卧式填塞箱式卷曲机工作原理与影响卷曲数的主

更新时间:2020-11-24 00:08 作者:pt视讯

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   11ECHN O I似Y技砸礓踪卧式填塞箱式卷曲机工作原理与影响卷曲数的主要因素分析邯郸宏大化纤机械有限公司研究所杨楠/文圄匿万方数据l●关键词:卷曲机卷曲数丝层厚度主压背压卷曲辊直径温度张力在化纤后处理阶段,为使化学纤维能够得到与天然纤维类似的抱合力,以利于在纺织上的应用,需要对其进行卷曲处理。按照工艺方法,卷曲一般分为热水浴卷曲( 如维纶、粘胶) 和机械卷曲( 如涤纶、腈纶) ,本文主要讨论的是机械卷曲。机械卷曲的基本原理是:达到玻璃化温度、厚度均匀、宽度合适、张力稳定的丝束,在一对上下卷曲辊的握持下被送入一个密闭的卷曲箱体内,在这个过程中纤维被轴向挤压,丝束弯曲形成一定密度的卷曲波( 一次卷曲) ,然后经卷曲箱二次卷曲定型后获得所需物理特性。实现上述过程的设备是卷曲机。卷曲机是化纤后处理生产线上的关键性设备,最常见到的是卧式填塞箱式卷曲机。它的关键结构由一对刚性卷曲辊以及由顶板和底板( 一般称为上刀、下刀) 、左右侧板组成的卷曲箱构成( 见图1) 。图1卷曲箱结构1.上刀2.下刀3.侧板4.顶板5.摩擦板在化纤生产企业,一个工艺人员总是能够根据所生产的纤维的特性来选择、调整卷曲设备,使产品的质量得到保证。但是,同样存在不少的企业,老是抱怨所购买的卷曲设备不好用,得不到想要达到的卷曲质量,特别是关键性指标卷曲数,有的产品要高的卷曲数但是卷曲出来的纤维卷曲数很少。而有的却是恰恰相反。还有的生产线卷曲数忽高忽低。从邯郸宏大化纤机械有限公司设计、售后的大量反馈来看,卷曲数出现问题往往只有极少的情况是卷曲设备自身的设计、加工问题,其余的大都是选型、调整不当造成的。应当清楚的是,调整不仅只限于卷曲设备本身,前道工序所输送的纤维丝束的质量对于卷曲设备的正常工作也是非常重要的。那么卷曲数是什么概念呢?国标GB/T3291.1中定义为:化学纤维单位长度内的卷曲个数,就是卷曲频数。在日常工作中,一般以每英寸( 25.4m m ) 纤维内的弯曲个数做为卷曲数。就是说从纤维的一个卷曲峰到相邻的一个卷曲峰为一个完整的卷曲波。卷曲波的形成,或者说是一次卷曲的形成,是发生在上下卷曲辊握持点与上下刀尖的三角区以内的,通常把它叫做“ 一次卷曲三角区” ,丝束一旦脱离这个区域,其卷曲数就不会改变了。图2是实际的卷曲照片,可以看到一次卷曲的区域非常小,卷曲箱里明显的大波浪是二次卷曲。图2实际卷曲效果图那么,影响卷曲效果的因素到底有哪些呢? 技戎■ 麓TECH N O LO G Y卷曲数是化纤短纤维重要的质量指标之一,如何获得预期的卷曲数,是每个化纤生产企业都关心的问题。本文列举了影响卷曲数指标的各种因素,并讨论它们之间的内在联系,并得出了通过减小丝束层厚度、增加主压背压、减小卷曲辊直径、提高丝束温度等方法可以提高卷曲数的结论。一般说来,丝束厚度、卷曲压力、卷曲辊直径、丝束温度是影响卷曲效果的几个关键因素。首先,设定几个参数以便于定量的计算:1.纤维线密度:纤维单位长度的质量,一般使用分特( dtex) 表示,其定义是10000米重1克1出盯=黑(GB/T32911)1000咖、⋯⋯⋯~为1分特。可以表示为:2.L:卷曲辊宽度( m m ) ;3.L:一个完整卷曲波的纤维长度( m m ) ;4.N :卷曲数;5.Dl :单丝纤度( dtex) ;6.D2:丝束总纤度(dcex);7.p;纤维密度( g/cm ) ;8.r:单丝半径( m m ) ;9.d:单丝直径( m m ) ;10.h:卷曲丝层厚度( m m ) ;11.n:纺丝总孔数;12.B:卷曲箱高度(nl nl );13.P:卷曲箱内的压强( 背压,kg/cm 2) ;14.F:卷曲推挤力@ 曲。在讨论丝层厚度与卷曲数的相互关系之前,先来定量计算一下生产线进入卷曲机的丝束层厚度。一.卷曲丝束层的厚度计算设定:单丝纤度D1=1.33dtex纤维密度p=1.37 g/cm纺丝总孔数n=5760001.单丝面积n:璺:!:!!曼!!!竺呈竺=o.97。lo{cm 2;o.97、lo. m m 2..D1372/cm 一般来说,丝束截面是圆形的,考虑到整束纤维即使是在被挤压的状态下仍然会有空隙,所以可以使用简便算法计算出“ 包含空隙面积” 的整条纤维束的截面积之和。2.由}7l =n r2得出下式:。r:,厚:,f塑型型:0556× lo-2脚。。。一、丁r一、f3.14一。 。 。 。“ 1” ” ⋯ “d=2,=2× (0.556× 10。)=0.01h脚由此,可以得到单根纤维的直径。3.计算总面积。假设这576000根纤维一根一根的上下、左右排列成一个正方形,那么每个边的根数就是:压丽丽:759根其边长是单根纤维的直径乘以根数:即为:o.叭1x759=8.349m m总截面积为:矿2=(8.349)2=697脚t24.基于上述测算便可计算出丝束在卷曲辊上的厚度:取卷曲辊宽度L=120m m ,则矗:丝:竺:o.566删三120丝束层的厚度确定后,下面逐个讨论影响卷曲数的几个因素。国匿万方数据 蓦画●二.影响卷曲数的因素及相互关系1.丝束层厚度对卷曲数的影响图2所示的是丝束一次卷曲时的状态,这个示意图没有按照实际比例,是为了大家能够清楚看到卷曲的过程,实际上这个区域只是卷曲辊出口的很小一部分。_} 专E三鬟 一夺一图3卷曲状态如图3所示,一个完整的卷曲波的长度( 图中阴影部分) 可以表示为下式:岛球x,(z× 丌× 訇珐+丌一卷曲数是25.4m m 长度里卷曲波的个数,可以表达为:Ⅳ× 岛=25.4脚删代入后得到丝束厚度与卷曲数之间的关系式:Ⅳ× (2× 工十兀× 晟)=254聊朋由上式可以看出,丝束厚度对卷曲数的影响是很大的,所以得出第一个结论:丝束变薄卷曲数会增加,反之会减少。如果总的纤度已经确定,那么,选择合适的卷曲辊宽度将得到合适的丝束厚度,卷曲辊的宽度决定了设备的生产能力。同时,上式还可以计算出可得到的最大卷曲数,设x=o,则:Ⅳ:垄:兰竺竺:14.29个通常,纤维只需要12个卷曲数,通过计算可得到这时x=o.17m m 。至于x值的大小,在下面会讨论到。2.背压对卷曲数的影响丝束在卷曲辊出口的状态如图4所示。图4卷曲状态图4中,左侧是卷曲辊握持丝束所产生的推送力,右侧是卷曲箱内压强产生的对丝束的阻挡力。不考虑张力和摩擦力的作用,若卷曲箱的截面高度为B、宽度为L,则在压力关系中,有:F=尸× B× 三⋯⋯⋯⋯ ①丝束在刚刚到达上下卷曲辊出口时的瞬间,可以把它看做柔性的、等断面的压杆件,其力学模型可以认为是“ 一端固定,另一端轴向移动但不能转动和侧向移动” 。它会受到推挤力F和卷曲箱内压力阻挡的联合作用而逐渐失稳,产生弯曲变形,这样才能形成卷曲的结果。大柔性等断面的压杆失稳欧拉公式是这样定义的( 机械设计手只=箐若假设是丝束开始发生弯曲变形时的长度,册第一册第一篇5.7):则其在失稳弯曲瞬间有如下物理关系:F:! 兰墨兰垒( × ,)。或者脚啦%挚⋯⋯⋯◎在②式中,弹性模量E、惯性矩I。。、长度系数仙、卷曲辊宽度L、卷曲箱高度B都可以先看成是常数,所以可以看到,发生弯曲变形时丝束折弯长度的平方和卷曲箱内的压强P是成反比例关系的,当压强P增加时,,会减小。联系在上面丝束厚度的讨论,,值的减小意味着构成一个完整卷曲波的丝束长度Lo在减小,当丝束厚度不变时。万方数据 技克■ 奠TEC丑N O LO G Y就是x的值在变小,故得出第二个结论:背压增加卷曲数会增加,反之会减少。当然,背压不是无限增加的,如果追求高的卷曲数,让背压无限增加超过临界点,会出现卷曲辊打滑的现象,造成卷曲失败以及卷曲辊的额外磨损。3.主压对卷曲数的影响从实际情况来看,主压提供适合的握持力使丝束进入卷曲箱,适当提高主压压力,对于丝束来说会有变薄的趋势,所以,适当提高主压会提高卷曲数。4.卷曲辊直径对卷曲数的影响卷曲辊直径对卷曲数的影响在于在一定程度上影响了丝束的刚度。回过头再去看图四,丝束可以理解成一条柔性的、具有多重约束的压杆。丝束卷曲波的形成,应该是在两个卷曲辊的曲率外形所约束的条件的压杆失稳弯曲效应。丝束在脱离卷曲成形区之前,卷曲辊上下曲面对其的约束增大了丝束体抗弯的作用。从图四可以看出,卷曲辊直径越大,由上下卷曲辊曲面所形成的三角区就约窄,产生的这种对丝束的约束力就越大,这相当于增大了丝束体的刚度,也可以说是增大了其弹性模量E。参照第二节的式②,在卷曲箱内压强P、惯性矩l 。。、长度系数斗、卷曲辊宽度L、卷曲箱高度B不变的情况下,弹性模量E变大则卷曲长度j 的值也会变大,也就是x值在变大,所以卷曲数变小。所以这里可以得到结论:减小卷曲辊直径可以提高卷曲数。在实际的设计中,卷曲辊的直径不是想要多小就多小的,为保证上下卷曲辊的刚度而进行的轴承型号的选择、轴直径的设计以及各种机械加工要求限制了卷曲辊直径的减小。5.温度对卷曲数的影响温度对卷曲数的影响同样可以参照前面在讨论背压对卷曲数的影响那一节的②式,适当提高丝束温度。整条丝束的弹性模量E会变小,从而影响卷曲变形长度j 变小,故,提高丝束温度可以提高卷曲数。6.张力的因素虽然张力对于卷曲数的高低没有直接关系,但是仍然要知道,适当的、稳定的张力对于卷曲来说是至关重要的。首先,卷曲机不能以超高张力来拉伸或者拉断丝束。另一个方面,无张力的松弛丝束是无法进入卷曲箱的,丝束进入卷曲机前必须有一个合适的预张力,并且这个预张力要求其无论在丝束的各部分之间还是在丝束运行的时间上,都必须具有高度一致性,否则卷曲就会出现各种故障。另外,如果出现纺丝机单丝成形不一致、热牵伸丝片各部分之间倍率出现差异、并丝、粘连、浆块等现象,即使保持了预张力,也无法保证卷曲质量。通常情况下卷曲前的预张力是由一台配置了张力检测仪的曳引机来完成的,张力仪根据设定的张力值将实时张力信号反馈到控制PLc,以此来对卷曲机的驱动变频器进行在线的调整,以保证稳定、一致的恒定张力。很多企业在卷曲质量不理想、进丝困难的情况下拼命的提高预张力或者干脆用卷曲机直接拖拽丝束,这对卷曲效果毫无帮助,反而会加速设备的损坏。虽然各种纤维的性质不同,但是预张力还是有一个基本的数据供大家参考,在配置了预张力设备的情况下,丝束张力值不应超过o.2cN /dtex。如果卷曲是正常的,那么张力值越小,卷曲机的使用寿命越长。三.结束语卷曲机是精密、关键的化纤后处理设备,它运行的正常与否是和机械加工精度、装配精度、速度、温度、丝束纤度、纤维模量、张力等多种因素相关的。这些因素之间也是相互关联的,在实际操作中要多方面考虑、调整,才能达到预期的效果。圃参考文献:纺织纤维的结构和性能,吴宏仁、吴立峰,纺织工业出版社。1985年。高科技纤维概论,王曙中、王庆瑞、刘兆峰,中国纺织大学出版社,1999年。日万方数据 卧式填塞箱式卷曲机工作原理与影响卷曲数的主要因素分析卧式填塞箱式卷曲机工作原理与影响卷曲数的主要因素分析作者:杨楠作者单位:邯郸宏大化纤机械有限公司研究所刊名:纺织机械英文刊名:Textile Machinery年,卷(期): 引用本文格式:杨楠 卧式填塞箱式卷曲机工作原理与影响卷曲数的主要因素分析[期刊论文]-纺织机械 2014(8)2014,8(8)


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