腈綸扁平纖維纖偏的影響因素及糾正方法

胡革勝(中國石化安慶分公司腈綸部，安徽 安慶 246001)

0 引言

扁平腈綸纖維是一種截面為橢圓形或接近于矩形的腈綸纖維，具有特殊的光澤，良好的剛性，可以用作人造毛皮、絨毛玩具、室內(nèi)裝飾等，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

纖度是腈綸扁平纖維質(zhì)量中的一個(gè)重要指標(biāo)，它對(duì)于制品的品質(zhì)影響很大，纖維的成形過程進(jìn)行得越均勻，纖維及制品對(duì)各種變形的穩(wěn)定性就越高。實(shí)際生產(chǎn)中，纖偏就是衡量纖度的指標(biāo)，它是指纖維實(shí)際纖度和名義纖度之差與名義纖度的比值，它反映了纖度的偏離程度。

不同品種纖維的纖偏控制難易程度是有區(qū)別的：安慶腈綸現(xiàn)階段對(duì)扁平纖維3.66 XB、6.66 XB、13.33 XB、21.11 XB等品種的優(yōu)級(jí)品指標(biāo)控制在±8%，而實(shí)際生產(chǎn)中腈綸扁平纖維的纖偏往往波動(dòng)較大，特別是細(xì)旦扁平纖維，在生產(chǎn)中也較難控制，從而造成纖偏較大。

現(xiàn)從生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)合安慶腈綸濕法紡絲工藝的特點(diǎn)，對(duì)扁平纖維纖偏的影響因素作一些具體的分析(纖度的測(cè)定有稱重法、震蕩儀測(cè)定法，本文排除人為測(cè)定誤差，主要從生產(chǎn)控制過程的角度來探討扁平纖維纖偏的影響因素)，并提出具體的糾正方法。

1 原因分析

分析腈綸纖維纖偏的影響因素先從一個(gè)公式入手。由于生產(chǎn)是連續(xù)性的，計(jì)量泵每分鐘提供的聚合物的質(zhì)量與每分鐘經(jīng)過F13(熱牽伸出口輥)的絲束所含聚合物的質(zhì)量是相等的。于是有：

式中：Zrpm為計(jì)量泵轉(zhuǎn)速；Q為計(jì)量泵每轉(zhuǎn)的出膠量；P為原液的含固量；d為原液的比重；V13為紡速(F13輥的線速度)；N為噴絲頭的孔數(shù)；R為纖維的總收縮；D為定型機(jī)出口處纖維的纖度。

把公式(1)轉(zhuǎn)換為公式(2)：顯然纖維的纖偏與計(jì)量泵的轉(zhuǎn)速、計(jì)量泵出膠量、原液的含固量及比重、紡絲速度(F13的速度)、噴絲頭狀況和纖維的總收縮等是密切相關(guān)的，現(xiàn)依次對(duì)上述影響因素進(jìn)行逐個(gè)分析，之后提出一些預(yù)防糾正措施。

1.1 計(jì)量泵的轉(zhuǎn)速

根據(jù)公式(2)，Zrpm↑纖偏跑正，Zrpm↓纖偏跑負(fù)。檢查以下原因：

(1)計(jì)量泵與電機(jī)是否同步，計(jì)量泵轉(zhuǎn)數(shù)與變頻器控制是否有誤差，如有異常，聯(lián)系電氣人員及時(shí)處理。

(2)計(jì)量泵的轉(zhuǎn)速設(shè)定是否正確。如不正確，工藝人員應(yīng)該重新設(shè)定。

1.2 計(jì)量泵的出膠量

出膠量↑纖偏跑正，出膠量↓纖偏跑負(fù)。檢查原因及處理方法：

(1)計(jì)量泵的入口壓力是否波動(dòng)，檢查原液供料泵、增壓泵壓力是否波動(dòng)，或設(shè)定值是否正常，有問題及時(shí)處理。

(2)計(jì)量泵自身原因。泵體漏膠或者由于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)造成計(jì)量泵磨損、腐蝕嚴(yán)重而導(dǎo)致供膠量不準(zhǔn)，如發(fā)生這種情況，立即聯(lián)系維修更換計(jì)量泵。

(3)計(jì)量泵入口管線是否有泄漏點(diǎn)而導(dǎo)致出膠量不足。如有泄漏點(diǎn)及時(shí)處理。

1.3 噴絲頭狀況

噴絲頭狀況主要有兩種：噴頭漏膠。漏膠會(huì)造成纖偏跑負(fù)；噴板的噴絲孔堵塞嚴(yán)重，纖偏跑正。另外，計(jì)量泵膠管漏膠，燭形過濾器漏膠等也會(huì)造成纖偏跑負(fù)。

處理方法：更換紡絲噴絲板的同時(shí)必須更換燭形過濾器，換噴絲板時(shí)，一定要檢查噴絲板是否清洗干凈，緊固噴絲板時(shí)要仔細(xì)、認(rèn)真，以防漏膠。

1.4 原液的含固量

原液含固量的波動(dòng)對(duì)扁平纖維的纖偏影響很大(如表1所示)，表中是紡絲裝置2021年9月份6D扁平(6.67 XB)纖維部分質(zhì)量數(shù)據(jù)，如圖1所示，原液含固量的變化對(duì)纖偏影響非常明顯。原液的含固量高，纖偏跑正；含固量低，纖偏跑負(fù)。跑正纖偏時(shí)，下調(diào)計(jì)量泵轉(zhuǎn)速；跑負(fù)纖偏時(shí)，上調(diào)計(jì)量泵轉(zhuǎn)速。同時(shí)，原液含固量要及時(shí)作相應(yīng)調(diào)整。

表1 紡絲裝置9月份6D扁平(6.67 XB)纖維部分質(zhì)量數(shù)據(jù)

圖1 含固量對(duì)扁平纖維纖偏的影響

另外，原液中第二單體含量高，在相同的干燥條件下，纖度偏大；原液雜質(zhì)含量高，凝固時(shí)，在絲條中占據(jù)體積，相應(yīng)降低了聚合物的含量，洗滌去除雜質(zhì)后使纖度偏??；二氧化鈦分散性差，局部堵孔，使纖度偏大。一旦出現(xiàn)這些情況，聚合裝置要及時(shí)處理[1]。

1.5 紡絲速度(V13)

(1)紡速是否變化，V13↑纖偏跑負(fù)，V13↓纖偏跑正。如有變化，檢查：① 變頻器原因，實(shí)際速度與設(shè)定速度不符，及時(shí)聯(lián)系人員進(jìn)行處理；②紡速設(shè)定不對(duì)，工藝人員及時(shí)調(diào)整。

(2)總牽伸倍數(shù)不對(duì)。牽伸倍數(shù)↑纖偏跑負(fù)；牽伸倍數(shù)↓纖偏跑正?？偁可毂稊?shù)的影響因素有：噴絲頭拉伸率、溶劑牽伸與熱牽伸。

①噴絲頭拉伸率。生產(chǎn)中是采用噴頭負(fù)拉伸的，采用負(fù)拉伸在相同的浸漬長(zhǎng)度內(nèi)可增加原液細(xì)流在凝固浴中的停留時(shí)間，從而達(dá)到緩和凝固速度的目的。扁平纖維的負(fù)拉伸率比常規(guī)纖維的負(fù)拉伸率絕對(duì)值要大。但噴絲頭負(fù)拉伸率絕對(duì)值不能太大，一方面如果太大，紡絲原液剛出噴絲板面時(shí)脹大效應(yīng)嚴(yán)重會(huì)影響扁平度，另一方面為了控制一定纖度，拉伸倍數(shù)就需大大提高，這樣纖維的剛性過大勾強(qiáng)下降，成品纖維也缺少蓬松感[2]。噴絲頭拉伸率如公式(3)所示：

式中：φ為噴絲頭拉伸率；VL為第一拉絲輥速；V0為噴絲速度。

②溶劑牽伸。溶劑牽伸的主要影響因素有：溫度、濃度、溶牽倍數(shù)。

溫度的影響：溫度高，凍膠體脫液過度，初生纖維的可塑性下降，導(dǎo)致拉伸比下降。溫度低，凍膠體脫液少，初級(jí)溶脹度大，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)太弱，經(jīng)不起高倍拉伸，同樣導(dǎo)致最大拉伸比下降。所以，通常溫度控制在42～48 ℃，如果溫度不正常，自控、循環(huán)崗位需檢查處理調(diào)節(jié)閥、加熱器等。溶牽濃度的影響：溶牽溫度選定后，濃度也要適當(dāng)，濃度對(duì)纖維的纖度有一定影響。所以生產(chǎn)中溶液的濃度一般控制在4.2%左右。實(shí)際生產(chǎn)中的溶牽濃度是通過進(jìn)入溶牽水洗的量來控制的，因此在操作時(shí)，一定要保證進(jìn)入溶牽的水洗量。生產(chǎn)中經(jīng)常通過多清洗水洗濾網(wǎng)、溶牽濾器來保證溶牽的量，但量要適中，從而保證溶牽濃度在合適范圍。另外，回收裝置蒸發(fā)系統(tǒng)的波動(dòng)也可能使冷凝液竄有硫氰酸鈉而導(dǎo)致溶牽濃度過高，這要根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)進(jìn)行處理。溶劑牽伸倍數(shù)的影響：初生纖維的溶脹率高，取向度低，經(jīng)不起高倍數(shù)拉伸，所以溶劑牽伸倍數(shù)不能過大；若溶劑牽伸倍數(shù)太低，則初生纖維的強(qiáng)度提高不大，在水洗和預(yù)熱時(shí)，會(huì)產(chǎn)生斷絲，并且牽伸倍數(shù)太低會(huì)增加熱牽伸的難度，而導(dǎo)致總牽伸倍數(shù)不夠，影響纖維纖度。如果牽伸倍數(shù)不對(duì)，技術(shù)人員應(yīng)該重新設(shè)定參數(shù)。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，腈綸扁平纖維溶劑牽伸倍數(shù)應(yīng)比常規(guī)纖維2.5倍略大。

③熱牽伸。在濕法紡絲中，熱牽伸是完成纖維拉伸過程的主要工序。纖維在拉伸過程中，大分子或聚集態(tài)結(jié)構(gòu)單元發(fā)生舒展，并沿纖維軸向排列，同時(shí)還會(huì)隨著相態(tài)的變化，伴隨著其他結(jié)構(gòu)特征的變化。熱牽伸的效果直接影響纖維的纖偏。熱牽伸的主要影響因素有：聚合物相對(duì)分子量、牽伸時(shí)間、纖維的排列均勻性、溫度、牽伸倍數(shù)、熱水循環(huán)量等。

聚合物相對(duì)分子量。過大過小都不利于牽伸，不僅易產(chǎn)生斷絲、毛絲，而且會(huì)使絲束拉伸不均勻而造成纖維纖度不均。這時(shí)聚合要及時(shí)調(diào)整。牽伸時(shí)間、纖維的排列均勻性、溫度、熱水循環(huán)量等不符合要求，都會(huì)造成絲束拉伸不均勻，甚至毛絲、斷絲，從而影響纖維的纖偏。相同牽伸倍數(shù)下，牽伸時(shí)間與紡速有關(guān)，不符合要求，工藝技術(shù)人員應(yīng)重新調(diào)整。纖維排列不均，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整導(dǎo)絲桿。熱水溫度、循環(huán)量不合要求，循環(huán)崗位需及時(shí)調(diào)整。熱牽伸倍數(shù)，其大小直接影響總牽伸倍數(shù)，在保證纖維質(zhì)量的前提下，牽伸倍數(shù)應(yīng)該盡量低，隨著牽伸倍數(shù)的增加，纖維的纖度減小，強(qiáng)度增加，延伸度下降(如表2所示)。扁平纖維的總牽伸倍數(shù)比常規(guī)纖維的牽伸倍數(shù)要略大。

表2 拉伸倍數(shù)對(duì)纖維性能的影響

另外，熱牽伸皮壓輥的狀態(tài)也會(huì)影響熱牽伸的倍數(shù)，如果皮壓輥?zhàn)冃巍⑵茁舛紩?huì)造成絲束在輥面打滑導(dǎo)致牽伸倍數(shù)不夠，而使纖維的纖偏跑正。遇到這種情況應(yīng)及時(shí)通知維修處理。生產(chǎn)扁平纖維時(shí)的熱牽伸皮壓輥壓力比生產(chǎn)常規(guī)纖維時(shí)要低，一般控制在0.35 MPa左右，避免壓力過高損傷扁平纖維[3]。

1.6 纖維的總收縮

纖維總收縮率↑纖偏跑正；總收縮率↓纖偏跑負(fù)。纖維總收縮主要包括調(diào)溫調(diào)濕機(jī)中的收縮和定型機(jī)中的收縮。

1.6.1 調(diào)溫調(diào)濕機(jī)中的收縮

纖維在調(diào)溫調(diào)濕機(jī)中，影響纖維收縮的因素：干濕球溫度、烘干機(jī)狀況、鋪絲狀況、進(jìn)排風(fēng)門的開度、絲束的含濕等，腈綸扁平纖維的收縮比常規(guī)纖維要小，一般調(diào)溫調(diào)濕機(jī)的前三區(qū)投溫度，最后一區(qū)溫度不投，以避免收縮過多而影響扁平度。

(1)致密化溫度：一般控制在100±8 ℃范圍，若偏高或偏低，需檢查溫度調(diào)節(jié)閥、加熱器、各循環(huán)風(fēng)機(jī)、總管網(wǎng)蒸汽壓力等。

(2)烘干機(jī)狀況：主要檢查各循環(huán)風(fēng)機(jī)，排濕風(fēng)機(jī)，各過濾網(wǎng)、鏈板速度等，有問題及時(shí)處理。

(3)鋪絲狀況：鋪絲是否均勻、有間隙，有問題及時(shí)調(diào)整；若是擺臂問題，及時(shí)聯(lián)系儀表處理人員；如果氣缸漏氣，聯(lián)系維修人員及時(shí)更換汽缸。調(diào)溫調(diào)濕機(jī)的鏈板速度要適中，保證絲束在調(diào)溫調(diào)濕機(jī)中的停留時(shí)間在工藝指標(biāo)范圍。

(4)絲束含濕：熱牽伸皮壓輥的壓水狀況也會(huì)影響調(diào)溫調(diào)濕的效果，如果皮壓輥老化變形或者氣缸漏氣都會(huì)造成絲束帶水過多，這時(shí)必須立即聯(lián)系人員維修處理。

1.6.2 絲束在定型機(jī)中的收縮

品種不同，纖維的收縮控制要求也不一樣。安慶腈綸定型工序是連續(xù)定型，影響定型收縮的因素主要有：定型機(jī)壓力、溫度、鋪絲狀況、拉絲點(diǎn)等。

(1)定型機(jī)的壓力、溫度。扁平纖維的定型壓力設(shè)定比常規(guī)纖維要低，以避免定型收縮過多而影響扁平度。定型的溫度越高，纖維超分子結(jié)構(gòu)的舒展、重建和加強(qiáng)的強(qiáng)度就越深入，總?cè)∠蛞蜃釉谝欢ǚ秶鷥?nèi)降低，纖度增大。所以，溫度過高纖偏跑正，過低跑負(fù)。另外，溫度過高，纖維會(huì)發(fā)黃、產(chǎn)生并絲。

如果出現(xiàn)問題：檢查溫度調(diào)節(jié)閥的副線是否關(guān)死，調(diào)節(jié)閥本身是否好用。不好用，聯(lián)系儀表處理人員；壓力低，檢查總管網(wǎng)壓力是否夠，調(diào)節(jié)閥的隔離閥是否完全打開，調(diào)節(jié)閥是否好用。另外，檢查急冷處的二級(jí)脫鹽水和入口噴淋處的“B”級(jí)脫鹽水是否用量大，定型機(jī)液位的“B”級(jí)脫鹽水補(bǔ)加閥是否開啟。正常生產(chǎn)情況下，定型機(jī)壓力能保證，溫度就能保證。為了避免增加能耗和定型壓力的波動(dòng)，正常生產(chǎn)過程避免入口噴淋使用“B”級(jí)脫鹽水。

(2)定型機(jī)鏈板的鋪絲狀況。鋪絲不均勻，會(huì)導(dǎo)致絲束收縮不均，而影響纖維的纖度。應(yīng)檢查各入口噴淋管是否歪斜，噴淋方向是否正確，入口處有無亂絲以及入口輥的運(yùn)行情況，檢查出原因后及時(shí)處理。

(3)控制定型機(jī)拉絲點(diǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)操作很關(guān)鍵，它主要靠調(diào)節(jié)定型出口速度(F17)來實(shí)現(xiàn)，設(shè)備運(yùn)行良好的情況下，壓力、溫度、鋪絲狀況是容易控制的。拉絲點(diǎn)與操作人員的操作息息相關(guān)。拉絲點(diǎn)的控制還包括調(diào)溫調(diào)濕機(jī)拉絲點(diǎn)的控制，日常操作時(shí)一定要使拉絲點(diǎn)穩(wěn)定在指定區(qū)內(nèi)，調(diào)濕機(jī)拉絲點(diǎn)的控制主要靠控制F16(定型入口速度)的速度來實(shí)現(xiàn)，一旦發(fā)現(xiàn)拉絲點(diǎn)位置不對(duì)，往前或往后跑，要及時(shí)查找原因，檢查調(diào)溫調(diào)濕狀況以及定型入口輥運(yùn)行有無故障、定型壓力是否波動(dòng)。在操作中，F(xiàn)16(定型入口速度)、F17(定型出口速度)的速度盡量趨于工藝?yán)碚撝担ＷC扁平纖維在調(diào)溫調(diào)濕機(jī)和定型機(jī)內(nèi)的收縮，達(dá)到控制纖維纖度的目的。

2 結(jié)語

總之，影響腈綸扁平纖維的纖偏因素較多。實(shí)際生產(chǎn)中，出現(xiàn)纖偏超標(biāo)的原因主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：聚合裝置含固量的波動(dòng)；紡絲裝置的紡絲臺(tái)上，如：計(jì)量泵出膠量、膠管漏膠、噴頭漏膠、噴板的噴絲孔堵塞嚴(yán)重等；紡絲裝置定型工序的兩個(gè)拉絲點(diǎn)(定型入口速度、定型出口速度)控制。因?yàn)槠渌蛩氐目刂浦灰O(shè)定參數(shù)正確，電氣、設(shè)備運(yùn)行正常很容易做到。因此，這就要求生產(chǎn)過程中，聚合含固量波動(dòng)需及時(shí)調(diào)整，上述問題是容易處理的，因而紡絲現(xiàn)場(chǎng)操作人員生產(chǎn)中更應(yīng)該認(rèn)真巡檢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)處理，從而保證扁平纖維纖偏控制在正常范圍。