對位芳綸纖維生產(chǎn)中毛絲的產(chǎn)生及控制

1、對位芳綸纖維生產(chǎn)中毛絲的產(chǎn)生及控制吳衛(wèi)清蘇州兆達(dá)特纖科技有限公司 江蘇常熟 215522 摘要：本文對對位芳綸1414纖維生產(chǎn)中毛絲產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析，通過對紡絲設(shè)備的改造和工藝的調(diào)整，避免了氣泡纖維的產(chǎn)生，穩(wěn)定和提高了芳綸1414纖維的強(qiáng)力和模量，提高了芳綸1414纖維的質(zhì)量。關(guān)鍵詞：芳綸1414纖維；毛絲；強(qiáng)力；模量中圖分類號聚對苯二甲酰對苯二胺纖維(芳綸1414是聚對苯二甲酰對苯二胺經(jīng)液晶溶液干噴-濕紡制得的高強(qiáng)、高模纖維，是當(dāng)前最重要的高科技纖維。具有高強(qiáng)高模、耐高溫、耐腐蝕、質(zhì)量輕等優(yōu)異綜合性能。其強(qiáng)度是鋼絲的56倍，模量為鋼絲或玻璃纖維的23倍，韌性是鋼絲的2倍，而重量僅為鋼絲的

2、1/5左右，是目前世界上高性能纖維中用途最廣的纖維，被廣泛用于國防、航天航空、信息產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域（如彈道導(dǎo)彈殼體、裝甲坦克外殼和大型客機(jī)機(jī)翼復(fù)合材料、防彈衣、通訊光纜加強(qiáng)件）。我國對位芳綸進(jìn)口使用量由前幾年的幾十噸發(fā)展到2007年的3000多噸，實(shí)際上到2008年進(jìn)口數(shù)量已達(dá)到將近5000噸。因其制造技術(shù)難度相當(dāng)高，一直被美國、日本所壟斷和封鎖，我國國防建設(shè)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)對于對位芳綸的需求全部依賴進(jìn)口。各國芳綸的生產(chǎn)廠家和研究單位都在不斷地開發(fā)新工藝、新品種，以賦予聚對苯二甲酰對苯二胺纖維更優(yōu)異的性能和盡可能地降低生產(chǎn)成本。我公司是國內(nèi)第一家用國產(chǎn)設(shè)備、國產(chǎn)原料、完整自主知識產(chǎn)權(quán)實(shí)現(xiàn)1000噸級對位芳

3、綸規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)。1目前生產(chǎn)技術(shù)及現(xiàn)狀芳綸1414目前紡絲工藝流程：聚對苯二甲酰對苯二胺與濃硫酸按比例混合-溶解-脫泡-計(jì)量擠出-入凝固浴成型-水洗-堿洗-水洗-熱處理-卷繞成形-檢驗(yàn)入庫-出廠。芳綸1414因其制造技術(shù)難度相當(dāng)高，纖維生產(chǎn)不夠正常，特別是毛絲較多。毛絲較多主要影響纖維的強(qiáng)力和初始模量。目前纖維的強(qiáng)力在16-22cNdtex，初始模量在350-600cNdtex。而芳綸1414要體現(xiàn)其特性，強(qiáng)力應(yīng)在20cNdtex以上，初始模量在400cNdtex以上。纖維強(qiáng)度是指纖維單位線密度拉斷時所能承受的最大負(fù)荷以cNdtex表示。初始模量是指纖維拉伸曲線上起始一段直線部分的應(yīng)力應(yīng)變比

4、值以cNdtex表示。2出現(xiàn)毛絲原因分析針對生產(chǎn)中出現(xiàn)毛絲的不正常情況，分析其主要原因如下：2.1原輔料性質(zhì)：聚對苯二甲酰對苯二胺因是對苯二甲酰氯和對苯二胺借助有機(jī)溶劑溶解，用氯化鈣作干燥劑，在螺桿中短時間聚合而成，所以其粘度與灰分有一定的波動。其比濃對數(shù)粘度的高低，影響溶解性和紡絲成型，灰分的高低，影響其纖維的成形和拉伸，同時影響纖維表面的光滑，不穩(wěn)定時易出現(xiàn)毛絲。硫酸的濃度和純度：硫酸的濃度對聚合體的溶解速度有決定影響，硫酸較濃時其溶解明顯加快，(因聚合體在硫酸作用下存在降解作用，要盡量縮短溶解至紡絲的時間，所以硫酸較濃為好但過濃時其中的三氧化硫容易揮發(fā)。另外硫酸中鐵離子的存在會影響纖維的

5、牽伸性能，使?fàn)可觳粔蚍€(wěn)定導(dǎo)致毛絲的產(chǎn)生。2.2設(shè)備及配套管道：因98%濃硫酸的強(qiáng)氧化性，對碳鋼能鈍化，故硫酸輸送管道一般選用碳鋼設(shè)備，原液溶解釜及脫泡釜采用316L不銹鋼。但在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)氣泡一直緩慢產(chǎn)生（從脫泡釜視鏡中觀察）。后分析原因，因我公司所用硫酸濃度為99.5%99.8%（用98%硫酸與104%煙酸勾兌），此濃度下，硫酸對碳鋼的有相當(dāng)強(qiáng)的腐蝕力，故會不斷產(chǎn)生細(xì)小氣泡。紡絲時易產(chǎn)生毛絲和斷絲，影響外觀及質(zhì)量。2.3工藝生產(chǎn)過程：投料溶解時隨原料一起進(jìn)入的空氣。脫泡的程度：因聚合體的分子量極大，其溶解后的粘度也較大，而其降解時間又較短，所以采用常規(guī)方法，在短時間的情況下脫泡不夠充分，致使紡

6、絲時因氣泡的存在易產(chǎn)生毛絲和斷絲，影響質(zhì)量。凝固速度與效果：不穩(wěn)定的凝固浴溫度與濃度，會導(dǎo)致凝固速度的不一，因凝固效果的不穩(wěn)定而導(dǎo)致纖維表里不一，影響牽伸的穩(wěn)定。整個生產(chǎn)線的工藝配比上，拉伸比的大小及拉伸比的分配不合理也會導(dǎo)致毛絲的出現(xiàn)。熱處理工序：熱處理輥工藝溫度與纖維性能的配合及其熱輥表面的光潔度不夠也會導(dǎo)致毛絲的出現(xiàn)。3處理方法根據(jù)以上原因的分析，我們進(jìn)行了大量進(jìn)行試驗(yàn)，我們采用了以下的辦法處理。3.1 對原料聚對苯二甲酰對苯二胺根據(jù)比濃對數(shù)粘度與灰分的指標(biāo)進(jìn)行分批生產(chǎn)。按比濃對數(shù)粘度的高低分為三類。一類為比濃對數(shù)粘度6.5以上；一類為比濃對數(shù)粘度5.5-6.5；一類為比濃對數(shù)粘度5.5

7、以下，采用不同的工藝條件進(jìn)行紡絲，以減少粘度對溶解和成型的影響。并把原料的灰分嚴(yán)格控制在800ppm以下。(如達(dá)不到，則由聚合工段將原料增加洗滌次數(shù)，直至符合要求用作紡絲的聚對苯二甲酰對苯二胺的含水量要嚴(yán)格控制在50ppm以下，聚合工段來的含水150ppm左右的原料，在紡絲前必須進(jìn)入真空干燥裝置再次烘干直至達(dá)標(biāo)。3.2 硫酸的濃度和純度：嚴(yán)格配比硫酸的濃度，控制范圍要準(zhǔn)確，并對存放3天以上的硫酸要重新配制和標(biāo)定。鐵離子含量的控制根據(jù)化工品國家標(biāo)準(zhǔn)，選用最高等級，并與生產(chǎn)廠溝通生產(chǎn)工藝以減少硫酸中鐵離子的含量。3.3 對生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)的一直緩慢產(chǎn)生的氣泡分析原因后，我們對設(shè)備進(jìn)行了改造。將原有硫酸儲

8、罐清洗干凈，在罐體內(nèi)壁加襯一層四氟材料，并將硫酸輸送管道改為耐酸塑料管，解決了硫酸對設(shè)備的腐蝕問題，避免了因硫酸原因?qū)е碌臍馀莓a(chǎn)生。當(dāng)然所有經(jīng)過硫酸的閥門和輸送管路上的控制件也一起改造。3.4 把投料工藝進(jìn)行修改。由原聚合體和濃硫酸按比例分開投料后抽真空，改為在真空系統(tǒng)下混合，用飼料機(jī)封閉強(qiáng)制計(jì)量加入，減少和避免了空氣的帶入。3.5 脫泡的增強(qiáng)：在不增加脫泡時間的情況下，(避免在溶解狀態(tài)下，隨著時間的增長，聚合體降解也增加采用真空脫泡系統(tǒng)，并在脫泡釜中加裝豎螺桿進(jìn)行攪拌和翻動，并利用螺桿的剪切功能將氣泡變小，增強(qiáng)脫泡效果。3.6 凝固速度與效果：在紡絲生產(chǎn)過程中，隨著時間的推移，凝固浴中的硫酸

9、濃度會逐漸提高，凝固浴的溫度也會逐漸上升。采用凝固浴溢流和適當(dāng)補(bǔ)充新鮮水的辦法來穩(wěn)定凝固浴的硫酸濃度；并在凝固浴的循環(huán)過程中增加冷凍設(shè)備和自動的溫控裝置，保證凝固浴溫度的恒定。從而穩(wěn)定聚對苯二甲酰對苯二胺溶液的凝固速度，保證聚對苯二甲酰對苯二胺纖維在成形時的內(nèi)外均勻。3.7生產(chǎn)線上的工藝配套：芳綸1414纖維的模量較高，一旦成形，不易拉伸?；谶@個原因，我們將總牽伸的絕大部分放在紡絲的噴絲頭牽伸上，而在熱處理和其它工序上僅保持足夠的張力，配合調(diào)整熱輥表面溫度和熱輥表面的光潔度，最大限度的減少熱處理上的毛絲，穩(wěn)定芳綸1414纖維的質(zhì)量。當(dāng)然，纖維強(qiáng)度和模量的提高和穩(wěn)定，跟紡絲的溫度壓力和牽伸等工藝條件關(guān)系也非常密切，因不是本文重點(diǎn)，這里不作說明。4 結(jié)果結(jié)論芳綸1414強(qiáng)力模量外觀改進(jìn)前16-22350-600毛絲多改進(jìn)后20-27450-800光滑通過改進(jìn)，纖維的表面光潔度大大改善，外觀良好。聚對苯二甲酰對苯二胺纖維的強(qiáng)力穩(wěn)定在20cNdtex 以上，模量穩(wěn)定在450cNdtex以上 。但是這個指標(biāo)離開目前的國際水平還有不少差距，我們要繼續(xù)摸索和完善工藝，以進(jìn)一步提高及穩(wěn)定強(qiáng)力和模量，為江蘇省新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展走在國內(nèi)的前列作出一點(diǎn)微薄貢獻(xiàn)，同時也對國家的國防建設(shè)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)作出貢獻(xiàn)。參考文獻(xiàn)：1尤秀蘭 劉兆峰聚對苯二甲酰對苯二胺及其共聚體纖維的成型新技