学文网摘要：详细介绍喷丝板的材质、结构特点、制造允许公差及精度等，根据多年的工作经验还给出了不同物料、不同产品规格的应用实例，最后介绍了设计喷丝板还应校核喷丝头拉伸比、采用“导孔+ 导槽”的方式。
关键词：化纤喷丝板；材质；结构；公差；精度
随着世界化纤高科技产品极为迅速的开发,合成纤维的改性、开发和研究也进入了一个新的阶段。由于合成纤维品种规格差别很大，所采用的纺丝机的形式及工艺条件也多种多样，而喷丝板作为纺丝机不可缺少的精密零件,其功用是将用纺丝泵（或称计量泵）精确计量过的纺丝熔体通过喷丝板上的微孔喷挤出具有一定粗细和质地细密的纤维束。它的形状及其特征尺寸是保证纤维成品质量的重要条件。
一、喷丝板的材质
喷丝板工作状态相当苛刻，既要承受高温高压，又要保证其纤维丝的质量要求，喷丝板的材质对其机械性能和使用寿命与周期有很大的影响，通常材质的硬度越高，喷丝板的使用寿命就越长，但是其加工难度会加大，所以需选用耐高温、耐腐蚀以及具有优良机械性能的不锈钢为材质，常用不锈钢有SUS304、SUS316L、SUS321、SUS431以及SUS630，其特性如下表1-1所示。
其中SUS316加工性能好，耐腐蚀性好，熔融纺用喷丝板多用SUS316加工；SUS630的机械强度较高，耐腐蚀性也不错，常用于制造耐高压的喷丝板。
二、喷丝板的结构
1.喷丝板形状
常用喷丝板为圆形，为适用于不同品种化纤纺丝场合，圆形结构又分为平板型、凸缘平板型、平板环型、凸缘环型等；也有矩形喷丝板，矩形喷丝板又分为凸缘矩型及凸缘凹槽矩型等，喷丝板多用于孔数较多的短纤维纺丝。
2.设计理论基础――熔体在喷丝孔中的流变特征
聚合物熔体为非牛顿流体，是粘弹性流体，在小孔中作粘性流动的同时，将发生弹性形变，而弹性形变的存在是纺丝不稳定的关键因素之一。减小弹性形变的方法可归结为：
（1）减小熔体在小孔中的流动速度；
（2）提高纺丝温度从而降低熔体粘度；
（3）正确设计喷丝微孔的几何形状。
显然前两种方案并不可行，因为纺丝速度不能太低，纺丝温度不能过高。只有第（3）种方案可行。而几何形状中主要是微孔直径、长径比、导孔形状对熔体内弹性能的贮存及松弛程度有很大影响。下面主要讨论微孔的几何形状中的几个重要参数。
3.喷丝板微孔的几何形状重要参数介绍
（1） 微孔直径
计算公式如下
d0=2(4Q/πγR)1/3
式中：d0――微孔直径（cm）
Q――单孔流量（cm3）
γR――孔理想剪切速率（s-1）
一般情况下理想剪切速率γR如表1-1 表1-2
一般情况下，熔体粘度越高，微孔直径宜越大。以下高聚物粘度由小到大依次是：聚酰胺、聚酯、聚丙烯，而纺相同规格产品时，三者喷丝板微孔直径由小到大依次应是：聚酰胺、聚酯、聚丙烯。
（2）微孔长径比
根据熔体在微孔中流动特性的分析可知，增大长径比有助于弹性能的松弛，减小出口处的压力和膨化，纺丝相对稳定。选择长径比的原则是：
① 熔体在孔道中的停留时间t*必须大于熔体的松弛时间（高速纺PET的松弛时间为10-3S）。
② 必须考虑喷丝板的加工技术的可行性和实际清洗条件。同样直径，微孔越长，加工和清洗越困难。
只有满足了上述两点，才可适当增大长径比。常见喷丝板的长径比参考表1-3：
（3）导孔设计:
喷丝板导孔形状有带锥底的圆柱形、圆锥形、双锥形、双曲线型和平底圆柱形等几种。
如下***1―A
导孔与小孔的联接处应设计得使熔体收敛比较缓和，在入口区避免产生死角。
圆柱形或其它流线型的导孔没有死角，熔体进入小孔时直径的变化比较缓和，入口效应减弱，在入口区建立的弹性较小，出口区的挤出胀大也因而减小。其中又以带锥孔的圆柱形用的最多，因为加工方便。圆锥角大小在60o-120o之间。减小圆锥角，可缓和熔体的收敛程度，因此，常选用90o和60o的锥角。
圆柱形导孔直径d和小孔直径do之比称为直径收缩比。直径收缩比愈小，熔体在入口区获得的弹性能就愈小。但d/do的值还与出口的稳定性有关，导孔越小，出口压力降波动越大。当导孔直径d 大于2毫米，出口压力降变化很小，故导孔的直径不能过小，常用d值为2，2.5，2.8，3毫米等几种规格，常规长丝常用2毫米导孔，短纤维用2.5;2.8;3.6毫米等。
（4）导孔及微孔制造精度
导孔及微孔的尺寸公差和光洁度对纤维成型的过程和质量影响最大，微孔应与喷丝板平面垂直，微孔中心应与下导孔中心线重合；表面要经过梨面或镜面处理。具体尺寸及公差值见下表1-4，而各加工面粗糙度值见***1―C。
4.喷丝孔排列方式
可以归纳为5种主要方式：即同心圆形、正方形、菱形、一字形、分区均布等。
如***1―B
矩形板通常用直线形排列；圆形板的同心圆形排列应注意下面几个问题：
（1） 各小孔的出液应均匀一致，因此所有小孔均匀地分组排列。尽量避免采用密集式排列。
（2）每根单丝应能得到均匀冷却，所以要有足够的孔间距，外层孔的密度应比内层的稀，有利于冷风渗入内层，提高冷却效果。
（3）有足够的刚度，以避免加工喷丝板时发生形变，保证在高温下具有足够的耐压能力。采用分区排列，区与区的无孔带有加强筋的作用。
5.开孔范围及孔间距
开孔范围：
（1）同心圆中心圈直径应大于20毫米，末圈直径应比喷丝板的外径小20～30毫米；
6．喷丝板的厚度
正常操作条件下，熔体到达喷丝板上的压力为4Mpa左右，但在喷丝微孔堵塞时，压力可高达10Mpa以上，设计压力不同，喷丝板的厚度也不同，其厚度可用下式计算：
S=KD(mm)
式中：D-喷丝板直径（mm）
K-与材料及熔体有关的常数（其值可用下表）
熔体压力与系数K值（材料ICr18Ti9Ti）见表1―5
三、应用实例
以下列举了涤纶和锦纶6各3种产品喷丝板关键数据。参见***1―C和表1―6。
四、结束语
1.从上表可以看出，纺普通涤纶FDY（切片粘度为260Pa・S），微孔径宜稍小，而纺涤纶工业丝（切片粘度为2000Pa・S），微孔径宜稍大。而同纺2000旦工业丝，纺锦纶6的喷丝板微孔直径要比纺涤纶的小，因为在相应的纺丝温度下，纺涤纶的PET熔体粘度要大于PA6。
2.设计喷丝板还应考虑的问题
（1）校核喷丝头拉伸比
熔体从喷丝板微孔挤出后,由于喷丝速度与卷取速度间的速度差,使熔体细流在沿运行方向的速度场中逐渐被拉长变细。喷丝头拉伸比过小,丝束拉伸不足,条干不匀,影响产品染色性能;
但喷丝头拉伸比过大,拉伸过度,会造成单丝断裂,形成毛丝, 生产状况恶化。喷丝头拉伸比
R 可用下式进行计算:
R =πd20Vρ/ 4 Q
式中
Q ―――单孔吐出量(g/ s) ;
ρ ―――熔体密度,一般取1. 18 g/ cm3 ;
d0 ―――喷丝板微孔直径(cm)
V ―――第一导丝辊速度(cm/ s) 。
喷丝头拉伸比一般控制在80～200 ,纺丝效果较好,生产涤纶FDY 时,由于第一牵引辊速度较低,喷头拉伸比应小些,约80～100 ,而生产涤纶POY时喷丝头拉伸比应较大些。
（2）“导孔+ 导槽”的方式目前被广泛采用
在导孔基础上增开导槽（见***1―D）,可以增加熔体势能和流动性,降低熔体在入口区获得的弹性能,减少板前网和喷丝板背面的接触面,尽可能减小出现死角的可能性,同时也缩短了熔体停留时间,避免降解和炭化的产生。
参考文献：
[1]魏大昌 化纤机械设计原理北京：纺织工业出版社 1991，P144--148
2.郭大生王文科 聚酯纤维科学与工程北京：中国纺织出版社 2001，P196、198―201
注：本文中所涉及到的***表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
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