一、裝置簡介

　　(一)裝置發展及其類型

　　1．裝置發展

　　聚丙烯纖維在我國簡稱“丙綸”。丙綸短纖維和丙綸膨體長絲是聚丙烯纖維的兩個主要品種。

　　1954年Ziegler和Natta發表了等規聚丙烯的制造專利(即有名的Ziegler—Natta催化劑)之后，于1957年由意大利Mantefibre公司實現了聚丙烯纖維的工業化生產。以后，英國、美國相繼開始生產等規聚丙烯短纖維。1960年意大利開發的商品名為Meraklon的纖維，其產量較大。1970年后，又開發出針滾原纖化和壓制凹凸條痕生產纖維的方法。1971年，西班牙首先采用短程紡設備使丙綸生產設備大大簡化，更加快了聚丙烯纖維的發展。例如，纖維級聚丙烯樹脂生產工藝的改進與產品的系列化；丙綸改性產品的出現；丙綸原液著色、色母液染色、分散性染料染色等技術得到發展；并且還發展了短程紡設備、一步法BCF紡絲機、空氣變形機與復合變形機等聚丙烯纖維加工設備；尤其是非織造布的出現，使丙綸向產業用布方向發展，如土工布、復合建材、地毯、繩索、漁網、過濾材料等。故丙綸的開發與應用有著廣闊的前景。

　　2．裝置的主要類型

　　等規聚丙烯是一種典型的熱塑性高聚物，可以熔融加工成為各種用途的制品。工業生產輛綸的紡絲方法一般有兩種，即一種是熔體紡絲法，一種是膜裂紡絲法。

　　聚丙烯熔體紡絲法，與聚酯纖維、聚酰胺纖維加工方法一樣，可以用熔體紡絲加工制得長絲和短纖維。但由于成纖聚丙烯具有較高的相對分子質量和較高的熔體黏度，故需采用高于聚丙烯熔點100℃左右或更高的擠出溫度(熔體溫度)，才能使其熔點具有必要的流動性別順利地進行紡絲加工。若紡制長絲，卷繞絲收集在筒管上后，經熱板或熱輥將初生纖維拉伸至4—8倍，然后即在同一臺機器上用熱板或熱輥再一次加熱至所要求的溫度，將拉伸纖維進行熱定型，使纖維收縮至預定的長度。若紡制短纖維，則采用500孔或更多孔數的噴絲孔，初生纖維經噴絲絲束成幾十萬至幾百萬分特的絲束，在蒸汽箱中于100-130℃下拉伸，其拉伸倍數較長絲為低，通常僅為3-4倍。拉伸后進行卷曲，然后再進行松弛熱處理，最；后經切斷成為棉型或毛型短纖維。

　　聚丙烯膜裂紡絲法，是一種較熔體紡絲法投資少、可更方便廉價地將聚丙烯加工成纖維的生產方法。其特點為生產工序簡單、消耗定額低、產量高，且對原料要求不高，甚至聚合物中填充有40％的有機物時，仍能進行膜裂加工。其成形方法有2種，一種是通過擠出機或吹塑機將聚丙烯聚合體擠出或吹塑得到聚丙烯薄膜，然后通過具有一定間隔的刀具架，切割得到2．5—6mm寬和20-50μm厚的單軸拉伸的扁絲(或扁條)，細度約為1lOtex左右，這種扁絲(或扁條)就叫割裂纖維，又稱切割纖維；另一種為撕裂纖維(或稱原纖化纖維)，是將聚丙烯聚合體擠出或吹塑得到的薄膜，經單軸拉伸，使聚合物大分子沿拉伸方向取向，然后對薄膜施以外力，即通過針輥或齒輥等破纖裝置，將薄膜開纖，再經物理、化學或機械作用，使開纖薄膜進一步離散而制成纖維網狀物或連續長絲。

　　本節以聚丙烯熔體紡絲法為例，對丙綸短纖維和丙綸膨體長絲的安全技術加以闡述。

　　(二)單元組成與工藝流程

　　1。丙綸短纖維裝置

　　(1)單元組成

　　①紡絲單元。聚丙烯短纖維的紡絲單元是主要生產單元，其設備和聚酯、聚酰胺纖維相仿，設備包括有螺桿擠出機、紡絲機等。紡絲機內有紡絲機箱體和噴絲頭。螺桿擠出機采用電加熱方式，紡絲機箱體采用熱油或熱媒加熱方式。結晶的聚丙烯片狀料在螺桿擠出機內被加熱熔融，并以恒定流動的形式，在保持熔體壓力的情況下受定向擠壓出機頭，再進入紡絲機箱體分配管，經噴絲頭孑L連續地紡出絲條，再轉入噴絲拉伸(在蒸汽箱中加熱拉伸)，第一次拉伸倍數為3．9—4．4倍；然后經過帶有一定溫度、濕度的冷卻風的冷卻、固化后，轉入下道生產工序加工處理。

　　②卷取單元。卷取單元又可稱卷繞單元。從此單元起到切斷打包成為成品出廠人庫前，均屬于后處理加工生產工序。卷繞單元是將從紡絲單元而來，經過第一次噴絲拉伸成形的聚丙烯初生纖維絲束，先上油，再由卷繞機卷繞、合股，送入拉伸單元進行定向拉伸。

　　③拉伸單元。該單元是絲束經過噴絲拉伸后對初生纖維的再一次拉伸(亦稱二次拉伸)的專門設施。初生纖維在受熱的情況下，使其第二次拉伸倍數達1．1～1．2倍，最后總拉伸倍數棉型為4．0—4．6倍，毛型為5．0—5．5倍(可按生產要求調整)，然后通過卷曲機卷曲使纖維具有卷曲性，以提高其可紡性，再轉入下步松弛熱定型處理工序。

　　④熱定型單元。熱定型單元是采用熱板或熱輥將經二次拉伸成形后的聚丙烯纖維，再加熱至要求溫度，除去一定的水分，調整分子結構使之趨于穩定，按棉型或毛型短纖維不同⑤切斷打包單元。切斷打包單元是丙綸短纖維裝置末道生產單元。該單元是將經卷曲、熱定型處理后的纖維，經由切斷機切成一定長度的短纖維，再通過皮帶輸送機進入打包機，以一定的重量打包，將成品入庫或出廠。這樣，便完成了整個丙綸短纖維裝置的全過程生產作業。

　　(2)工藝流程

　　①流程方框圖

　　工藝流程方框圖如圖6—10所示。

　　②流程敘述

　　由聚丙烯裝置來的聚丙烯切片料喂入料斗，加入添加劑與切片共混后，送人單螺桿擠出機。擠出機螺桿為單頭螺紋、等螺距，并按加料段、壓縮段和計量段三段分布，長徑比為L／D20—26。混合后的聚丙烯切片和添加劑物料，在螺桿擠出機螺桿的壓縮段加熱熔融、擠壓壓縮和推進流動下，流體在計量段內保持恒定流量和熔體壓力，使聚丙烯熔體被擠出并進行熔體過濾后，進入紡絲機。在紡絲機里，聚丙烯熔體通過紡絲箱體分配管進行熔融分配后，進入有無數細孔的噴絲板，將熔體集束成特細的絲束，完成紡絲成形(通過環形內冷卻后成形為初生纖維)。

　　丙綸短纖維加工需要將紡絲成形后的初生纖維進行二次拉伸。因此，成形絲束需先進入蒸汽箱中進行邊加熱邊拉伸(第一次拉伸)。經第一次拉伸后的熱絲束再轉入卷繞機，通過上油盤先上油后卷繞、合股，然后進至輥牽伸機和導絲機作第二次絲束拉伸，使纖維的總拉伸倍數達到生產產品的要求。

　　在總拉伸倍數達標后的絲束進人張力調整架進行張力調節，再送卷曲機內卷曲和在烘干定型機中作熱定型處理。熱定型之后轉入定型槽予以張力消除，再進切斷機，按不同產品要求(棉型或毛型纖維)將纖維切成短纖維。最后送自動打包機打包成成品出廠、入庫。

　　2．丙綸膨體長絲裝置

　　丙綸長絲的縮寫代號為BCF，所用的設備是將幾道生產工序聯系在一起，并組裝在一臺主機上完成整個纖維加工生產過程。故此生產工藝被稱為連續一步法制取彈力絲工藝。

　　(1)單元組成

　　①紡絲單元。與丙綸短纖維裝置基本相似。

　　②拉伸單元。該單元是將未拉伸絲(UDY)經拉伸變形并轉入網絡加工成BCF長絲。

　　③卷繞單元。此單元是丙綸膨體長絲裝置最后一道生產工序。通過拉伸后的BCF長絲或由網絡加工成膨體長絲，進入卷繞機卷繞成絲筒，然后落料裝箱包裝入庫。

　　(2)工藝流程

　　①生產流程圖

　　膨體長絲生產流程見圖6—11。

圖6—ll膨體長絲生產流程圖1一螺桿擠出機；2一計量泵；3一紡絲組件；4一紡絲倉；5一上油盤；6一第一牽伸輥；7一第二牽伸輥；8一空氣變形箱；9—冷卻鼓；10—網絡器；11一高速卷繞機

　　②流程敘述

　　聚丙烯膨體長絲的簡單生產流程如圖6—11：由聚丙烯裝置來的聚丙烯切片輸送至螺桿擠出機(1)。在擠出機內經加熱熔融、擠壓壓縮和推進流動下，聚丙烯流體由計量泵(2)計量后泵送紡絲機的紡絲組件(3)。紡絲組件由紡絲箱體分配管和噴絲板所組成。熔體進紡絲箱體分配管進行熔融分配，并入噴絲板中，將其集束成特細的絲束，然后在紡絲倉(4)內通過環形內冷卻后成形為初生纖維。初生纖維在上油盤(5)上油，再通過第一牽伸輥(6)和第二牽伸輥(7)兩次拉伸后在空氣變形箱(8)內變形，再在冷卻鼓(9)中冷卻，轉入網絡器(10)進行網絡加工(也可以直接由空氣變形箱變形)成BCF長絲，最后該丙綸膨體長絲在高速卷繞機(11)內卷繞成絲筒，然后落料裝箱包裝入庫。

　　(三)工藝技術特點

　　１．丙綸短纖維裝置

　　(1)與聚酯、聚酰胺纖維裝置一樣，因采用高聚物切片供料，故便于更換纖維品種，適宜于新產品的開發。

　　(2)開停車較為方便，與上游聚丙烯裝置無相互干擾因素；采用混切片料斗，能起到切片與添加劑均勻混合的作用，不易受上游聚合生產波動的影響。

　　(3)采用螺桿擠出機加料、壓縮、計量三段式擠壓紡絲工藝，傳熱效率高，停留時間短，熱分解可能性小，均化效果好，熔體黏度均勻，有利于提高紡絲纖維的質量。

　　(4)紡絲機箱體采用熱油或熱媒加熱方式，絲束受熱均勻，但發生泄漏現象，可能有燃燒或中毒危險等勞動安全衛生問題出現。

　　(5)紡絲采用環形吹風內冷卻形式，可便于經常性地鏟板面，以延常紡絲組件的使用周期。

　　(6)設置了二次拉伸，可使初生纖維增加絲束的拉伸倍數，有利于定向取向，增強纖維強度，并可按不同的纖維產品(如棉形和毛形短纖維)要求，調節所需要的總拉伸倍數。

　　(7)紡絲加工流程較長，化纖設備品種較多，廠房占地面積較大，投資較高。

　　2．丙綸膨體長絲裝置

　　(1)螺桿擠出和熔融紡絲部分的工藝技術特點，與丙綸短纖維裝置基本相同。

　　(2)由于采用了連續一步法加工工藝，其所用設備將纖維的上油、拉伸、變形、網絡、卷繞等后加工部分的幾道生產工序聯系在一起，并組裝在一臺主機上，后加工生產工序的功能在同一臺機器上完成，這樣可以大幅度縮小廠房占地面積，設備減少，操作簡便，還節省了投資。

　　(3)因產品要求的不同，雖然不像丙綸短纖維產品那樣需設立二次拉伸工序，但一步法工藝的卷繞速度很快，且是在一臺機器上快速連續地完成所有的纖維后加工生產，工序相當緊湊。為提高自動化生產程度和保證纖維加工質量，采用了DCS微機控制的高科技設備，技術要求較高。

　　(四)導生油及組件清洗劑

　　丙綸短纖維裝置和丙綸膨體長絲裝置的主要危險危害物質，與聚酯纖維和聚酰胺纖維裝置基本相仿，均為導生油和組件清洗劑。其中導生油，聚酯纖維和聚酰胺纖維裝置大多數使用的導生油為熱媒(聯苯—聯苯醚)，而丙綸短纖維裝置和丙綸膨體長絲裝置，有使用熱媒聯苯—聯苯醚為導生油的(國產裝置居多)，也有使用熱油為導生油的(部分進口裝置使用專用牌號熱油)。前者有可燃性和一定毒性，后者主要為可燃性。導生油是在受加熱情況下循環使用的，可使聚丙烯樹脂保持均勻的加熱熔融流動狀態，以在紡絲箱體內紡絲成形。

　　組件清洗劑常用三甘醇作溶劑，其目的是利用對丙綸熔體的可溶性，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，使之紡絲組件始終保持光潔性，以確保紡絲的正常進行和絲束的質量。

　　但是，導生油和組件清洗劑均屬于危險化學物質，因此在實際使用中必須十分注意它們的安全性。聯苯—聯苯醚(導生熱媒)和三甘醇(組件清洗劑)物性表見第一節表6—1和表6—2。

　　(五)原料及產品性質

　　丙綸短纖維裝置和丙綸膨體長絲裝置的原料均為聚丙烯樹脂(又稱成纖用聚丙烯)，其產品均稱為聚丙烯纖維(或丙綸纖維)。下面就以兩裝置統稱的原料及產品對其性質加以敘述。

　　1．原料

　　聚丙烯樹脂(或成纖用聚丙烯)的化學結構式為：

　　聚丙烯樹脂是由碳原子為主鏈的大分子所組成的。根據其甲基在空間排列位置的不同，存在有三種立體結構形式，即等規、間規和無規。等規聚丙烯是一種相同構形的有規則的重復單元。成纖用聚丙烯通常是等規聚合物，具有高度的結晶性。

　　聚丙烯樹脂為五色圓柱形顆粒(成纖用聚丙烯樹脂可制成片狀)，具有強度好、耐磨損和良好的化學穩定性，并有較好的耐熱性。成纖用聚丙烯的熔點為165。176℃，較聚乙烯高33-55℃，比聚酰胺等要低；相對密度(23℃時)0．905-0．910；導熱系數為(8．79-17．58)X10—2W／m•k，是所有纖維中最低的，用作保溫材料比羊毛還要好。

　　聚丙烯的火災危險性屬丙類，有防火安全的要求。

　　2．產品

　　聚丙烯纖維，又稱丙綸纖維，色澤為五色，具有優越的導濕性和柔軟性，良好的成網性、梳理性和黏合性，還有高延伸度的特性。產品安全、衛生、無毒、無刺激、無過敏性。聚丙烯纖維有較好的耐磨性，但染色性較差，導熱性則比其他纖維要低，導熱系數與羊毛相似，還具抗蟲蛀和霉菌的作用，耐化學性優良。

　　丙綸纖維的火災危險性屬丙類，有防火安全的要求。

　　二、重點部位及設備

　　(一)重點部位

　　丙綸短纖維裝置和丙綸膨體長絲裝置的重點部位相同，現敘述如下：

　　1．導生油系統

　　在丙綸纖維裝置生產過程中，由于經螺桿擠出機擠壓后的聚丙烯樹脂熔體，在紡絲時需要加熱和保溫，而設立導生油系統就可以提供足夠的熱量來確保實現聚丙烯加工的工藝需要。采用聯苯—聯苯醚熱媒系統，其聯苯—聯苯醚系統為可燃有毒的危險化學物質(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，在工藝上和安全上都提出了很高的要求。該系統當屬丙綸纖維裝置的重點部位。

　　2.組件清理系統

　　組件清洗系統是聚丙烯纖維裝置的一個輔助生產系統，但因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，并且在紡絲工藝生產時，紡絲組件的清洗操作較為頻繁，故也列入該裝置的重點部位。

　　3．化纖倉庫

　　由于丙綸纖維屬丙類火災危險性物質，有燃燒的性能，加上裝置連續性生產，產品量較大，因此丙綸纖維產品的倉庫儲存有安全防火的要求，垛距、堆距、間距、通道、通風、采；光等都有一定的規范規定，所以這也是一個重要部位。

　　(二)重點設備

　　1．丙綸短纖維裝置

　　(1)螺桿擠出機

　　螺桿壓出機是擠壓被加熱熔融的聚丙烯切片的第一道生產設備，主要的危險危害因素是環境的高溫熱輻射及易燙灼傷操作人員。

　　(2)卷取(或卷繞)機

　　卷取(或卷繞)機是聚丙烯紡絲成形后續設備。卷取機的旋轉速度很快。在高速旋轉運動中，生產上如果發生亂絲、斷絲等故障而出現異常情況時，一旦操作處理不當，常易導致機械傷害、人身事故的發生，故是事故的多發之點。

　　(3)切斷機

　　切斷機是對聚丙烯纖維成品進行切斷操作的工藝設備。在切斷機開機升頭時，將絲頭送人切斷鉤輪時，如果操作失誤，易發生人身傷害事故。切斷機也是事故多發點之一的機械傳動設備。

　　(4)打包機

　　打包機是將聚丙烯短纖維產品打包成型的專門機器。如果運轉時安全限位鎖停裝置失靈，或操作、檢修時違反安全操作、檢修規程，極易發生設備損壞或人員擠壓工傷事故。

　　2．丙綸膨體長絲裝置

　　(1)螺桿擠出機

　　與丙綸短纖維裝置同。

　　(2)丙綸膨體長絲一步法加工機

　　該一步法加工機集丙綸纖維上油、拉伸、變形、網絡、卷繞等后加工處理工藝于一身，有加熱、旋轉、切斷等多種工序，存在著燙、灼傷、機械傷害等人身事故的危險，因此是重點的生產設備。