淺談尼龍66聚合物在紡絲箱管壁凝膠問題的成因及對(duì)策

席志勤　路向明

摘 要：尼龍66聚合物也就是我們常說的物料，在T4物料管里呈粘稠的熔融狀態(tài)。其分子結(jié)構(gòu)是由許多重復(fù)結(jié)構(gòu)單元通過酰胺鍵連接形成的長(zhǎng)鏈分子，生產(chǎn)中一部分大分子高溫下，會(huì)生成環(huán)狀分子結(jié)構(gòu)的環(huán)戊酮，并促使尼龍66大分子鏈之間交聯(lián)產(chǎn)生網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠，凝膠附著在物料管壁上隨著時(shí)間逐漸脫落混入聚合物，在后道工序中，產(chǎn)生毛絲。

目前，單錠單板毛絲日趨增多，面對(duì)新的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)，客戶高的需求，我們有由從本質(zhì)上去分析該問題，從根本上得以解決，穩(wěn)定生產(chǎn)，保證質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：尼龍66聚合物；紡絲箱；管壁凝膠；成因；對(duì)策

1 前言

尼龍66主要用于汽車、機(jī)械工業(yè)、電子電器、精密儀器等領(lǐng)域。從最終用途看，汽車行業(yè)消耗的尼龍66占第一位，電子電器占第二位。大約有88%的尼龍66通過注射成型加工成各種制件，約12%的尼龍66則通過擠出、吹塑等成型加工成相應(yīng)的制品。而尼龍66浸膠簾子布是廣泛適用于橡膠工業(yè)的輪胎骨架材料，具有強(qiáng)度高、耐高溫、耐疲勞、耐沖擊等優(yōu)良特性，尤其適用于斜交載重胎、工程胎、航空胎。尼龍66浸膠簾子布工業(yè)生產(chǎn)線中的關(guān)鍵在于尼龍66原絲制備環(huán)節(jié)，此環(huán)節(jié)中，由尼龍66鹽（已二酸和已二胺的水溶液）為原料，經(jīng)過一系列縮合聚合反應(yīng)生成尼龍66聚合物（以下簡(jiǎn)稱物料），物料經(jīng)過輸送泵增壓進(jìn)入紡絲箱，再由箱內(nèi)四臺(tái)計(jì)量泵通過四組噴絲板形式絲束，進(jìn)入卷繞工序制備成原絲筒子成品。

紡絲箱每?jī)蓧K噴絲板稱一個(gè)錠位，實(shí)際生產(chǎn)中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)單錠單板毛絲問題，是紡絲生產(chǎn)中常見異常問題之一，尤其是機(jī)器設(shè)備在運(yùn)行快一年的時(shí)間，出現(xiàn)的頻率逐漸增多，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量，影響生產(chǎn)進(jìn)度。單錠單板毛絲的成因究竟在哪里呢？歷年來(lái)這個(gè)問題一直困撓著我們，要解決這一問題，需要我們積極采取措施，促進(jìn)生產(chǎn)穩(wěn)定進(jìn)行。

紡絲箱做為一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，在實(shí)際生產(chǎn)中如果預(yù)防、控制未做到位，工作操作不當(dāng)，不但不能很好解決問題，而且會(huì)給生產(chǎn)帶來(lái)新的問題，甚至不可預(yù)防控制的局面，如更換紡絲箱，最終出現(xiàn)更多錠不好紡……本文就紡絲箱這一生產(chǎn)環(huán)節(jié)，出現(xiàn)紡絲箱管壁凝膠問題進(jìn)行探討。

2 尼龍66聚合物

2.1物料性質(zhì)

尼龍66聚合物：尼龍66為聚己二酰己二胺，工業(yè)簡(jiǎn)稱PA66。常制成圓柱狀粒料，作塑料用的聚酰胺分子量一般為1.5萬(wàn)～2萬(wàn)。各種聚酰胺的共同特點(diǎn)是耐燃，抗張強(qiáng)度高（達(dá)104千帕），耐磨，電絕緣性好。

尼龍66具有強(qiáng)度高，回彈性好、耐疲勞、可染性和耐腐蝕、耐蟲蛀等優(yōu)良性能，密度低于大多數(shù)纖維品種，耐磨性能優(yōu)于合成纖維其他品種，是棉花的10倍，羊毛的20倍和粘膠纖維的50位。另尼龍66具有更高的強(qiáng)度和更高的熔點(diǎn)、軟化點(diǎn)。尼龍66晶體中氫鍵密度較高，其晶體酰胺基都能形成氫鍵，而且不受順向或反向平行的影響，所以熔點(diǎn)較高，熔融熱也大。所含對(duì)人體有害的單體也較少，對(duì)健康的危害程度是所有合成纖維中最少的。尼龍66長(zhǎng)絲具有良好的耐低溫性能，在零下70度以下時(shí)，其回彈性變化也不大。

分子式：鏈節(jié)結(jié)構(gòu)為-OC（CH2）4CONH（CH2）6NH-。

熔點(diǎn)：熔點(diǎn)即結(jié)晶熔解時(shí)的溫度，對(duì)結(jié)晶性高分子尼龍-66，顯示清晰的熔點(diǎn)，根據(jù)采用的測(cè)試方法，熔點(diǎn)在259～267℃的范圍內(nèi)波動(dòng)。

2.2熱分解和水解反應(yīng)：

與其它聚酰胺相比，尼龍-66最容易熱降解和三維結(jié)構(gòu)化。當(dāng)尼龍-66發(fā)生熱分解時(shí)，首先表現(xiàn)為主鏈開裂引起分子量、熔體粘度降低；進(jìn)一步降解時(shí)，由三維結(jié)構(gòu)化引起熔體粘度上升而最終變成凝膠，成為不溶不熔物。

在惰性氣體氛圍中，尼龍-66可以在300℃保持短時(shí)間的穩(wěn)定性，但時(shí)間長(zhǎng)后（如290℃下5小時(shí)）就可看出明顯的分解，產(chǎn)生氨和二氧化碳等。

2.3離子聚合

陽(yáng)離子聚合可用BF3、ALCL3、TICL4、SNCL4與水或醇類為有效的引發(fā)劑。適于陽(yáng)離子聚合的單體是帶有推電子聚代基的烯類單體，推電子基使碳-碳雙鍵電子運(yùn)密度增加，且有親核心性，有利于陽(yáng)郭子活性中心的進(jìn)攻反應(yīng)，同時(shí)生成新的碳陽(yáng)離子活性中心。

陽(yáng)離子聚合反應(yīng)有如下工藝特點(diǎn)：

（1）對(duì)聚合反應(yīng)體系中空氣、水分等雜質(zhì)比較敏感，因此要求高度的除水、除氧，須在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行反應(yīng)。

（2）引發(fā)活性中心或活性鏈向單體、溶劑的鏈轉(zhuǎn)移和終止反應(yīng)比較明顯，因此必須采取措施盡量抑制這種副反應(yīng)。

（3）聚合反應(yīng)呈低濁高速特點(diǎn)，在工程上要求高效的偉質(zhì)和傳熱措施，對(duì)設(shè)備和工藝要求特別嚴(yán)格，傳統(tǒng)的陽(yáng)離子聚合多數(shù) 為非控制聚合反應(yīng)，聚合反應(yīng)極快，反應(yīng)熱難以瞬間移出，造成局部過熱的非控制反應(yīng)?，F(xiàn)在由于科技進(jìn)步，對(duì)陽(yáng)離子聚合過程的掌控，在理論和實(shí)踐上都達(dá)到了新水平。

2.4 陰離子聚合

在陰離子聚合中，單體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)恰與陽(yáng)離子聚合相反，具有吸電子基的烯類單體，能使雙鍵上電子云密度減少，具有親電性，有利于陰離子的進(jìn)攻，如丙烯腈，苯乙烯，而帶強(qiáng)吸電子性取代基的單體，如A-氰基丙烯酸酯，遇到水即發(fā)生聚合。

陰離子聚合反應(yīng)常常是在沒有鏈終止反應(yīng)的情況下進(jìn)行的，許多增長(zhǎng)著的碳陰離子有顏色，如果體系非常純凈沒有雜質(zhì)，碳陰離子的顏色在聚合過程中直到把單體消耗完保持不變。當(dāng)重新加入單體時(shí)，可繼續(xù)反應(yīng)，相對(duì)分子質(zhì)量也相應(yīng)增加。陰離子聚合的鏈終止反應(yīng)很難。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在聚合物分子中很少發(fā)現(xiàn)不飽和鍵，排除了H：向單體轉(zhuǎn)移的可能性，說明很難從活性鏈上脫除負(fù)氫離子H：。另一方面，反離子一般是金屬陽(yáng)離子，而不是離子團(tuán)，陰離子活性中心無(wú)法從金屬離子中奪取原子或H而終止，因此就構(gòu)成了陰離子活性中心無(wú)終止的主要原因。

以上將離子型聚合的要點(diǎn)做了說明，與自由基聚合相比，同屬連鎖聚合機(jī)理，由于活性中心的性質(zhì)不同，期間區(qū)別也十分明顯，其特點(diǎn)列表對(duì)比如下：

3 紡絲箱結(jié)構(gòu)及作用

3.1 紡絲箱結(jié)構(gòu)

紡絲箱是由2個(gè)噴絲板/1錠*2錠的方形加熱容器，加熱聚合物分配管，齒輪泵，紡絲組件及紡絲箱入口的分支管，容器下半部裝有70升液態(tài)聯(lián)苯，通過電加熱器加熱它使其產(chǎn)生蒸氣。該蒸氣充滿紡絲箱后，便上升到箱體上部分支管夾套中，直到二通閥。當(dāng)循環(huán)線中氣體冷凝后，便返回紡絲箱，重新加熱蒸發(fā)，該過程反復(fù)進(jìn)行，利用這種聯(lián)苯蒸汽，直接加熱紡絲箱內(nèi)聚合物分配管和紡絲箱入口上方的分支管。紡絲組件及齒輪泵以傳熱方式加熱。紡絲箱上裝有排氣閥、壓力表（3公斤）及防爆板，箱內(nèi)壓力過高會(huì)致防爆板起跳泄壓以保證安全。

3.2 紡絲箱作用

紡絲箱是把送入其中的熔融聚合物用齒輪泵（4個(gè)/紡絲箱）以極細(xì)的絲狀形式，定量地壓到空氣中的裝置。每臺(tái)紡絲箱有兩個(gè)紡錠，每一紡錠安裝2個(gè)齒輪泵（每臺(tái)紡絲箱共4個(gè)齒輪泵）及紡絲組件。由聚合工序送入的高粘度聚合物，通過二通閥后在紡絲箱入口處被四根分配管導(dǎo)入紡絲箱體。每根分配管被分配到4個(gè)方向，各連接一個(gè)齒輪泵，熔融聚合物被齒輪泵加壓，并連續(xù)地定量地送到紡絲組件中。被組件內(nèi)濾材過濾后的熔融聚合物，通過具有很多細(xì)孔的噴絲板，壓送到空氣中，形成很多極細(xì)的絲條。

3.3 紡絲箱工藝參數(shù)

紡絲箱內(nèi)部溫度調(diào)節(jié)由工業(yè)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，有4個(gè)溫度點(diǎn)，其中，1點(diǎn)、2點(diǎn)為液相溫度，3點(diǎn)、4點(diǎn)為氣相溫度。3點(diǎn)為控制點(diǎn)，設(shè)定溫度320℃±2℃；4點(diǎn)為最高點(diǎn)，當(dāng)4點(diǎn)溫度降低到工藝規(guī)定溫度時(shí)，應(yīng)及時(shí)對(duì)紡絲箱進(jìn)行排氣操作，排除裂化氣體使4點(diǎn)溫度上升至正常工藝標(biāo)準(zhǔn)，以保證箱體內(nèi)的溫度均勻。

3.4紡絲箱加熱方式

紡絲箱是由2個(gè)噴絲板/1錠*2錠的方形加熱容器，加熱聚合物分配管，齒輪泵，紡絲組件及紡絲箱入口的分支管，容器下半部裝有70升液態(tài)聯(lián)苯，通過電加熱器加熱它使其產(chǎn)生蒸氣。該蒸氣充滿紡絲箱后，便上升到箱體上部分支管夾套中，直到二通閥。當(dāng)循環(huán)線中氣體冷凝后，便返回紡絲箱，重新加熱蒸發(fā)，該過程反復(fù)進(jìn)行，利用這種聯(lián)苯蒸汽，直接加熱紡絲箱內(nèi)聚合物分配民管和紡絲箱入口上方的分支管。紡絲組件及齒輪泵以傳熱方式加熱。

聯(lián)苯經(jīng)過長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)，裂化氣就停滯在紡絲箱上部，致使溫度不均勻，因此為了除去這種裂化氣體，在箱體上部設(shè)有排氣閥，還設(shè)有PIA，當(dāng)溫度異常上升，聯(lián)苯蒸氣壓力升高時(shí)，可以自動(dòng)切斷加熱器，停止加熱，保護(hù)紡絲箱。同時(shí)還裝有TA，一旦由于排氣次數(shù)增加使聯(lián)苯液位降低時(shí)，則可由TA告知，在發(fā)出警報(bào)的同時(shí)切斷加熱器，防止加熱器燒壞。此外，當(dāng)壓力異常上升時(shí)，為了釋放壓力而裝有安全閥。

4 尼龍66聚合物在紡絲箱管壁凝膠原因及對(duì)策

4.1 推論聯(lián)苯加入量過界

聯(lián)苯加入量過界引起紡絲箱管壁凝膠。由于紡絲箱是一個(gè)方形加熱容器，需要聯(lián)苯量為70升，聯(lián)苯量過界溫度都會(huì)有大幅變化，從而影響紡絲箱對(duì)分支管內(nèi)物料傳熱。

4.1.1 聯(lián)苯量過少 聯(lián)苯量低于臨界，在計(jì)算機(jī)上可以明顯表明，即1點(diǎn)、2點(diǎn)溫度持續(xù)上升，3點(diǎn)溫度波動(dòng)，4點(diǎn)溫度低。這種情況，如果控制工不及時(shí)處理，長(zhǎng)時(shí)間下去，隨著物料不停地向下道工序輸送，不停吸熱放熱，物料在夾套管內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)——裂解反應(yīng)，即產(chǎn)生凝膠，附著在管壁上，隨著溫度變化，物料流動(dòng)，再到下道工序，產(chǎn)生毛絲，影響生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量。這種現(xiàn)象在生產(chǎn)中一般很少存在，都能及時(shí)處理。

4.1.1 聯(lián)苯量過多 聯(lián)苯量高于臨界，箱體內(nèi)產(chǎn)生蒸氣過少，溫度雖然達(dá)到320℃，但因紡絲箱分支管為夾套管，液體溫度經(jīng)過傳熱夾套分支管，失去一定熱量，再到物料，物料接受到的溫度低于320℃，破壞了紡絲箱加熱條件，因此，在這種狀態(tài)下，物料流動(dòng)差，易粘附管壁，產(chǎn)生凝膠。聯(lián)苯量過多破壞了紡絲箱內(nèi)的加熱條件。

4.2 產(chǎn)品異常狀態(tài)判定及對(duì)策

實(shí)際生產(chǎn)中，我們?cè)谔幚懋惓栴}上，都是針對(duì)異常問題并著眼于其所經(jīng)過的工序來(lái)判定是在哪個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生，單板單錠毛絲異常判定也不例外。單錠單板毛絲問題主要特點(diǎn)是：1、不經(jīng)過牽伸機(jī)產(chǎn)生；2、多次更換組件效果不佳，比較頑固；3、紡絲箱溫度正常，補(bǔ)加聯(lián)苯后略好，但運(yùn)行一段時(shí)間后又毛（出現(xiàn)這種情況常常是反復(fù)加聯(lián)苯），結(jié)果更換紡絲箱。我們簡(jiǎn)單了解一下紡絲工藝流程：即尼龍66聚合物→二通閥→紡絲箱→計(jì)量泵→組件→紡絲筒→牽伸機(jī)→卷繞機(jī)等。

首先根據(jù)以上特點(diǎn)我們可以看出：

A、該單錠單板毛絲在牽伸機(jī)以上環(huán)節(jié)產(chǎn)生，如組件、紡絲箱等（特點(diǎn)1表明）；

B、該單錠單板毛絲不在組件環(huán)節(jié)上（特點(diǎn)2表明）；

C、在紡絲箱這個(gè)環(huán)節(jié)有不穩(wěn)定因素存在（特點(diǎn)3表明）。

由種種跡象可推斷：?jiǎn)栴}在紡絲箱這里。

那么，不穩(wěn)定因素究竟是什么原因造成的呢？

我們對(duì)問題紡絲箱做了跟蹤調(diào)查，結(jié)果如下：

（1）絲筒毛絲情況：有單根斷頭絲、有絲未斷但毛等癥狀。

（2）紡絲箱（如后附紡絲箱結(jié)構(gòu)圖所示）：

1紡絲箱一組加熱器加熱（據(jù)了解這種情況運(yùn)行快一年了）；

2紡絲箱溫度：1點(diǎn)317℃ 2點(diǎn)317℃ 3點(diǎn)318℃ 4點(diǎn)317℃ 設(shè)定值319℃開度值100%。由以上（1）（2）兩種情況并結(jié)合紡絲箱圖示判定：紡絲箱不穩(wěn)定因素是由其加熱器故障造成的。A、紡絲箱加熱器共有兩大組，每組都分別由啟動(dòng)、控制、自動(dòng)三組加熱器構(gòu)成（如紡絲箱圖示）。B、紡絲箱正常溫度設(shè)定值320℃，沒有特殊情況下，四個(gè)點(diǎn)一般均在320℃左右（上述紡絲箱實(shí)際溫度并未達(dá)到，且開度100%，也就是說，加熱器功率已無(wú)法滿足生產(chǎn)需求）。這是否就是單錠單板毛絲的成因呢？

在紡絲箱加熱器修好后，由原來(lái)的單錠單板毛絲變成了單錠雙板毛絲?？磥?lái)紡絲箱加熱器“不是”造成單錠單板毛絲的直接原因，但卻是由其引起的，是間接因素。這是因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間用一組加熱器加熱的過程中，使紡絲箱內(nèi)熱量不勻，形成死角，而物料在紡絲箱內(nèi)的分支管里受熱不均，流動(dòng)性差，易停留，造成凝膠，再遇溫度變化，脫落，致物料不純，最后造成毛絲（在一系列的處理過程中，溫度高高低低，尤其明顯）。由此判定紡絲箱內(nèi)物料分支管受熱不勻是造成紡絲箱管壁凝膠產(chǎn)生，從而導(dǎo)致單錠單板毛絲異常問題出現(xiàn)，是直接原因。而造成紡絲箱內(nèi)物料分支管受熱不勻主要有以下情況：

1、紡絲箱加熱器壞，長(zhǎng)時(shí)間不用再啟用情況下易產(chǎn)生單錠單板毛絲。

2、長(zhǎng)時(shí)間檢修加熱器易產(chǎn)生單錠單板毛絲。

3、多次降溫加聯(lián)苯情況下易產(chǎn)生單錠單板毛絲。

4、聯(lián)苯加多破壞傳熱條件最終導(dǎo)致單錠單板毛絲。

出現(xiàn)以上情況，在實(shí)際生產(chǎn)中更好的措施就是更換紡絲箱。

5 結(jié)論

目前伴隨著全球日益嚴(yán)峻的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)，客戶對(duì)我們產(chǎn)品質(zhì)量的要求也顯得格外嚴(yán)格。質(zhì)量，是企業(yè)的命脈，是企業(yè)的信譽(yù)。由此，我們要積極采取措施，從本質(zhì)上去分析問題，從根本上得以解決，穩(wěn)定生產(chǎn)，保證質(zhì)量。

建議，今后為降低紡絲箱管壁凝膠產(chǎn)生，減免單錠單板毛絲異常問題、快速解決，在平時(shí)工作中我們就要盡量做好以下工作：

1、準(zhǔn)確判斷紡絲箱異常，嚴(yán)格控制紡絲箱聯(lián)苯加入量。

2、平時(shí)生產(chǎn)中如遇紡絲箱加熱器壞要及時(shí)修換，盡量減免使用單組加熱器。

3、加強(qiáng)與電儀工段溝通，盡量避免長(zhǎng)時(shí)間降溫檢修加熱器。

4、加強(qiáng)工藝控制與檢查，降低防爆片的破裂機(jī)率，減少降溫加聯(lián)苯的次數(shù)。

5、如存在以上情況，當(dāng)班要作好關(guān)于這方面的記錄，以便追溯。

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