腈綸化工生產(chǎn)工藝對毛條產(chǎn)品質(zhì)量的影響

孫洪濤(中國石油大慶石化公司腈綸廠 黑龍江 大慶 163714)

前言

大慶石化公司腈綸廠是國家重點(diǎn)工程30萬噸乙烯的配套項(xiàng)目。腈綸廠設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力是年產(chǎn)5萬噸，其中短纖和毛條各2.5萬噸。該廠自1988年投產(chǎn)以來，生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)，年年被評為省級優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品或國家級優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。腈綸化工生產(chǎn)工藝是以丙烯腈為原料，通過水相懸浮聚合，轉(zhuǎn)向高速絲，連續(xù)汽蒸定型和五效降膜蒸發(fā)等先進(jìn)化工生產(chǎn)工藝，又經(jīng)過成品和毛條車間生產(chǎn)出產(chǎn)品，產(chǎn)品主要用于紡織、人造毛皮、地毯、航空航天、軍事特種纖維等領(lǐng)域。筆者通過對其聚合、紡絲、回收等化工生產(chǎn)工藝進(jìn)行分析，研究了腈綸化工生產(chǎn)工藝對成品毛條質(zhì)量的影響。

一、腈綸化工生產(chǎn)工藝

1.聚合工藝

采用美國氰胺公司二步法水相懸浮聚合工藝。整個(gè)工藝流程均由計(jì)算機(jī)控制，生產(chǎn)原料以丙烯腈為第一單體，以醋酸乙烯酯等為第二單體，氧化還原體系為引發(fā)劑，巰基乙醇為鏈轉(zhuǎn)移劑。上述物料經(jīng)聚合、終止、脫單、水洗、混合、脫水、漿化、溶解、過濾、脫泡等工序制成合格原料供紡絲生產(chǎn)使用。

2.紡絲工藝

將丙烯腈與丙烯酸甲脂或醋酸乙烯酯共聚后溶解于硫氰酸鈉溶液中形成原液，經(jīng)噴絲頭噴出，在凝固浴中成形，再經(jīng)過水洗、拉伸、干燥致密化、定形，調(diào)質(zhì)上油、烘干等處置工藝制成長絲。

3.回收工藝

作為溶劑的硫氰酸鈉是循環(huán)使用的。從聚合到紡絲，硫氰酸鈉的濃度由56%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）變?yōu)?4%，各種雜質(zhì)如鐵離子、鋁離子、硫酸根離子等不揮發(fā)性雜質(zhì)的含量也逐漸增大。該工藝流程通過過濾除去鐵離子、鋁離子等懸浮性雜質(zhì)，蒸發(fā)將其濃縮為55%，結(jié)晶去除硫酸鈉晶體，溶液濃度提高至56%，同時(shí)通過延遲、污水除去不揮發(fā)性雜質(zhì)，最后生產(chǎn)出合格的硫氰酸鈉溶液供聚合車間循環(huán)再利用。

4.毛條工藝

其原料是紡絲生產(chǎn)的長絲，經(jīng)拉斷機(jī)拉斷，再經(jīng)過二道針梳機(jī)進(jìn)一步混合、梳理、均勻控制條干成形，最后經(jīng)打包出廠。

二、試 驗(yàn)

1.聚合工藝對毛條產(chǎn)品質(zhì)量的影響

（1）聚合工藝對毛條毛粒、毛片的影響

及時(shí)清洗濾布或更換濾布；不用或少用脫水濾液；解決差別化水洗不充分，由原來的10 m3/h提高到15 m3/h，水溫由原來的50℃提高到55℃。工藝參數(shù)變更前后，其對毛條毛粒、毛片的影響（選3.33dtex毛條進(jìn)行試驗(yàn)）見表1。

表1 聚合工藝對毛條毛粒、毛片的影響

從表1可見，優(yōu)化調(diào)整聚合工藝對毛條毛粒、毛片質(zhì)量的提升是顯著的。

（2）調(diào)整聚合物的分子量至50，500

分子量是評價(jià)高聚物的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)。它直接關(guān)系到纖維的強(qiáng)度。從纖維強(qiáng)度指標(biāo)來說，在一定范圍內(nèi)，纖維強(qiáng)度隨分子量的增加而增加，這樣在毛條生產(chǎn)中毛粒、毛片得以控制。因?yàn)槔w維強(qiáng)度低易斷，易產(chǎn)生纖維的糾結(jié)，即易產(chǎn)生毛粒、毛片。超過一定范圍，雖然分子量增加而纖維強(qiáng)度趨于恒定，同時(shí)過高的分子量也易引起聚合物粘度過高，使紡絲生產(chǎn)困難。因此，通過優(yōu)化聚合操作，控制聚合物的分子量在控制界限（50，000～55，000）的上限。

（3）原料中第二單體的含量對毛條縮率的影響

純丙烯腈聚合，纖維絲束質(zhì)地發(fā)脆，缺少彈性，不能進(jìn)行高倍數(shù)拉伸，延伸度低。第二單體丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯的加入使聚丙烯腈結(jié)構(gòu)發(fā)生一定程度的無序化，降低大分子間的斂集密度。因此，紡絲原液中第二單體丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯的含量對絲束延伸度有很大的影響。在一定范圍內(nèi)，丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯的含量高時(shí)，長絲束延伸度增大，毛條縮率升高。實(shí)踐證明：長絲束延伸度高時(shí)，經(jīng)過熱拉伸的長絲束潛在收縮率高。長絲束延伸度與縮率之間的關(guān)系見圖1。

圖1 長絲束延伸度與縮率之間的關(guān)系

為滿足這一點(diǎn)，生產(chǎn)高延伸的纖維第二單體的配比應(yīng)適當(dāng)?shù)卦黾?。大慶石化公司腈綸廠是采用二元共聚工藝，丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯的含量為10.1%± 0.1%，均能滿足高延伸纖維生產(chǎn)工藝的要求?？傊诙误w的含量越高，纖維的延伸度越高，毛條的縮率也越高。分析其原因如下：在生產(chǎn)高收縮毛條時(shí)現(xiàn)在多用帶有收縮率的纖維長絲束，長絲收縮率主要取決于聚合物中第二單體的含量高低，常規(guī)腈綸由于極性腈基在大分子內(nèi)部和大分子之間形成強(qiáng)有力的C N-C N鍵，分子之間的相互作用力大，分子鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn)困難，其主鏈具有較大的剛性，纖維絲束質(zhì)地發(fā)脆，缺少彈性，這種纖維較難制成高收縮率的毛條，如增加第二單體的含量，纖維的延伸度提高，有利于提高毛條的收縮率，以生產(chǎn)更高縮率的毛條[1]。

2.紡絲工藝對毛條毛粒、毛片和收縮率的影響

（1）紡絲工藝對毛條毛粒、毛片的影響

紡絲經(jīng)常更換噴絲頭濾芯，使紡絲原料經(jīng)過時(shí)纖維成型完整，不產(chǎn)生破洞，在毛條生產(chǎn)時(shí)不產(chǎn)生毛粒、毛片。

紡絲生產(chǎn)經(jīng)常出現(xiàn)繞輥現(xiàn)象，不及時(shí)清除，不僅影響纖維的欠伸成型，還可以造成纖維之間的粘連，影響長絲的毛網(wǎng)質(zhì)量，使毛條生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生毛粒、毛片。

（2）紡絲工藝對毛條收縮率的影響

提高二欠伸的欠伸倍數(shù)至1.2～1.4，延伸度可達(dá)到45%。生產(chǎn)高收縮毛條二欠伸倍數(shù)要達(dá)到1.5。

3.回收工藝對毛條毛粒、毛片的影響

超級凈化裝置是大慶石化公司腈綸廠回收車間2010年投用的除雜裝置，結(jié)果表明：該裝置去除硫氰酸鈉溶劑不揮發(fā)性雜質(zhì)效果明顯，有利于進(jìn)一步提升腈綸裝置的產(chǎn)品質(zhì)量，為保證運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到較好效果和裝置安全平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)奠定了基礎(chǔ)。由于膜組件使用時(shí)間超過設(shè)計(jì)期限，膜組件納濾效果下降，裝置除雜能力降低。2012年經(jīng)密切跟蹤、記錄凈化裝置運(yùn)行工藝參數(shù)。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，采取建設(shè)倒料流道、移位單袋濾器、補(bǔ)加放凈點(diǎn)、加裝酸堿洗報(bào)警系統(tǒng)等9項(xiàng)措施，對裝置進(jìn)行大膽改造。裝置改造后，日處理量由70 m3提高到80 m3，廢液硫氰酸鈉濃度由6%降到5%。為進(jìn)一步提高纖維質(zhì)量，對超凈化裝置連續(xù)開車，纖維雜質(zhì)少了，纖維沒疵點(diǎn)、順直，毛條生產(chǎn)中就可以少產(chǎn)生毛粒、毛片。

4.毛條工藝對毛粒、毛片和收縮率的影響

（1）毛條工藝對毛粒、毛片的影響

在原料正常情況下，做好生產(chǎn)過程的清潔，可以減少毛粒、毛片的產(chǎn)生；工藝欠伸合理，在纖維梳理過程中不產(chǎn)生易外欠伸，可使纖維順直，少產(chǎn)生毛粒、毛片[2]。

（2）毛條工藝對收縮率的影響

拉斷機(jī)的熱欠伸倍數(shù)要根據(jù)原料的延伸度或原料的收縮率來調(diào)整，一般在1.35左右就可生產(chǎn)出22%～25%的收縮率。

拉斷機(jī)的冷卻水出口溫度要小于19℃，才能把拉斷機(jī)產(chǎn)生的收縮率固定下來。高于這個(gè)溫度要進(jìn)行冷卻水溫度的調(diào)節(jié)或設(shè)備的檢查處理。

結(jié)論

通過對腈綸化工工藝進(jìn)行綜合技術(shù)分析，揭示了腈綸化工生產(chǎn)工藝對毛條毛粒、毛片和收縮率產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的影響。該方法對腈綸化工生產(chǎn)工藝的改進(jìn)與優(yōu)化有指導(dǎo)作用，可在腈綸化工生產(chǎn)行業(yè)推廣應(yīng)用。

[1]王亞靜，馬苓，牟瑩瑩.第二單體醋酸乙烯酯及其含量對聚丙烯腈纖維縮率的影響[J].應(yīng)用化工，2011；40(7):1299-1300.

[2]王亞靜,戴明,李維志,等.改進(jìn)腈綸毛條毛粒與毛片質(zhì)量的新技術(shù)[J].石油化工,2010；39(z):705-707.