文字丨 北京中丽制机工程技术有限公司 许海军
整理丨吴存兰
编辑丨董雅琪
微信公众号ID丨fzkxyj
2017
年，中国纺织工业联合会首评中国纺织行业专利奖，由北京中丽制机工程技术有限公司（以下简称“中丽制机”）提报的发明专利“一种锦纶母丝的生产方法 ZL 2014 1 0722917.2”斩获金奖。该专利创造性地设计了锦纶分纤母丝纺丝、冷却、牵伸、定型、卷绕的一步法工艺流程，研制了锦纶一步法分纤母丝成套生产装备技术，在产业化应用上取得了良好的经济效益。应用该专利技术实施的项目——锦纶一步法分纤母丝产业化成套设备及工艺技术，曾获得“纺织之光”2016 年度中国纺织工业联合会科学技术奖二等奖。
用于生产锦纶单丝的生产工艺路线有一步法和两步法两种。两步法生产锦纶单丝的纺丝速度慢、单机产量低，且 UDY 母丝的可存放周期短，对平衡、存放环境的温湿度要求高。另外，由于生产路线长，两步法生产的锦纶单丝产品质量的稳定性较差，整体生产效率低、运行成本高。
针对上述问题，中丽制机成功的开发了一步法生产锦纶分纤母丝的纺丝牵伸设备。在同一台机器上先后完成纺丝成形、初生纤维牵伸取向、纤维热定型和卷绕等工艺流程，再卷绕成丝饼得到分纤母丝，最后经过分丝机分纤后得到锦纶单丝。采用这种生产锦纶分纤母丝的工艺路线，不仅流程短、生产效率高、能耗低、设备占地面积小，而且生产工艺过程的稳定性和产品质量稳定性较两步法有较大提高，产品后续可加工成欧根纱，尤中丽制机斩获首届纺织专利金奖其适合用于加工高档纺织品。
图丨一步法锦纶生产设备
六项关键技术
目前，国内大多数化纤企业生产的锦纶单丝仍采用两步法工艺，产品质量很不稳定。而该发明采用的一步法工艺，在一套纺牵联合机上就能生产出可分纤的高强力锦纶母丝。其关键技术包括以下6项：
（1）该专利技术研制了适于纺制锦纶单丝的螺杆挤压机。此螺杆挤压机的螺杆、螺套表面采用合金披覆式焙射技术处理，具有高耐腐、耐磨性。螺杆为 LTM 型销钉螺杆，可使熔体受到进一步的剪切均化及混合，采用圆柱销钉低温混合元件，塑化性能好，可使熔体反复分流混合，提高了熔体的纺丝质量。螺杆挤压机并带有氮气保护装置。
（2）纺丝箱体加热保温聚酰胺熔体的热媒循环系统是汽液分离、并联、单流向、自补偿方式，以保证聚酰胺熔体低温纺丝的精度要求。
（3）设计了一种特殊的侧吹风冷却装置，侧吹风部件的有效吹风高度为 2000mm~2600mm。由于风窗较高，为解决风窗上下出风不匀，多孔板分为 两 段， 上 部 1000mm~1300mm开孔φ2.0mm，下部 1000mm~1300mm 开孔φ1.5。这种专用的侧吹风冷却装置利于使 PA6 分纤母丝丝束温度降低到纺丝工艺要求的玻璃化温度，有效解决了 PA6 分纤母丝的均匀冷却问题。
（4）设计了一种专用的单丝甬道，其连接口前后宽度为 600mm~700mm，长度为 8500mm~9000mm。锦纶单丝比较粗，不易冷却。若采用降低侧吹风风温、增大风速的方式，则会产生皮芯结构，不利于后续牵伸卷绕。通过适当增加冷却区域的长度，能够使丝束冷却过程相对缓慢延长，既消除了碰撞断丝、皮芯结构的形成，又能够使 PA6 分纤母丝丝束温度在进入上油装置之前降低到纺丝工艺要求的玻璃化温度之下。
（5）实现锦纶分纤母丝两级牵伸的牵伸热定型系统，包括三对牵伸辊组。对于纺制锦纶分纤母丝，通常采用三对速度、温度不同的热辊进行牵伸和热定型。其排列方式下图所示。通过调整不同的速度、牵伸比及温度可以得到不同强度、伸长率和收缩率的丝束。纺制有特殊要求的产品时，可采用具有双段、不同表面粗糙度的喂入辊和热牵伸辊。
1 纺丝甬道 2 油轮 3 第一牵伸辊及分丝辊
4 第二牵伸辊及分丝辊 5 第三牵伸辊 6 卷绕机
（6）牵伸 - 卷绕系统采用锦纶全牵伸丝卷牵联合机。上油装置采用两道油轮上油，以保证纤维丝束上油充分均匀。通过选用锦纶专用螺杆挤压机，改进熔体管道和伴热管的设计，开发适合锦纶分纤母丝的丝束冷却系统，采用两级牵伸的卷牵系统，选择适当的工艺条件，实现了一步法锦纶分纤母丝的生产。与两步法技术相比，该专利的技术优势对比如表 1 所示，产品性能对比如表 2 所示。
表 1 技术对比表
对比项目
本项目
（一步法）
两步法
生产设备技术
专用一步法纺牵联合机
纺丝机 + 平牵机
熔体控制技术
线性分布
非线性分布
上油技术
单丝上油
复丝上油
牵伸技术
二级牵伸
一级牵伸
卷绕技术
精密卷绕
非精密卷绕
加工速度
3300m/min
~4300m/min
600m/min
~1000m/min
表2 产品性能对比表
对比项目
本项目
（一步法）
两步法
单丝线密度
(dtex)
33.3
33.3
线密度 CV 值（%）
1.5
2.4
断裂强度（cN/dtex）
5.51
4.8
断裂强度 CV 值（%）
4.0
4.5
断裂伸长率（%）
42.9
45.2
断裂伸长率 CV值（%）
5.3
9.8
上染率（k/kg）
7.76
5.72
产业化效益显著
采用一步法锦纶分纤母丝纺丝设备生产母丝，在设备投资上可以省去两步法中牵伸机的投入，投资费用约节省 30％左右，厂房占地面积也减少约1/3，可使生产效率提高 1 倍以上，能耗降低 30% 以上。与两步法相比，其产生的经济指标效益对比如表 3 所示。
表 3 经济指标对比表
对比项目
本项目
（一步法）
两步法
物耗
（PA6 切片/ 吨）
1025
1040
耗电（kwh/ 吨）
1200
1900
综合能耗
（吨标煤 / 吨）
0.27
0.43
生产成本
（元 / 吨，333dtex/10f）
2200
3500
该专利技术已经在企业实现了产业化，生产的锦纶单丝、面料等已投入市场应用。截止到 2016 年年底，中丽制机已经完成近 100 个纺丝位销售合同，与无锡佳成纤维有限公司等 10余家公司共形成了年产约 5 万吨的生产规模，并且带动了纺织、印染、装饰和其他相关行业的发展。
分纤后的锦纶单丝在市场上备受青睐，附加值高。根据 2016 年 12 月《中国化纤信息网》公布的数据，各种规格的锦纶单丝价格如表 4 所示；产生的社会效益如表 5 所示。
表 4 锦纶单丝价格行情
规格
等级
价格
（ 元 / 吨）
30D/1F有光锦纶单丝圆孔、三叶
中高端
19000-19500
30D/1F 有光锦纶单丝
低端
18000-18500
20D/1F 半光锦纶单丝
中高端
19500-20000
20D/1F 半光锦纶单丝
低端
19000-19500
表 5 锦纶单丝获得社会效益统计表
名称
纺丝机位数
产量（吨 /年）
产值（万元/年）
税收（万元/年）
利润（万元/年）
成品单丝
107
33000
57750
9790
11145
据完成单位出具的经济效益证明，2013 年 -2015 年， 该 专 利 项 目 完 成单位合计销售额达到 22146.87 万元，利 润 为 3417.80 万 元。2015 年， 锦纶单丝设备新增销售额为 851 万元、平均售价为 85.1 万元 / 位、新增利润为212.76 万元；锦纶单丝销售额为 9960万元，平均售价为 1.9 万元 / 吨、销量为 5242 吨、新增利润为 943.6 万元。具有高技术、高效益、高附加值特点的一步法锦纶分纤母丝纺丝技术，带来了显著的社会效益和经济效益。
