Оборудование для легкой промышленности

В 1998 и 1999 гг. ежегодно во всем мире выпускалось более 1,5 млн тонн полиамидных (ПА) комплексных нитей. Хотя за последние 2 года не было роста производства, в течение следующего десятилетия можно ожидать ежегодное увеличение темпов приблизительно на 4%. Известно, что гладкие нити составляют значительную часть в этом прогнозе, все же рост большей частью будет происходить за счет предориентированных нитей (POY). Дополнительно к использованию вытянутых текстурированных нитей на основе POY, в настоящее время появилась тенденция к увеличению использования эластичных нитей, покрытых полностью вытянутой нитью.
    Однако, сегодня это не единственное направление развития на рынке полиамидных нитей. В дополнение к стандартным, таким как 4,4 текс/12 филаментов и 7,8 текс/24 филамента существует повышенный спрос на нити низкой линейной плотности филаментов (т.н микрофиламентных), например филаментные нити 4,4 текс/34, 7,8 текс/48 и 7,8 текс/68.
    Целесообразно также производство нитей высоких линейных плотностей, текс: от 23,4 до 44,4. Часть из них, которые перерабатывают в нити типа “Оксфорд” и “Cordura”, являются пневмотекстурированными и используются для изготовления спортивной обуви, мешков и т.д. Производственные потребности в таких нитях определяют соответствующую скорость их формования. Машины ф. “Barmag AG”, которые были специально разработаны для этих целей, должны достигать скоростей процесса до 5000 м/мин (рис.1).

Введение.

    В производстве полиамидных нитей необходимо точно выдерживать множество параметров. К ним относятся однородность плавления полимера, соблюдение соответствующего времени пребывания расплава и т.д., и последнее, но не менее существенное, правильное управление параметрами намотки для формирования идеальной паковки. Таким образом, это облегчит не только формирование паковки, но и съем готовой или неполновесной паковки. Эти требования становятся еще более важными при переходе к специальным видам продукции, таким как микрофиламентные нити. При помощи оборудования и комплектующих ф. “Barmag AG”, специально разработанных в соответствии с предъявляемыми требованиями, производитель нити может выпускать продукцию, отвечающую спросу. В настоящем сообщении изложены следующие системы и комплектующие изделия:

Формовочные устройства

    “Barmag AG” изготавливает 2 типа формовочных устройств: серии SP40 и серии SP50. Главное отличие состоит в способе распределения расплава между насосным и формовочным блоком (рис.2).
    В SP40 распределение расплава осуществляется насосным блоком, обеспечивая два преимущества, которые являются особенно существенными при обработке полиамида 6.6 (анид):
    1.формовочное устройство может быть легко демонтировано с целью очистки;
    2. насосный блок гарантирует превосходную равномерность расплава при высокой температуре.
    В SP50 распределение расплава достигается посредством расплавопровода, встроенного в кожух, обладающий заданными условиями теплообмена с окружающей средой. Расплавопровод заварен между насосом, установленным на плите, и площадкой формовочного блока. Обычно в этих сериях для переработки полиамида 6 (капрон) формовочная балка подбирается специально. Преимуществами здесь является надежность конструкции, а также низкое потребление энергии. Это является результатом того, что большая часть расплава распределяется по трубопроводу, размещенному в формовочном блоке, и за счет этого не нуждается в дополнительной энергии для нагрева.

Насос “Promix”

    На формовочных линиях поток расплава разделен на несколько потоков. На сегодняшний день технология требует статического смешивания, происходящего в каждой секции системы трубопроводов таким образом, чтобы гомогенизировать поток расплава, прежде чем он будет распределен. Заключительное распределение потока расплава происходит с помощью насоса, снабженного планетарной зубчатой передачей. Чтобы удостовериться, что различия температуры и вязкости, обычно имеющиеся в ламинарных потоках, уравновешены на данном участке достаточно хорошо, разработан новый тип насоса, который включает комбинацию функции измерения и смешивания. Отличительной особенностью запатентованного насоса Promix является то, что вал привода насоса удлинен до входного канала и конец вала используется как перемешивающее устройство (рис.3). Во входном канале потоки полимера, благодаря периодическому перемешиванию, подвергаются гомогенизации, и, впоследствии, распределяются по единичным индивидуальным насосам внутри насоса с планетарной зубчатой передачей.
    Дополнительная гомогенизация полимера в формовочном насосе может оказывать различные положительные эффекты на процесс формования. Какой эффект может быть достигнут и в какой степени, это зависит от типа процесса, качества полимера и устройств, а также от множества дополнительных факторов. Для формования коммерчески доступных полимеров полиэтилентерефталата (ПЭТ), полиамида (ПА) и полипропилена (ПП) в мире используется более чем 2500 насосов PROMIX с планетарной зубчатой передачей. В сравнении с обычными насосными устройствами с планетарной зубчатой передачей (в зависимости от конкретных условий формования), улучшены не только свойства нити, но и снижен уровень их обрывности.
    Анализируя свойства получаемой нити, в частности, можно констатировать снижение коэффициента вариации (СV), что привело к улучшению показателей натяжения при вытяжке, прочности, удлинения и натяжения намотки до 30%.
    Наблюдение за уровнем обрывности нити на формовочных линиях в течение длительного периода времени показывает на отсутствие стабильного режима, характеризуемого в пределах некоторого диапазона времени изменением характеристик и появлением случайных пиковых величин. Использование в таких случаях насоса PROMIX позволяет уменьшить максимальные величины, что ссужает диапазон отклонений и увеличивает равномерность продукта. Улучшенные качества нити в комбинации с низким уровнем ее обрывности делают формовочный и последующие процессы более рентабельными. Уменьшение стоимости современных процессов формования может быть достигнуто только за счет комбинации многочисленных индивидуальных мероприятий. Использование насосов PROMIX – один шаг к достижению этой цели.

Намотка

    Намотка POY обычно осуществляется:
    - с вытяжными дисками или без них;
    - параллельная и непараллельная (с поворотом траектории нити).
    Наиболее распространены машины без дисков (рис.4) с поворотом траектории нити, особенно для производства ПА-POY нитей.
    Вытяжные диски (рис.5) для нитей высокой линейной плотности и микрофиламентных нитей имеет преимущества, в частности по однородности контролируемых показателей нити внутри формуемой паковки.
    Самое высокое качество нити может быть получено путем многониточного (от 6 до 12 концов) формования с использованием параллельных траекторий нити.
    Чтобы достигнуть совершенно параллельной траектории нити и следовательно самой высокой равномерности между отдельными торцами, интервал между фильерами должен соответствовать расстоянию на наматывающем (приемном) устройстве, т.е. 150 мм.
    Из-за минимального отклонения нить практически на всей фактической траектории движения свободна от трения. Это является ключевым фактором, благодаря которому края нити достигают лучших показателей по равномерности. Это приводит к:
    - меньшему образованию пыли вследствие низкого контактного трения;
    - малым отличиям между параметрами нити по коэффициентам вариации и улучшенными потребительскими показателями, как результат большего контроля за охлаждением нити;
    - более низким различиям по натяжению,– улучшенным свойствам расплава благодаря меньшему времени пребывания в расплавопроводе – результат более компактного проектирования в сравнении с обычным формовочным оборудованием – все это привело к значительному снижению обрывности нити, что в свою очередь увеличивает число полновесных паковок на этих машинах. Эти качественные преимущества демонстрируют более низкий уровень обрывности нити при наивысших достигаемых скоростях текстурирования (примерно 5%).

Вытяжные диски

    Фирма “Barmag AG” разработала новые маленькие вытяжные диски (“Smart Rolls”) – рис.6, для замены длинных необогреваемых вытяжных дисков в параллельных формовочных машинах.
    Каждая нить наматывается на валы индивидуально, последовательно с одной пары вытяжных дисков на другую S-образным движением нитенаправляющего устройства.
    Одной из целей этой разработки было уменьшение себестоимости длинных вытяжных дисков (рис.5). Они позволяют развивать скорость до 8000 м/мин, так что могут использоваться для POY также хорошо как и для HOY процессов с целью сокращения натяжения нити и улучшения формирования паковки. В формовочных машинах с высотой около 5 м использование скоростных валов концепции параллельного формования нитей позволяет разрабатывать более компактную форму.
    Разделение операций наматывания и формования этими валами улучшает потребительские показатели готовой продукции. Вибрация нити, вызванная намоткой, может быть успешно устранена этими валами и не будет распространяться дальше по направлению к фильерам, где движется формующаяся нить.

Намоточные головки

    Для идеального наматывания “Barmag AG” предлагает в распоряжение приемно-намоточные устройства серии ACW (усовершенствованное наматывающее устройство CRAFT). Моделью, чаще всего применяемой для этих целей, является ACW 6Е 1226/8, так как скорость наматывания составляет 6000 м/мин, количество паковок – 8, каждая с длиной хода 120 мм (рис.7).
    Длина приводного вала (шпинделя) 153,3 мм, а это значит, что в отличии от 8-ми ниточных приемно-намоточных устройств конкурентов здесь имеется приблизительно на 3мм больше зазор на шпинделе. Если, не смотря на это, в условиях нестабильного процесса, образуется большая выпуклость при формовании паковки, все же будет возможно предотвратить выход паковки за пределы кромки приемного шпинделя. Таким образом, всегда возможно получение удобной паковки и ее транспортировки.
    Тем не менее, для предупреждения образования чрезмерных нарушений поверхности бобины на ранних стадиях серия ACW предусматривает различные технические решения для производства высококачественных паковок даже с повышенными требованиями. Система HELICONT (контроль за углом спирали) является одним из примеров. Она учитывает непрерывное изменение положения угла нити в течение цикла намотки. Теоретически, внесение изменений в угол нити изменяет скорость нити и ее натяжение. Такие изменения скорости, тем не менее, компенсируются системой контроля за намоткой, которая делает возможным сохранение устойчивого состояния даже для самых низких натяжений нити, которые требуются для наматывания полиамидной нити. Это, в свою очередь, является необходимым требованием для достижения низкого уровня обрывности в процессе формования и намотки нити.

Электроника

    Электрическое питание отдельных узлов установки, таких как наматывающее устройство, вытяжные диски и привод насоса управляется электроникой WIS-WATCH ф. “Barmag AG”. С помощью этой системы управления, одна машина может иметь до 32 режимов намотки. С тех пор как “Barmag AG” использует индивидуальные приводы и индивидуальную технологию инвертора по всей системе, стало возможным выбор распределения этих режимов в кратные группы (теоретически до 8), каждая с независимым регулированием (установкой). Это позволяет осуществить управление различными процессами одновременно по одной линии, если необходимо, или хранить различные данные для управления разными процессами.
    На дополнительных уровнях (параметрах) системы могут быть определены все фактические и установленные параметры установки. Определение динамики ошибки учитывает раннюю идентификацию тех позиций, где ошибки возникали снова и снова, например из-за дефекта формовочного блока. Тогда проблема может быть быстро исправлена при минимальных производственных потерях.

Заключение

    Согласно рассмотренному выше материалу ф. “Barmag AG” предлагает установки, специально спроектированные для большого ассортимента полиамидных нитей. Эти линии, освоенные в промышленном масштабе, соответствуют всем требованиям наших клиентов в Северо-Центральной и Южной Америке, в Европе, на Среднем, Ближнем и Дальнем Востоке. Продолжаются разработки новых машин формования из расплава в комплексе с оборудованием для сушки и дополиконденсации полимеров. При этом проверяется оборудование на 2 машинах для технических нитей, 2 машинах для ковровых нитей и 5 машинах для текстильных нитей и одной машине, которая спроектирована исключительно для разработки наших намоточных устройств.

Материалы предоставлены д.т.н, профессором Э.М.Айзенштейном

Р.Шнайдер - менеджер по сбыту, фирма “Barmag AG”, г.Рэмшайд, Германия
Э.М.Айзенштейн - доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники РФ