工艺需要。同时热煤系统所使用的热媒系为可燃有毒的化学危险品物质(联苯—联苯醚，建规火险分级为丙类物质)，且是在高温加热蒸汽状态下，由热媒泵通过热媒炉电加热后不断地经由热媒管道循环使用的。因此，工艺上和安全上的要求均很高，该系统属于装置的重点部位。

　　2。组件清洗系统

　　组件清洗系统虽然属于聚酰胺6纤维装置的一个辅助生产系统，但因为所使用的组件清洗剂介质为易燃的三甘醇有机化学物质(建规火险分级为丙类物质)，有一定的燃烧爆炸危险性，并且因工艺生产的需要，纺丝组件的清洗操作比较频繁，故也属于该装置的重点部位。

　　3．化纤仓库

　　由于锦纶纤维有在高温下熔融，同时会慢慢地燃烧的特性，加上装置连续性生产，产品数量较大，这就把锦纶纤维产品的仓库储存安全防火性，放到了重要的高度，对垛距、堆距、间距、通道、通风、采光等都提出了严格的要求，因此化纤仓库也是一个重要部位。

　　(二)重点设备

　　1．螺杆挤压机

　　螺杆挤压机是挤压被加热的熔融聚酰胺6切片的第一道重要的生产设备。主要的危险危害因素是作业环境的高温热辐射及易烫灼伤操作人员。

　　2．高速纺丝卷绕机

　　高速纺丝卷绕机是聚酰胺6纤维成形的主要纺丝机械，集纺丝一上油一拉伸一卷绕等工序于一机进行连续性操作。纺丝作业涉及高温热辐射及烫灼伤事故，还涉及热媒系统发生泄漏后的中毒和燃烧火灾事故；拉伸，特别是高速卷绕(最高速度可达6000m/min)，其机器的旋转速度极快。在高速运转中，生产中如果发生乱丝、断丝等故障而使异常情况发生时，一旦操作处置不当，常常会导致机械伤害、人身事故的产生，故是事故的多发之点。

　　3，拉伸加捻机

　　拉伸加捻机是聚酰胺6纤维后加工处理得到产成品的纺织机械。与前道生产高速纺丝卷绕机一样，是集拉伸一加捻—+卷绕成产品丝于一机的连续操作。由于加捻和卷绕部分都有高速旋转机械运动，因此生产操作中若处理不当，也有机械伤害、人身事故的发生。另外，若采用热板、热盘等加热形式拉伸作业的，因为采用了蒸汽加热或电加热方式，有可能发生热烫伤或触电事故。