Условия процесса во время прядения определяют изменения в волокнах во время процесса формования.

Условия процесса при прядении определяют изменения волокон в процессе формования, существенно влияя на прядимость, структуру и свойства намотанной пряжи, а также на характеристики готовой пряжи. Таким образом, эти условия сильно влияют на свойства готовой пряжи.

01 Температура плавления (Tm)

Температуру плавления, также известную как температура прядения, необходимо должным образом контролировать, чтобы обеспечить хорошую пряжуемость и отличные физико-механические свойства готовой пряжи. Температура плавления должна полностью расплавить стружку, предотвращая при этом сильную термическую деградацию макромолекул полиэфира. Поэтому для стружки с характеристической вязкостью в диапазоне от 0,64 до 0,66 температуру плавления обычно рекомендуется контролировать в пределах 285–290°С. Если она превышает 300°C, макромолекулы полиэфира подвергаются быстрой термической деградации. В пределах вышеупомянутого диапазона температур по мере повышения температуры текучая вязкость расплава постепенно снижается, что приводит к улучшению однородности и реологических свойств, тем самым улучшая прядимость.

Уменьшается степень предориентации намотанной пряжи (показатель двулучепреломления n), уменьшается однородность поперечного сечения, а также уменьшается натяжение прядения. Максимальный коэффициент растяжения и коэффициент естественного растяжения намотанной пряжи увеличиваются. После растяжения прочность и удлинение растянутой пряжи также имеют тенденцию к увеличению. Поэтому до тех пор, пока вязкость расплава существенно не уменьшится, температуру можно поддерживать как можно более высокой.

Однако температура плавления не должна быть слишком высокой. Чрезмерно высокие температуры могут усугубить деградацию макромолекул полиэфира, что приводит к снижению или колебаниям давления шнека, что может вызвать колебания температуры затвердевания волокна, повышенную неравномерность ленты и более высокую степень неравномерности при окрашивании, среди других проблем. Кроме того, это может привести к увеличению количества нитей из инжекционной головки, появлению большего количества пуха и обрывов концов во время намотки, а также чрезмерному удлинению готового продукта. В тяжелых случаях экструдированные нити могут выглядеть прерывистыми и неспособными правильно наматываться.

Температура плавления также не может быть слишком низкой. Если температура слишком низкая, чрезмерная вязкость увеличит напряжение сдвига расплава в фильере, что приведет к поломке расплава и ухудшению прядимости. Когда температура ниже 280°C, прочность и удлинение скрученных нитей низкие. Этот тип нити называется слабой нитью, которая имеет тенденцию образовывать ворсинки и ломаться на концах во время растяжения, что затрудняет работу.

В реальных производственных процессах температура расплава часто колеблется, что может легко привести к различиям в цвете волокон. Колебания температуры обычно контролируются в пределах ±1°C. Следует отметить, что полиэфирная крошка с разными характеристиками имеет разные характеристическую вязкость и температуру плавления, поэтому выбранный диапазон температур плавления также должен соответственно различаться. Обычно при изменении характеристической вязкости ±0,1 температура расплава должна соответственно измениться на ±10°C.

О целесообразности выбранной температуры плавления можно судить не только по условиям эксплуатации прядения и вытягивания, а также качественным показателям готовой пряжи, но и путем оценки падения вязкости безмасляной пряжи. Желательна величина Δn менее 0,04 с минимальными колебаниями.

Температуру расплава можно контролировать с помощью температуры шнекового экструдера и прядильной камеры. Кроме того, следует также учитывать эффекты тепловыделения при трении. В зависимости от основных функций шнека его можно разделить на секцию подачи, секцию сжатия и секцию дозирования. В практическом использовании для облегчения контроля температуры шнек можно разделить на несколько зон контроля нагрева.

02 давление винтовой экструзии

Давление шнековой экструзии представляет собой давление расплава на выходе шнекового экструдера, которое измеряется и контролируется датчиками давления. Давление шнековой экструзии используется для преодоления сопротивления расплава в таком оборудовании, как трубы и смесители, обеспечивая определенное давление расплава на входе дозирующего насоса.

Согласно литературным данным, давление на входе насоса должно достигать 2 МПа, чтобы дозирующий насос мог точно измерять и выдавать; в противном случае это может привести к недостаточной или нестабильной подаче насоса, что приведет к тому, что пряжа станет тоньше или неравномерной.

На примере прядильной машины VC406A при прядении нити 167 дтекс со скоростью 1000 м/мин сопротивление трубопровода составляет 2,6 МПа, а для нормального производства на прядильной машине требуется давление шнековой экструзии не менее 4,6 МПа.

На реальном производстве необходимо контролировать давление в пределах 6,5–7,5 МПа. Хотя более высокое давление шнековой экструзии выгодно для прядения, слишком высокое давление требует более быстрого вращения шнека, что увеличивает обратный поток расплава внутри экструдера и повышает потребление энергии. Если давление превышает диапазон допустимого давления оборудования, может произойти несчастный случай.

03 Объем подачи насоса

Под объемом подачи насоса понимается масса расплава, подаваемая насосом-дозатором в единицу времени. Размер объема подачи насоса напрямую влияет на толщину пряжи. Объем подачи насоса можно определить путем расчета, а затем отрегулировать в зависимости от фактических условий. Формула расчета следующая:

Q = ДРВ/(l0000 К)

В формуле Q — объем подачи насоса (г/мин), D — плотность готовой пряжи (дтекс), R — степень растяжения, v — скорость прядения (м/мин), а K — коэффициент сжатия волокна (обычно принимается от 1,05 до 1,10). В реальном производстве объем подачи насоса напрямую не контролируется; вместо этого это достигается за счет контроля скорости вращения насоса. Скорость вращения насоса можно рассчитать по следующей формуле:

N=Q/γηC

В формуле: n — скорость насоса-дозатора (об/мин), Q — объем подачи насоса (г/мин), γ — плотность расплава (г/см³), η — КПД насоса-дозатора (обычно 98%), C — производительность насоса-дозатора (см³/об).

Допустимая скорость обычного дозирующего насоса составляет от 15 до 40 об/мин, оптимальный диапазон — от 20 до 30 об/мин. Если расчетная скорость выходит за пределы этого диапазона, ее можно отрегулировать, изменив характеристики дозирующего насоса.

04 Давление компонента

Давление компонента используется для преодоления сопротивления, с которым сталкивается расплав при прохождении через фильтрующий слой и отверстия фильеры, и оно тесно связано с однородностью качества волокна.

При прядении под высоким давлением давление компонентов колеблется от 9,8 до 24,5 МПа, что приводит к улучшению качества намотанной пряжи. По мере увеличения времени использования компонента загрязнения в фильтрующем слое постепенно накапливаются, что приводит к увеличению сопротивления и постоянному повышению давления компонента. Что касается давления компонента, процесс в основном учитывает начальное давление и скорость увеличения давления.

Под начальным давлением понимается давление, измеренное через 30 минут после того, как новый компонент стабилизировался во время прядения, также известное как начальное давление. Оно зависит от состава фильтрующего слоя, производительности насоса, температуры расплава и вязкости и обычно устанавливается в пределах от 9,8 до 14,7 МПа.

Скорость увеличения давления означает степень увеличения давления компонента в единицу времени (час или день) при нормальном использовании. Суточная скорость повышения давления должна быть менее 6%. Быстрое повышение давления может сократить срок службы компонента. Если давление компонента достигает максимум 30 МПа, его необходимо заменить. Продолжение использования может привести к повреждению дозирующего насоса, деформации пластины фильеры или утечке материала.

05 Температура охлаждающего воздуха, влажность и скорость ветра

При прядении нитей обычно используется боковой обдув с тремя основными параметрами: температура, влажность и скорость ветра (объем воздуха). Дополнительно учитывается распределение скорости ветра по поверхности бокового окна.

Температура охлаждающего обдува составляет от 20 до 30°C. Если скорость отжима увеличивается, температуру воздуха следует соответствующим образом снизить для ускорения охлаждения. В настоящее время обычно используется температура 28°C.

Охлаждающий поток должен иметь определенный уровень влажности, чтобы предотвратить появление статического электричества, возникающего в результате трения нитей с сухим воздухом в воздуховоде, а также уменьшить тряску и подпрыгивание нитей. Это также помогает поддерживать постоянную температуру в помещении, облегчая теплообмен и улучшая охлаждение нитей. Кроме того, это влияет на кристалличность, удлинение и восстановление влажности нитей. Относительная влажность от 65% до 80% приемлема, обычно ее поддерживают на уровне около 70%.

Скорость ветра (объем воздуха) оказывает существенное влияние на предварительную ориентацию (двойное лучепреломление) и степень растяжения намотанной пряжи. По мере увеличения скорости ветра двойное лучепреломление намотанной пряжи уменьшается, а степень холодного растяжения увеличивается. Это связано с лучшим эффектом охлаждения при более высоких скоростях ветра, которые смещают точку затвердевания в сторону фильеры, сокращая зону деформации и ослабляя влияние ориентации растяжения на расплав перед затвердеванием.

Кроме того, более высокие скорости ветра могут улучшить однородность красителя и уменьшить колебания линейной плотности, а также уменьшить помехи от потока наружного воздуха. Однако если скорость ветра превышает определенный уровень, это может привести к тряске нитей и возникновению турбулентности, усиливая охлаждающее воздействие на поверхность фильеры и потенциально приводя к повышению изменчивости показателей качества продукции. Скорости охлаждающего ветра для нитей различной линейной плотности приведены в табл.

При этом скорость ветра должна быть стабильной, так как колебания могут увеличить неравномерность диаметра нити. Эта неравномерность является одной из ключевых причин неравномерности окраски и изменений прочности на разрыв. Кривые распределения скорости ветра обычно имеют три формы: равномерную линейную, изогнутую и S-образную, причем наиболее распространенными являются линейная и изогнутая формы. Для поддержания температуры поверхности фильеры некоторые установки включают зону охлаждения внутри прядильного окна, при этом нижнее отверстие изолируется с помощью асбестовых плит. При обычном производстве очень важно правильно расположить изоляционные плиты.

06 Скорость намотки

Скорость намотки является важным фактором, влияющим на предварительную ориентацию намотанной пряжи. Чем выше скорость намотки, тем больше степень предварительной ориентации, но степень последующего растяжения имеет тенденцию быть ниже. Хотя производительность шпинделя увеличивается со скоростью намотки, она не происходит в линейной пропорции.

В оптимальных условиях скорость намотки должна быть максимальной, поскольку это не только повышает эффективность производства, но и улучшает качество пряжи. По имеющимся данным, оптимальная скорость намотки при обычном прядении составляет от 900 до 1200 м/мин.

Отношение скорости намотки к скорости выброса расплава называется коэффициентом растяжения фильеры. Увеличение степени растяжения фильеры приводит к уменьшению степени последующего растяжения. Коэффициент растяжения фильеры можно рассчитать с использованием уравнения (9-9).

В уравнении R’R’R’ представляет собой степень растяжения фильеры, vvv – скорость намотки (см/мин), γgammaγ – плотность расплава (г/см³), ddd – диаметр отверстия фильеры (см), nnn – количество отверстий фильеры, а QQQ – производительность насоса (г/мин).

07 Частота возвратно-поступательного движения устройства поперечного перемещения направляющей пряжи

Частота возвратно-поступательного движения устройства поперечного перемещения направляющей нити определяет размер угла намотки шпульки и влияет на натяжение намотки, что делает ее ключевым фактором в достижении хорошего формирования намотки. В производстве обычно используемый угол намотки обычно составляет от 6° до 7°. Частоту возвратно-поступательного движения можно рассчитать с помощью уравнения (9-10).

В уравнении NNN представляет частоту возвратно-поступательного движения (циклов/мин), αalphaα — угол намотки (°), HHH — ход нитенаправителя (м), а vvv — скорость намотки (м/мин).

Чтобы предотвратить плохое формирование намотки, вызванное перекрытием нитей, частоту возвратно-поступательного движения устройства поперечного перемещения направляющей нити следует периодически изменять. Диапазон изменения называется амплитудой, а продолжительность изменения называется периодом. Амплитуда обычно устанавливается на уровне ±15–25 циклов/мин, а период обычно составляет от 15 до 25 секунд. Когда скорость намотки увеличивается, амплитуда и период должны быть соответствующим образом уменьшены.

08 Вращение ролика и концентрация масла

Количество масла, нанесенного на намотанную пряжу, напрямую определяет содержание масла в готовой мультинити. Более высокая концентрация масла и более высокая скорость вращения роликов приводят к увеличению расхода масла. Количество наносимого масла зависит от конечного использования пряжи: для тканых нитей оно составляет от 0,6% до 0,7%; для трикотажной пряжи — от 0,7% до 0,9%; а для эластичной пряжи - от 0,5% до 0,6%. Скорость вращения роликов обычно составляет от 10 до 20 об/мин при концентрации масла от 10% до 16%.

Для обеспечения равномерного нанесения масла необходимо согласовать скорость вращения валков и концентрацию масла. Если концентрация масла увеличится, а скорость ролика уменьшится, масло будет иметь лучшие свойства разбрызгивания и диффузии, но ухудшится адгезия. И наоборот, если концентрация масла уменьшится, а скорость ролика увеличится, свойства разбрызгивания и диффузии будут хуже, а адгезия улучшится.

Перед использованием прядильное масло необходимо приготовить в виде эмульсии определенной концентрации. Приготовленное масло должно быть однородным и иметь высокую прозрачность.