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)試運行、多年的技術(shù)改造、設備更新和工藝優(yōu)化,已逐步完善,現(xiàn)在PA66氣囊絲線的性能達到項目預設的標準。然而,國內(nèi)PA66氣囊絲的產(chǎn)品性能與國外跨國公司進口產(chǎn)品(日本東麗公司和美國英威達)相比,毛絲水平、最大紡絲速度、可生產(chǎn)的最細旦比、絲線條干穩(wěn)定性、絲線收縮率穩(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國內(nèi)PA66氣囊絲的生產(chǎn)設備多數(shù)為國產(chǎn)設備。與國外設備相比較,其設備精度、運行穩(wěn)定性、運行周期、運維保養(yǎng)等都有一定的差距。③生產(chǎn)經(jīng)驗和管理水平存在差距?？鐕井a(chǎn)線采用的是在線產(chǎn)品信息系統(tǒng)自動將產(chǎn)品實時分級判等,而國內(nèi)尚采用的是人工分級判等。

鑒于PA66氣囊絲紡絲裝置工程設計和工藝技術(shù)的復雜性,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)吹風的風速、溫度和濕度,紡絲生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境溫濕度和絲線收縮率調(diào)整方法等,并提出了優(yōu)化。

1 工藝流程

原料采用本集團下屬公司所生產(chǎn)的PA66切片,具體工序為:PA66切片存儲料倉→切片氣體輸送裝置→固相縮聚反應器→螺桿擠出機→熔體增壓泵→熔體管道以及熔體分配管→計量泵→紡絲箱體→紡絲組件→單體抽吸→側(cè)吹風裝置→紡絲甬道→油嘴上油裝置→導絲器→預張力輥→自由羅拉→一對冷輥→三對熱拉伸羅拉→一個預張力羅拉→網(wǎng)絡噴嘴→巴馬格卷繞機卷繞成絲餅。

2 影響因素及操作優(yōu)化

2.1 固相增黏后切片的黏度對PA66氣囊絲線可紡性的影響

固相增黏之后切片相對黏度的中心值大小、黏度的波動幅度大小對紡絲工序中絲線運行的穩(wěn)定性和毛絲率有較大的影響。相關(guān)實驗數(shù)據(jù)見表1。

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

切片相對黏度的中心值由74上升至78時,從DCS控制屏上可以及時看到:螺桿擠出機的主電機電流會明顯上升。絲線的斷裂強度會有一定幅度的上升,幅度約0.8 N,同時絲線的毛絲率和斷絲的次數(shù)都會有一定幅度的增加,從而導致優(yōu)等品率和產(chǎn)品收率的下降。但是,將拉伸比略微降低,絲線的拉伸強度恢復至正?？刂浦?絲線的毛絲率和斷絲次數(shù)恢復至正常范圍,相應的優(yōu)等品率和產(chǎn)品收率也恢復正常。

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

2.2 紡絲箱體的溫度對PA66氣囊絲線可紡性的影響

過高的紡絲箱體溫度會加劇PA66熔體的熱降解,甚至熱分解,導致相對分子質(zhì)量下降和相對分子質(zhì)量分布變寬,熔體黏度降低,PA66熔體“噴出”噴絲板時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于靠近,可能會黏附臨近的熔體絲束,此時會發(fā)生“并絲”,“并絲”在后續(xù)的拉伸過程中容易斷裂,導致毛絲增加和斷絲的次數(shù)增多。

過低的紡絲箱體溫度會減緩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 ℃,那么紡絲的相對黏度則會由70上升76[3]。但是過低的紡絲箱體溫度,將增加熔體流經(jīng)噴絲孔時的剪切應力,嚴重時會出現(xiàn)熔體細流膨化和破裂問題,降低了PA66熔體的可紡性。尤其是當紡絲箱溫度<295 ℃時,毛絲的數(shù)量和斷絲次數(shù)會大幅增加。因此,紡絲箱體的溫度要適宜且保持穩(wěn)定,以保證PA66絲線密度均勻良好。

2.3 側(cè)吹風的風速、溫度和濕度對PA66氣囊絲線可紡性的影響

高溫高黏PA66熔體自噴絲板噴出絲之后,向周圍空氣中放出大量熱量,使紡絲甬道和紡絲現(xiàn)場環(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)吹風對高溫絲束進行冷卻固化,加速熔體細流冷卻凝固成纖維。通過冷卻側(cè)吹風的強制對流,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)吹風風速、溫度和濕度適當且穩(wěn)定,對氣囊絲線紡絲工藝非常重要。

表2 側(cè)吹風風速對毛絲率及斷絲次數(shù)的影響

2.4 紡絲生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境溫濕度對PA66氣囊絲線可紡性的影響

紡絲現(xiàn)場環(huán)境溫度對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的極性,親水性較強,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。環(huán)境中的濕度會增加吸熱能力,從而利于紡絲甬道中溫度恒定和絲束及時冷卻。環(huán)境濕度過低,絲束在運行過程中易產(chǎn)生靜電并且靜電不能及時消除,會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)境濕度過高,纖維的可拉伸性也會變差,斷頭次數(shù)增加。

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

2.5 絲線收縮率調(diào)整方法對PA66氣囊絲線可紡性的影響

絲線收縮率調(diào)整方法對毛絲率的影響如表3所示。

表3 絲線收縮率調(diào)整方法對毛絲率的影響

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

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

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

3 結(jié)論

實際上,通過以上的技術(shù)微創(chuàng)新和實踐應用,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,尤其是突破當下國外巨頭如日本東麗公司、美國英威達公司所壟斷和控制的局面,且有助于國內(nèi)企業(yè)高速發(fā)展。另外,在國內(nèi)紡絲工業(yè)的設備性能普遍不如國外化工巨頭的設備時,如何能夠通過實際生產(chǎn)實踐,進行技術(shù)微創(chuàng)新,來提升產(chǎn)品品質(zhì)和穩(wěn)定性,進一步提高生產(chǎn)和產(chǎn)品效益,是當下國內(nèi)同行需要不斷去思索和創(chuàng)新的方向。