吳江明

(寧夏中科生物科技股份有限公司 , 寧夏 石嘴山 753000)

0 前言

公司PA66氣囊絲紡絲裝置經(jīng)試運(yùn)行、多年的技術(shù)改造、設(shè)備更新和工藝優(yōu)化,已逐步完善,現(xiàn)在PA66氣囊絲線(xiàn)的性能達(dá)到項(xiàng)目預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)。然而,國(guó)內(nèi)PA66氣囊絲的產(chǎn)品性能與國(guó)外跨國(guó)公司進(jìn)口產(chǎn)品(日本東麗公司和美國(guó)英威達(dá))相比,毛絲水平、最大紡絲速度、可生產(chǎn)的最細(xì)旦比、絲線(xiàn)條干穩(wěn)定性、絲線(xiàn)收縮率穩(wěn)定性都有一定差距[1]。造成PA66氣囊絲產(chǎn)品性能差距的原因如下:①技術(shù)代差。②國(guó)內(nèi)PA66氣囊絲的生產(chǎn)設(shè)備多數(shù)為國(guó)產(chǎn)設(shè)備。與國(guó)外設(shè)備相比較,其設(shè)備精度、運(yùn)行穩(wěn)定性、運(yùn)行周期、運(yùn)維保養(yǎng)等都有一定的差距。③生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和管理水平存在差距?？鐕?guó)公司產(chǎn)線(xiàn)采用的是在線(xiàn)產(chǎn)品信息系統(tǒng)自動(dòng)將產(chǎn)品實(shí)時(shí)分級(jí)判等,而國(guó)內(nèi)尚采用的是人工分級(jí)判等。

鑒于PA66氣囊絲紡絲裝置工程設(shè)計(jì)和工藝技術(shù)的復(fù)雜性,本課題在公司現(xiàn)有的PA66氣囊絲工業(yè)紡絲裝置上,分析了影響PA66氣囊絲(品種為470/136,Decitex/單絲數(shù))可紡性的如下因素:例如固相增黏之后切片黏度,紡絲箱體溫度,側(cè)吹風(fēng)的風(fēng)速、溫度和濕度,紡絲生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫濕度和絲線(xiàn)收縮率調(diào)整方法等,并提出了優(yōu)化。

1 工藝流程

原料采用本集團(tuán)下屬公司所生產(chǎn)的PA66切片,具體工序?yàn)?PA66切片存儲(chǔ)料倉(cāng)→切片氣體輸送裝置→固相縮聚反應(yīng)器→螺桿擠出機(jī)→熔體增壓泵→熔體管道以及熔體分配管→計(jì)量泵→紡絲箱體→紡絲組件→單體抽吸→側(cè)吹風(fēng)裝置→紡絲甬道→油嘴上油裝置→導(dǎo)絲器→預(yù)張力輥→自由羅拉→一對(duì)冷輥→三對(duì)熱拉伸羅拉→一個(gè)預(yù)張力羅拉→網(wǎng)絡(luò)噴嘴→巴馬格卷繞機(jī)卷繞成絲餅。

2 影響因素及操作優(yōu)化

2.1 固相增黏后切片的黏度對(duì)PA66氣囊絲線(xiàn)可紡性的影響

固相增黏之后切片相對(duì)黏度的中心值大小、黏度的波動(dòng)幅度大小對(duì)紡絲工序中絲線(xiàn)運(yùn)行的穩(wěn)定性和毛絲率有較大的影響。相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 增黏切片相對(duì)黏度的中心值及其波動(dòng)范圍對(duì)毛絲率及斷絲次數(shù)的影響

切片相對(duì)黏度的中心值由74上升至78時(shí),從DCS控制屏上可以及時(shí)看到:螺桿擠出機(jī)的主電機(jī)電流會(huì)明顯上升。絲線(xiàn)的斷裂強(qiáng)度會(huì)有一定幅度的上升,幅度約0.8 N,同時(shí)絲線(xiàn)的毛絲率和斷絲的次數(shù)都會(huì)有一定幅度的增加,從而導(dǎo)致優(yōu)等品率和產(chǎn)品收率的下降。但是,將拉伸比略微降低,絲線(xiàn)的拉伸強(qiáng)度恢復(fù)至正常控制值,絲線(xiàn)的毛絲率和斷絲次數(shù)恢復(fù)至正常范圍,相應(yīng)的優(yōu)等品率和產(chǎn)品收率也恢復(fù)正常。

當(dāng)切片相對(duì)黏度的波動(dòng)范圍較大(超出±2)時(shí),從DCS控制屏上螺桿擠出機(jī)主電機(jī)電流的曲線(xiàn)上可以及時(shí)看到:主電機(jī)電流相應(yīng)地有較大范圍的上下波動(dòng)。在紡絲甬道之前,用強(qiáng)光電筒照向紡絲甬道里面,可以觀察到單絲絲束運(yùn)行不穩(wěn)定,前后左右方向擺動(dòng)明顯。此時(shí)絲線(xiàn)的毛絲率和絲線(xiàn)斷絲次數(shù)也有一定幅度的增加,從而導(dǎo)致優(yōu)等品率和產(chǎn)品收率大幅度的下降。在紡絲工序中,可通過(guò)調(diào)整固相縮聚的反應(yīng)條件使產(chǎn)品性能達(dá)到穩(wěn)定。

2.2 紡絲箱體的溫度對(duì)PA66氣囊絲線(xiàn)可紡性的影響

過(guò)高的紡絲箱體溫度會(huì)加劇PA66熔體的熱降解,甚至熱分解,導(dǎo)致相對(duì)分子質(zhì)量下降和相對(duì)分子質(zhì)量分布變寬,熔體黏度降低,PA66熔體“噴出”噴絲板時(shí)容易粘在噴絲板面上,造成熔體流束與噴絲板面不垂直,熔體流束出現(xiàn)“歪頭”現(xiàn)象,即所謂的“歪頭絲束”[2]。如果這些“歪頭絲束”與臨近的熔體絲束過(guò)于靠近,可能會(huì)黏附臨近的熔體絲束,此時(shí)會(huì)發(fā)生“并絲”,“并絲”在后續(xù)的拉伸過(guò)程中容易斷裂,導(dǎo)致毛絲增加和斷絲的次數(shù)增多。

過(guò)低的紡絲箱體溫度會(huì)減緩PA66熔體的熱降解,從而有利于PA66熔體保持較高的黏度。如果紡絲箱體溫度從320 ℃降低至290 ℃,那么紡絲的相對(duì)黏度則會(huì)由70上升76[3]。但是過(guò)低的紡絲箱體溫度,將增加熔體流經(jīng)噴絲孔時(shí)的剪切應(yīng)力,嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)熔體細(xì)流膨化和破裂問(wèn)題,降低了PA66熔體的可紡性。尤其是當(dāng)紡絲箱溫度<295 ℃時(shí),毛絲的數(shù)量和斷絲次數(shù)會(huì)大幅增加。因此,紡絲箱體的溫度要適宜且保持穩(wěn)定,以保證PA66絲線(xiàn)密度均勻良好。

2.3 側(cè)吹風(fēng)的風(fēng)速、溫度和濕度對(duì)PA66氣囊絲線(xiàn)可紡性的影響

高溫高黏PA66熔體自噴絲板噴出絲之后,向周?chē)諝庵蟹懦龃罅繜崃?使紡絲甬道和紡絲現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫濕度發(fā)生變化,從而使毛絲、斷頭次數(shù)增加,可紡性下降,廢絲率升高。為此,工藝上采用冷卻側(cè)吹風(fēng)對(duì)高溫絲束進(jìn)行冷卻固化,加速熔體細(xì)流冷卻凝固成纖維。通過(guò)冷卻側(cè)吹風(fēng)的強(qiáng)制對(duì)流,將絲束中的熱量散發(fā)到紡絲環(huán)境中,使絲束自身的溫度降低,得到具有良好拉伸性能的未拉伸絲。若紡絲甬道中溫度高,絲束冷卻慢,容易結(jié)晶,導(dǎo)致可拉伸性下降,毛絲、斷頭增加,廢絲率升高。具體如表2所示。因此,保持側(cè)吹風(fēng)風(fēng)速、溫度和濕度適當(dāng)且穩(wěn)定,對(duì)氣囊絲線(xiàn)紡絲工藝非常重要。

表2 側(cè)吹風(fēng)風(fēng)速對(duì)毛絲率及斷絲次數(shù)的影響

2.4 紡絲生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫濕度對(duì)PA66氣囊絲線(xiàn)可紡性的影響

紡絲現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度對(duì)纖維的冷卻成形有一定的影響。由于PA66分子鏈中的酰胺鍵具有較強(qiáng)的極性,親水性較強(qiáng),因此有較好的吸濕性。一定的濕度可以消除絲束中的靜電,減少絲束的抖動(dòng)。環(huán)境中的濕度會(huì)增加吸熱能力,從而利于紡絲甬道中溫度恒定和絲束及時(shí)冷卻。環(huán)境濕度過(guò)低,絲束在運(yùn)行過(guò)程中易產(chǎn)生靜電并且靜電不能及時(shí)消除,會(huì)影響絲束的均勻性和穩(wěn)定性,使纖維的可拉伸性降低;環(huán)境濕度過(guò)高,纖維的可拉伸性也會(huì)變差,斷頭次數(shù)增加。

環(huán)境溫濕度對(duì)PA66氣囊絲的可紡性影響很大,當(dāng)紡絲生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度在19～22 ℃時(shí),廢絲率為0.5%左右;當(dāng)環(huán)境溫度>25 ℃時(shí),廢絲率明顯增加;當(dāng)環(huán)境溫度為27 ℃時(shí),廢絲率可達(dá)2%以上。另外,側(cè)吹風(fēng)溫濕度對(duì)紡絲生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫濕度也有一定的影響,實(shí)際工作中,需要盡量減少。環(huán)境溫度宜在(20±1) ℃,相對(duì)濕度宜在(60%±5%)。

2.5 絲線(xiàn)收縮率調(diào)整方法對(duì)PA66氣囊絲線(xiàn)可紡性的影響

絲線(xiàn)收縮率調(diào)整方法對(duì)毛絲率的影響如表3所示。

表3 絲線(xiàn)收縮率調(diào)整方法對(duì)毛絲率的影響

增加預(yù)張力羅拉的張力,使氣囊絲線(xiàn)中分子鏈保持更緊張的拉伸狀態(tài),絲線(xiàn)將獲得更高的收縮率。此時(shí),毛絲不會(huì)增加。反之,降低預(yù)張力羅拉的張力,使氣囊絲線(xiàn)中分子鏈有更多的機(jī)會(huì)“回縮、舒展”,絲線(xiàn)的收縮率相應(yīng)地降低,但是毛絲會(huì)增加。其原因是由于絲線(xiàn)張力較小,絲線(xiàn)的抖動(dòng)增加,絲線(xiàn)在后續(xù)的羅拉表面上“跳動(dòng)”的幾率增加,從而導(dǎo)致毛絲增加。

提高第二級(jí)熱拉伸羅拉的溫度,氣囊絲線(xiàn)中分子鏈段有更高的活動(dòng)能力,其部分在“被拉伸”狀態(tài)下的分子鏈段有更多的“回縮”機(jī)會(huì),絲線(xiàn)將獲得更低的收縮率,在生產(chǎn)過(guò)程中毛絲不會(huì)增加。反之,降低第二級(jí)熱拉伸羅拉的溫度,絲線(xiàn)將獲得較高的收縮率,毛絲會(huì)增加。分析其原因可能是:氣囊絲線(xiàn)中分子鏈在相對(duì)蜷縮的狀態(tài)下被拉伸,即所謂的“冷拉伸”,分子鏈被拉斷的機(jī)會(huì)增大。

綜上所述,如果需要提高絲線(xiàn)的收縮率,采用增加預(yù)張力羅拉張力的工藝調(diào)整方法為好;如果需要降低絲線(xiàn)的收縮率,采用提高第二級(jí)熱拉伸羅拉溫度的工藝調(diào)整方法為好。

3 結(jié)論

實(shí)際上,通過(guò)以上的技術(shù)微創(chuàng)新和實(shí)踐應(yīng)用,能有效地提升PA66氣囊絲紡絲工藝的產(chǎn)品品質(zhì)和穩(wěn)定性,尤其是突破當(dāng)下國(guó)外巨頭如日本東麗公司、美國(guó)英威達(dá)公司所壟斷和控制的局面,且有助于國(guó)內(nèi)企業(yè)高速發(fā)展。另外,在國(guó)內(nèi)紡絲工業(yè)的設(shè)備性能普遍不如國(guó)外化工巨頭的設(shè)備時(shí),如何能夠通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐,進(jìn)行技術(shù)微創(chuàng)新,來(lái)提升產(chǎn)品品質(zhì)和穩(wěn)定性,進(jìn)一步提高生產(chǎn)和產(chǎn)品效益,是當(dāng)下國(guó)內(nèi)同行需要不斷去思索和創(chuàng)新的方向。