一、裝置簡介

　　(一)裝置發展及其類型

　　1，裝置發展

　　聚酰胺纖維是世界上最早投入工業化生產的合成纖維，也是合成纖維的一個主要品種，是由分子主鏈通過酰胺鍵 連接起來的一類合成纖維。

　　聚酰胺纖維有許多品種，目前工業化生產及應用量廣泛的仍以聚酰胺6和聚酰胺66為主。我國以生產聚酰胺6為主，其商品名稱為“錦綸”，聚酰胺6纖維名稱便為“錦綸”纖維。

　　1935年Carothers等人在實驗室中，用己二酸和己二胺制成了聚酰胺66，發現這是一種：具有重大工業意義的原料，1938年以中間實驗規模開始了生產。幾乎與此同時，法國的÷Schlack在1938年發明了用己內酰胺聚合制取聚酰胺6及其生產纖維的技術，1941年開始工業化生產。

　　由于聚酰胺纖維具有優良的物理性能和紡織性能，以后發展速度很快，在合成纖維產量中一直占居首位，但從1972年開始才為滌綸所超越而退居次位。

　　2．裝置的主要類型

　　除了特殊類型的耐高溫和改性聚酰胺纖維之外，其他各種聚酰胺纖維(包括聚酰胺6纖維即錦綸纖維)均采用熔體紡絲法成形。由于一般聚酰胺是熱塑性樹脂，有明顯的熔點，其熔融溫度低于分解溫度，因此可采用螺桿擠壓機送人紡絲箱進行熔融紡絲。

　　聚酰胺纖維裝置的主要類型是以切片熔融紡絲法為主。雖然在生產上也有采用縮聚后熔體直接紡絲的工藝，但因其技術要求高，質量上較難控制，特別是聚酰胺6(即錦綸)的聚合體內含有10％左右的單體和低聚物，聚酰胺6聚合物并不“純凈”，會造成紡絲困難、纖維結構不均勻的現象。因此，聚酰胺6直接紡絲法目前大多限于生產短纖維，而對于長絲品種則主要采用切片紡絲法。

　　根據紡絲的速度區別，熔體紡絲的速度為1000—1500m／min稱為“常規紡”；熔融紡絲機的卷繞速度向高速(3000-4000m／min)發展后，形成了“高速紡”，這就使常規紡時卷繞絲由原來結構和性能都不太穩定的未拉伸絲(UDY)轉變為結構和性能都比較穩定的預取向絲(POY)。在實際生產中，為避免卷繞絲在卷裝上發生過多的松弛而致變軟、崩塌，故其相應的高速紡絲速度必須達到4000-4500m／min。20世紀80年代后，聚酰胺纖維生產已成功地應用高速卷繞頭(機械速度可達6000m／min)一步法制取全拉伸絲(FDY)，于是常規紡被高速紡取代，錦綸纖維裝置生產進入新時代。

　　本節以聚酰胺6(即錦綸)高速紡絲工藝為例，闡述其裝置的安全技術。

　　(二)單元組成與工藝流程

　　L單元組成

　　(1)熔體輸送單元

　　這是一個紡絲原料供給單元。由前道生產工序聚合裝置而來的錦綸樹脂切片，通過螺桿擠壓機的加熱、熔融和擠壓，將熔融體送到紡絲單元進行紡絲生產和后加工處理。

　　(2)紡絲單元

　　該單元是錦綸纖維裝置的主要生產單元。從螺桿擠壓機來的熔融態聚酰胺6原料，進入紡絲單元內紡絲箱內列管式熔體分配管，經由紡絲孔連續紡出無數條聚酰胺6纖維單絲，然后在后續生產工序進行加工處理。

　　(3)卷繞單元

　　與聚酯纖維裝置加工一樣，從卷繞單元開始一直到聚酰胺6纖維(錦綸纖維)產成品為止，均屬后加工處理部分。在卷繞單元中配置了高速卷繞機(一般卷繞速度取4000-5000m／rain，最高可達6000m／min)，將前道工序來的單絲經高速卷繞成絲筒，然后轉入下道生產工序。

　　(4)拉伸單元

　　拉伸單元是為聚酰胺6長絲后加工設立的一個生產工序，而且是一個關鍵工序。其作用是，一方面通過對紡絲、卷繞單元來的單絲進行熱拉伸，以消除錦綸纖維在加工過程中由于機械作用所產生的內應力；另一方面，在受加熱提高溫度的情況下，也有利于纖維的取向和結晶向正常方向發展。因此，拉伸單元也是聚酰胺6長絲質量的重要控制單元。加熱載體可采用電加熱板同單絲直接接觸，亦可采用液體(例如介質為熱水或熱油劑的液體)浴或蒸汽浴加熱單絲來實施。

　　(5)加捻單元

　　加捻單元是將聚酰胺6單絲通過拉伸加捻機，經過喂入、拉伸、加捻和卷繞等四步拉伸加捻后，按市場需要加工成有不同粗細纖度(dtex，即“旦”)的粗絲，最后包裝為成品出廠。如果要生產聚酰胺6彈力絲，是采用假捻變形法；如果要生產聚酰胺6簾子線，乃采用切片法，其聚合至拉伸工藝與普通長絲工藝基本相同；如果要生產聚酰胺膨體長絲，乃采用SIYFY法，即紡絲、拉伸和噴氣變形加工一步法進行連續生產；如果要生產聚酰胺6短纖維，則采用直接紡絲法等。以上這些后加工處理工藝生產單元均不完全相同，本節就不一一贅述了。

　　2．工藝流程

　　以聚酰胺6高速紡絲拉伸一步法工藝和聚酰胺6長絲纖維后加工生產為實例，分別進行工藝流程的敘述。

　　(1)聚酰胺6FDY高速紡絲生產流程其流程如圖6—4所示。

　　(2)聚酰胺6FDY生產流程敘述

　　來自切片料斗并已對濕切片進行干燥，使含水率降至0．06％以下的干切片進入螺桿擠壓機一1。切片在螺桿擠壓機內通過熱能和機械能使之熔融、壓縮和均勻化，然后聚合物烙體經螺桿末端的混煉頭流向熔體分配管一2，進入紡絲箱體--3。在紡絲箱體內，熔體經紡絲組件、噴絲板壓出而成為熔體細流，并在驟冷室的恒溫、恒濕空氣中迅速凝固成為絲條。絲條經過噴嘴上油后，離開紡絲甬道--4被牽引到第一導絲輥--5，以一定的高速度將絲條從噴絲板拉下，得到預取向絲(POY)。絲條自第一導絲輥出來后繼續被牽引到第二導絲輥--6，在此通過改變兩導絲輥的速度比來調節所要求的拉伸比。絲條最后經過第三導絲輥--7，以控制一定的卷繞張力和松弛時間，然后進入卷繞裝置的高速卷繞頭一8。在卷繞機的上方配置有交絡噴嘴，在噴嘴中通人蒸汽或熱空氣，使絲條交絡并熱定型，成品絲便通過卷繞機卷繞在筒管上。滿卷的絲筒落下后經檢驗、分級和包裝，便得到了錦綸長絲FDY產品，這樣就完成了聚酰胺6FDY高速紡絲生產工藝流程走向。

　　(3)聚酰胺6長絲纖維后加工生產流程，其流程框圖如圖6—5所示。

　　(4)聚酰胺6長絲纖維后加工流程敘述聚酰胺6長絲生產工業上多采用POY—DT工藝，即以高速紡的POY絲為原料，在同一機臺上(拉伸加捻機，又稱DT機)一步，成拉伸加捻作用的。

　　從生產流程框圖可知：聚酰胺6FDY生產線來的預取向絲(POY，即卷繞絲)絲筒，從筒子架中將絲筒上的卷繞絲引出后，經過導絲器、喂給羅拉到達拉伸盤，在喂給羅拉和拉伸盤之間要進行冷(或熱盤、熱板加熱)拉伸；然后再從拉伸盤引出拉伸絲；在鋼絲圈上經過導絲鉤和上下移動著的鋼板，不斷地加捻，并被卷繞在筒管上；當獲得一定的捻度后，就成為拉伸加捻絲(即DT絲)，聚酰胺6長絲纖維后加工宣告完成，可作成品包裝出廠。

　　(三)工藝技術特點

　　1．聚酰胺6高速紡絲拉伸一步法

　　(1)因聚酰胺6高速紡絲拉伸一步法是將紡絲一上油一拉伸一卷繞等工序于一部紡絲機械上連續一次性完成的，所以其生產流程簡單、設備緊湊、占地面積相對比聚酯纖維裝置要少。

　　(2)工藝操作便捷，開停車較為方便，同時由于采用了切片法生產，與上游聚合裝置無相互干擾因素，故不受上游裝置生產波動的影響。

　　(3)因為聚酰胺6高速紡絲的卷繞速度較高，每個紡絲頭的吐絲量很大，因而在螺桿擠壓機計量段之前，設置了帶有銷釘狀結構的混煉頭，可以提高熔體的黏度、溫度的均勻性和穩定性。在高速熔體紡絲過程中，當聚酰胺6熔體通過混煉頭時，有利于擠壓機擠出量的穩定和高速擠出時的質量。

　　(4)在螺桿擠壓機出口與紡絲箱體人口之間的熔體分配管路上安裝的列管式熔體預過濾器，拆裝方便，清除熔體雜質效能高。

　　(5)紡絲箱體采用熱媒聯苯加熱方式可使絲束受熱均勻。雖然聚酰胺6紡絲設備與聚酯紡絲設備基本相同，但前者的紡絲溫度為265～270℃，要比聚酯紡絲溫度略低些，而紡絲速度則比聚酯纖維要高(至少在4000m／min以上)，因而工藝控制要求較高。就成形條件而言，兩者基本相同(風溫20~C，風速0．3-0．5m／s，相對濕度65％—75％)，因此聚酰胺6纖維紡絲箱體的結構與聚酯纖維紡絲箱體一樣，都具有消除箱體內熔體滯留時間差和減少箱體內的溫度差的特性。

　　(6)為適應高速卷繞的要求，聚酰胺6高速紡絲的上油方式與常規紡絲不同之處，是在于上油機構不在卷繞機的板面上，而在紡絲窗下方的甬道人口處，采用油嘴上油。這樣可保證絲條含油均勻，并使各單絲抱合在一起，減少絲條與空氣的接觸表面摩擦阻力及降低絲條上的張力，確保高速卷繞能順利地進行。

　　(7)生產具有靈活性。即可以卷繞筒管形式錦絲長絲F1)Y產品出廠，也可以卷繞絲（UDY)或高速紡預取向絲(POY)為原料送入后加工單元進行處理，按市場需要制得DT絲(拉伸加捻絲)等各類成品出廠。

　　2，聚酰胺6長絲纖維后加工生產

　　(1)同聚酰胺6高速紡絲拉伸一步法生產一樣，聚酰胺6長絲纖維后加工生產也是在同一機臺上一步完成拉伸、加捻生產的。因此生產流程簡單。

　　(2)生產產品比較廣泛。后加工處理可根據種類頗多的各種拉伸加捻機，例如按拉伸絲的纖度選擇單絲拉伸加捻機、中等纖度(輕旦)拉伸加捻機和粗纖度(重旦)拉伸加捻機等，來加工處理制得包括最細單絲至4000dex(旦)粗絲的各種長絲產品。

　　(3)拉伸加捻機操作簡便，除POY絲筒單絲引入拉伸加捻機需要操作人員用鉤子人工作業之外，其余生產過程直至卷繞筒管DT絲的落料、移位、包裝等都可以做到自動化操作，勞動強度較輕，能實行大批量生產。

　　(4)熱拉伸時的加熱裝量可采用熱板式、熱盤式、熱栓式、管式、箱式等多樣形式加熱，其中熱板式加熱器結構簡單，操作便利，應用最廣泛。

　　(四)熱媒及組件清洗劑

　　與滌綸纖維裝置一樣，聚酰胺6纖維裝置的主要化學危險危害物質，亦為熱媒及組件清洗劑。

　　熱媒通常使用聯苯—聯苯醚，通過熱媒爐的加熱循環使用，使聚酰胺6樹脂充分保持均勻的加熱熔融流動狀態，以在紡絲箱體內紡絲成形。

　　常選用的組件清洗劑是三甘醇作有機溶劑。其目的是利用對錦綸融體的良好可溶性能，通過對紡絲箱體內的噴絲板、整流箱、噴絲頭等紡絲組件進行分析、清洗、吹干、再組裝使用等一系列步驟，使紡絲組件始終保持光潔性，以確保紡絲工序的正常進行和單絲的質量。但是，熱媒和組件清洗劑都屬于化學可燃物質，蒸汽狀態下或高溫高熱情況下，一旦發生泄漏現象，與外界環境空氣相混合，會形成爆炸性混合物。因此，十分注意它們的安全性是很重要的。

　　聯苯—聯苯醚(熱媒)和三甘醇(組件清洗劑)的物化性質見第一節表6—1和表6—2。

　　(五)原料及產品性質

　　1．原料

　　聚酰胺6纖維裝置的原料為聚己內酰胺(通稱聚酰胺)，化學結構式： 聚己內酰胺為線型長鏈分子，屬熱塑性樹脂。通常用于紡制纖維的聚酰胺樹脂平均相對分子質量為14000-20000左右。將適合于紡制纖維的聚酰胺平均分子量控制在一定的范圍內，其目的是過高和過低都會對高聚物的加工性能和產品性質帶來不利影響。另外，聚酰胺的相對分子質量分布也對切片熔融后的紡絲和拉伸產生一定的影響，因此要求有適當的相對分子質量分布。

　　線型聚酰胺6在固態時，是五色半透明狀的部分結晶體，結晶度通常在50％以下，其密度在1．12-1．14s／cm3。部分結晶的聚酰胺6高聚物，具有較窄的熔融范圍，按差熱分析法測定，其熔點在220—226℃聚己內酰胺切片是聚酰胺6纖維裝置紡絲工序的直接原料。聚合裝置聚合反應生成的聚酰胺6樹脂，經過鑄常、切粒后制得濕切片，再需萃取、干燥等處理為干切片，才能送至后續裝置紡絲工序進行熔體紡絲(此過程稱為紡前處理，在聚合裝置內完成)。干切片含水量≤0．05％，可符合高速紡絲的要求。

　　2．產品

　　聚酰胺纖維裝置的產品為聚酰胺纖維，又稱錦綸纖維。其特性是強度較高；吸濕率較低，但在合成纖維中，除維綸外，它的吸濕性較高，(吸濕性為3．5％～5，0％)；回彈性極好；耐多次變性(或耐疲勞)；在所有的紡織纖維中，耐磨性最好；相對密度較小(相對密度為1．14)；在合成纖維中，較易染色；耐光性較差；耐熱性也較差(其軟化點為180℃熔點為215～220℃；燃燒性是在高溫下會熔融，同時慢慢地燃燒，無自燃性。

　　二、重點部位及設備

　　從聚酰胺6纖維裝置的安全性及火災危險性角度出發，對重點部位及設備分類如下：

　　(一)重點部位

　　1．熱媒系統

　　在聚酰胺6纖維裝置生產過程中，由于固體狀的聚酰胺6切片，在紡絲時需要加熱和保溫，而設立熱媒系統就可以提供足夠的熱量來確保實現聚酰胺6加工的工藝需要。同時熱煤系統所使用的熱媒系為可燃有毒的化學危險品物質(聯苯—聯苯醚，建規火險分級為丙類物質)，且是在高溫加熱蒸汽狀態下，由熱媒泵通過熱媒爐電加熱后不斷地經由熱媒管道循環使用的。因此，工藝上和安全上的要求均很高，該系統屬于裝置的重點部位。

　　2。組件清洗系統

　　組件清洗系統雖然屬于聚酰胺6纖維裝置的一個輔助生產系統，但因為所使用的組件清洗劑介質為易燃的三甘醇有機化學物質(建規火險分級為丙類物質)，有一定的燃燒爆炸危險性，并且因工藝生產的需要，紡絲組件的清洗操作比較頻繁，故也屬于該裝置的重點部位。

　　3．化纖倉庫

　　由于錦綸纖維有在高溫下熔融，同時會慢慢地燃燒的特性，加上裝置連續性生產，產品數量較大，這就把錦綸纖維產品的倉庫儲存安全防火性，放到了重要的高度，對垛距、堆距、間距、通道、通風、采光等都提出了嚴格的要求，因此化纖倉庫也是一個重要部位。

　　(二)重點設備

　　1．螺桿擠壓機

　　螺桿擠壓機是擠壓被加熱的熔融聚酰胺6切片的第一道重要的生產設備。主要的危險危害因素是作業環境的高溫熱輻射及易燙灼傷操作人員。

　　2．高速紡絲卷繞機

　　高速紡絲卷繞機是聚酰胺6纖維成形的主要紡絲機械，集紡絲一上油一拉伸一卷繞等工序于一機進行連續性操作。紡絲作業涉及高溫熱輻射及燙灼傷事故，還涉及熱媒系統發生泄漏后的中毒和燃燒火災事故；拉伸，特別是高速卷繞(最高速度可達6000m/min)，其機器的旋轉速度極快。在高速運轉中，生產中如果發生亂絲、斷絲等故障而使異常情況發生時，一旦操作處置不當，常常會導致機械傷害、人身事故的產生，故是事故的多發之點。

　　3，拉伸加捻機

　　拉伸加捻機是聚酰胺6纖維后加工處理得到產成品的紡織機械。與前道生產高速紡絲卷繞機一樣，是集拉伸一加捻—+卷繞成產品絲于一機的連續操作。由于加捻和卷繞部分都有高速旋轉機械運動，因此生產操作中若處理不當，也有機械傷害、人身事故的發生。另外，若采用熱板、熱盤等加熱形式拉伸作業的，因為采用了蒸汽加熱或電加熱方式，有可能發生熱燙傷或觸電事故。