徐波(江蘇天明機械集團有限公司，江蘇 連云港 222062)

聚酰亞胺干噴濕紡關鍵技術研究與探討

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簡要介紹聚酰亞胺纖維的功能特點和國內(nèi)外現(xiàn)狀，提出了一種適合于聚酰亞胺長絲干噴濕紡的技術方案，對其中的關鍵技術難題進行了闡述。

聚酰亞胺;干噴濕紡;關鍵技術;凝固浴

聚酰亞胺纖維是上個世紀50年代由美國和前蘇聯(lián)率先發(fā)展起來的一類耐熱高分子材料，是目前有機耐高溫纖維中的主要類別。聚酰亞胺長絲以其極好的耐高溫絕緣性能，在高性能纖維中占據(jù)重要地位。

經(jīng)過半個世紀的開發(fā)，世界產(chǎn)量已經(jīng)達到2萬-3萬噸，由于生產(chǎn)技術和產(chǎn)品成本的原因，世界上聚酰亞胺纖維一直發(fā)展比較緩慢，沒有較大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。直到2O世紀9O年代。隨著高科技領域發(fā)展的迫切需要，特別是航空航天領域的巨大需求，其研究在世界范圍內(nèi)又重新活躍起來。由于生產(chǎn)聚酰亞胺纖維的投資成本高，技術難度大，長期以來只有美國等極少數(shù)國家生產(chǎn)，形成了技術和貿(mào)易的壟斷。正是全球?qū)埘啺防w維的需求和市場競爭的日益加劇，迫使國內(nèi)外企業(yè)不斷開發(fā)新工藝，新技術，從而賦予聚酰亞胺纖維更加優(yōu)異的性能，使生產(chǎn)聚酰亞胺的成本盡可能降低。

1 技術路線

1.1 化學纖維的主要制備方法有：

濕法紡絲、干法紡絲和干噴濕紡法。濕法紡絲、干噴濕紡法都能用于制備聚酰亞胺長絲，本方案采用干噴濕紡法制備聚酰亞胺長絲。

聚酰亞胺紡絲生產(chǎn)線由專用溶解裝置、脫泡裝置、凝固浴裝置、喂入羅拉裝置、水洗裝置1、堿洗裝置1、堿洗裝置2、水洗裝置2、干燥裝置、熱處理定型裝置、上油裝置和卷繞機等組成，脫泡裝置、凝固浴裝置為關鍵設備，需要自主開發(fā)。聚酰亞胺長絲生產(chǎn)工藝流程如下圖：

工藝流程簡述：專用溶解裝置→脫泡裝置→凝固浴裝置凝固成形→喂入裝置羅拉調(diào)整、整理→水洗裝置1→堿洗裝置1→堿洗裝置2→水洗裝置2→干燥裝置→熱處理定型→上油裝置→卷繞成型

1.2 研究試驗方法和技術路線

根據(jù)生產(chǎn)工藝流程，需要對聚酰亞胺原液經(jīng)過凝固浴裝置凝固成形進行過程仿真，對成型過程中有關的參數(shù)進行測試，與仿真結果進行比較并對仿真模型進行修正，對有關的設備進行優(yōu)化設計。

2 研究目標及關鍵技術

目前國際上聚酰亞胺長絲纖維設備其工藝參數(shù)保密很嚴，工藝參數(shù)的變化會嚴重影響產(chǎn)品的品質(zhì)。原液經(jīng)過凝固浴裝置凝固成形是聚酰亞胺長絲生產(chǎn)中最關鍵過程，也是本方案的研究重點，通過分析、研究實際使用情況，進一步研究凝固機理，必須對其進行過程仿真和優(yōu)化設計。確定工藝參數(shù)，對凝固浴裝置的主要零部件結構參數(shù)適當調(diào)整、優(yōu)化，使其更容易、方便地調(diào)整。從以下五方面進行優(yōu)化：

2.1 通過分析、研究實際使用情況，進一步研究凝固機理，調(diào)整工藝參數(shù)，研制出新型脫泡裝置，能在比較短的時間內(nèi)將溶解過程和溶液輸送過程中產(chǎn)生的氣泡從高粘度的溶液中脫除，從而保證聚合體不降解，同時保證紡絲時不發(fā)生毛絲。

2.2 凝固浴流體流量、流速的優(yōu)化

凝固浴流體流量、流速對成品絲的機械性能有特別重要的影響?？刂萍徑z管中的流體流量、流速；控制好溢流凝固液和射入凝固液的流速，使其維持在恒定水平，以確保流向紡絲孔的凝固浴流在紡絲孔附近無湍流。

2.3 浴液的深度

溢流凝固浴流體的流率通過調(diào)整凝固槽中浴液的深度來控制。由于絲束在向前運動時的抽吸作用，空氣將被吸入到紡絲管中，對于成品絲線的拉伸性能及機械品質(zhì)都不利，項目擬通過調(diào)整溢流凝固槽中浴液的深度來確保沒有氣泡夾帶。

2.4 紡絲管斷面優(yōu)化設計

穿過紡絲管運動著的絲束借助界面層效應造成的抽吸作用，導致通過出口孔的溢流流率受到經(jīng)同一孔運動的絲束的影響。為抵消這種效應，需對紡絲管斷面參數(shù)進行優(yōu)化設計。

2.5 凝固液噴射孔優(yōu)化設計

射入凝固液的流率通過設計一種可計量調(diào)節(jié)的噴射孔來控制。流率和噴射孔要合適：如果射入凝固液的軸向速度較慢，會產(chǎn)生導致使絲束強度降低的絲束拖拽效應；而射入凝固液的軸向速度較快，則會發(fā)生對絲束的過度干擾從而使絲束強度降低。本方案通過調(diào)整凝固浴管中合并凝固液的平均線速度與絲束離開凝固浴管的速度，以避免由于絲束內(nèi)的蠕變導致絲線強度的損失，解決在喂入羅拉前缺乏足夠張力而可能造成的生產(chǎn)連續(xù)性問題。

3 主要技術指標：

序號1 2 3 4 5 6數(shù)據(jù)名稱紡絲線速度每束絲的旦數(shù)每條線紡絲位數(shù)熱源干燥溫度氣源壓力數(shù)據(jù)500～800 1000～3000 8導熱油或電250～280±1 0.6單位m/min d位可按用戶要求℃MPa

4 結語

本文所論述的聚酰亞胺干噴濕紡關鍵技術研究，通過某企業(yè)現(xiàn)場試驗，聚酰亞胺絲束質(zhì)量、性能優(yōu)良，得到了市場的認可。聚酰亞胺紡絲設備的產(chǎn)業(yè)化，將大大提高我國化纖機械的專業(yè)化水平，減少我國聚酰亞胺長絲生產(chǎn)項目的投資規(guī)模，可以打破國外企業(yè)的技術和貿(mào)易壟斷，降低企業(yè)的成本，提高企業(yè)國際競爭力。

[1]薛金秋.化纖機械[M].中國紡織出版社，1999年09月.

[2]元士磊荊旭東高占勇侯振奎.聚酰亞胺干噴濕紡成套設備的研究與探討[J].山西紡織服裝，2013年4月.