1Почему прядение из расплава является основой синтетических волокон

Если вы посмотрите на волокна вокруг вас — одежду из полиэстера, нейлоновую веревку, полипропиленовые нетканые материалы, фильтрующие материалы — большинство из них имеют один производственный маршрут: прядение из расплава . Среди всех технологий формирования волокна прядение из расплава является наиболее широко используемым, наиболее эффективным и наиболее зрелым. Он работает с любым термопластичным полимером, что делает процесс коротким, простым в управлении и экономически эффективным.

Вот почему понимание процесса прядения из расплава ценно не только для инженеров-технологов, но и для исследователей, разрабатывающих волокна следующего поколения — нити с более тонким денье, высокопрочную пряжу, переработанные материалы и материалы на биологической основе. А там, где разрабатываются новые материалы, лабораторная машина для прядения из расплава становится инструментом, который позволяет этим идеям превратиться в физические нити.

2Что такое спиннинг расплава? Простое определение

Прядение расплава превращает твердый термопластичный полимер в непрерывное волокно за четыре этапа:

1. Расплавление — твердые полимерные чипсы нагреваются до тех пор, пока они не станут вязкой жидкостью.
2. Экструдирование — расплав проталкивается под давлением через фильеру (пластину со множеством мелких отверстий).
3. Охлаждение — жидкие нити затвердевают при охлаждении на воздухе.
4. Намотка — затвердевшие нити вытягиваются и собираются на намоточном ролике.

Поскольку полимер просто плавится, а не растворяется, прядение из расплава позволяет избежать восстановления растворителя, что делает его быстрее, чище и дешевле, чем мокрое или сухое прядение — способы, необходимые для полимеров, которые не могут быть расплавлены и вместо этого должны растворяться.

Основная идея: прядение из расплава — это точная система, которая контролирует температуру, давление и скорость для преобразования молекул полимера в полезные волокна.

37 этапов процесса прядения из расплава

Полностью промышленная линия прядения расплава последовательно выполняет семь операций. Каждый этап напрямую влияет на конечное волокно: неравномерная сушка приводит к образованию пузырей и разрыву нитей; нестабильная температура приводит к изменению диаметра; и небрежное охлаждение приводит к образованию волокон с непостоянной кристалличностью и цветом. Семь этапов таковы:

1. Подготовка и подача сырья. Перед подачей полимерную крошку сушат до строгого предела влажности. Избыток воды гидролизует расплав при высокой температуре, вызывая разрыв нитей, образование пузырьков и ослабление волокон.
2. Шнековая плавка и транспортировка. Экструдер с регулируемой температурой расплавляет стружку до однородного расплава при перемешивании и повышении давления. Температура повышается постепенно вдоль ствола, чтобы полимер плавился равномерно, не разлагаясь.
3. Дозирование и фильтрация. Прецизионный шестеренный насос контролирует поток расплава, поэтому каждая нить имеет одинаковый диаметр; фильтры удаляют примеси и гели, которые в противном случае заблокировали бы отверстия фильеры.
4. Прядение (экструзия). Чистый расплав под высоким давлением проталкивается через микронные отверстия фильеры, образуя непрерывные жидкие нити — этап формования всего процесса.
5. Закалка и затвердевание. Равномерный поперечный поток воздуха охлаждает горячие нити, превращая их в твердые волокна. Неравномерный поток воздуха является классической причиной различий в цвете и прочности.
6. Отделочная обработка (промасливание и переплетение). Волокна обрабатываются для подавления статического электричества, уменьшения трения и улучшения сцепления, что облегчает их намотку и последующую обработку.
7. Рисование и намотка. Намотка происходит гораздо быстрее, чем расплав выдавливается, растягивая нити. Это ориентирует молекулы полимера вдоль оси волокна и превращает мягкие, слабые волокна после прядения в прочную, стабильную по размерам пряжу.

Как лабораторная машина для прядения расплава повторяет эти этапы

Промышленная линия может иметь длину в сотни метров и потреблять килограммы материала в час. Лабораторная прядильная машина сжимает те же химические вещества на настольном стенде. Возьмем в качестве примера AT225 :

• Плавление осуществляется тремя зонами нагрева с медными кольцами вместо шнекового экструдера — каждая зона контролируется независимо от ±0,5 °C до 350 °C, нагревая полимерную крошку в цилиндре из нержавеющей стали емкостью 500 мл. (Небольшая лабораторная установка должна плавить граммы , а не тонны.)
• Дозирование и фильтрация выполняются с помощью распределительного устройства для замачивания и фильтрующих пластин внутри подающего цилиндра, доставляющих чистый однородный расплав в фильеру.
• Экструзия осуществляется за счет стабильного давления инертного азота (N₂), а не насоса, поэтому поток является стабильным и повторяемым.
• Охлаждение обеспечивается вентилятором с регулируемой скоростью; Воздушный поток можно настроить для контроля кристалличности.
• Намотка собирает волокно на ролик с приводом от двигателя (0–1400 об/мин), где скорость намотки влияет на ориентацию молекул. Общее название

Обратите внимание, что лабораторные установки обычно используются для формирования волокна в готовом виде и исследования процесса. Там, где необходима полностью вытянутая пряжа, образцы отбираются на последующем лабораторном волочильном оборудовании — еще одна причина, по которой вышеуказанные параметры сначала изучаются шаг за шагом в небольших масштабах.

4Какие полимеры можно расплавить?

Любой термопластичный полимер с достаточной стабильностью расплава, в принципе, можно формовать из расплава. Наиболее распространенные волокнистые полимеры и их приблизительные диапазоны плавления:

Поскольку AT225 нагревается до 350 °C со стабильностью ±0,5 °C, он комфортно закрывает окна плавления всех этих полимеров и оставляет запас для смесей, добавок и экспериментальных составов. Неплавкие полимеры (например, целлюлоза, арамид, ПАН) вместо этого требуют таких способов растворения, как мокрое или сухое формование.

5Параметры процесса, определяющие качество волокна

При прядении из расплава окончательное волокно определяется несколькими контролируемыми переменными. Их понимание – вот что отличает надежное производство образцов от случайного прядения:

• Температурный профиль. Зональные температуры определяют вязкость и деградацию расплава. Слишком холодно — расплав слишком густой для прядения; слишком горячий — полимерные цепи рвутся, последует пожелтение и потеря прочности. В AT225 три зоны нагрева настраиваются и считываются независимо на цветном сенсорном экране.
• Давление (пропускная способность). Давление экструзии определяет, сколько расплава протекает через каждое отверстие фильеры в секунду, а следовательно, и толщину нити. Регулятор давления N₂ в AT225 поддерживает стабильную выходную мощность на уровне ±0,01 МПа, что напрямую приводит к равномерному диаметру нити.
• Геометрия фильеры. Диаметр отверстия и соотношение длины к диаметру (L:D) формируют поток. AT225 принимает фильерные пластины с диаметром отверстий от 0,15 до 0,5 мм и L:D 2:1–3:1 и 1–20 отверстий, поэтому одна машина может производить очень разное количество и диаметры нитей.
• Скорость и температура охлаждающего воздуха. Скорость охлаждения фиксирует кристалличность: быстрое охлаждение дает мягкие волокна с низкой кристалличностью; Медленное охлаждение способствует большей кристаллизации — более прочным и жестким волокнам. Регулируемый вентилятор превращает это в исследовательскую переменную.
• Скорость намотки/намотки. Отношение скорости намотки к скорости экструзии определяет коэффициент вытяжки, который выравнивает молекулы вдоль оси волокна и повышает прочность на разрыв, стойкость к истиранию и стабильность размеров. Скорость вращения AT225 составляет 0–1400 об/мин, ее можно регулировать во время работы.

Эти пять переменных — именно те, которые исследователи изучают при разработке нового волокна, и именно те, которые должна выявить лабораторная машина для прядения из расплава. Машины, которые блокируют эти настройки, ограничивают то, что вы можете изучить.

6Лабораторные машины для прядения расплава в сравнении с промышленными производственными линиями

Университеты, научно-исследовательские институты и научно-исследовательские лаборатории компаний используют настольные устройства именно потому, что промышленная линия не является подходящим инструментом для ответа на исследовательский вопрос. Лабораторная машина позволяет составить карту технологического окна, проверить возможность прядения новой маточной смеси и передать клиенту физический образец — и все это без запуска производственной линии.

7На что обратить внимание при покупке лабораторной машины для прядения расплава

Прежде чем сравнивать предложения, определите, что машина должна делать для вас, а затем проверьте эти шесть пунктов:

1. Потолок и контроль температуры. Производительность не менее 350 °C с независимым контролем зон (обычно ±0,5 °C) и равномерным нагревом подающего цилиндра.
2. Стабильная подача расплава. Ищите точный, бездрейфовый контроль давления — системы инертного газа должны указывать точность выходного сигнала (AT225 указывает ±0,01 МПа).
3. Сменные фильеры. Можете ли вы изменить количество отверстий, диаметр и L:D для соответствия различным целевым волокнам? Доступны ли пластины в качестве запасных частей?
4. Контроль охлаждения. Вентилятор или закалка с регулируемой скоростью, поскольку охлаждение определяет кристалличность и ощущение руки.
5. Гибкость приема. Диапазон скоростей намотки и параметры роликов влияют на достижимую вытяжку и длину образца.
6. Обзорность и безопасность. Смотровое окно, освещение, аварийная остановка и защитный колпак для горячего, находящегося под давлением настольного устройства.

Каждый из этих шести пунктов охвачен конструкцией AT225, описанной ниже.

8Лабораторная прядильная машина AT225 от Anytester

Лабораторная машина для прядения из расплава AT225 — это компактная настольная установка, построенная на основе трех систем — плавильной , прядильной и намоточной — предназначенных для воспроизведения процесса прядения из расплава в лабораторных масштабах.

Ключевые особенности

• Трехзонный нагрев блока медных колец — до 350 °C , каждая зона регулируется независимо с точностью ±0,5 °C . Изоляция из муллитового волокна.
• Изоляционная пластина под подающим цилиндром, закрывающая отверстие фильеры для быстрого и равномерного нагрева.
• Стабильная система давления инертного газа (N₂) — мощность до 1,5 МПа, точность ±0,01 МПа (макс. 2 МПа, расширяется до 3,6 МПа; вход до 13 МПа)
• Загрузочный цилиндр из нержавеющей стали емкостью 500 мл с устройством распределения вымачивания
• . Сменные фильерные пластины: диаметр отверстия. 0,15–0,5 мм , L:D 2:1–3:1 , 1–20 отверстий (указывается при заказе)
• Охлаждающий вентилятор с регулируемой скоростью
• Намоточный вал с электроприводом, 0–1400 об/мин , стандарт Ø200 мм (настраиваемый), макс. намотка Ø320 мм; маховик регулирует положение барабана.
• Цветной сенсорный экран с отображением температуры и давления в цилиндре в режиме реального времени.
• Металлический защитный кожух с воздушной опорой, смотровым окном из органического стекла и внутренней подсветкой.
• Кнопки аварийной остановки и включения/выключения обогрева.

Техническая спецификация

Anytester (Hefei) Co., Ltd. поставляет лабораторное испытательное и мелкосерийное технологическое оборудование для текстильной, полимерной промышленности и промышленности материалов. Машины серии AT ежедневно используются в университетах, исследовательских институтах и ​​производителях волокон в Азии и Европе, где руководство по установке и оперативная послепродажная поддержка входят в стандартную комплектацию.

9Часто задаваемые вопросы