噴絲板（頭）清洗新技術

文/李煒 侯志輝

噴絲板（頭）清洗新技術

文/李煒 侯志輝

這幾年的研究表明，噴絲板（頭）的清洗效果欠佳，清洗技術落后是導致我國高性能纖維生產(chǎn)技術與發(fā)達國家存在差距的原因之一

噴絲板（頭）清洗技術是保證纖維質量的關鍵部件之一，是整個高性能纖維制造流水線上的一個關鍵部件，具有“四兩撥千斤”的作用。20世紀初，各國對碳纖維等高性能纖維的質量之爭已經(jīng)全面升級，用于高性能纖維生產(chǎn)制造的噴絲板（頭）性能優(yōu)劣再次被推到提高國產(chǎn)高性能纖維產(chǎn)品質量的風口。

研究發(fā)現(xiàn)，以碳纖維等高性能纖維為例，國內(nèi)的生產(chǎn)技術水平離美國、日本等發(fā)達國家無論在規(guī)模還是技術上都存在較大差距。這些差距除了主要流水線裝備技術等原因之外，這幾年的研究表明，其中噴絲板（頭）的清洗效果欠佳也是其中原因之一。

噴絲板（頭）清洗技術的作用是將黏流態(tài)的高聚物熔體或溶液，通過微孔轉變成有特定截面狀的細流，經(jīng)過凝固介質或凝固浴固化而形成絲條。因噴絲板（頭）小孔的形狀決定纖維的截面形狀，而噴絲板（頭）小孔在加工過程中出現(xiàn)畸形或使用過程中產(chǎn)生堵塞，都會引起纖維纖度不勻。噴絲板（頭）堵塞是紡絲過程中最常見的現(xiàn)象，會嚴重影響紡絲的效率和絲條的質量，而且熔體在經(jīng)過噴絲板（頭）時帶走的極微小的雜質也會造成紡絲斷頭或使纖維的單絲結構發(fā)生變化而引起強度降低。噴絲孔有黏連物之后，孔徑會出現(xiàn)不規(guī)則等現(xiàn)象，噴絲板（頭）形狀的缺陷會影響紡絲溶液的可紡性。

清洗基理及環(huán)保方案

經(jīng)過實證分析，因為聚合物熔體為非牛頓黏彈性流體，在噴絲板（頭）小孔中作黏性流動的同時，會發(fā)生彈性型變，減小彈性型變的方法除了降低熔體黏度之外，還跟減小熔體在小孔中的流動速度、長徑比等有關。高性能纖維生產(chǎn)過程中大都采用長徑比噴絲板（頭），適合的長徑比能提高紡絲質量，與此同時，在相同微孔直徑的情況下，微孔越長，加工和清洗難度越大。

目前市場領先的清洗技術主要在以中科院聲波研究所為主的超聲清洗技術。超聲波清洗機原理主要是通過換能器，將功率超聲頻源的聲能轉換成機械振動，通過清洗槽壁將超聲波輻射到槽子中的清洗液保持振動，破壞污物與噴絲板（頭）表面的吸附，引起污物層的疲勞破壞而被剝離。這種技術對長徑比噴絲板（頭）中的清洗而言，效果不是很理想。生產(chǎn)企業(yè)往往采取丟棄或用手工進行補救的辦法造成企業(yè)制造成本的居高不下。

實證研究表面，熔體在孔道中的停留時間必須大于熔體的松弛時間。（L/d0，L為微孔長度，d0為微孔直徑）。噴絲板（頭）長徑比見下表1。

在不改變?nèi)垠w黏度物理要求的同時，可以通過對噴絲板（頭）內(nèi)孔不黏連技術的研發(fā)，縮短流體在噴絲板(頭)中停留時間來降低彈性型變的機率。通過改變噴絲板（頭）結構，在原有的噴絲板（頭）表面增加防粘連涂層，使纖維熔液在經(jīng)過噴絲板（頭）過程中形成不易粘連的涂層結構。(本技術的專利號為：201520629099.1)

其次，采用環(huán)保物理方法進行清洗。 研發(fā)一種制冷制熱相結合的物理方法進行清洗，既環(huán)保又安全可靠。這些技術包括先加熱再制冷，或循環(huán)往復可按需重復多次，使附著在噴絲板（頭）表面的附著物充分龜裂。加熱方法可不限于紅外線或蒸汽加熱設備加熱并使其整體溫度高于其表面附著物的玻璃化溫度。制冷方式也不限于用液氮將噴絲板（頭）降溫至-30℃～-180℃。此技術的專利申請?zhí)枮椋?01620252979.6。清洗原理系統(tǒng)如圖1所示。

表1

環(huán)保實施方案：一體式安全回收

圍繞新型清洗技術，采取綜合實施不粘連涂層、制冷制熱交替法、負壓法等清洗技術，就能對噴絲板（頭）的表面以及各個極小孔洞進行高效、完全的清洗的同時，在清洗過程中也無需額外使用專用的溶質溶劑，因而在清洗后的廢水排放階段也不存在二次污染的隱患。

再者，冷媒的回收采取一體式制冷回收箱技術。這種回收箱能夠提供一種為纖維制造領域高低溫清洗過程中，特定的制冷箱體及冷源安全回收的一體式設備裝置。如圖2所示。這種一體式清洗箱包括箱體、頂蓋、密封圈、鎖扣，廢棄罐，連接管道，廢棄罐，所述箱體頂部開口且為雙層壁結構，箱體兩層壁之間為真空空間，密封圈設于箱體頂部開口上，頂蓋亦蓋于箱體頂部開口上，頂蓋與箱體之間通過鎖扣連接，所述廢棄罐固定在頂蓋上，廢棄罐具有加料口和出口，頂蓋上開有一通孔，連接管道兩端分別與頂蓋的通孔和廢棄罐的出口密封連接；廢棄罐具有進口，箱體底部設有一通孔，該通孔與廢棄罐的進口螺紋密封連接。此技術的專利申請?zhí)枮椋?01620252978.1

圖2

打造創(chuàng)新型綜合技術生產(chǎn)新業(yè)態(tài)

就目前的市場情況來看，噴絲板（頭）清洗技術未來的發(fā)展規(guī)劃，通過改變原有高性能纖維，尤其是碳纖維制造用噴絲板（頭）配套部件的清洗效果，來整體上提高國內(nèi)高性能纖維技術性能。在看好高性能纖維市場前景的同時在創(chuàng)新現(xiàn)有清洗技術，把傳統(tǒng)的制冷制熱等物理技術原理融為一體的基礎上，逐步形成一種創(chuàng)新型綜合技術生產(chǎn)新業(yè)態(tài)。包括通過線上（電商微信平臺）完成對噴絲板（頭）受污染情況進行在線跟預約跟蹤服務，線下完成物流渠道協(xié)助的商業(yè)閉環(huán)。

（本文作者李煒，東華大學紡織學院教授、博士生導師;侯志輝，上海志騎科技信息有限公司董事長。）