Chip PET sau khi được chuyển lên bồn chứa sẽ được đưa vào máy sàng để loại bỏ bụi bẩn và được tinh thể hĩa một phần ở nhiệt độ 100 - 120oC. Sau đĩ hạt nhựa được đưa vào thiết bị sấy ở nhiệt độ 150 - 160oC. Sau khi sấy, chip được làm nĩng chảy trong máy đùn trục vít. Ở đầu ra của máy đùn cĩ gắn bộ dự lọc các phần rắn. Dịng nhựa nĩng chảy từ máy đùn được cấp trực tiếp cho các bơm định lượng để bơm vào bộ phận phun sợi. Sau khi ra khỏi khu vực phun sợi, sợi được làm nguội bằng khơng khí, cuối buồng làm nguội chùm sợi hội tụ lại với nhau, được tẩm dầu rồi theo các trục dẫn vào khu vực kéo giãn và định hình sợi. Sợi hồn tất được quấn cuộn bằng máy winder tạo thành sản phẩm.
3.2.1. Quá trình sàng
Trước khi sấy khơ, chúng ta cần tiến hành quá trình sàng để loại bỏ những hạt to, bụi bậm, làm cho hạt nhựa sạch sẽ và sử dụng an tồn. Khi sàng phải kiểm tra kỹ các lỗ sàng của lưới phải được thơng suốt. Nếu lỗ sàng bị nghẽn thì tạp chất và bụi bậm sẽ khơng đi qua được và bám vào thành trong máy sàng và ống dẫn liệu gây khĩ khăn trong việc di chuyển của hạt nhựa, nếu những tạp chất này đi vào máy đùn sẽ làm cho chip nĩng chảy khơng đồng đều, làm tăng áp lực bộ lọc, gây xướt và đứt sợi.
Để tránh trong quá trình sấy hạt chip bị kết dính dưới nhiệt độ cao, người ta phải tiến hành tinh thể hĩa một phần hạt chip ở nhiệt độ 100 – 120oC (thường gọi là dự bị kết tinh) trong quá trình sàng.
Trong quá trình sàng, việc kết tinh cần một thời gian nhất định nên những hạt chip vừa tiếp xúc với nhiệt độ hoặc độ kết tinh của hạt chip cịn thấp cũng làm cho chip bị kết dính. Vì vậy chúng ta cần phải tiến hành khuấy trộn hạt chip, cĩ thể khuấy trộn bằng máy trộn hoặc trộn bằng dịng khí xốy. Khi độ kết tinh đạt đến mức yêu cầu (khoảng trên 30%) thì hạt chip sẽ khơng cịn hiện tượng kết dính, ta cĩ thể chuyển xuống cơng đoạn sấy.
Thiết bị sàng và dự bị kết tinh được tiến hành trong máy dự bị kết tinh kiểu tầng sơi nằm ngang, máy cĩ trang bị thêm hai đường ống ở hai bên thân máy, nắp
bên trên cĩ khoan lỗ thẳng đứng và nghiêng về phía xuất liệu. Đường ống vào phía bên trái và phải cĩ cửa giĩ xoắn, khi đường ống giĩ phía trái mở ra thì đường ống bên phải đĩng lại. Khi động cơ điện làm cho quạt xoay thì đường ống hai bên sẽ tạo thành dịng khí giao nhau và làm cho hạt chip được đảo trộn lên xuống và tiến về hướng xuất liệu, cuối cùng tràn qua tấm chắn và đi vào tháp sấy khơ.
Hệ thống giĩ nhiệt trong loại máy này là loại giĩ tuần hồn. Quá trình cơ bản của nĩ là: giĩ thốt ra từ máy dự bị kết tinh trước tiên đi qua bộ phân ly giĩ để khử bụi sau đĩ đi qua quạt giĩ để vào bộ gia nhiệt rồi mới vào lại máy dự kết tinh. Trên quy trình cơ bản này thì sau một thời gian, hàm lượng ẩm trong giĩ tuần hồn sẽ tăng lên, vì vậy cần phải bổ sung một lượng giĩ mới. Thơng thường người ta sử dụng khí quyển làm nguồn giĩ bổ sung. Lỗ giĩ ra ở trên máy dự bị kết tinh cĩ gắn thêm một lỗ hút giĩ cĩ bộ lọc, khi quạt hút lấy giĩ từ máy kết tinh khơng đủ thì lượng giĩ khí quyển sẽ được bổ sung vào hệ thống tuần hồn. Chúng ta cĩ thể điều khiển lượng giĩ qua van điều tiết.
Cũng giống như các loại máy dự bị kết tinh kiểu tầng sơi khác, loại máy này cĩ nhiệt độ cao, thời gian giữ đoạn cắt ngắn, lượng bột chip và bụi bậm ít. Nhưng loại máy này cần lắp thêm hệ thống tuần hồn giĩ nĩng, tiêu hao năng lượng tương đối cao.
3.2.2. Quá trình sấy
Trong quá trình tồn trữ, các hạt nhựa này cĩ thể hấp thụ ẩm trong khơng khí. Lượng ẩm này tạo điều kiện thúc đẩy phản ứng thủy phân nhĩm ester trong nhựa làm giảm chất xơ. Để ngăn ngừa phản ứng thủy phân trong quá trình kéo sợi, các hạt polyester được sấy bằng khơng khí khơ nĩng ở nhiệt độ 150 - 160oC cho đến khi độ ẩm trong polyester đạt dưới 40ppm. Nhiệt độ sấy cao hơn dễ làm cho polyester cĩ màu.
Các loại máy sấy khơ bằng dịng khí nĩng đều là kiểu tháp nên thường được gọi là tháp sấy khơ. Tháp sấy khơ thường cĩ dạng hình trụ trịn hoặc vuơng, phía dưới cĩ dạng nĩn, hạt chip được đưa vào từ phía trên, xuất liệu ở phía dưới. Khơng khí nĩng đi từ dưới lên, đơi khi người ta cũng thiết kế giĩ vào đồng thời từ hai phía
dưới và giữa., việc thốt khí được bố trí ở phía trên. Phần trên của tháp sấy khơ cĩ một đường ống nối với máy dự bị kết tinh phía trên, hạt chip sau khi sàng và dự bị kết tinh sẽ theo đường ống này đi xuống tháp sấy khơ. Thơng qua việc nới dài hay thu ngắn đường ống người ta cũng cĩ thể thay đổi lượng hạt chip và thời gian sấy khơ.
Khơng khí nĩng trong máy sấy khơ thường được cấp bởi máy nén khí, sau khi nén khơng khí đã được khử một phần nước, cĩ hàm lượng hơi ẩm thấp. Lượng khí này sẽ được gia nhiệt bằng điện hoặc bằng hơi chưng. Do nhiệt độ sấy tương đối cao (trên 150oC) khi sử dụng gia nhiệt bằng hơi chưng cần phải cĩ thiết bị hơi chưng cao áp phức tạp nên đa số người ta thường sử dụng điện để gia nhiệt.
Việc gia nhiệt bằng điện thao tác đơn giản nhưng giá thành tương đối cao, trong bộ gia nhiệt điện cĩ lắp nhiều thanh điện cực, phần vỏ ngồi cĩ lớp tản nhiệt, thơng qua thiết bị điều khiển nhiệt độ cĩ thể tạo ra dịng khí nĩng theo đúng yêu cầu cơng nghệ.
3.2.3. Quá trình nĩng chảy
Hạt nhựa sau khi sấy xong (độ ẩm dưới 40ppm) sẽ được chuyển vào thiết bị nĩng chảy, người ta thường sử dụng máy đùn trục vít một trục. Thân máy được chia làm ba vùng: vùng vận chuyển vật liệu, vùng nĩng chảy và vùng bơm. Nhiệt làm nĩng chảy nhựa một phần được lấy từ các điện trở bao bên ngồi xilanh, phần cịn lại là do ma sát giữa các hạt nhựa và giữa hạt nhựa với trục vít.
Cấu tạo cơ bản của máy đùn trục vít gồm cĩ: trục vít, xylanh, thiết bị truyền động, thiết bị gia nhiệt. Trong đĩ trục vít là bộ phận quan trọng nhất.
Đường kính trục vít: quy cách máy đùn lớn hay nhỏ đều tùy thuộc vào đường kính D của trục vít. Vì lượng nén ra của trục vít tỷ lệ thuận với bình phương đường kính của nĩ (đường kính ngồi).
Tỷ lệ L/D: là tỷ lệ giữa chiều dài làm việc của trục vít và đường kính của nĩ. Nếu tỷ số L/D lớn thì chiều dài làm việc của trục vít lớn làm cho thời gian lưu nguyên liệu kéo dài đồng thời thời gian gia nhiệt cũng dài. Trục vít dùng trong cơng nghệ kéo sợi thường cĩ tỷ số L/D khoảng 24 – 30.
Tỷ số nén: độ nén lớn hay nhỏ của trục vít thường được thể hiện bằng tỷ số nén. Thường người ta thiết kế khoảng 3 – 3,5.
Xylanh và thiết bị gia nhiệt: xylanh thường cĩ dạng hình trụ bao bên ngồi trục vít, cĩ độ cứng tương đối cao. Phía ngồi xylanh cĩ gắn bộ gia nhiệt. Bộ gia nhiệt được chia thành các khu gia nhiệt bằng điện trở và được điều khiển tự động.
Đầu định hình: đầu định hình được lắp ở phía xuất liệu của trục vít và được gia nhiệt bằng hơi nước hoặc bằng điện.
Hệ thống truyền động gồm cĩ động cơ điện, bộ giảm tốc và thiết bị điều khiển.
Hình 3.2.3. Máy đùn trục vít
Thơng thường nhiệt độ nĩng chảy của hạt nhựa trong sản xuất sợi khoảng 260oC thì nhiệt độ sử dụng cho các khu trên máy đùn phải cao hơn điểm chảy thơng thường khoảng từ 270 - 290oC. Nếu nhiệt độ quá thấp hạt nhựa sẽ nĩng chảy khơng đều, nếu nhiệt độ quá cao sẽ làm tăng phản ứng phân hủy hạt nhựa.
3.2.4. Quá trình lọc
Sợi rất nhỏ nên các tạp chất hoặc hạt to cĩ thể gây đứt sợi, xướt sợi. Phương pháp để khử đi tạp chất là tiến hành lọc. Trong quá trình kéo sợi, người ta thường sử dụng cụm linh kiện tầng lọc kèm theo bộ dự lọc.
Hình 3.2.4.1. Bộ dự lọc
1. Bộ dự lọc
Ở đầu ra của máy ép đùn người ta gắn thêm một bộ lọc tập trung trước khi cụm linh kiện tiến hành lọc thì bộ lọc tập trung này đã thực hiện trước cơng tác lọc, bộ lọc này được gọi là bộ dự lọc. Sử dụng bộ dự lọc cĩ thể giảm nhẹ việc chịu tải của cụm linh kiện. Đồng thời cịn cĩ tác dụng bảo vệ bơm định lượng và tránh được các tạp chất làm tắc nghẽn các đường ống. Bộ dự lọc gồm 2 loại: loại đứng và loại nằm. Tim của bộ dự lọc được cấu tạo bằng nhiều lớp kim loại hay được đúc bằng kim loại, sau khi qua sử dụng cĩ thể tẩy rửa bằng cồn hay rửa bằng chân khơng. Nguyên lý làm việc của cả hai loại đều như nhau, mỗi loại đều cĩ kết cấu hai buồng lọc, một buồng dùng để sử dụng và buồng cịn lại dùng để dự phịng, thơng qua việc sản xuất liên tục để thực hiện việc hốn đổi cho nhau khi sử dụng.
2. Thân bồn
Tác dụng chính của thân bồn là phân bố nhiệt và bảo ơn cho dịng chip nĩng chảy đến các ống phân phối, bơm định lượng, cụm linh kiện. Ống phân phối được đưa ra từ máy đùn để phân phối đều đến các bơm định lượng. Ống phân phối được thiết kế thành nhiều loại nhưng cho dù thiết kế kiểu nào thì cự ly của dịng chảy đi qua đều phải bằng nhau. Cĩ như vậy thì mới đảm bảo được thời gian lưu của dịng chảy được đồng nhất, áp lực dịng chảy từ chỗ nạp liệu đến bơm định lượng đều phải bằng nhau để đảm bảo chất lượng sợi kéo ra được đồng đều.
Trước khi sử dụng chúng ta phải tiến hành lắp bơm định lượng và cụm linh kiện vào thân bồn trước. Phía trước lỗ vào của bơm định lượng cĩ gắn van ngắt hoặc van làm nguội khơng khí nén để tiện cho việc thay van.
3. Bơm định lượng
Tác dụng của bơm định lượng là bơm chip nĩng chảy vào cụm linh kiện theo một lượng đều đặn. Bơm định lượng là loại bơm bánh răng. Bơm sử dụng 2 bánh răng gọi là bơm đơn, bơm sử dụng nhiều hơn 2 bánh răng gọi là bơm kép. Kiểu bơm kép mới nhất hiện nay là dùng chung một bánh răng lớn được nối kết ăn khớp với các bánh răng nhỏ chung quanh.
Thường thì tốc độ của bơm định lượng khoảng 10 – 40 vịng/phút, nếu tốc độ quá nhanh hay quá chậm đều khơng đảm bảo được việc cấp liệu chính xác.
3.2.5. Quá trình phun sợi
Hạt chip nĩng chảy sau khi qua bơm định lượng sẽ đi vào cụm linh kiện. Cụm linh kiện là cách gọi đơn giản của các linh kiện kéo sợi, tác dụng chính của nĩ là lọc tinh lại sau khi đã lọc thơ ở bộ dự lọc đồng thời tạo ra một áp lực nhất định để nén dịng chip nĩng chảy từ các lỗ của tấm phun sợi (spinneret) ra ngồi một cách đều đặn. Cụm linh kiện gồm cĩ tầng lọc và các spinneret. Vật liệu dùng trong tầng lọc của cụm linh kiện gồm: cát biển, cát kim cương, cát kim loại, hạt silicat mịn, lưới lọc kim loại và kim loại nung kết. Nhằm để cho vật liệu lọc phát huy hết tác dụng của nĩ, người ta thường sử dụng biện pháp: lọc thơ trước sau đĩ mới tiến hành lọc tinh. Song song đĩ các tạp chất cũng tích tụ trong vật liệu lỏng, khi dịng chip nĩng chảy đi qua sẽ gặp một lực cản ngày càng lớn, trong sản xuất vĩ mơ thì áp lực của cụm linh kiện sẽ tăng cao. Khi áp lực tăng lên đến một mức độ nào đĩ (thường 25Mpa), thì cần phải thay đổi cụm linh kiện, nếu khơng sẽ làm cho bơm định lượng bị hư hoặc làm cho tấm phun sợi bị biến dạng.
Hạt nhựa nĩng chảy sau khi qua lọc trên tầng lọc của cụm linh kiện sẽ đi vào các spinneret.
Hình 3.2.5. Cụm linh kiện
Spinneret làm bằng thép khơng gỉ dày từ 5-30mm trên đĩ cĩ nhiều lỗ nhỏ đường kính từ 0,1-0,4mm. Các lỗ phân bố trên spinneret cĩ thể ở dạng các vịng trịn đồng tâm hay thành các hàng song song hoặc được phân bố thành từng cụm theo đường kính lỗ để cĩ thể kéo ra sợi cĩ nhiều cỡ từ một đầu kéo sợi. Lỗ kéo sợi
cĩ dạng hình trụ ở đầu vào, cịn đầu ra cong dần theo các dạng đường conic nhằm tăng độ đồng đều của sợi. Số lỗ trên spinneret thay đổi rất rộng từ một lượng rất hạn chế tới khoảng 60000 lỗ. Mỗi spinneret nối thành từng bộ với một bơm hoặc thành từng nhĩm để dễ dàng chuyển dịng nhựa qua lại với nhau nhằm hạn chế sự quá áp cục bộ trên từng spinneret hay sửa chữa khi lỗ kéo sợi bị tắc.
Ở đầu ra của spinneret, kích thước của sợi thường lớn hơn kích thước của lỗ do sự hồi phục của sợi. Nguyên nhân gây ra hiện tượng này là sự trượt lên nhau giữa các lớp khi dịng nhựa lỏng tiếp xúc với vùng khơng gian co nhiệt độ thấp hơn một cách đột ngột. Do vậy, một số thiết bị được gắn thêm một bộ gia nhiệt bao quanh khu vực này hoặc tốc độ kéo sợi ở khu vực này cần được gia tăng chống lại hiệu ứng hồi phục ở trên.
3.2.6. Quá trình làm nguội, tẩm dầu
Hình 3.2.6.1. Buồng làm nguội
Ra khỏi khu vực kéo sợi, sợi được làm nguội bằng khơng khí thổi ngang qua hướng chuyển động của chùm sợi trong trường hợp chùm sợi nhỏ. Đối với các chùm sợi cĩ số lượng sợi lớn, khơng khí được thổi ngược chiều chuyển động của sợi trong buồng kín.
Ở cuối buồng làm nguội, chùm sợi hội tụ lại với nhau theo trục dẫn và được tẩm dầu để kết dính sợi, chống tĩnh điện và tạo điều kiện cho các cơng đoạn gia cơng tiếp theo. Cĩ 2 cách để tẩm dầu cho sợi: tẩm dầu bằng trục lăn hoặc bằng bơm tẩm dầu thơng qua các miệng dầu. Thơng thường khi kéo sợi tốc độ thấp người ta sử dụng trục lăn, được bố trí ở phía trên máy quấn sợi, cịn khi kéo sợi ở tốc độ cao người ta sử dụng bơm tẩm dầu, miệng tẩm dầu được bố trí phía dưới cửa sổ buồng làm nguội.
Hình 3.2.6.2. Bơm tẩm dầu
3.2.7. Quá trình kéo giãn
Sợi polyester sau khi được kéo ra từ spinneret cĩ độ định hướng thấp, khơng đáp ứng các tính chất cơ lý của sợi dệt. Để nâng cao độ định hướng, sợi được kéo giãn ở tỷ lệ thích hợp bằng cách cho sợi filament trượt trên bề mặt của các trục kéo với vận tốc lớn.
Hình 3.2.7. Godets
Đối với sợi FDY người ta sử dụng hai trục lăn nĩng thường gọi là godets (được gia nhiệt 90-100oC). Trục lăn nĩng là một ống lăn hình trịn mà trên đĩ người ta cĩ mạ một lớp Crom cứng hay được phun xi chất gốm sứ. phía trong cĩ lắp cố định cuộn dây gia nhiệt cảm ứng. Bộ phận linh kiện kiểm tra nhiệt sử dụng điện trở bạc, cĩ loại người ta quấn vịng theo mâm nhiệt, cĩ loại được cố định trong rãnh khe giữa bộ phận trục trịn và bộ phận cuốn dây gia nhiệt. Nhằm để cho nhiệt độ bề mặt của trục lăn nĩng đồng nhất, người ta sẽ bố trí khe kẹp hoặc ống nhiệt vào thành trong của ống trịn, trong khe kẹp hay ống nhiệt cĩ chứa nước hoặc các mơi chất khác, nhiệt độ và tốc độ của trục lăn tương đối lớn nên hầu hết các nhà sản xuất máy đều cĩ thiết kế trang bị giải nhiệt và bơi trơn đặc biệt.
Trục lăn nhiệt thứ nhất: cĩ tác dụng kéo giãn gia nhiệt khi lên sợi, tốc độ của
