高分子材料加工设备教案.docx
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高分子材料加工设备教案
材料科学与工程学院
高分子材料加工设备
教案
任课教师：
高分子科学系杨庆
2006年9月
课程基本信息
课程名称
高分子材料加工设备
课程编号
110671
学分数
2
学时数
30
授课班级
高分子材料与工程专业2003级
课程性质
（）通识教育（）学科基础（√）专业方向
（）必修（√）选修
考核方式
（√）闭卷考（）开卷考（）小论文（）其它____________
总评成绩
平时成绩（）％＋考核成绩（100）％
使用教材
教材名称
高分子材料加工设备
主编
张瑞志
出版社及出版日期
中国纺织出版社1999年
参考资料
《化纤设备》，高雨生等，纺织工业出版社
《涤纶长丝高速纺设备》，张瑞志等，青岛海洋大学出版社
《涤纶长丝生产》，徐心华等，纺织工业出版社
《高分子材料加工设备》教学大纲
课程名称：
高分子材料加工设备
TheProcessingEquipmentforPolymerMaterials
课程代码：
110671
课程学分：
2.0
总学时数：
30
课程性质：
选修
面向专业：
高分子材料与工程
开课院系：
材料科学与工程学院高分子材料系
课程简介：
本课程系统介绍以通用化纤设备为主，包括塑料、橡胶设备在内的高分子材料加工设备的基本知识。
学生通过本课程的学习，熟悉常见设备的结构与工作原理，从而在局部和整体两方面对化纤厂及其它高分子材料加工厂的生产流程与工艺设备具有清晰的概念。
使用教材：
主教材：
《高分子材料生产加工设备》，张瑞志等，中国纺织出版社，第一版
参考教材：
《化纤设备》，高雨生等，纺织工业出版社
《涤纶长丝高速纺设备》，张瑞志等，青岛海洋大学出版社
《涤纶长丝生产》，徐心华等，纺织工业出版社
选课建议：
高分子材料与工程专业的学生应选修本课程。
要求的先修课程为：
《高分子物理》、《高分子化学》和《高分子材料成型原理》。
一般应在四年级第一学期选修为宜。
课程的地位和任务
本课程是高分子材料与工程专业关于加工设备的一门重要专业选修课。
它为学习后继课程和毕业设计奠定了必要的机械基础。
课程的基本要求
通过本课程的学习，要求学生掌握化学纤维熔融纺丝生产线主要设备的工作原理、基本结构与工艺作用，并熟悉这些设备之间的工艺联系；了解塑料加工设备以及橡胶加工设备的类型和工作原理；了解高分子材料加工设备的发展动向。
课程内容
第一章、绪论
世界化纤设备发展历程；我国化纤设备发展历程；其它高分子材料加工设备的发展情况。
第二章、聚合反应器
第一节、搅拌釜式反应器
第二节、管式反应器
第三节、卧式反应器
第三章、纺前设备
第一节、原液处理设备
第二节、切片干燥设备
第三节、熔体匀滤设备
第四章、熔融纺丝设备
第一节、螺杆挤出机
第二节、纺丝箱体
第三节、计量泵
第四节、纺丝组件
第五节、冷却吹风装置
第六节、卷绕成型装置
第五章、长丝后加工设备
第一节、牵伸加捻机
第二节、假捻变形机
第三节、空气变形机
第六章、塑料加工设备介绍
第七章、橡胶加工设备介绍
与其它课程的联系
一般应安排在《高分子材料成形原理》之后，可以同《高分子材料成形工艺》课程同时选修。
课时分配建议
课程内容
教学时数
第一章、绪论
2
第二章、聚合反应器
6
第三章、纺前设备
4
第四章、熔融纺丝设备
10
第五章、长丝后加工设备
4
第六章、塑料加工设备介绍
2
第七章、橡胶加工设备介绍
2
总学时数
30
成绩评定（考核办法）
期末考试成绩为本门课的成绩。
其它说明
本课程已制作多媒体课件。
《高分子材料加工设备》教学日历
2006—2007学年第1学期
课程名称
高分子材料加工设备
任课教师
杨庆
考查周次
――
答疑时间
周一下午
使用班级
高材2003级
教研室主任
张清华
考试周次
10
答疑地点
材料大楼918
日期
次数
讲课内容分章和分节的名称
课内
时数
课外
时数
习题课、课堂讨论、
课堂练习内容
课内
时数
课外
时数
1
第一章、绪论
2
第二章、聚合反应器
第一节、搅拌釜式反应器
（1）
3
第一节、搅拌釜式反应器
（2）
4
第二节、管式反应器
第三节、卧式反应器
5
第三章、纺前设备
第一节、原液处理设备
第二节、切片干燥设备
（1）
6
第二节、切片干燥设备
（2）
第三节、熔体匀滤设备
7
第四章、熔融纺丝设备
第一节、螺杆挤出机
（1）
8
第一节、螺杆挤出机
（2）
9
第二节、纺丝箱体
第三节、计量泵
第四节、纺丝组件
10
第五节、冷却吹风装置
第六节、卷绕成型装置
11
第五章、长丝后加工设备
第一节、牵伸加捻机
12
第二节、假捻变形机
第三节、空气变形机
13
第六章、塑料加工设备介绍
14
第七章、橡胶加工设备介绍
15
随堂考试
上课周次：
第（9）周，第
（1）次上课时数：
（2）学时
教学内容
第四章、熔融纺丝设备
第二节.纺丝箱体、第三节.计量泵、第四节.纺丝组件
教学目的
和要求
掌握化纤熔纺设备中纺丝箱体、计量泵和纺丝组件的结构原理
教学的重
点和难点
计量泵工作原理与结构；纺丝组件中喷丝板的设计
教学手段说明
多媒体手段上课（包括采用视频播放）
参考资料
《化纤设备》P100～132（第二节.计量泵；第三节.纺丝组件；第四节.纺丝箱）
《涤纶长丝高速纺设备》P108～140（第二节.计量泵；第三节.纺丝箱与组件）
布置作业
掌握本课内容；预习下节课内容：
第五节、冷却吹风装置；第六节、卷绕成型装置
备注
教学过程：
第二节、纺丝箱体
一、纺丝箱体的作用与结构
1、作用－对熔体分配管路、计量泵和组件进行保温。
（播放纺丝箱体视频）
2、结构－（见下图）
二、对纺丝箱体的要求
1、耐热耐腐蚀2、严格密封3、熔体停留时间短4、各纺丝部位状况一致5、装拆方便
三、纺丝箱体设计
1、外形结构
●从外形结构上分长方形和扁形两种结构。
（见上图）
●纵向长度取决于纺丝位数，横向宽度取决于纺丝头座和熔体输送管道的配置尺寸，高度取决于纺丝座的尺寸。
●一般采用8~10mm的锅炉钢板焊接而成。
2、纺丝位数和位距
（1）纺丝位数－一只纺丝箱一般有2、3、4、6和8个纺丝位，国内纺丝箱多为6个纺丝位。
（2）纺丝位距
●位与位之间的距离，原则上要求在不影响操作的前提下尽量小些。
●一般长丝纺丝箱的位距为600mm，短纤维为400、500、600mm。
●对高速纺一只纺丝箱有2、3、4个纺丝位，位距有600、800、1000mm，最大可达1200mm。
●衡量纺丝箱效率高低的主要参数是位距产量，即纺丝单元产量与相临两个纺丝位的中心距离之比。
（3）国产纺丝机位距产量
型号
纺丝位中心距（mm）
纺丝位单元产量（t/d）
位距产量（t/100mm）
喷丝板孔数（个）
VD405
600
0.36~0.396
0.06~0.066
500
VD406
400
0.806~0.887
0.2015~0.22175
1120
VC406B
600
0.0098~0.127
0.00163~0.00245
34
VC406A
600
0.0098~0.127
0.00163~0.00245
34
YFD2000
500
0.5912~1.7503
0.3182~0.35
2210
3、熔体分配管设计
（1）设计要求－熔体的流经时间要短，压力降要小；熔体的流经时间和压力降要相同。
（2）排列方式－分支式、放射式、组合式（见下图）
4、箱体加热系统
（1）加热形式
①联苯内循环式（参见一、2、箱体结构图）
●在箱体内装入一定量的联苯混合物（约占箱体容积的2/3），由电热棒加热，形成气液相共存的密闭箱。
●结构简单，但箱体的密封要求高。
②联苯外循环式
●将联苯锅炉的联苯蒸汽，通过管道、泵和阀等输送装置，通入纺丝箱，形成循环的加热回路。
●结构复杂，但温差小。
（2）加热功率－纺丝箱的加热功率主要消耗在箱体的散热上，因此纺丝箱保温材料的效能、保温层厚度及装填的松散程度等均关系到能量消耗、纺丝环境的温度和劳动条件的好坏，所以应选择优良的保温材料。
第三节、计量泵（播放计量泵视频）
一、计量泵的作用
（1）精确计量－纺丝计量泵（简称计量泵）是化学纤维生产中所使用的高精度标准部件，它的作用主要在于精确计量、连续输送成纤高聚物的熔体或溶液。
（2）产生预压－计量泵产生所预定的压力，以保证纺丝熔体或溶液克服纺丝组件或喷丝头的阻力，从喷丝板或喷丝帽的毛细孔（微孔）喷出，在空气、水或凝固浴中形成初生纤维。
播放照片－工厂使用中的计量泵（见下图左）
二、计量泵的结构与原理（见上图右）
●常见的计量泵为外啮合齿轮泵，它由一对齿数相等的齿轮组成。
●这种计量泵在工作时，传动轴插在联接轴的槽中，带动主动轴，使主动齿轮转动，从而使一对齿轮在“8”字形孔中啮合运转。
●泵的密封是靠泵板间高精度平面相密合、并由沉头螺钉固紧而连成一体。
●联轴器套及其端盖是由内六角螺钉固定在上泵板上的，整个泵体由四个（或六个）螺栓固定在泵座上。
●计量泵的入口与出口都开在下泵板上，并与泵座的人口孔道和出口孔座相对应。
●当齿轮啮合运转时，在吸人孔造成负压。
对于熔纺来讲，熔体将被吸入泵内并填满两齿轮的齿谷，齿谷间的熔体在轮齿的带动下紧贴着“8”字形孔的内壁回转近一周后被送至出口，由于出口端容积的不断变化，而将熔体排出。
●熔体出口压力视出口管路、纺丝组件（或喷丝头）阻力而异。
阻力越大，出口压力越大，功消耗也越多。
但出口压力的增加是有限度的，当压力达到一定值阿，熔体将沿齿轮泵各零件的配合间隙而回流，此时出口压力不再增加。
●因为计量泵间隙大小取决于泵板和齿轮的加工精度，所以用于高压纺丝的计量泵加工精度比一般纺丝泵要高得多，否则将因漏液而达不到预定的压力。
三、计量泵的材料
●材质要有耐高温高压、耐磨和耐腐蚀的特性。
必须经受高温运转和焙烧的检验，在450度的高温下不发生形变，仍保持原有的结构尺寸和强度。
●一般采用铬镍合金钢和高速工具钢。
目前国内外齿轮计量泵常用材料及其组成见下表。
钢号
化学成份（重量％）
国家
C
Mn
Si
Cr
W
Mo
Co
V
S
P
W18Cr4V
0.3～0.8
0.40
0.40
3.80
17.50
0.30
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