第五章纺部机械设备.doc

第五章纺部机械设备
化学纤维可分为两大类：再生纤维和合成纤维。再生纤维是用天然高分子化合物为原料，经化学处理和机械加工而制得的纤维；合成纤维是用石油、天然气、煤及农副产品等为原料经一系列化学反应，合成高分子化合物，再经加工而制得的纤维。
纺部又可以分为短纤纱纺部和长丝纺部，短纤纱纺部使用的纺织机械有：开清棉机械、梳棉机械、牵伸机械、卷绕机械、气流输送机械等。长丝纺部主要是化纤原丝和真丝的制取。因为我国南方使用化纤纺部较多，本书以化纤纺部的设备为主介绍。
化学纤维常用纺丝设备一般可分为湿法纺丝设备和熔融纺丝设备二大类。
湿法纺丝，简称湿纺。湿纺包括的工序是：(1)制备纺丝原液；(2)将原液从喷丝孔压出形成细流；(3)原液细流凝固成初生纤维；(4)初生纤维卷装或直接进行后处理。设备由于品种不同设备也不同，即使同一品种，也由于溶剂不同，腐蚀性不同，设备使用的材料也不相同，因而较难相互通用。
熔融纺丝法又分为聚合法、共混纺丝法、皮芯复合纺丝法；采用后整理聚合技术也可使纤维具有变色性能。例如，将纤维或织物用含毗喃衍生物的单体浸渍，单体一般为苯乙烯或醋酸乙烯酯，单体在纤维内进行聚合，使纤维具有光致变色性。熔融纺丝设备大部分都可以通用，且纤维性能优良，产量大，设备的加工速度高，因而发展更快。作为主机设备的熔融纺丝机已实现高压高速纺丝，替代了过去的常规低速纺丝。纺丝三大关键设备螺杆挤压机、计量泵和喷丝板已有多家专业厂生产。
第一节 聚脂切片的干燥设备
一、聚酯切片的干燥的目的
㈠．除去切片中水分 微量水分的存在会大大加速高聚物在熔融纺丝过程中水解，使高聚物分子量降低。同时，由于水在高温下汽化，被熔体夹带而出喷丝孔，会形成气泡丝而造成纺丝断头或毛丝，不但降低纺丝质量，严重时更会使纺丝无法进行。
㈡．提高软化点 聚酯熔体要在水中急剧冷却，得到的切片是无定形结构。这种切片软化点很低，如用这种切片纺丝，则在进人螺杆挤压机后很快软化变粘，造成“环结”阻料使生产中断。而经过干燥的切片会形成部分结晶，使软化点大大提高。
干燥设备还应符合干燥速度快、能耗低、操作方便、设备制造容易和运转安全、设备价格便宜等要求。
㈢、干燥原理
切片干燥是一种固体粒子的干燥，就是要除去粒子外部和内部的水分。涤纶切片的外部水分只是切片表面和表层的非结合水分，去除这部分水分的过程一般属于等速干燥，干燥速度取决于提供的热量和蒸发作用。由于涤纶切片的内部水分必须先从内部扩散到表面，然后再蒸发，故干燥速度取决于扩散速度，而扩散速度又取决于温度和气流与切片的湿度差，这种水分称为结合水分。
二、干燥设备
为了达到上述干燥目的，可以选择各种各样的干燥设备。目前国内外应用较多的有下列几种；真空转鼓干燥机、回转圆筒干燥机、沸腾干燥设备、充填干燥设备和联合干燥设备等。用得较为广泛的有真空转鼓干燥装置和沸腾结晶充填干燥装置。
1、 真空转鼓干燥装置 真空转鼓干燥装置发展比较早，这种设备主要由转鼓及其传动系统、真空系统和加热系统组成，如图3—1所示。

图5-1 转鼓
转鼓是一个内衬不锈钢的圆筒（见图5-1）。外面有加热夹套，可通入热油、联苯或饱和水蒸气等加热介质。转鼓两端有轴和轴承，用支架支承，为了使转鼓转动，轴上装有齿轮，电动机经过减速器来传动。为了防止切片磨损产生过多的粉末，转鼓转速不宜过快，一般为4r／min左右，转鼓采用倾斜式装置，使转鼓内的切片能借自重沿鼓壁翻动，不需安装搅拌器，而且便于出料，转鼓的倾斜角为20”～30“。

图5-2转鼓加热部分的轴头结构
切片干燥除需加热外，还应在高真空的状态下进行，才能防止高温下的氧化裂解。加热管道和真空管道是通过转鼓的两端轴通人夹套内和转鼓内的。图5-2为转鼓加热部分的轴头结构，图5—3为真空部分的轴头结构。

图5-3为真空部分的轴头结构
真空转鼓机在操作时，先将切片送入鼓内，接着抽真空，同时开动转鼓马达，使转鼓转动，然后在夹套内通人蒸汽，对切片进行加热。出料前要停止加热，使转鼓冷却一定时间，防止切片出料时由于温度过高而发生氧化。干燥后的切片应避免再与空气接触而回潮，一般是密封在特制的干切片贮桶中贮存或采用密闭的气流输送装置。
2．沸腾结晶充填干燥设备 以把预结晶和主干燥分开进行工艺控制为特征而设计的沸腾结晶充填干燥设备获得了广泛的应用，它特别适应于聚酯切片的干燥。这类设备又可分为间歇式和连续式两种。

第二节 纺丝卷绕设备
聚酯纤维的生产采用熔融纺丝方法，即把具有一定聚合度的成纤高聚物（聚对苯二甲酸乙二酯）加热熔融成具有一定粘度和压力的熔体，经精确计量喷丝成形，然后在恒温恒湿条件下固化。因而其纺丝成形过程是加热熔融一喷丝成形一冷却固化的过程。
经过干燥的聚酯切片呈半结晶状态，熔融温度常有一个波动范围（5～10℃之间），但分解温度高于熔融温度，故可以采用速度较高的熔融纺丝法。
聚酯纤维的纺丝工艺流程可分直接纺丝或切片纺丝两种。直接纺丝是把聚合釜中的熔体直接送到纺丝箱中纺丝成形，省去了铸带、切片、干燥及再熔融的工序。而切片纺丝工艺流程虽然较长，但是聚合和纺丝分开控制，互不干扰，纤维质量容易保证，可以单独建立纺丝厂，调换品种较方便，适合于中小型合成纤维厂的生产。
一、 熔体纺丝液的制备与设备
从20世纪50年代开始，开发应用了螺杆挤压纺丝，到了60年代，已得到了广泛应用，目前，螺杆挤压机已经系列化生产。
螺杆挤压机有单螺杆和多螺杆之分，现代生产中熔融纺丝大多采用单螺杆挤图5-4卧式螺杆挤压机
压机。单螺杆挤压机可分为卧式和立式两种，见图5-4、图5-5。

图5-5立式螺杆挤压机
卧式挤压机中，螺杆和套筒是水平安装的，装拆和维修较方便，但螺杆为一悬臂梁，挠度较大，螺杆头部易磨损。而立式挤压机的螺杆和套筒垂直安装，不易变形，占地面积较小，但需要较高的厂房，减速箱密封要求高，装拆和维修较麻烦。因此，卧式挤压机应用较广。
1．挤压过程 切片在挤压机中熔融挤出，是一个从常温固态转化为高温粘流态的挤压过程，因而挤压机要同时完成加热熔融和挤压输送的作用，所以它既是加热器，又是熔体输送泵。
物料沿着螺杆的螺槽向机头方向前进，经历着温度、压力和粘度的变化，由玻璃态、高弹态转变成粘流态。按物态的不同，把螺杆长度分成加料段、压缩段和计量段三部分。
螺杆挤压机是由螺杆与套筒，加热与冷却装置以及传动系统等组成。其中，螺杆与套筒是关键零件，其类型、结构尺寸、材料与热处理质量、加工制造与装配精度均会影响产量、功率、熔体均匀性等挤压机的主要性能。
2．螺杆与套筒
⑴螺杆 螺杆的类型可分为单头与多头，渐变与突变，有无混炼头等。聚酯纤维的纺丝螺杆一般选用单头渐变螺杆，在压缩段螺槽变化规律是螺距相等而螺槽深度逐渐变浅。这种类型的螺杆，适用于从高弹态到粘流态范围较宽且熔体粘度较高的聚合物纺丝，加工方便，工艺易控制。

图5-6 螺杆
a、突变螺杆 b、渐变螺杆
螺杆直径D是指螺杆外径的名义尺寸，也是挤压机的特征尺寸，为了适应生产需要，已经系列化。我国的螺杆直径系列为45、60、65、80、90、100、110、120、150等（单位均为mm）。

图5-7 螺杆结构
⑵套筒。套筒是一个加热的高压容器，又是支承挤压机加热器、传动箱与出料熔体管道连接的机架，与螺杆配合完成对物料的加热熔化和挤压输送作用。

图5-8 套筒的结构
⑶材料。工作时，螺杆受很大的载荷，套筒要经受很高的熔体压力，并且在高温下与物料直接作用，因而要求螺杆和套筒强度高，耐磨、耐腐蚀和热机械性能好。
3．加热方式 一般螺杆转速较低，热量主要依靠外界的电热器供给。电加热方式可分电阻丝加热和电感应加热两种。一般都采用电阻丝加热，干扰小，热容量大，效率高。
4．螺杆的传动
传动系统有两种形式：
⑴变速电动机一减速箱一螺杆。这是广泛采用的传动系统。
⑵常速电动机+机械无级变速器+减速箱 由于大功率的机械变速器结构复杂，应用较少。
5．挤压机的主要技术参数 挤压机的主要技术参数有温度、机头熔体压力、螺杆转速、产量、功率消耗等。
二、 纺丝成形与设备
纺丝成形工艺及设备是合成纤维生产过程中的关键。熔融纺丝按速度分有常规纺丝、高速纺丝及超高速纺丝，按纺丝熔体压力分有常压纺丝和高压纺丝之别。
高速纺丝也叫拉伸纺丝。当纺丝速度达到一定值时，纺丝过程中丝条受到很高的速度梯度和空气阻力的影响，获得相当高的大分子轴向取向（称为取向度），制得预取向丝。预取向丝物理机械性能稳定，染色性能均匀，而纺丝机产量可提高；后加工可省去单独的拉伸工序，将其合并到其他机器中，缩短了工艺流程，降低了生产成本。当纺丝速度提高到6000～8000m／min以上时，可获得全取向丝，无需后拉伸，一步法制得全取向丝。
㈠、保温箱体
保温箱为一密闭容器，一般用8～12mm钢板焊接而成，每个纺丝部位有一个泵座，泵座与熔体分配管及箱壁焊成一体。泵座内装计量泵及纺丝组件。保温箱中有载热体加热，使通人计量泵、纺丝组件中的熔体在纺丝温度下完成喷丝成形。
㈡计量泵 又称纺丝泵，一般采用结构简单的齿轮泵。聚酯纺丝泵属熔纺泵。
计量泵的作用是把熔体定量定压地输人纺丝组件中，保证丝条线密度均匀。

图5-9计量泵结构
计量泵的结构如图5-9所示。一般由一对外啮合的齿轮（主动齿轮和被动齿轮）及三块上、中、下泵板组成。在下泵板上开有出、入口，主动齿由纺丝箱外的泵轴通过联轴节来带动。
纺丝用的熔纺泵属于热泵，工作温度达300℃。出口熔体压力较大，常压纺时保证8MPa左右，高压纺时达30MPa，为了保证机械精度及吸入时间足够，要求转速较低，一般为10～40r／min。
计量泵精度很高，要用专门机床加工制造，计量泵的规格较多。
根据纺丝速度及所纺丝条的品种来确定泵供量后，应通过计算来确定计量泵的公称流量和转速。公称流量要符合熔纺泵流量标准系列，即为：0.6、1.2、2.4、10、20、30、40cm3 ／r等；转速范围5～40r／min。
㈢、纺丝组件
聚酯纤维根据所纺品种不同，纺丝组件可分为普通纺丝组件、复合纺丝组件、异形纺丝组件等类型，而每类又有长丝和短纤维纺丝组件之分。长丝和短纤维的不同之处是，长丝因为纺丝成形后每束丝条均需分开卷绕，为了提高每部位产量，只能采用多头纺，即一个纺丝部位装有2～8个纺丝组件。而短纤维最终切成散纤维，在纺丝机中就只需并条盛放，故采用多孔纺，即尽量增加每个纺丝组件中喷丝板的孔数，纺丝组件结构尺寸较大。
1． 短纤维纺丝组件 短纤维纺丝组件采用的喷丝板大，组件较笨重，尤其是高压纺丝组件，一般应预热后装到纺丝箱中，一般采用从上往下吊装，以减轻劳动强度。此时，计量泵只能水平传动。图5-10为高压纺丝的短纤维纺丝组件结构示意图。

图5-10 短纤维纺丝组件
熔体从组件侧面通人，经分配板均匀分布后，在过滤层中去掉杂质并产生压力降，其作用载荷由耐压板承受，耐压板上还有导流孔，保证达到喷丝板上的熔体能均匀地分配到各喷丝孔中，最后通过喷丝孔喷射成熔体细流。
2、 长丝纺丝组件 图5-11为长丝高压纺丝组件，是一个纺丝部位的截面图。纺丝组件为下装式，计量泵垂直传动。每一纺丝部位装有四套纺丝组件，即称为四头纺，每两组件合用一只叠泵供给熔体。图左面剖截在熔体进计量泵人口处，图右面剖截在计量泵两出口到组件之处。

图5-11 长丝纺丝组件
长丝组件与短纤维组件原理相同，不同之处是由于喷丝板较小组件也较紧凑，采用了下装式组件，而且此时计量泵可以采用由上往下安装的方法，装拆较方便，传动装置也容易安排。
3．复合纺丝组件 复合纺丝技术是把两种或两种以上不同结构或性能的聚合物（例如丙纶，聚合物分子量不相等）纺制成一根丝条。
4．喷丝板 喷丝板按外形分为圆形及矩形两种，按喷丝孔的形状分为圆孔及异型孔两种。材料用含钛的奥氏体不锈钢，能耐高温、耐腐蚀，性韧，质软，容易冲挤加工成形。
四、冷却吹风成形
熔体从喷丝板上的微孔中喷射成细流后逐渐冷却成形。沿着丝条运行的路程中（称为纺程），丝条上各质点的运动速度、直径、温度、粘度、受力和内部结构都在不断变化，并且相互影响十分复杂。尤其是在离喷丝板距离1m以内变化最大，外界条件对所纺丝条的纤度均匀性、强度伸长不匀率及后拉伸性能影响很大，故冷却吹风固化的条件很重要。特别是高速纺丝时更为重要。
1．冷却固化过程 冷却固化过程是一个在受力状态下的传热过程。如图5—28所示，沿着纺程坐标，丝条的固化过程可分三个区域：流动形变区、凝固形变区和固态移动区。凝固形变区结束处是凝固点，随后就以等速移动了。

图3-12 冷却固化过程
2．冷却吹风装置
侧吹风装置。图5-13所示为长丝纺丝采用的吹风装置，经过空调的冷风，从总风道进人分风道，分布在整流装置整个高度上，冷风垂直于丝条移动的轴向进行吹风冷却，故又称横吹风装置。

图3-13长丝纺丝的吹风装置
丝室内冷风经过整流装置来控制流动状态（例如保证不产生涡流和符合风速的分布规律等），整流装置采用多孔板、钢丝网、蜂窝板或泡沫塑料等材料，还可以用不同厚度或几种材料的组合来调节整流器的阻力分布。

第四节 纺丝卷绕设备
合成纤维纺丝成形后，长丝必须按照一定规律卷绕成具有一定形状和容量的卷装，短纤维则要有条不紊地盛放在条桶内，以便输送到下道工序去进一步加工，或者是以半成品的卷装供外厂使用。卷装形状按外形、用途可分类如下：在纺丝机上的卷装为圆柱形，每一丝层的长度不变，卷装容量大，相应的卷绕机构较简单，在牵伸加捻机和变形机上的卷装是带双锥边的圆柱形；在络丝机上是采用锥形筒管，卷绕成三锥面的卷装。
一、长丝纺丝卷绕设备
图5-14为高速纺丝卷绕机结构示意图。

图3-14 高速纺丝卷绕机构
长丝卷绕机主要由四部分组成：即给湿上油装置、引丝装置、卷绕机构和传动系统等。其中卷绕机构由往复导丝机构和回转卷取机构组成，是纺丝卷绕机中最主要的机构。
㈠、给湿上油
给湿上油的目的是将乳化剂均匀喷涂在刚冷却成形的丝条上，使其达到一定的含水、含油率，具有集束性，且柔软光滑，以减少单丝之间及丝条与接触的元件之间的摩擦力，防止毛丝和静电的产生，便于卷绕和后加工。
㈡、引丝
引丝也称为导丝。通常卷绕机上有引丝盘（又称纺丝盘、导丝盘）来控制丝条的张力和运动速度等。它可使纺丝张力与卷绕张力分开，从而使卷绕张力的波动不会直接传递到冷却固化区而影响冷却成形；也可以利用引丝盘及卷绕速度的差异来控制卷绕张力。
引丝盘有集体传动和单独小电动机传动两种。新设计的纺丝卷绕机采用单独传动，以减少机械传动件，提高纺丝速度和电气化程度。
㈢、卷绕机构
任何卷统机构都可按运动规律的要求分成两部分：完成往复运动的导丝机构和完成回转运动的卷取机构。导丝机构中有圆柱凸轮式。旋翼式、皮带式等；卷取机构中有摩擦传动式、直接锭轴传动式等。
1．导丝机构
（1）圆柱凸轮式导丝机构。圆柱凸轮式导丝机构，主要由圆柱凸轮和导丝器组成，结构简单，加工方便，见图5-15。

图5-15 圆柱凸轮式导丝机构
变频式凸轮导丝机构：常速纺丝时，采用普通螺旋形沟槽的等速圆柱凸轮。等升角卷绕过程中，会周期性出现重叠现象。为了防叠，可改变导丝器的频率，使导丝速度按给定的规律变化，使卷绕比避免出现整数倍。
导丝圆柱凸轮上的沟槽，通常采用加工方便的单槽，凸轮两端沟槽转向曲线为圆弧，相应的导丝器中，滑梭与沟槽配合，完成交叉点的导向及两端的转向。如图3-16所示。

图3-16 导丝圆柱凸轮上的沟槽
凸轮材料有球墨铸铁，经碳钢渗氮（碳）处理，要求耐磨性好。

图5-17 导丝器
导丝器可用45号钢淬火处理，前部的导丝片可以用不锈钢材料制成，也可以用耐磨、耐热、耐冲击和轻质的非金属材料制成。
（2）拨叉式导丝机构。凸轮导丝机构中的导丝器在沟槽中往复滑动，磨损剧烈；换向时的惯性力不可避免，超高速卷绕时其数值相当大。若导丝构件设计为回转运动来完成丝条的往复运动，则导丝机构中无往复滑动零件，导丝速度就可以大大提高。拨叉式导丝机构在这类导丝机构中已有了实际应用。如图5-18所示：

图5-18 拨叉式导丝机构
图5-18中共有六个拨叉，分别装在三根轴上。每根轴上的两个拨叉，一个装在轴上作正转，另一个装在与轴同心的套筒上作反转。工作时，正转三个拨叉为一组，相互作接力式运动，把丝条从P1拨到P4位置。另一组反转拨叉负责把丝条拨向另一端。在运动两端，正、反转拨叉间交换要迅速、正确，要求每组拨叉之间动作协调性高。这种机构没有冲击，噪音低，拨叉使用寿命长，但是机构体积较大，结构比较复杂。
（3）皮带式导丝机构。皮带式导丝机构中的导丝器是装在两条齿形带上的，如图5-19所示。上、下两条齿形带上均装有两只导丝器，并且相反回转，这样，一条带上的导丝器若把丝条从左拨向右端，那另一条带上的导丝器就把丝条交换后从右端拨向左端，在端部交换时必须精密配合。为了保证交换顺利，交换处的两个带轮分别装在两根轴上，两轴中心线有一定的偏距，并且在两皮带之间装有一块挡板，以协助丝条交接。

图5-19 皮带式导丝机构
1、2齿形带 3挡板 4齿形带 5丝束
这种导丝机构，传动带的速度等于导丝速度，故带轮直径较大，因此导丝器运转很平稳，没有往复冲击，噪音很小，有利于高速化生产，为目前导丝速度最高的一种导丝机构。但是，其结构尺寸大，对传动带材质要求高。
2．卷取机构 卷取机构按传动方式可分为摩擦传动和直接传动两种。
⑴摩擦传动卷取机构。由摩擦辊传动的回转卷取运动，当摩擦辊转速恒定时，可使卷装与摩擦辊接触表面线速度恒定，卷装转速则与卷绕直径dk成反比。
摩擦传动卷取机构主要由摩擦辊和筒管夹头组成。
①摩擦辊：摩擦辊是高速回转件，精度要求高，图5-20表示摩擦辊直接装在永磁同步电动机的轴上，结构简单，同轴度好。摩擦辊一般是由无缝钢管焊制而成的，表面镀硬铬或特殊处理，使其能耐磨、耐腐蚀和不拉毛丝条。

图5-20 摩擦辊
②筒管夹头；筒管夹头是卷取机构中的关键部件，转速很高，而且又要在相当宽的转速范围内运转。由于满管落筒、生头等操作要求，夹头也只能悬臂支承，故易振动。

图5-21 筒管夹头
筒管夹头可分机械式、气动式等结构。应用较多的夹头结构是采用弹簧力夹紧的机械式，刹车和放松动作是采用压缩空气式，这种结构的夹头夹紧力可靠，落筒、生头等操作容易自动化。图5-21是这种结构的夹头之一。该夹头的中间是一个起支承作用的芯轴12，芯轴上左右两轴承外座圈外的零件均为转动件，筒管座3和大滑套4之间由滑键连接，由于小锥形弹簧6的作用力，使大滑套4处于最左边位置，迫使碟形弹簧7向外张开，紧紧抓住筒管内壁。夹紧力可以通过调节螺母左右位置以达到调节小锥形弹簧6的作用力。
在换筒时，打开气动开关，使压缩空气通人芯轴中心孔，通气顺序为先进入制动环刹车，然后进芯轴与筒管座四周间隙、右端芯轴气孔，推向活塞，克服了小锥形弹簧的作用力，使套筒座可以向右移动，碟形弹簧收缩，放松对筒管的夹紧作用。
这种筒管夹头以碟形弹簧为夹紧元件，能有效地防止简管松动，但径向尺寸大，夹头外形尺寸大，惯性大。
（2）直接传动卷取机构。摩擦传动的卷取机构结构简单，应用广泛。但是当卷绕速度提高到超高速时，就不宜采用摩擦传动了。一方面卷装易打滑，卷取速度的恒定难以保证；另一方面丝层直接与摩擦辊表面接触摩擦，发热产生较大的热应力，丝条易损伤。速度高于5000m／min以上时，必须采用锭轴直接传动筒管回转来完成卷取运动。

图5-22 直径控制式的卷取机构。
1-电动机 2-同步电动机 3-控制器 4-变速电动机 5-卷装 6-控制调速器
图5-22所示为直径控制式的卷取机构。筒管夹头直接由变速电动机驱动，与卷装表面紧靠着有一控制辊，当卷绕直径增大时，由于控制辊3与同步电动机2作为一组件，安装在框轴上，测得卷绕直径变化，控制调速器6发讯号，使变速电动机降速，以调节线速度恒定。
二、短纤维纺丝卷绕设备
短纤维纺丝成形后，可以集中各纺丝部位的丝条为一粗丝束，然后由留条机构有条不紊地铺放在盛丝桶内，供后处理。这样，可以降低操作强度，减少丝条接头及过长纤维等。
1、 短纤维卷绕机

图5-23 涤纶短纤维纺丝卷绕机
1-小转子 2-上油装置 3-牵引轮 4-喂入轮 5-圈条成形 6-条桶 7-总上油轮
图5-23所示为涤纶短纤维纺丝卷绕机，每个纺丝部位的丝束经过油盘给湿上油后，在导丝小转子处转弯合股成一粗丝束，再经总上油盘第二次给湿上油，由牵引辊组引向喂人轮，然后由圈条机构将丝束铺放在盛丝桶中。由此可见，短纤维卷绕机主要由给湿上油装置、导丝小转子、牵引装置及喂入轮、圈条机构等组成。其中牵引装置和圈条装置是与长丝卷绕机完全不同的机构，其余作用原理及结构基本类同。
2、牵引装置及喂入轮
牵引装置由数个牵引辊组成，一般由4~7个上下交叉排列。牵引辊的主要作用是调节控制丝束进入圈条机的张力。为了保持丝条有一定的张力，牵引辊表面线速度略高于导丝盘速度。牵引辊要求无级变速传动，以适应调速要求。
喂人轮分辊筒式和啮合式两种结构，如图5-24和图5-25所示。

图5-24 辊筒式喂入轮

图5-24 啮合式喂入轮
辊筒式喂入轮中有两个辊，一个为表面镀硬铬的金属辊，另一个为表面包覆丁睛橡胶的橡胶辊。金属辊为主动辊，而橡胶辊为摩擦传动的被动辊，两者间由弹簧力压紧接触，并握住丝束向圈条机构输送。辊筒式喂人轮结构非常简单，运转时无噪音，但易缠辊。
啮合式喂入轮为一对模数相等的齿轮，由该两齿轮的啮合来握住丝束喂给圈条机构。㈢、圈条机构
圈条机构是将丝束按一定规律盛放人条桶中，丝束分布要均匀、层次分明、排列紧凑，尽量减少桶中心和桶壁处的空间，使盛放的丝束容量多些，保证后道工序集束时能顺利引丝，不发生缠结及混乱而造成废丝等现象。

图5-25 摆动式圈条机构
丝束盛放规律是由圈条机构的复合运动来完成的，常用摆动式圈条机构，如图5-25，条桶放在回转的传动箱底盘上作等速圆周运动，丝束由摆丝装置作弧形摆动铺覆人条桶内，丝圈铺放规律如图5-26所示。

图5-26摆动式圈条机构丝圈铺放规律

第三节 聚脂纤维后加工设备
由普通长丝纺丝机得到的初生纤维强力低，延伸度大，结构不稳定，不具备纺织加工的性能，必须再经过一系列的后加工工序，才能具备稳定的结构和一定的物理力学性能，以满足各种不同的使用要求。
一、牵伸加捻机
聚酯长丝的拉伸和加捻是由一束复丝在同一台机器上完成的，其工艺以拉伸为主，仅给予少量的捻度。这样的丝就称为弱捻丝，相对于复捻丝来讲通常又称为无捻无定型丝，可用于制头巾、窗帘、沙发等装饰布。如再把弱捻丝进行复捻、定型，得到有捻定型复丝，那就可用于制丝绸织物和长丝线等产品。
牵伸加捻机由筒子架、机架、拉伸机构、加捻机构、卷绕机构、车头箱、温控箱等组成。牵伸加捻机流程示意图如图5-27所示。

图5-27 牵伸加捻机流程
1-导丝钩 2-喂入罗 3-热拉伸盘 4-加热器 5-冷拉伸盘 6-钢领板 7-双锥形卷装 8-龙带
二、假捻变形与变形机构
利用某些化学纤维的热塑性进行变形加工，可以得到各种特性来满足衣着方面多种多样的需要。例如，以弹性为主的可以制成袜子和弹力衫；以蓬松性为主的可以制成外衣。变形加工的方法很多，其中以假捻变形法应用最为广泛，由这种方法加工的变形丝具有较细的卷缩形态和均匀的变形，因而弹性好，手感柔软。假捻变形机构多年来发展很快，近年由于高速纺丝工艺的出现，与牵伸工序合并的牵伸变形机在国外发展尤为迅速。摩擦式假捻器的速度更高，加工丝速高达1000m／min。
1．假捻变形的原理
⑴假捻变形加工的基本原理。把丝的一端固定，另外一端绕其本身轴线旋转n转，丝线上即可获得n个捻回，这是真捻，如图5一28(a）所示。

图5-28 假捻原理
若两端固定中间旋转，则在握持点上下两端生成数量相等而方向相反的捻回。取一端的捻回方向为正，另一端的捻回方向则为负，就整体而言，捻度的代数和等于零，这就是假捻的特征，如图5-28(b)所示。若丝以一定的速度V向前运动，假捻器以n r／min旋转，则在假捻器前（加捻区）生成+n／V的捻度（单位长度上的捻回数），而在加捻器后（解捻区或称退捻区）形成-n／V的捻度。由于丝线不断地从加捻区向退捻区移动，丝线在加捻区所获得的捻度恰巧被抵消，所以在退捻区内的捻度就等于零，如图5-28(c)所示。
这样，如果不设法把加捻区内获得的螺旋状卷曲形态固定下来，则丝经过假捻器后其螺旋状卷曲就全部被退掉。但如果在加捻区内设置加热器（一般称为“热箱”），使丝得到的卷曲固定下来，那么经过退捻区时，虽然复丝的真捻度为零，但每根单丝的正反向螺旋状卷曲却保留了下来。加捻→热固定→退捻，这三个过程就是变形加工的三个基本过程，这样制得的丝称为变形丝（或称弹力丝）。高弹变形加工原理如图5-29所示

图5-29高弹变形加工原理
1-原丝卷装 2-喂入罗拉 3-加热器 4-假捻器 5-输出罗拉 6-导丝杆 7-成品卷装
2．摩擦式假捻器
⑴摩擦假捻原理。摩擦假捻是以高速回转面或移动面直接与被加工原丝接触，利用摩擦力直接给丝以假捻的一种方法。如图5-30所示，绕过摩擦盘的丝线在摩擦盘平面内有一分力T，这一分力产生的正压力的反力F作用在丝线上，产生摩擦力F（为摩擦因数）。若丝线的半径为r，则可以得到加捻力矩Fr，由它来克服丝的扭转刚度而加捻。

图5-30 单轴外磨擦式丝线受力图
在实际生产中，摩擦因数的大小和张力的方向随时都可能发生变化。这就是只用一个单轴外摩擦盘进行假捻的不稳定性特征。
三轴外摩擦式丝线受力情况如图5-31所示，它产生的三个摩擦力相互补充，丝线位置更为稳定，尤其在张力较小的条件下，假捻效果更好，适用于高速。

图5-31三轴外摩擦式丝线受力图
（3）摩擦式假捻器
①三轴外摩擦式假捻器：摩擦式假捻器有很多种，可分为外摩擦式、内摩擦式和平面摩擦式。其中以三轴外摩擦式应用最广，它有结构紧凑、速度快而加工稳定性好、操作方便等优点。其结构如图5-32所示。

图5-32三轴外磨擦式假捻机构
摩擦盘的数量和组合由被加工丝的品种决定。第一只盘（导入盘）和最后一只盘（导出盘）可以是光盘（金属盘），起导丝作用。摩擦盘的材质有软盘（聚氨酯盘）和硬盘（全陶瓷盘，金钢砂盘，喷涂陶瓷盘）两种，直径为45mm至50mm左右。软盘的摩擦因数相当高但寿命低，适用于加工线密度低的变形丝。软盘的表面很柔软，对丝的损伤极小，因而“雪花”极少。硬盘的主要优点是工作表面硬度高，寿命长，材料能耐化学药品，可以用任何有机和无机溶剂进行清洗。硬盘的主要缺点是对丝的损伤较大，因而机器上“雪花”较多。为此，一方面在盘的表面质量（如粒度与均匀性等）上要改进，另一方面在进丝的方式上要考虑尽量减小张力和避免滑动，提高有效摩擦力矩。三轴外摩擦式假捻机构一旦安装完毕，丝条在其内部的加捻过程就无法调节和控制。
②皮圈式摩擦假捻器：皮图式摩擦假捻器是平面摩擦式的一种。丝条由两个交叉排列的皮圈进行加捻，如图5—31（a）所示，图5—31(b）是它的加捻原理图。皮圈式的优点是对丝的摩擦损伤小，因而“雪花”少，加工丝的强力较高，机器噪音低，但传动机构较复杂。

图5—33 皮圈式磨擦加捻器原理图
4．加热器 变形机中的加热器也叫热箱，机器温度可达250℃。它是保证变形丝质量的一个重要部件，对变形丝的强度、紧缩伸长率、热定型效果以及卷缩不匀率和染色不匀率等质量方面有很大的影响。另一方面，它的长度又是一个影响机器排列、生产速度和加工操作的主要参数。
高弹丝加工只需一个变形热箱，低弹丝加工还需一个定型热箱。按加热形式热箱可分两种：接触式和非接触式。凡丝与加热板或加热管直接接触加热的称接触式热箱，其传热速度快，但丝条的张力大，适合于变形热箱（也叫第一热箱）；凡丝在管中央不接触管壁而被加热的则称非接触式热箱，其传热速度较慢，但丝条腾空，张力小，适合于定型热箱（也叫第二热箱）。热箱如按加热热源分，可分为电阻加热和热媒加热。电热加热如图5—33所示。这种热箱制造容易但热容量小，温度容易波动，两端温度降低较多，中部恒温区短（见图5-34），因而长度利用率低，常用于生产速度不高的场合，中间安装直线形加热管，可以用于定型热箱。

图5-34电阻丝加热器结构示意图
1-加热管理 2-测温、控温管理 3-绝缘漆 4-玻璃丝带包覆层 5-电阻丝缠绕层
习题：
5-1化学纤维分为哪二大类？并对这二大类加以说明。
5-2湿法纺丝包括哪些工序？
5-3切片干燥原理
5-4假捻变形的原理