聚烯烃塑料单丝的生产工艺

出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《塑料挤出制品生产工艺手册》第221页（3785字）

(一)PE单丝的生产工艺

1．原料

通常选用拉丝级的HDPE，相对分子质量在10万左右，MFR为0．5～1．0g／10min，相对分子质量分布应较窄，密度为0．955g／cm³左右。树脂中必要时添加适量的色母料。

HDPE鱼网可染成与海水相同的颜色，捕鱼产量高。由于HDPE的耐水性好，使得“三日打鱼、两天晒网”的现象已成为历史。HDPE窗纱、PE丝编织的鞋垫，已成为日常生活中不可缺少的制品。

辽阳石油化纤总公司生产的GF7750树脂(MFR为0．5g／10min)、大庆石油化工总厂塑料厂生产的5000S树脂(MFR为0．9g／10min)等都是单丝专用HDPE树脂牌号。这两种牌号，5000S的MFR较高，拉丝操作与生产较容易，断丝率较低；GF7750的MFR较小，单丝强度高，但要用L／D大些或加混炼头的螺杆，否则，单丝容易断丝。

2．生产工艺

生产中的主要工艺条件有如下五个方面。

①挤出机分5段控温，温度依次为：180℃、250℃、280℃、310℃、305℃。连接器温度为300～310℃，口模温度为295～305℃，实际温控波动范围为±2～±5℃。

②冷却水槽中水温也要进行控制。一般将冷却水温控制在25～35⁽¹⁾℃。单丝出机头的温度约在300℃以上，若对单丝进行骤冷，则球晶较小，结晶度较低，这样，对下一步的拉伸工序有利；若冷却水温过高，则球晶大，结晶度高，在拉丝工序中容易断头。冷却水通过进水量和出水量达到温度平衡。

③水面距喷丝板的距离为15～30⁽²⁾mm。水面太低，单丝容易粘结，产生断头太多；水面太高引丝操作困难。水面的高低对单丝的强度有较大的影响。这是因为在较低的温度下，结晶成核的速度快，单位体积内所生成的晶核数目多，球晶直径较小，容易在拉伸时形成稳定的细颈，从而得到较好的物理力学性能。

④初生丝在沸水中加热后进行拉伸。HDPE单丝的拉伸倍数与强度的关系见图11－9。

图11－9 HDPE单丝拉伸倍数与拉伸强度的关系

由图11－9可知，随单丝倍数的增加，其拉伸强度增加，断裂伸长率下降，结节强度也下降(图中未标明)。综合考虑拉伸强度与结节强度，选定拉伸倍数为9～10。如果拉伸倍数太高，由于断裂伸长率降低，单丝容易断头；另外，如果拉伸倍数在10倍以上，则操作的线速度非常之快，单丝易断，生产稳定性差，所以，实际采用9．5左右的拉伸倍数。以Φ65挤出机为例，当螺杆转速为25～30r／min时，牵引辊的速度为：第一牵引辊的线速度v₁为17～18m／min，当拉伸倍数为9．5时，第二牵引辊的线速度v₂为161～171m／min。实际操作线速度v₂达170m／min，若有断头产生，很难将断头除去并牵引到卷取装置。所以，v₂为160～165m／min，计算v₁为16．8～17．3m／min，这是实际生产线速度。

以上计算是一次拉伸时，牵引辊线速度的计算，若采用两次拉伸，可以降低生产过程中的断丝率。二次拉伸速度计算如下：

若第一牵引辊的线速度为v1=17．3m／min，则第二牵引辊的线速度为v₂=121m／min，第三牵引辊的线速度为v₃=165m／min。这样，第一次拉伸倍数为：121／17．3=7倍，第二次拉伸倍数为165／121=1．36倍，则总的拉伸倍数为7×1．36=9．5倍。HDPE的拉伸温度为100℃，可在沸水中加热，即采用湿法拉伸。

⑤热处理辊速度 热处理是在第二个水槽中进行的，并使第三牵引辊的转速比第二牵引辊慢2．0%～3．0%，即热处理辊的线速度为160～162m／min。

3．HDPE单丝质量及规格

HDPE单丝目前执行GB5664－85。单丝细度规格(0．20±0．02)mm，不允许有未牵伸的丝。每股250g丝不得超过4个结头。

4．LDPE单丝

LDPE单丝比HDPE单丝强度低，但更柔软。因而，要求单丝更柔软、强度不高的场合可以使用。

LDPE单丝设备及工艺与HDPE相同，只是拉伸倍数较低，为6倍左右。该类单丝产品目前产量较少。

5．PE单丝生产中不正常现象及解决方法

PE单丝生产中不正常现象及解决方法见表11－3。

表11－3 PE单丝生产中不正常现象及解决方法

(二)PP单丝的生产

PP单丝、绳索、织物主要用于耐高温与耐腐蚀过滤网、布，也可用于编织各种日用品、鱼网、缆绳。PP单丝耐酸碱、吸水性小、密度小、耐磨性强、耐热性和电绝缘性好，因此，其用途也很广泛。

由于PP丝的拉伸温度较高，只能采用干法拉伸，因此，拉伸的加热设备要比HDPE贵一些。

1．原料

一般选用等规度较高的PP，相对分子质量约为12～22万，MFR为2⁽³⁾～10g／10min，如F401等牌号。

2．设备选用

(1)挤出机 一般选用Φ45、Φ65挤出机，长径比为25～30，螺杆的几何压缩比为4．0～4．5，滤网组为3～4层组合：80目／40目／80目、40目／80目／40目／80目。

(2)机头 选用直角式机头，结构与HDPE相同。喷丝孔的长径比为4～6，包角可以较小。若包角为20。时，在温度和剪切速率变化范围很宽的条件下，单丝在机头喷丝板处不容易产生熔融断丝，单丝质量较好。

(3)冷却水箱 长1．5m、宽0．6m、高0．8m；其结构与HDPE相同。

(4)辊筒牵引 利用两组辊筒的线速度不同进行拉伸。第一组辊筒由5～6对辊筒组成，对单丝加热，辊筒用电加热，使辊筒表面温度达120～140℃；第二组热辊筒数目较少，由1～2对辊筒组成，但线速度较快，对单丝进行拉伸。如果单丝要进行热处理，可用第三组热辊筒减速进行热收缩。

(5)热烘道拉伸 也可采用热烘道对单丝加热。拉伸仍用两组辊筒的线速度不同进行。热烘道一般为2～3m，烘道内的温度可达140～160℃。

3．生产工艺参数

挤出抽丝时的温度必须比原料的熔点温度高50～130℃，才能使熔体具有较好的流动性。挤出机的温度分4段控制时，其数据依次为200～240℃、240～260℃、260～280℃、280～300℃，连接器温度为300～320℃，喷丝板温度为300～310℃。在喷丝板下方设置一个加热圈，可减少或消除熔体的挤出膨胀现象，并可使抽丝温度降低30～40℃，同时提高单丝的均匀性和抽丝速度。冷却水的温度控制在20～40℃，喷丝板到水面的距离为15～50mm。PP在拉伸过程中会出现“细颈”，即拉伸点。控制好固定的拉伸点位置是拉伸工艺的重要条件之一。一般，拉伸倍数要在8～10倍。PP一般在低于熔点20～40℃进行热拉伸。热处理温度一般为100℃，第三牵引辊的转速应比第二牵引辊慢2%～5%。为满足抽丝机头的压力需要，要有足够的机头的压缩比，一般为3～5。

拉伸倍数由单丝的用途而定，如果是用来编织制品，则单丝的拉伸倍数控制在7～8倍，其它情况下一般为10倍。

PP单丝的质量标准参照HDPE的GB5664－85。