影响腈纶长丝质量的因素分析与对策

赵国君

(齐齐哈尔大学 化学与化学工程学院,黑龙江 齐齐哈尔 161006)

腈纶长丝产品质量直接影响短纤或者毛条产品的质量[1-5]。长丝质量指标共有7项,即纤度偏差、断裂强度、延伸率、疵点、卷曲数、上色率、回潮率。作者对影响长丝质量的主要因素进行分析,简要说明提高长丝质量的措施。

1 长丝质量指标及影响因素分析

1.1 纤度偏差

纤度表示纤维的粗细程度,一般用特(tex)、分特(diex)、成旦(d)表示,纤度偏差指长丝实际纤度与标准(名义)纤度差的百分数,单位%。

影响纤度的主要因素是原料液含固量、干燥致密化、定型效果及设备原因。

若原料液含固量指标变化较大,同时计量泵转数未能及时进行调整,就会造成纤度偏差指标波动较大。此时,若含固量升高,则纤度偏差为正偏差;若含固量降低,则纤度偏差为负偏差。含固量变化导致的纤度偏差可以通过调整计量泵转数解决。

采用湿法工艺成丝时,丝束在干燥成型过程中会产生许多孔洞。为提高丝的强度,需使用调温调湿机调节温度和湿度,使丝的内部结构发生变化,消除孔洞和部分应力。此时,丝会发生收缩,由细变粗,纤度增加。调温调湿机造成的丝收缩率约为15%,因此干燥致密化的效果会直接影响纤度偏差指标。

为了进一步消除丝束内的残余应力,提高纤维的尺寸稳定性,改善纤维的物理机械性能(如纤度、延伸率、强度)和提高上色率,通常需要对丝束进行热定型。定型压力高,定型效果好,但丝束收缩大。定型效果直接影响纤维的纤度偏差、断裂强度、延伸率、上色率、勾强和勾伸等指标。此外,定型压力对丝束质量的影响也非常显著,定型压力适当并保持稳定可以保证丝束的质量。

设备对纤度的影响主要体现在泄露引起的料液损失。若烛型滤器、喷丝头、计量泵等纺丝设备泄露原料液,会使纤度变细,从而影响纤度偏差。

丝束在生产过程中所受拉伸力对纤度影响较大,套子丝纤度的化验数据显示,松弛部分纤度偏差为-16%,而正常部分为-5%。

1.2 断裂强度

断裂强度一般是指纤维断裂时的绝对强力与纤度之比,以N/dtex表示。影响纤维强度的主要因素有原料液质量(即聚合物结构、组成)、成型条件、拉伸倍数、定型和设备因素。

原料液醋酸乙烯酯(VA)含量高,长丝断裂强度低;VA含量低,长丝断裂强度高。原料液中聚合物的相对分子质量高,相对分子质量分布窄,断裂强度高,反之则低。原料液含固量高,丝的断裂强度高。

缓慢的成形速度有利于提高长丝断裂强度。丝束总拉伸倍数大,断裂强度高;总拉伸倍数小,断裂强度低。在定型压力低、温度低时得到的丝束断裂强度高。

1.3 延伸率

纤维的断裂伸长指纤维拉伸至断裂时的伸长与纤维原长的比值。断裂伸长也称延伸率或伸长。影响长丝延伸率的主要因素有原料液质量、成形条件、干燥致密化和定型效果。

原料液中VA含量高时,长丝延伸率高。原料液中聚合物相对分子质量高,且相对分子质量分布窄,延伸率低,反之延伸率则高。

纺丝成型条件对丝的延伸率影响主要体现在液体丝固化过程。缓慢固化有利于提高长丝延伸率,如凝固浴温度高、浓度高、凝固浴流量小等,均有利于提高丝的延伸率。

总拉伸倍数小时,长丝延伸率高;反之,延伸率则低。干燥致密化过程中,若调温调湿机中铺丝均匀,温度、湿度、风量控制适宜,则丝束收缩好,丝的延伸率高,否则延伸率低。在0.4 MPa饱和蒸汽定型条件下,丝束的定型压力高、温度高,则长丝延伸率高,否则延伸率低。

1.4 疵点

疵点是长丝中存在外观有缺陷的丝,常用一定质量(如100 g)长丝中所含的有缺陷丝的质量(以mg为单位)来表示,疵点的表现形式有胶块、并丝、黏结丝、粉末等多种形式。

造成长丝疵点的主要因素有原料液质量、纺丝成形条件、上油条件、设备因素、套子丝等。

原料液聚合物中若相对分子质量较低的聚合物含量高,那么在纺丝后处理过程中,会由于高温和挤压而造成疵点。在生产过程中,如果由于冰机损坏等原因,造成凝固温度高,会导致长丝出现疵点。上油时若上油浓度过高,长丝疵点会明显增多。

由于丝束含水不均或丝所受拉伸不同,在出调温调湿机时产生套子丝,在先上油后定型的转盘式连续定型工艺中,经过高温高压,在有套子丝的地方极易产生疵点或孔洞。

导致疵点产生的设备因素主要有限幅不适当、设备泄漏、设备工作状态不良及设备损坏等。

1.5 卷曲数

卷曲数是指单位长度(10 cm)纤维上的卷曲个数,用来表示纤维卷曲的程度。影响长丝卷曲的主要因素有原料液中聚合物组成、纤度、丝束温度、定型机K系数和卷曲压力。

原料液中第二单体(如VA)含量高,则丝束的玻璃化温度较低,有利于卷曲,卷曲数会较高。一般来说,纤度低和总纤度低的丝易于卷曲,如1.67 dtex的棉型丝,其卷曲数一般在40左右,而3.33 dtex的毛型丝,卷曲数一般在35左右。通常进入卷曲设备的长丝温度越高,越易于卷曲。此外提高上油温度,即再提高丝束温度,也可以提高卷曲数。定型机的K系数是定型机入口辊速度与转盘速度之比,一般在35～45之间,对于转盘式连续汽定型机,提高K系数可提高长丝卷曲数。提高卷曲辊压力,可较好地保证卷曲效果,从而提高长丝卷曲数。

1.6 上色率

上色率是指在一定染色条件下,纤维吸收的染料占原染浴中总染料量的百分数,表征纤维的染色性能。

影响上色率的因素主要有原料液聚合物中第三单体的含量、拉伸倍数、水洗效果、纤度均匀性、定型条件、干燥致密化效果。若原料液中第三单体的含量高,可提供的染色基团就多,从而染色效果好、染色速度快、上色率高。丝的总拉伸倍数大,丝中准晶序态的含量增加,从而使纤维玻璃化温度提高,结构紧密,染料扩散阻力大,引起上色率降低。同样,如果干燥致密化过程进行得完全彻底,纤维的结构紧密,上色率也会偏低。成丝过程中如果水洗效果达不到要求,会造成丝束中NaSCN含量超标,当其超标0.3%时,上色率会明显降低。成丝过程中若定型压力高,定型温度高,定型效果好,则纤维的上色率会高。

1.7 回潮率

回潮率是以纤维绝干重量为基础计算出的含水百分率。影响回潮率的主要因素有进入干燥机的纤维含水量、铺丝效果、干燥温度、停留时间、风门开度及循环风量。进入干燥机的丝束含水越低,则其越易干燥。干燥机铺丝均匀且无缝隙,干燥温度高,停留时间长,排出风门大,循环风量大,都可以令干燥效果提高。

2 提高长丝质量措施

2.1 原料液质量和供纺条件

此方面的质量保障措施主要包括:保证原料液含固量合格稳定;保证第二单体、第三单体配比合理、稳定;保证聚合反应、脱单、水洗、浆化、溶解效果;保证相对分子质量和相对分子质量分布合理稳定,小分子和低聚物少;保证供纺压力和温度稳定。

2.2 纺丝工艺

可进一步优化工艺参数,严格按工艺卡片和工艺指令单进行生产控制。保证纤维成形、水洗、拉伸、干燥致密化、上油、卷曲、定型和干燥效果。

另外,要强化质量管理,及时清除纺丝箱内的毛丝和胶块,有问题的喷丝头及时进行更换;及时清理各种滤网(如水洗机内、上油槽内、纺丝箱内、一烘和二烘滤网);保证各限幅位置合理;控制好一烘和二烘拉丝点位置,保证工艺效果;保证一烘出口喷淋量合适,保证压水效果,使进一烘丝束含水均匀;按规程操作,及时巡检,发现设备问题及时处理。强化质量管理,提高全员质量意识,通过精心操作消除质量隐患和质量事故。

2.3 纺丝设备

设备方面的质量保障措施主要包括:保证喷丝头、烛型滤器、计量泵及其连接管线不漏胶;保证转动导辊运转灵活,如转向小辊、集束辊、水洗下辊、预热槽辊、导丝辊、一烘出口及上油槽内导丝辊等部位的灵活运转;保证各限幅辊、一烘和二烘链板表面光洁度,不能因机械原因损伤丝;保证烘风机、二烘风机、定型机卸压系统、定型机排风风机、铺丝机工作状态良好;保证定型机、改型卷曲机辊平行度和间隙合适。

3 结语

作者通过对影响长丝质量指标各因素的分析,结合自身经验,在优化工艺、严格执行工艺纪律、加强工艺和设备管理、提高操作水平等方面提出建议,对提高长丝质量提供借鉴。