长丝冷却方式初探.docx

长丝冷却方式初探冷却成形是长丝生产的重要过程之一，冷却条件是固化过程的决定因素，强烈地影响长丝的结构和纺丝线上的各种分布，是一系列不均匀的根源。熔融纺丝时，熔体从喷丝板的毛细孔喷出，经冷却、拉伸最后凝固成丝条。从喷丝板面到卷绕部分可将纺程分成三个部分，即流动形变区、取向结晶区和塑性形变区，丝条凝固过程相当复杂，在沿纺程各质点，其运动速度、直径、截面积、温度、粘度、所受力及内部结构都在不断发生变化，而这些因素又是相互影响。随着科学技术的进步，长丝生产技术在不断发展，为了匹配生产品种，出现了几种不同的冷却方式。如果按照冷却介质（空气）吹出的方向分：横吹和竖吹。横吹分为侧吹和环吹。竖吹分为顺流和逆流。目前比较常用的是横吹，下面我们具体介绍。横吹侧吹：熔体细流被冷却风从丝束的一侧吹过，结构简单，操作方便，有很高的冷却强度，但冷却强度不均匀；出风口附近冷却强度远高于远离出风口处，造成同一截面内温度不均匀（即迎风面和背风面存在较大的差异）；最大气流速度受到限制。因此适宜于孔数少的长丝冷却和采用矩形喷丝板纺丝的冷却型式，或者是有方向性的异型喷丝板丝条的冷却。为了减小气流的紊乱程度，在侧吹风装置上设置过滤网，试验表明通过降低金属网的细度能很好的降低湍流。最好是将几层金属网叠起来使用，即形成整流层。图1.侧吹风装置1.照明灯；2.导丝器；3.排风门；4.单体吸附装置；5.喷丝板；6.气室；7.整流层；8.风道⑴风速：它对纤维的成形影响最大，这是由于空气的导热系数低，致使熔体细流与周围空气的换热效果主要决定与空气的给热系数α。试验证明在离喷丝板不远处，熔体细流的冷却成形，α主要受冷却风速的影响。风速过大或过小均不合适，都会使条干不匀率增大，而风速在0.3－0.7米/秒范围内最佳。这可从丝条的凝固成形时湍动因素的变化来解释，当风速过大时，湍动因素增加，而空气流动的任何湍动必将引起丝条的振荡和飘动，当振动幅度达到一定的程度，就会传递到凝固区的上方，使丝的条干不匀。这种振幅随丝条上的张力增加而降低。风速过小造成条干不匀升过的原因在于受丝室外气流干扰的因素增强，以及丝条凝固速度较慢，使凝固丝条飘忽、振动的因素增加。风速还和纤度有关。凝固点发生周期性的位移是风速过大或过小引起条干不匀的主要原因。冷却气流的湍流度和条干不匀率成正比，故良好的吹风风速要适当，气流的层流性要好。应定期清洗侧吹风过滤层和分配网，防止因尘埃在阻尼层上不均匀的沉积而引起各根丝之间以及本根丝各段之间内部结构的不同，从而造成丝条条干不匀率和后加工染色有差异，产生段斑丝。⑵风压的波动和均匀性对丝质的影响。这是因为风压的波动会影响风速的变化，从而使单丝产生飘动和振荡。吹风压力变化△P和吹风压力P的比值最好要小于0.005（△P/P≤0.005），这样才能保证丝条的条干不匀率，染色均匀性和伸长不匀率等。冷却吹风的风压P由公式：第一项为消耗于冷却吹风速率的动压力，第二项为消耗于冷却室内的空气阻力，第三项为引起气流湍流和压力振荡的风压，它表示了使丝条产生振荡的因素。⑶风温对丝条的影响：实践证明在15－30℃范围内，风温对高速纺丝成形中的丝条张力和产品性质几乎没有影响，仅风温较低，丝条手感较硬。但风温异常，波动范围增加时，影响丝条的条干不匀率和动态热拉伸应力的不匀率，后加工的染色均匀性以及毛丝、断头增多。所以必须保持风温的恒定。熔体细流从喷丝板下无风区出来，立即受到冷却吹风的冷却，此时希望冷却的速度较快为好，目的是要使它停留在190度附近的时间越短越好，最后使丝条全部冷却到玻璃化温度以下。其冷却的推动力是冷却吹风与丝条间的温差。实践证明，冷却吹风和丝条的温差至少应在10度以上，才能保证丝条的冷却均匀，同时可以避免由于冷却不够充分，而引起单丝间冷却长度的偏差。若在冷却每根丝条的过程中，冷却空气温度增加了△t，可用下面的公式表示冷却吹风的最适宜温度t1：丝条进入冷却吹风区时，冷却风每吹过一行丝，吹风温度约增加4度，如果喷丝板的孔数增加，冷却吹风的单丝行数增加到10行，那么最后一行丝将被64度（风温为24度）的冷却风冷却，显然不符合冷却要求，纺丝过程中的断丝将增加6-8倍，最终会出现物理指标降等现象，因此可见，侧吹风冷却方式具有生产品种的局限性，对多孔数的细旦丝力不从心。⑷风湿的影响：冷却风含湿量对熔体的吸湿过程影响不大。但是保证吸湿的恒定是至关重要的，从另一个角度看，随风湿增加，它的比热容和热容量将会增加，热吸收量随着增加。从而使冷却风在吸收同样的热量时温升低，能保证冷却风的温度相对稳定性，提高冷却效果。但过高会使操作恶化和设备的锈蚀，一般为（65%-75%）±3%。⑸密闭区：在喷丝板下设置密闭区（无风区）是十分重要的，因为高分子的弹性记忆效应，形成了挤出胀大现象。此时熔体细流温度自然很高，其细流十分脆弱