1. 引言

在化纖工業(yè)中，丙綸（聚丙烯）短纖因其優(yōu)異的力學(xué)性能、耐化學(xué)腐蝕性和低成本等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于紡織、醫(yī)療、汽車內(nèi)飾、土工材料等領(lǐng)域。而在丙綸短纖的生產(chǎn)過(guò)程中，紡絲計(jì)量泵（又稱熔體計(jì)量泵或齒輪泵）是確保纖維質(zhì)量穩(wěn)定和生產(chǎn)效率的核心設(shè)備之一。本文將系統(tǒng)闡述丙綸短纖紡絲計(jì)量泵的作用、工作原理、性能要求及其對(duì)纖維生產(chǎn)的影響，幫助讀者全面了解其在化纖生產(chǎn)中的關(guān)鍵地位。

2. 紡絲計(jì)量泵的基本概述

2.1 定義

紡絲計(jì)量泵是一種高精度的容積式輸送設(shè)備，主要用于將高溫熔融的聚丙烯（PP）熔體從擠出機(jī)或熔體管道中定量、穩(wěn)定、連續(xù)地輸送到紡絲組件（噴絲板），以確保纖維的均勻性和一致性。

2.2 主要類型

在丙綸短纖生產(chǎn)中，常見(jiàn)的計(jì)量泵類型包括：

- 齒輪泵（最常用）：通過(guò)一對(duì)精密嚙合齒輪實(shí)現(xiàn)熔體的精確計(jì)量和輸送。

- 柱塞泵：適用于高粘度熔體，但存在脈沖問(wèn)題，較少用于高速紡絲。

- 螺桿泵：主要用于高產(chǎn)量生產(chǎn)線，但計(jì)量精度略低于齒輪泵。

由于齒輪泵具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、計(jì)量精準(zhǔn)、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)，目前丙綸短纖生產(chǎn)主要采用高精度齒輪計(jì)量泵。

3. 紡絲計(jì)量泵的核心作用

3.1 精確控制熔體流量

- 確保纖維纖度均勻：計(jì)量泵通過(guò)齒輪的精密嚙合，使熔體以恒定流量輸出，避免纖維粗細(xì)不均（纖度波動(dòng)）。

- 適應(yīng)不同規(guī)格生產(chǎn)：通過(guò)調(diào)整泵的轉(zhuǎn)速，可精確控制熔體輸出量，生產(chǎn)不同纖度（如1.5D、2D、3D等）的丙綸短纖。

3.2 穩(wěn)定紡絲壓力

- 減少壓力波動(dòng)：在熔體輸送過(guò)程中，擠出機(jī)或熔體管道可能存在壓力波動(dòng)，而計(jì)量泵能有效緩沖并穩(wěn)定輸出壓力，確保紡絲過(guò)程平穩(wěn)。

- 防止斷絲和毛絲：壓力不穩(wěn)定會(huì)導(dǎo)致噴絲板出絲不均，甚至斷絲，計(jì)量泵的穩(wěn)定輸送可大幅降低此類問(wèn)題。

3.3 提高生產(chǎn)效率

- 高速紡絲支持：現(xiàn)代丙綸短纖生產(chǎn)線速度可達(dá)3000m/min以上，計(jì)量泵的高精度和快速響應(yīng)能力可滿足高速紡絲需求。

- 降低廢品率：穩(wěn)定的熔體輸送減少纖維瑕疵，提高成品率，降低生產(chǎn)成本。

3.4 節(jié)能降耗

- 減少擠出機(jī)負(fù)載：計(jì)量泵可獨(dú)立調(diào)節(jié)熔體壓力，降低擠出機(jī)能耗。

- 優(yōu)化熔體流動(dòng)性：精密齒輪設(shè)計(jì)減少熔體剪切熱，降低能耗。

4. 計(jì)量泵的工作原理

4.1 基本工作流程

1. 熔體進(jìn)入泵腔：高溫（200~300℃）聚丙烯熔體從擠出機(jī)進(jìn)入計(jì)量泵入口。

2. 齒輪嚙合輸送：電機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)從動(dòng)齒輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，熔體被齒輪嚙合間隙帶入泵腔。

3. 熔體加壓與計(jì)量：齒輪旋轉(zhuǎn)推動(dòng)熔體向出口移動(dòng)，由于齒輪嚙合緊密，熔體無(wú)法回流，實(shí)現(xiàn)無(wú)脈沖輸出。

4. 穩(wěn)定輸出至噴絲板：計(jì)量后的熔體以恒定壓力和流量進(jìn)入紡絲組件，經(jīng)噴絲板微孔擠出，形成初生纖維。

4.2 關(guān)鍵工作特點(diǎn)

- 高精度（±0.5%~1%）：齒輪加工精度達(dá)微米級(jí)，確保流量穩(wěn)定。

- 耐高溫高壓：泵體采用特種合金鋼，可在300℃和20MPa條件下長(zhǎng)期運(yùn)行。

- 無(wú)脈沖輸出：相比柱塞泵，齒輪泵的連續(xù)旋轉(zhuǎn)使熔體流動(dòng)更平穩(wěn)。

5. 計(jì)量泵對(duì)丙綸短纖質(zhì)量的影響

5.1 影響纖維纖度均勻性

- 若計(jì)量泵流量不穩(wěn)定，會(huì)導(dǎo)致纖維直徑波動(dòng)，影響后續(xù)紡織加工（如紗線條干不勻）。

- 高精度計(jì)量泵可確保纖度CV值（變異系數(shù)）<2%，滿足高端紡織品要求。

5.2 減少纖維缺陷

- 壓力波動(dòng)可能導(dǎo)致熔體破裂，形成“熔體破裂絲”或“竹節(jié)絲”，計(jì)量泵的穩(wěn)定輸送可避免此類問(wèn)題。

- 均勻的熔體流動(dòng)還能減少噴絲板堵塞，延長(zhǎng)組件壽命。

5.3 提高纖維力學(xué)性能

- 穩(wěn)定的熔體輸送使分子鏈取向更均勻，從而提高纖維的強(qiáng)度（如斷裂強(qiáng)度≥4.5g/D）和伸長(zhǎng)率。

6. 計(jì)量泵的選型與維護(hù)

6.1 選型要點(diǎn)

 參數(shù)        要求                                                                 

--

 流量范圍        根據(jù)單孔流量×噴絲板孔數(shù)計(jì)算（如0.3g/min×1000孔=300g/min）               

 工作溫度        耐250~300℃高溫                                                          

 材料            齒輪：工具鋼（如SKD61）；泵體：不銹鋼（如SUS630）                       

 密封方式        耐高溫機(jī)械密封或螺旋密封，防止熔體泄漏                                   

6.2 維護(hù)與故障處理

- 日常維護(hù)：

  - 定期清理泵內(nèi)殘留熔體，防止碳化堵塞。

  - 檢查齒輪磨損情況（間隙>50μm需更換）。

  - 確保加熱系統(tǒng)正常工作，避免熔體凝固。

- 常見(jiàn)故障：

   故障          原因                 解決方案              

   流量不穩(wěn)定        齒輪磨損/入口堵塞        更換齒輪/清理過(guò)濾器      

   泵體漏料          密封圈老化               更換高溫氟橡膠密封件     

   異響或振動(dòng)        軸承損壞/對(duì)中不良        更換軸承/重新校準(zhǔn)安裝    

7. 未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

1. 智能化：集成流量傳感器和PLC控制，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)泵速以適應(yīng)工藝變化。

2. 新材料：采用碳化硅涂層齒輪，提高耐磨性，延長(zhǎng)使用壽命。

3. 節(jié)能設(shè)計(jì)：優(yōu)化流道結(jié)構(gòu)，降低熔體流動(dòng)阻力，減少能耗。

8. 結(jié)論

丙綸短纖紡絲計(jì)量泵作為化纖生產(chǎn)的“心臟”，其精確計(jì)量和穩(wěn)定輸送能力直接決定了纖維的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。通過(guò)合理選型、科學(xué)維護(hù)和工藝優(yōu)化，可充分發(fā)揮計(jì)量泵的作用，提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。未來(lái)，隨著高精度制造和智能控制技術(shù)的發(fā)展，計(jì)量泵將在丙綸短纖生產(chǎn)中發(fā)揮更加關(guān)鍵的作用。