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用于紡制細旦長絲的熔體過濾器
的改進
??彭玉良??(新鄉(xiāng)市勝達過濾凈化技術(shù)有限公司??新鄉(xiāng)??453000)
摘要:對普通紡絲設(shè)備進行改造以達到紡制細旦長絲的目的是一條投資少、見效快的途徑。介紹了有關(guān)熔體過濾方面的改造方案,包括紡絲組件、熔體過濾器
和二氧化鈦過濾器
的改進。
關(guān)鍵詞:紡絲設(shè)備,熔體過濾器,細旦纖維中圖分類號:TQ340?641??文獻標(biāo)識碼:B??文章編號:1004-7093(2007)03-0013-05
細旦纖維的線密度小、抗彎剛度小,同樣粗細的紗線中纖維的根數(shù)多,從而提高了成紗的均勻度及強度,可使織物的表觀發(fā)生質(zhì)的飛躍。用細旦纖維織成的織品,細潔精致、手感柔軟、細膩滑糯且懸垂性極好,使織物輕、柔、爽、滑,能獲得真絲綢的外觀和手感。如果對超薄型滌綸織物再經(jīng)過特殊柔軟親水處理,可使織物具有天然麂皮般的立體感和效應(yīng)。用細旦纖維生產(chǎn)的仿麂皮、仿真絲、仿羊絨等高檔紡織品具有棉的舒適性、毛的保暖性、絲的柔滑外觀。超細纖維還可用于合成革、清潔布、高密防水織物、液體或空氣過濾材料、保溫材料、功能紙和電池隔膜等。紡細旦纖維、紡高支紗、織特種布是近10年來紡織產(chǎn)品發(fā)展的趨勢。
我國20世紀80年代末才開始細旦纖維的研究,近幾年才開始批量生產(chǎn),投放市場,產(chǎn)品備受歡迎。細旦纖維是當(dāng)前發(fā)達國家紡織品開發(fā)的熱點。加快發(fā)展細旦纖維,緊追世界紡織品潮流,開拓國內(nèi)外市場,已成為我國紡織工業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。
近幾年來,我國一些科研院所和企業(yè)已陸續(xù)推出國產(chǎn)化細旦POY紡絲設(shè)備,可以紡制單絲線密度0.5～1dtex的微細旦產(chǎn)品。一些企業(yè)也在研究對策,即在不增加生產(chǎn)成本的前提下,通過技術(shù)改造及工藝優(yōu)化,提高大規(guī)模熔體直紡聚酯裝置的熔體質(zhì)量,以適應(yīng)生產(chǎn)熔體直紡細旦纖維和超細旦纖維的需要。另因前期由于國際原油價格持續(xù)上揚,聚酯切片或原料價格居高不下,多數(shù)生產(chǎn)廠為了追求利潤,停產(chǎn)或減產(chǎn)某些常規(guī)品種,尤其是粗旦纖維如167dtex以上的DTY及FDY,改產(chǎn)細旦纖維。
通過對現(xiàn)有設(shè)備的改造來達到利用現(xiàn)有設(shè)備紡細旦纖維的目的,這是投資少、見效快的一條途徑。改造包括紡絲過程的溫度控制、噴絲板孔徑和孔間距的改變、側(cè)吹風(fēng)風(fēng)速的調(diào)整、紡絲速度的優(yōu)化等多個方面。
本文只討論與過濾有關(guān)的三個問題:紡絲組件的改進、熔體過濾器的改造和二氧化鈦過濾器的改進。
1??紡絲組件的改進
紡絲組件由砂濾、濾片和噴絲板組成。砂濾和濾片是熔體進入噴絲板前的最后一道過濾,對聚合物熔體起到濾除雜質(zhì)、調(diào)整紡絲前的壓力、均布流體和剪切分子鏈的作用,也是減少飄絲、斷絲,保證紡絲滿卷率和合格率的一個重要部件。
紡制細旦纖維時要求通過砂濾的阻力大一些,以更有利于熔體均布和速度均勻。一般是對金屬砂或海砂的粒度和配比作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。在砂腔容積一定的情況下,采用適當(dāng)減小砂粒的直徑和增大細砂的比例來達到增加阻力的目的,也可以在實驗室通過“糖稀試驗”來測定阻力的大小。
常規(guī)的紡絲組件中的濾片大多用多層金屬編織網(wǎng)疊加而成。精度高的金屬編織網(wǎng)(如方孔網(wǎng)和特種網(wǎng))存在的缺陷是標(biāo)稱過濾精度與絕對過濾精度相差很大,有效流通面積只有5%～10%,納污能力小,阻力大,因此高檔濾片常用金屬纖維燒結(jié)氈。在絕對過濾精度一致的情況下,金屬纖維燒結(jié)氈的阻力只有絲網(wǎng)的三分之一,壽命卻比絲網(wǎng)長10～15倍。
濾片絕對過濾精度的選擇應(yīng)與前級主過濾器絕對過濾精度相同。這是因為濾片過濾面積不大,正常過濾時承擔(dān)負荷很小,升壓緩慢,只有在前級過濾異常時才迅速升壓,使用壽命明顯縮短。
2??熔體過濾器的改造
2?1??過濾精度的選擇
熔體過濾器是聚酯紡絲裝置的重要設(shè)備,主要用于濾除聚酯熔體中的機械雜質(zhì)、凝膠、焦化物及其他固體和膠狀體雜質(zhì)。熔體過濾對于紡制細旦纖維尤為重要,紡絲裝置必須加裝熔體過濾器。本文主要討論對現(xiàn)有熔體過濾器的改造,以達到紡制細旦纖維的目的。
紡制細旦纖維的紡絲板孔徑已小到0.16mm左右,因此必須提高熔體過濾器的過濾精度才能滿足紡絲的要求。熔體過濾器的過濾介質(zhì)大多為不銹鋼纖維燒結(jié)氈,雖然不銹鋼纖維燒結(jié)氈有3、5、7、10、15、20、25、30、40、60μm等不同的絕對過濾精度,但由于其在高壓、高溫、腐蝕等惡劣的環(huán)境中工作,熔體過濾器的濾芯多為波紋圓柱狀,必須采用焊接結(jié)構(gòu)。由于3～7μm過濾精度的過濾介質(zhì)其不銹鋼纖維直徑很細,熔焊很難保證濾芯的完整性,成品率低,制造成本急驟增加,因此不可能使用3、5、7μm精度等級的過濾器。而10μm精度等級的熔體過濾器在實際使用中初始阻力大,使用壽命短,或者要選擇足夠大的過濾面積,使投資成本增加,沒有實際使用的意義。因此,熔體過濾器過濾精度最高選擇在15μm。
2?2??提高過濾精度對系統(tǒng)的影響
下面舉例說明將某熔體過濾器從現(xiàn)有過濾精度20μm提高到15μm后對系統(tǒng)的影響。該熔體過濾器的運行參數(shù)如下:
工作溫度 ?290℃
熔體動力粘度 ?260Pa?s
系統(tǒng)壓力 21MPa
熔體流量 8100kg/h(0?0017m3/s)
初始壓差 2.8～3.0MPa(精度20μm)
切換壓差 7.51MPa
過濾面積濾芯單根面積 ???0.74m2,裝機37根,總過濾面積27.38m2
2?2?1??初始壓差
熔體過濾器的壓差△P由三部分組成[1]:
△P=△P1+△P2+△P3(1)
式中:△P1―――過濾器殼體、進出口管道、閥門、熔體分布板在工作過程中形成的壓差;
△P2―――過濾介質(zhì)(不銹鋼纖維燒結(jié)氈)的壓差;
△P3―――過濾介質(zhì)支撐體(中心骨架、襯網(wǎng)、護網(wǎng)、接頭)形成的壓差。
在濾芯結(jié)構(gòu)和運行參數(shù)不變的情況下,無論是20μm或15μm過濾精度,△P1和△P3是不變的,發(fā)生變化的只有△P2。
對于不銹鋼纖維燒結(jié)氈:
?
因為在過濾精度為20μm時,總的初始壓差△P為2.8～3.0MPa,所以當(dāng)熔體過濾器過濾精度從20μm提高到15μm時,過濾器的初始壓差將增加到2.98～3.18MPa,增加不大,實際情況與計算結(jié)果相近。
2?2?2??濾芯使用壽命預(yù)測
濾芯使用壽命,即濾芯上機工作天數(shù),也是一個重要的指標(biāo)。如果熔體過濾器切換頻繁,上機工作天數(shù)小于30d,將直接影響生產(chǎn)的連續(xù)性和經(jīng)濟性。
美國過濾咨詢公司推薦的聚酯熔體過濾器流量見表2。
濾芯的合理壽命是指在正常的使用條件下,首次上機的濾芯工作天數(shù)不應(yīng)低于30d,最好能超過60d。本例中熔體過濾器單位面積的流量為:8100/2738=296kg/(m2?h),該數(shù)值已經(jīng)遠大于推薦值。
實際使用天數(shù)可以根據(jù)國內(nèi)現(xiàn)有廠家的使用狀況來推測,如A廠家過濾精度15μm的熔體過濾器的流量為285kg/(m2?h),首次實際使用天數(shù)只有20d,在原料、工藝參數(shù)基本一致的條件下,單位面積的流量與實際使用天數(shù)成反比,則可以推算出本例首次使用工作天數(shù)約為19d。
使用壽命的預(yù)測還可以用試驗的方法來確定。試驗是采用相似性原理。取一定過濾面積的過濾材料,用糖稀作為流體,調(diào)整溫度使糖稀的粘度達到要求,并在糖稀中加入定量的AC粉塵,使糖稀流過過濾介質(zhì)。當(dāng)達到規(guī)定壓差時,測定流體流過的總量來判斷過濾材料的使用壽命。
日本精線株式會社測定不同過濾材料壽命的試驗條件為:①濾芯直徑70mm,過濾面積為38.48cm2,計量泵流量為80cm3/min,則單位面積的流量為2.08cm3/(min?cm2);②AC粉塵以1g/L的比例混入糖稀中,充分攪拌均勻;③糖稀的粘度260Pa?s。
根據(jù)過濾精度為20μm時熔體過濾器濾芯的實際使用天數(shù),可以推斷過濾精度為15μm時濾芯的使用天數(shù)。
糖稀試驗還可以用來試驗濾芯的結(jié)構(gòu)強度,包括中心管的強度,支撐網(wǎng)的強度等。
2?3??補充改造方案
首次使用天數(shù)少于20d的熔體過濾器基本上是不能使用的,因為隨著使用次數(shù)的增加,裝機使用的天數(shù)會越來越短,致使過濾器頻繁切換,緊急清洗,難以保證生產(chǎn)的連續(xù)性。遇上述情況時可采取下述補救措施:
(1)改造熔體過濾器,減少熔體過濾器殼體、進出口、分布板、閥門等組件,降低△P1。由于熔體粘度大,當(dāng)熔體過濾器不安裝濾芯時,△P1占過濾器總壓差的85%。經(jīng)過改造的熔體過濾器,△P1可降低1.65MPa。
(2)改造濾芯結(jié)構(gòu),如加大濾芯接頭的內(nèi)徑,適當(dāng)加大骨架孔的孔徑或增加孔的數(shù)量等,以降低△P3。
(3)增加過濾面積。熔體濾芯一般為三角形排布,濾芯與濾芯之間最小距離有10mm。在可能的情況下,適當(dāng)增加濾芯的外徑,增加波紋高度或適當(dāng)增加波紋數(shù)量,可以增加20%～38%過濾面積。在上例中,將單根過濾面積從0.74m2增加到1.02m2,總過濾面積增加到37.74m2,可使單位面積的流量從296kg/h降到214.61kg/h,使用周期能達到39d。
(4)如果增加單根濾芯的過濾面積仍不能滿足使用要求,則可再做一個同樣大小的過濾器與其并聯(lián),使過濾面積增加一倍,可以徹底改變使用狀況,首次使用壽命可增加3～4倍。
(5)如果過濾面積無法增加,只能降低熔體的流量,以降低產(chǎn)量來保證15μm熔體過濾器的正常運行。
3??二氧化鈦過濾器的改進
在生產(chǎn)半消光、消光聚酯切片和纖維時,常用二氧化鈦做消光劑,加入量在0.03%～4%之間。二氧化鈦是粉狀結(jié)晶體,常采用分散在乙二醇中的方法加入,二氧化鈦過濾器典型結(jié)構(gòu)如圖2所示。濾芯常用纏繞結(jié)構(gòu),名義過濾精度1μm。特點是孔徑分布沿徑向梯度分布,外大內(nèi)小,具有深層過濾的效果,納污量大,使用壽命長。
二氧化鈦過濾器的質(zhì)量直接影響熔體過濾器濾芯的使用壽命。應(yīng)選擇質(zhì)量好的名牌產(chǎn)品。但纏繞式濾芯的公稱精度與實際精度有很大的差異,尤其在濾餅建立之前,其差異見表3。
?表3中公稱精度1μm的濾芯,初始精度為10～20μm(β20=25),允許通過的最大粒子粒徑為30μm,即在濾餅形成之前,通向下游的最大粒子粒徑達30μm,這些粒子將被熔體過濾器濾芯攔截,增加了熔體過濾器的負擔(dān),因此有些廠家將纏繞式濾芯改為燒結(jié)金屬氈濾筒,光面朝外,過濾精度為15μm(β15=75),可使二氧化鈦過濾器保證只讓粒徑≤15μm的粒子通過,而將絕大部分粒徑>15μm的粒子阻擋在濾芯外表面。當(dāng)過濾器達到允許最大壓差時將濾芯取出清洗,由于二氧化鈦的分散性良好,其顆粒很容易從濾芯表面清除掉。用新鄉(xiāng)市勝達過濾凈化技術(shù)有限公司發(fā)明的燒結(jié)PTFE膜的不銹鋼網(wǎng)(已申請發(fā)明專利)制成濾筒,替代纏繞濾芯將有更多優(yōu)點。該過濾介質(zhì)能耐高溫,可在350℃溫度下長期工作,膜附著力強,過濾精度可調(diào)控,尤其是PTFE具有不粘性,清洗更為方便。
通過上述對聚合物紡絲的熔體過濾系統(tǒng)的改進,將有助于利用現(xiàn)有普通紡絲設(shè)備來達到紡制細旦纖維的目的。由于各生產(chǎn)廠的設(shè)備不同,工藝不一,對過濾的要求也不盡相同,因此應(yīng)根據(jù)實際情況選擇合適的改造方案。
參考文獻
[1]??劉國龍,黃永灼,黎勇?熔體過濾器的壓差分析及濾材的酸洗[J]?過濾與分離,2000,10(4):36?37. ??