单丝生产所需设备

出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《塑料挤出制品生产工艺手册》第217页（3692字）

1．挤出机

由于单丝直径较小，一般为Φ0．15～0．70⁽¹⁾mm，所以，通常选用直径为45mm或65mm的单螺杆挤出机，有时也使用Φ90mm的单螺杆挤出机，长径比一般为25以上。挤出机料筒端应设置过滤板并放置2～4层过滤网，网孔为40目到80目，

2．机头

单丝机头一般采用直角式，结构如图11－6所示。

图11－6 直角式单丝机头结构示意图

1－温度计插入孔 2－过滤板 3－模体 4－连接法兰 5－分流器 6－喷丝板 7－锁紧螺丝

机头流道直径应逐渐缩小，产生压力将塑料压实，一般取D／d=(2～4)／1。分流器扩张角一般为30°～80°，分流器处流道的截面积应大于喷丝孔截面积之和。

主流道未设置了一个“瘦颈”，对物料形成了一定的阻力，然后，将物料均匀地输送到喷丝板。设置瘦颈的优点是：喷丝板各处物料压力均匀，流量稳定，减少机头内存料及物料分解的可能，也减少清理机头的废料。

3．喷丝板

喷丝板是机头的主要部件，其结构如图11－7所示。

图11－7 喷丝板结构图

1－模体 2－引入导板 3－孔径包角

喷丝孔的直径主要根据单丝直径与拉伸比决定，拉伸比为6时的LDPE和拉伸比为8时的HDPE的单丝直径与喷丝孔直径的关系见表11－2。

表11－2 单丝直径与喷丝孔直径的关系

对于同一原料，拉伸比固定，孔径增大时单丝的直径也增大。增大喷丝孔直径虽可提高产量，若孔径太大则拉伸比也要随之增大，卷取速度也要相当快，以致无法进行操作。喷丝孔的孔数为12～60孔；对于不需要分丝的单丝，其孔数可增加到100以上。喷丝孔的直径常用为0．8mm、0．9mm、1．0mm(有时孔径能达2．3mm)。喷丝孔需要精密准确地加工，各孔的孔径、各孔的中心距。孔的平直部分的长度均要相等，否则在喷丝过程中易产生断丝或丝的粗细不均。喷丝孔的长径比为(4～10)∶1。不同塑料品种有不同的孔径包角，PE取60°为好，PP取20°为好。

4．冷却水箱

从喷丝孔出来的单丝温度很高，例如，PE可达300℃，为了防止单丝相互粘接，必须迅速冷却定型。冷却水箱中水面应保持一定的高度，喷丝板到冷却水表面的距离为15～50mm为好，由具体树脂确定；距离过大，塑料氧化会降低单丝的强度。水箱的结构见图11－8。

图11－8 冷却水箱结构图

1－挤出机 2－机头 3－蒸汽管 4－冷水管 5－水箱 6－滑轮 7－溢流管 8－排水管

冷却水的温度应在20～50℃内调节。水温过高，会降低单丝的强度；水温过低，单丝内部易产生空洞。

水箱应有一定的容量，一般长1～2m，深0．8～1．0m，应保证单丝在水箱内通过的长度在1m以上。

水箱中三个滑轮固定在同一架子上，可以同时升降便于操作。冷却水箱有蒸汽管(冬天开车时使用)和冷水管，以调节水箱中水温。溢流管位置高低可调，以控制水面高度。排水管可将水箱中热水放出。

5．拉伸设备

拉伸方法有干法和湿法两种。干法就是将经冷却定型后的粗丝在热烘道中被加热，使温度在T_g～T_f(或T_m)之间的某一温度之间，将粗丝拉长拉细。干法的特点是加热温度较高，能够提高拉伸倍数，故现在大多数采用此法，但也有设备较复杂的限制。湿法就是在100℃的沸水中将粗丝加热后进行拉伸，这对于圆形单丝特别适用。

因未拉伸的单丝强度低，不用橡胶辊压住，单丝就会断；拉伸后的单丝因强度大，可不用橡胶辊压住。拉伸设备主要是加热装置和拉伸装置。

(1)加热装置 加热装置的热源有电阻丝加热和红外线加热两种。加热装置一般为加热水箱，水箱中有冷水与蒸汽水管，用蒸汽将水加热至沸腾达98～100℃，用热水加热单丝。热水箱长2～3m，保证单丝在热水箱中有一定的停留时间。若水箱太短，则单丝拉伸不足，达不到拉伸倍数。蒸汽管有无数小孔，蒸汽从小孔溢出，以保持水的沸腾温度恒定。排水管将蒸汽冷凝水排出。

水箱中有两个较大的滑轮，水箱进口与出口处各有一个滑轮将单丝导入与导出水箱，见图11－8中的6。水箱加热成本低，温度恒定，加热均匀，操作方便，广泛用于PE、PVC、PA等单丝。

另一种干法加热是辊筒加热装置，由3～5排加热辊筒组成。辊筒用油或电加热。较粗的单丝绕在辊筒上，通过热辊对单丝加热。干法加热装置比热水箱加热成本高，主要用于热拉伸温度较高的场合，如PP单丝拉伸温度为150～160℃。

(2)拉伸装置 拉伸辊筒有2～3组，每一组包括上、下2～5个直径为150～250mm的空心钢筒。辊筒表面镀铬，其工作部分的长度为200～250mm，上辊为主动辊，下辊为从动辊。为了防止单丝打滑，可用橡胶辊压住上辊，或将单丝在辊筒上绕5～10圈。

为了便于缠绕在辊筒上的单丝均匀排列，不发生缠结现象，上辊中心线应与挤出机中心线垂直；下辊中心线与上辊中心线应有一定的角度排列，一般为6°～12°，否则单丝聚集在一起，分不开，使拉丝操作不能正常进行。

(3)拉伸位数 拉伸辊筒一般用整流电机实现无级调速。第二组拉伸辊筒与第一组拉伸辊筒的线速度之比就是拉伸倍数(也称为拉伸比)。2～3组拉伸辊可分别用三台电机驱动，操作时分别调速，但经常调速，比较麻烦；也可以用一台电机驱动，用链将拉伸装置联接，也可用一根轴联接，固定相互之间的速比，操作方便，只要调节一台电机的速度。拉伸可以进行一次，也可以进行二次，要根据具体情况而定。

6．热处理装置

经过强力拉伸的单丝收缩率较大，单丝的内应力也较大，用热处理的方法可以减少单丝的收缩率和内应力。

单丝未经热处理就收卷，卷取筒中的单丝会因收缩而相互嵌入，无法倒丝，甚至会使卷取筒变形或产生裂缝。即使单丝立即织成网、布等制品，在存放和使用过程中，单丝受热仍会发生回缩，制品不稳定。因此，单丝经拉伸后必须重新加热，让单丝有一定的收缩，使单丝尺寸稳定。

有些单丝经热处理后，还可以提高其耐热性。例如，未经热处理的单丝在50～60℃就开始收缩，而经过热处理后的单丝在70℃时才开始收缩。

热处理必须在张紧的条件下进行，否则，经过拉伸所得到的分子链的取向结构就会被破坏。热处理导辊的线速度比第二拉伸辊的线速度要低2%～5%，让单丝中的大分子发生链段松弛。

对于结晶型的聚合物，热处理温度最好保持在T_max温度附近，使单丝中的结晶度尽可能地提高，使单丝的强度能大幅度地提高。当然，对于要求不高的单丝也可以不要热处理这道工序。

7．卷取装置

卷取装置主要有卷取筒和卷取轴。卷取筒装在卷取轴上，卷取轴由电机和传动系统带动。为了使单丝均匀而平整地绕在卷取筒上，一般采用凸轮装置。

卷取有两种方式：单丝卷取和若干根丝合成一股卷在卷筒上。单根丝卷在一个小筒上，每筒单丝约重1kg；几十根单丝卷在一个大筒上，然后用分丝机分成单根丝，每绞单丝约重250g。卷取操作的关键是使卷取张力保持恒定，即卷取的线速度保持恒定，一般采用在卷取轴前装一个力矩电机。