Warunki procesu podczas przędzenia określają zmiany we włóknach podczas procesu kształtowania

Warunki procesu podczas przędzenia determinują zmiany we włóknach podczas procesu kształtowania, znacząco wpływając na przędność, strukturę i właściwości nawijanej przędzy oraz właściwości gotowej przędzy. Warunki te w dużym stopniu wpływają zatem na właściwości gotowej przędzy.

01 Temperatura topnienia (Tm)

Temperatura topnienia, zwana także temperaturą przędzenia, musi być odpowiednio kontrolowana, aby zapewnić dobrą przędzalność oraz doskonałe właściwości fizyczne i mechaniczne gotowej przędzy. Temperatura topnienia powinna całkowicie stopić wióry, zapobiegając jednocześnie poważnej degradacji termicznej makrocząsteczek poliestru. Dlatego w przypadku wiórów o lepkości charakterystycznej w zakresie od 0,64 do 0,66 ogólnie zaleca się kontrolowanie temperatury topnienia w zakresie od 285 do 290°C. Jeśli przekroczy 300°C, makrocząsteczki poliestru ulegną szybkiej degradacji termicznej. W wyżej wymienionym zakresie temperatur, wraz ze wzrostem temperatury, lepkość płynięcia stopu stopniowo maleje, co prowadzi do poprawy jednorodności i właściwości reologicznych, a tym samym poprawia zdolność przędzenia.

Zmniejsza się stopień wstępnej orientacji nawiniętej przędzy (wskaźnik dwójłomności n), zmniejsza się jednorodność przekroju poprzecznego i zmniejsza się również naprężenie przędzenia. Zwiększa się maksymalny stopień rozciągnięcia i naturalny stopień rozciągnięcia nawiniętej przędzy. Po rozciągnięciu wytrzymałość i wydłużenie rozciągniętej przędzy również wykazuje tendencję rosnącą. Dlatego też, dopóki lepkość stopu nie spadnie znacząco, temperatura może być utrzymywana na możliwie najwyższym poziomie.

Jednakże temperatura topnienia nie powinna być zbyt wysoka. Nadmiernie wysokie temperatury mogą zaostrzyć degradację makrocząsteczek poliestru, prowadząc do zmniejszonego lub zmiennego nacisku ślimaka, co może powodować między innymi wahania temperatury krzepnięcia włókna, zwiększoną nierówność taśmy i wyższe współczynniki nierówności w barwieniu. Dodatkowo może to skutkować zwiększeniem ilości włókien z głowicy wtryskowej, większym puchem i łamaniem końcówek podczas nawijania oraz nadmiernym wydłużeniem gotowego produktu. W ciężkich przypadkach wytłaczane włókna mogą sprawiać wrażenie nieciągłych i niemożliwych do prawidłowego nawinięcia.

Temperatura topnienia również nie może być zbyt niska. Jeśli temperatura jest zbyt niska, nadmierna lepkość zwiększy naprężenie ścinające stopu w dyszy przędzalniczej, powodując pękanie stopu i słabą przędzalność. Gdy temperatura jest niższa niż 280°C, zarówno wytrzymałość, jak i wydłużenie przędzonych włókien ciągłych są niskie. Ten rodzaj włókna określany jest jako słaby, który podczas rozciągania ma tendencję do tworzenia puchu i łamania końcówek, co utrudnia obsługę.

W rzeczywistych procesach produkcyjnych temperatura topnienia często się zmienia, co może łatwo prowadzić do różnic w kolorze włókien. Wahania temperatury są zazwyczaj kontrolowane w zakresie ±1°C. Należy zauważyć, że różne właściwości wiórów poliestrowych mają różną lepkość istotną i temperaturę topnienia, dlatego wybrany zakres temperatur topnienia również powinien się odpowiednio różnić. Generalnie, w przypadku zmiany lepkości istotnej wynoszącej ±0,1, temperatura stopu powinna zmienić się odpowiednio o ±10°C.

Odpowiedniość wybranej temperatury topnienia można ocenić nie tylko na podstawie warunków pracy przędzenia i rozciągania oraz wskaźników jakości gotowej przędzy, ale także oceniając spadek lepkości przędzy bezolejowej. Pożądana jest wartość Δn mniejsza niż 0,04 przy minimalnych wahaniach.

Temperaturę stopu można regulować temperaturą wytłaczarki ślimakowej i komory przędzalniczej. Dodatkowo należy wziąć pod uwagę skutki wytwarzania ciepła w wyniku tarcia. W oparciu o podstawowe funkcje ślimaka można go podzielić na sekcję zasilającą, sekcję ściskającą i sekcję dozującą. W praktyce, aby ułatwić kontrolę temperatury, ślimak można podzielić na kilka stref regulacji ogrzewania.

02 ciśnienie wytłaczania ślimaka

Ciśnienie wytłaczania ślimakowego odnosi się do ciśnienia stopu na wylocie wytłaczarki ślimakowej, które jest mierzone i kontrolowane przez czujniki ciśnienia. Ciśnienie wytłaczania ślimakowego wykorzystywane jest do pokonania oporu stopu w urządzeniach takich jak rury i mieszalniki, zapewniając w ten sposób określone ciśnienie stopu na wlocie pompy dozującej.

Według doniesień literaturowych ciśnienie wlotowe pompy musi osiągnąć 2 MPa, aby pompa dozująca mogła dokładnie mierzyć i wytwarzać; w przeciwnym razie może to skutkować niewystarczającym lub zmiennym zasilaniem pompy, powodując, że przędzona przędza stanie się cieńsza lub nierówna.

Biorąc za przykład przędzarkę VC406A, podczas przędzenia włókna 167 dtex z prędkością 1000 m/min opór rurociągu wynosi 2,6 MPa, a do normalnej produkcji na przędzarce wymagane jest ciśnienie wytłaczania ślimakowego co najmniej 4,6 MPa.

W rzeczywistej produkcji konieczne jest kontrolowanie ciśnienia w zakresie od 6,5 do 7,5 MPa. Chociaż wyższe ciśnienie wytłaczania ślimakowego jest korzystne dla przędzenia, zbyt wysokie ciśnienie wymaga szybszego obrotu ślimaka, co zwiększa przepływ wsteczny stopu w wytłaczarce i zwiększa zużycie energii. Jeśli ciśnienie przekracza zakres tolerancji ciśnienia urządzenia, może dojść do wypadku.

03 Objętość zasilania pompy

Objętość zasilania pompy odnosi się do masy stopu dostarczonego przez pompę dozującą w jednostce czasu. Wielkość objętości zasilania pompy wpływa bezpośrednio na grubość przędzy. Objętość zasilania pompy można określić poprzez obliczenia, a następnie dostosować w oparciu o rzeczywiste warunki. Wzór obliczeniowy jest następujący:

Q = DRV/(l0000 K)

We wzorze Q to objętość dostarczana przez pompę (g/min), D to gęstość gotowej przędzy (dtex), R to stopień rozciągnięcia, v to prędkość przędzenia (m/min), a K to współczynnik skurczu włókna (zwykle przyjmowany jako 1,05 do 1,10). W rzeczywistej produkcji wielkość zasilania pompy nie jest bezpośrednio kontrolowana; zamiast tego osiąga się to poprzez kontrolowanie prędkości obrotowej pompy. Prędkość obrotową pompy można obliczyć korzystając ze wzoru:

N=Q/γηC

We wzorze: n to prędkość pompy dozującej (r/min), Q to objętość zasilania pompy (g/min), γ to gęstość stopu (g/cm3), η to wydajność pompy dozującej (zwykle 98%), a C to wydajność pompy dozującej (cm3/r).

Dopuszczalna prędkość dla ogólnej pompy dozującej wynosi od 15 do 40 obr/min, przy optymalnym zakresie od 20 do 30 obr/min. Jeśli obliczona prędkość wykracza poza ten zakres, można ją dostosować, zmieniając specyfikacje pompy dozującej

04 Ciśnienie elementu

Ciśnienie składnika wykorzystywane jest do pokonania oporu napotykanego przez stopiony materiał podczas jego przechodzenia przez warstwę filtracyjną i otwory dyszy przędzalniczej i jest ściśle powiązane z jednorodnością jakości włókna.

Podczas przędzenia pod wysokim ciśnieniem ciśnienie składowej mieści się w zakresie od 9,8 do 24,5 MPa, co skutkuje lepszą jakością nawijanej przędzy. Wraz ze wzrostem czasu użytkowania elementu, w warstwie filtra stopniowo gromadzą się zanieczyszczenia, co prowadzi do wzrostu oporu i ciągłego wzrostu ciśnienia elementu. Jeśli chodzi o ciśnienie składowe, w procesie uwzględnia się głównie ciśnienie początkowe i szybkość wzrostu ciśnienia.

Ciśnienie początkowe odnosi się do ciśnienia zmierzonego 30 minut po ustabilizowaniu się nowego komponentu podczas wirowania, zwanego również ciśnieniem początkowym. Jest ona związana ze składem warstwy filtracyjnej, wydajnością pompy, temperaturą topnienia i lepkością i na ogół wynosi od 9,8 do 14,7 MPa.

Szybkość wzrostu ciśnienia odnosi się do stopnia wzrostu ciśnienia elementu na jednostkę czasu (godzinę lub dzień) podczas normalnego użytkowania. Dzienna stopa wzrostu ciśnienia powinna być mniejsza niż 6%. Gwałtowny wzrost ciśnienia może skrócić żywotność elementu. Jeśli ciśnienie elementu osiągnie maksymalnie 30 MPa, należy go wymienić. Dalsze użytkowanie może spowodować uszkodzenie pompy dozującej, deformację płytki dyszy przędzalniczej lub wyciek materiału.

05 Temperatura nawiewu chłodzącego, wilgotność i prędkość wiatru

Podczas przędzenia włókien powszechnie stosuje się dmuchanie boczne, z trzema głównymi parametrami: temperaturą, wilgotnością i prędkością wiatru (objętość powietrza). Dodatkowo widoczny jest rozkład prędkości wiatru na powierzchni okna nawiewnego.

Temperatura nadmuchu chłodzącego wynosi od 20 do 30°C. W przypadku wzrostu prędkości wirowania należy odpowiednio obniżyć temperaturę powietrza, aby przyspieszyć chłodzenie. Obecnie powszechnie stosuje się temperaturę 28°C.

Nadmuch chłodzący powinien mieć określony poziom wilgotności, aby zapobiec wytwarzaniu się elektryczności statycznej w wyniku tarcia włókien z suchym powietrzem w kanale, redukując drgania i odbijanie się włókien. Pomaga również utrzymać stałą temperaturę w pomieszczeniu, ułatwiając przenoszenie ciepła i poprawiając chłodzenie włókien. Dodatkowo wpływa na krystaliczność, wydłużenie i odzysk wilgoci przez włókna. Dopuszczalna jest wilgotność względna pomiędzy 65% ​​a 80%, zwykle kontrolowana na poziomie około 70%.

Prędkość wiatru (objętość powietrza) ma istotny wpływ na wstępną orientację (dwójłomność) i stopień rozciągnięcia nawiniętej przędzy. Wraz ze wzrostem prędkości wiatru dwójłomność nawiniętej przędzy maleje, podczas gdy współczynnik rozciągania na zimno wzrasta. Wynika to z lepszych efektów chłodzenia przy wyższych prędkościach wiatru, które przesuwają punkt krzepnięcia w kierunku dyszy przędzalniczej, skracając strefę odkształcenia i osłabiając efekt orientacji rozciągającej na stopie przed zestaleniem.

Dodatkowo wyższe prędkości wiatru mogą poprawić jednorodność barwnika i zmniejszyć wahania gęstości liniowej, jednocześnie łagodząc zakłócenia powodowane przez przepływ powietrza na zewnątrz. Jeśli jednak prędkość wiatru przekroczy pewien poziom, może to spowodować drgania włókien i ich turbulencję, zwiększając efekt chłodzenia powierzchni dyszy przędzalniczej i potencjalnie prowadząc do wzrostu zmienności wskaźników jakości produktu. Prędkości wiatru chłodzącego dla włókien o różnej gęstości liniowej przedstawiono w tabeli.

Ponadto prędkość wiatru musi być stabilna, ponieważ wahania mogą zwiększać nierówność średnicy żarnika. Ta nierówność jest jedną z głównych przyczyn niespójności barwienia i różnic w wytrzymałości na rozciąganie. Krzywe rozkładu prędkości wiatru zazwyczaj przyjmują trzy formy: jednolitą liniową, zakrzywioną i w kształcie litery S, przy czym najczęstsze są liniowe i zakrzywione. Aby utrzymać temperaturę powierzchni dyszy przędzalniczej, niektóre konfiguracje obejmują strefę chłodzenia w oknie wirującym, z dolnym otworem izolowanym płytami azbestowymi. Podczas normalnej produkcji istotne jest odpowiednie ułożenie płyt izolacyjnych.

06 Prędkość nawijania

Prędkość nawijania jest ważnym czynnikiem wpływającym na wstępną orientację nawiniętej przędzy. Im wyższa prędkość nawijania, tym większy stopień wstępnej orientacji, ale stopień późniejszego rozciągnięcia jest zwykle niższy. Chociaż wydajność wrzeciona wzrasta wraz z prędkością nawijania, nie dzieje się to w proporcji liniowej.

W optymalnych warunkach prędkość nawijania powinna być maksymalizowana, ponieważ nie tylko zwiększa to wydajność produkcji, ale także poprawia jakość przędzy. Według dostępnych danych optymalna prędkość nawijania przy konwencjonalnym przędzeniu wynosi od 900 do 1200 m/min.

Stosunek prędkości nawijania do prędkości wyrzucania stopu nazywany jest współczynnikiem rozciągnięcia dyszy przędzalniczej. Zwiększenie stopnia rozciągnięcia dyszy przędzalniczej powoduje zmniejszenie późniejszego stopnia rozciągnięcia. Stopień rozciągnięcia dyszy przędzalniczej można obliczyć za pomocą równania (9-9).

W równaniu R′R’R′ oznacza współczynnik rozciągnięcia dyszy przędzalniczej, vvv to prędkość nawijania (cm/min), γgammaγ to gęstość stopu (g/cm3), ddd to średnica otworu dyszy przędzalniczej (cm), nnn to liczba otworów dyszy przędzalniczej, a QQQ to wydajność pompy (g/min).

07 Częstotliwość ruchu posuwisto-zwrotnego urządzenia przędzy prowadzącej poruszającej się poprzecznie

Częstotliwość ruchu posuwisto-zwrotnego poruszającego się poprzecznie urządzenia przędzy prowadzącej określa wielkość kąta nawinięcia szpulki i wpływa na napięcie uzwojenia, co czyni go kluczowym czynnikiem w uzyskaniu dobrego uformowania uzwojenia. W produkcji powszechnie stosowany kąt nawinięcia wynosi zazwyczaj od 6° do 7°. Częstotliwość ruchu posuwisto-zwrotnego można obliczyć za pomocą równania (9-10).

W równaniu NNN reprezentuje częstotliwość ruchu posuwisto-zwrotnego (cykle/min), αalfaα to kąt nawijania (°), HHH to skok prowadnika przędzy (m), a vvv to prędkość nawijania (m/min).

Aby zapobiec nieprawidłowemu tworzeniu się nawojów spowodowanemu przez nakładanie się przędz, należy okresowo zmieniać częstotliwość ruchu posuwisto-zwrotnego poruszającego się poprzecznie urządzenia prowadzącego przędzę. Zakres zmian nazywany jest amplitudą, natomiast czas trwania zmiany nazywany jest okresem. Amplituda jest zwykle ustawiana na ±15 do 25 cykli/min, a okres wynosi zazwyczaj od 15 do 25 sekund. Wraz ze wzrostem prędkości uzwojenia należy odpowiednio zmniejszyć zarówno amplitudę, jak i okres.

08 Obroty rolek i stężenie oleju

Ilość oleju nałożonego na nawiniętą przędzę bezpośrednio określa zawartość oleju w gotowym multifilamencie. Wyższe stężenie oleju i większa prędkość obrotowa walca prowadzą do zwiększonego stosowania oleju. Ilość naniesionego oleju zależy od końcowego przeznaczenia przędzy: w przypadku przędz tkanych wynosi ona od 0,6% do 0,7%; w przypadku przędz dzianych od 0,7% do 0,9%; a dla przędzy elastycznej od 0,5% do 0,6%. Prędkość obrotowa walca wynosi zazwyczaj od 10 do 20 obr./min, przy stężeniu oleju od 10% do 16%.

Aby zapewnić równomierne nakładanie oleju, należy dobrać prędkość obrotową walca i stężenie oleju. Jeśli stężenie oleju wzrośnie, a prędkość walca spadnie, olej będzie miał lepsze właściwości przeciwrozpryskowe i dyfuzyjne, ale gorszą przyczepność. I odwrotnie, jeśli stężenie oleju spadnie, a prędkość walca wzrośnie, właściwości przeciwrozpryskowe i dyfuzyjne będą gorsze, a przyczepność poprawi się.

Olej przędzalniczy przed użyciem należy przygotować w postaci emulsji o określonym stężeniu. Przygotowany olej powinien być jednolity i mieć dużą przezroczystość.