腈綸濕法紡絲中凝固浴濃度的控制

創(chuàng)新者：王玉奎

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腈綸濕法紡絲中凝固浴濃度的控制

創(chuàng)新者：王玉奎

在腈綸濕法紡絲中，凝固浴濃度穩(wěn)定直接影響紡絲成形的好壞，而紡絲成形直接關(guān)系到生產(chǎn)的平穩(wěn)性與成品絲束的質(zhì)量。本文主要淺析了凝固浴濃度穩(wěn)定的重要性，講述實(shí)際生產(chǎn)中凝固浴濃度控制的兩種方法，手動(dòng)密度檢測(cè)法和在線折光儀控制法，并對(duì)兩種控制方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比。

凝固浴濃度控制在腈綸濕法紡絲中的重要性

腈綸全稱為聚丙烯腈纖維，是由聚丙烯腈或85%以上的丙烯腈和其他第二、第三單體的共聚物紡制的纖維，腈綸工藝按紡絲成形方式可分為干法紡絲和濕法紡絲兩種，其中濕法紡絲的成形是靠紡絲原液浸入凝固浴中，紡絲原液中的溶劑NaSCN（腈綸濕法紡絲所用溶劑還有DMF、DMAc、DMSO、丙酮等，本文以NaSCN為例）與低濃度NaSCN溶液即凝固浴進(jìn)行雙擴(kuò)散，使得噴出的紡絲原液中聚丙烯腈濃度達(dá)到≥63%的成形條件。

根據(jù)雙擴(kuò)散原理，紡絲原液在紡絲成形時(shí)主要發(fā)生三種變化：一，形態(tài)的改變，從液態(tài)→粘彈狀態(tài)→凍膠體；二、組成的改變，聚合物濃度變大；三、熱力學(xué)參數(shù)的變化，釋放熱能，溫度降低，而影響成形效果的主要因素有：濃度差、溫度差、凝固浴流量等。在紡絲原液參數(shù)不變，溫度差及凝固浴流量，牽伸速度等易于控制的情況下，凝固浴濃度控制的穩(wěn)定性就直接關(guān)系到紡絲成形的好壞，凝固浴濃度過高或過低都不利于纖維成形，凝固浴濃度越高則濃度差越小，雙擴(kuò)散進(jìn)行的速度變慢，原液三態(tài)改變不完全，紡絲成形不徹底，則初生纖維強(qiáng)度不夠，黏度較大，在拉伸過程中初生纖維易出現(xiàn)斷絲、并絲、疵點(diǎn)等情況，此類纖維進(jìn)入后續(xù)工序時(shí)，易造成纏輥等生產(chǎn)事故和纖維質(zhì)量強(qiáng)度不足、粉塵較多等質(zhì)量問題。凝固浴濃度越低則濃度差越大，雙擴(kuò)散進(jìn)行的速度變快，原液細(xì)流的表面形態(tài)改變較快，形成一種缺乏彈性而又脆硬的皮層，阻止原液細(xì)流中心處雙擴(kuò)散的進(jìn)行，導(dǎo)致初生纖維皮芯結(jié)構(gòu)不一，有孔洞產(chǎn)生，延伸性變差，拉伸時(shí)易斷裂產(chǎn)生毛絲，在后續(xù)工序中絲束易被拉斷造成纏輥等生產(chǎn)事故以及NaSCN清洗不完全，絲束含NaSCN較高、延伸性較差、絲束泛白失透等質(zhì)量問題。由此可見凝固浴濃度控制的穩(wěn)定與否，直接影響到濕法紡絲生產(chǎn)的平穩(wěn)運(yùn)行和最終產(chǎn)品質(zhì)量的好壞，所以穩(wěn)定控制凝固浴濃度，保持濃度差波動(dòng)較小對(duì)腈綸濕法紡絲長(zhǎng)周期運(yùn)行具有重要意義。

凝固浴濃度控制的方法與優(yōu)缺點(diǎn)

凝固浴濃度隨著紡絲箱中雙擴(kuò)散的進(jìn)行，會(huì)不斷的增高，為保持凝固浴濃度的穩(wěn)定，需補(bǔ)加水或低濃度NaSCN溶液進(jìn)行調(diào)節(jié)，補(bǔ)加量的大小則根據(jù)檢測(cè)濃度來確定，最終使得進(jìn)入紡絲箱系統(tǒng)的凝固浴濃度保持恒定。

檢測(cè)凝固浴濃度并調(diào)節(jié)的方法有很多種，安慶腈綸過往使用為手動(dòng)密度檢測(cè)再人工調(diào)整，現(xiàn)在使用的是在線折光儀檢測(cè)，并自動(dòng)跟蹤調(diào)整。在過往使用的密度法中，正常生產(chǎn)時(shí)，操作人員每隔1～2h從紡絲箱中采2個(gè)樣品，再使用密度計(jì)檢測(cè)樣品密度，因?yàn)槭荖aSCN水溶液濃度和密度在固定溫度下成一定的關(guān)系，所以通過密度比較，確定濃度偏離情況，再根據(jù)偏離情況進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整稀NaSCN溶液補(bǔ)加量，直至下次檢測(cè)確定調(diào)整情況。這種控制方法存在很多弊端，一、密度計(jì)檢測(cè)密度因人工檢測(cè)，且不同人員觀測(cè)量有一定的偏差，所以精度不夠高；二、手動(dòng)控制調(diào)節(jié)閥大小來補(bǔ)加，靠經(jīng)驗(yàn)，屬于估計(jì)量，不能及時(shí)精細(xì)的控制補(bǔ)加量；三、每隔1～2h采一次樣進(jìn)行檢測(cè)，不能及時(shí)反映補(bǔ)加效果，同時(shí)操作人員工作量加大；四，濃度與密度的關(guān)系受溫度的影響，若溫度出現(xiàn)波動(dòng)，原有密度值不能準(zhǔn)確描述當(dāng)前溫度下的濃度，則調(diào)節(jié)不夠準(zhǔn)確。

現(xiàn)在使用折光儀濃度檢測(cè)濃度并自動(dòng)跟蹤調(diào)整，是通過專門的細(xì)管從凝固浴調(diào)整后的位置引一股細(xì)流經(jīng)過折光儀，通過折光儀的折光率檢測(cè)流經(jīng)的凝固浴濃度，再通過自動(dòng)跟蹤濃度的自控閥自動(dòng)調(diào)節(jié)稀料補(bǔ)加量，確保凝固浴濃度穩(wěn)定在設(shè)定值。折光儀濃度檢測(cè)相對(duì)于手動(dòng)密度檢測(cè)有很多優(yōu)勢(shì)，一，隨時(shí)檢測(cè)濃度并通過自動(dòng)跟蹤的自控閥進(jìn)行補(bǔ)加量調(diào)整，保持濃度在設(shè)定值左右，且精度較高；二，濃度是通過折光率進(jìn)行換算，且折光儀自帶溫度參數(shù)補(bǔ)償，所以濃度檢測(cè)的精確度受溫度影響較??；三，能及時(shí)反映濃度變化情況，可以通過DCS系統(tǒng)檢查濃度變化趨勢(shì)，便于生產(chǎn)事故影響因素的分析；四，不需要手動(dòng)檢測(cè)，降低操作人員的工作量。折光儀檢測(cè)濃度有很大優(yōu)勢(shì)，但也有相應(yīng)缺陷：一，凝固浴中有部分雜質(zhì)，可能附著于鏡片表面，影響檢測(cè)結(jié)果；二，折光儀如果損壞，不易被及時(shí)發(fā)現(xiàn)。針對(duì)這些缺陷，安慶石化采取定期檢查校正折光儀的辦法，及時(shí)更換折光儀內(nèi)去除雜質(zhì)的刷片，且定期對(duì)濃度檢測(cè)的準(zhǔn)確性進(jìn)行化驗(yàn)校正。

圖1　密度檢測(cè)控制時(shí)化驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖2　折光儀檢測(cè)控制時(shí)化驗(yàn)數(shù)據(jù)

兩種控制方法的生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比

圖1和圖2分別是在安慶石化腈綸實(shí)際生產(chǎn)中，手動(dòng)密度檢測(cè)控制（2013年）和在線折光儀檢測(cè)控制（2015年）時(shí)的化驗(yàn)濃度。

通過兩組圖表對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，使用折光儀檢測(cè)控制濃度時(shí)，凝固浴濃度波動(dòng)明顯更小，且波動(dòng)時(shí)調(diào)整更迅速，這有利于紡絲成形的穩(wěn)定，長(zhǎng)周期連續(xù)生產(chǎn)以及纖維質(zhì)量更易控制。

2013年凝固浴濃度是通過手動(dòng)密度檢測(cè)控制，在這一年內(nèi)，紡絲共發(fā)生1次因凝固浴濃度控制失控引起的較大生產(chǎn)波動(dòng)，和多次小的濃度波動(dòng)，造成6條生產(chǎn)線不穩(wěn)，出現(xiàn)大范圍纏輥事故甚至部分生產(chǎn)線停車事故，且事故時(shí)間段內(nèi)的絲束強(qiáng)度等多項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)不合格等質(zhì)量問題，造成較大損失。2015年凝固浴濃度是通過在線折光儀檢測(cè)控制，全年內(nèi)，未發(fā)生任何1次凝固浴濃度嚴(yán)重失控現(xiàn)象。

結(jié)語

通過實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)，在線折光儀檢測(cè)濃度并自動(dòng)調(diào)整的方法很好的控制了凝固浴濃度的穩(wěn)定性，遠(yuǎn)優(yōu)于以往的手動(dòng)密度方法，從根本上消除了因凝固浴濃度波動(dòng)造成的生產(chǎn)事故和質(zhì)量問題，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)具有重大意義。

王玉奎

中國(guó)石化安慶分公司腈綸部

王玉奎（1986-）男，安徽省亳州市蒙城縣，本科，助理工程師，研究方向：腈綸紡絲生產(chǎn)優(yōu)化。

10.3969/j.issn.1001-8972.2016.10.030