抗起球腈綸紡絲工藝的優(yōu)化

趙君 馬佳 張又生(中國(guó)石油撫順石化公司腈綸化工廠 遼寧 撫順 113001)

常規(guī)腈綸一般都具有易起球、不落球等不足之處，而抗起球腈綸恰好解決了常規(guī)腈綸這些缺陷，其為腈綸的一種差別化產(chǎn)品，整體品質(zhì)較常規(guī)腈綸要優(yōu)異的多。然而，目前，東麗、三菱、Exlan等品牌的進(jìn)口抗起球腈綸壟斷了我國(guó)的抗起球腈綸市場(chǎng)?；谶@樣的背景，抗起球腈綸也開始吸引中國(guó)石化、大慶石化、上海石化股份有限公司等重要企業(yè)的眼球，這些企業(yè)也開始注重抗起球腈綸的研發(fā)與生產(chǎn)，并收獲了豐碩的果實(shí)。由于紡絲工藝調(diào)整法是生產(chǎn)抗起球腈綸最主要也是最常用的方法，且其具有操作簡(jiǎn)單，靈活，抗起球級(jí)數(shù)高等優(yōu)越性，因此，本研究重點(diǎn)討論采用紡絲工藝調(diào)整法生產(chǎn)的1.67dtex抗起球腈綸紡絲工藝的優(yōu)化問(wèn)題。

一、實(shí)驗(yàn)部分

1.實(shí)驗(yàn)試劑

聚丙烯腈(PAN)二步法原液：中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司腈綸事業(yè)部產(chǎn)。

2.實(shí)驗(yàn)裝置

腈綸二步法轉(zhuǎn)向紡試驗(yàn)線：張家港港鷹實(shí)業(yè)有限公司制；Fafegraphm強(qiáng)伸儀：Textechna公司制；高溫高壓染樣機(jī)：上海染料化工廠制；RPT亂翻式起球儀：英國(guó)公司制。

3.生產(chǎn)工藝流程

本研究主要采用紡絲工藝調(diào)整法進(jìn)行抗起球腈綸紡絲的生產(chǎn)與優(yōu)化，其生產(chǎn)的工藝流程如下圖1所示：

圖1 抗起球腈綸生產(chǎn)工藝流程

二、結(jié)果與討論

1.腈綸織物起球的原因與特點(diǎn)

從顯微鏡下觀察，腈綸單根纖維成纖抱和力很小，表面無(wú)凹凸不平現(xiàn)象，形狀近似一個(gè)圓柱體?？椢镌谕饬Γㄈ绱晗础^拉、摩擦等）的作用下，極易出現(xiàn)起毛現(xiàn)象，即織物的端頭逐漸從紗線中滑移至織物的表面，且隨著外力作用的加強(qiáng)，暴露于表面的長(zhǎng)度逐漸增長(zhǎng)，當(dāng)達(dá)到一定的長(zhǎng)度（一般為2-6mm）之后，給人的外觀形象就是“起毛”。若起毛后的織物進(jìn)一步經(jīng)歷外力的摩擦、揉搓等，就會(huì)出現(xiàn)“起球”現(xiàn)象，即纖維的端頭聚集在一起，以一個(gè)個(gè)“小毛球”的形式，暴露在織物的表面。

腈綸的抗拉強(qiáng)度很大，原因是：聚丙烯腈分子中含有大量的碳-碳鍵結(jié)構(gòu)。由于腈綸具有極大的抗張強(qiáng)度，加之在鉤拉、搓洗等外力作用下，紡絲的端頭極易暴露于織物的表面，所以，腈綸織物具有極差的抗起球性能，一旦織物起球，在不借助與外力的情況下，球幾乎就一直跟隨著織物，因?yàn)檫B接球與織物之間的纖維非常牢固，一般情況下，幾乎沒有斷裂的可能性。

2.紡絲負(fù)拉伸比

一般而言，凝固浴出口導(dǎo)輥速度、噴絲孔面積以及紡絲計(jì)量泵供漿量直接影響著負(fù)拉伸比，當(dāng)其他條件保持不變時(shí)，前兩個(gè)量越大，第三個(gè)量越小，負(fù)拉伸比越小。當(dāng)采用相同的噴絲板同時(shí)生產(chǎn)抗起球腈綸與常規(guī)腈綸時(shí)，前者的負(fù)拉伸比要比后者低40%～50%。下表1為負(fù)拉伸比及噴絲孔孔徑對(duì)纖維成形的影響，從表1可知：當(dāng)噴絲孔的孔徑由0.055mm下降到0.050mm，負(fù)拉伸比由2.4-2.8上升到3.0-3.5時(shí)，抗球腈綸的質(zhì)量得到明顯的改善，即外觀更加美觀（顏色由泛白變?yōu)橥该?，手感由粗硬變?yōu)檩^好），紡絲情況更加優(yōu)異（斷絲現(xiàn)象明顯減少，粉末大幅度降低），同時(shí)，生產(chǎn)的穩(wěn)定性也得到顯著的增強(qiáng)。除此之外，筆者還發(fā)現(xiàn)：噴絲孔孔徑的縮小還加快了紡絲速度，提高了1.67dtex纖維的單位產(chǎn)量。由此可以看出：在保持總拉伸倍數(shù)不變的條件下，適當(dāng)縮小噴絲孔孔徑，提高負(fù)拉伸比，對(duì)紡絲成形是有極大幫助的。

表1 負(fù)拉伸比及噴絲孔孔徑對(duì)纖維成形的影響

3.熱定型工藝

適當(dāng)弱化熱定型是抗起球腈綸生產(chǎn)必不可少的環(huán)節(jié)之一，其弱化定型的程度以不破壞纖維染色性能和沸水收縮率指標(biāo)為宜。由圖2及圖3可知：當(dāng)結(jié)強(qiáng)乘以結(jié)伸的值不超過(guò)30時(shí)，將熱定型溫度從100～105℃調(diào)至110～115℃，且結(jié)束純水噴淋，以加壓過(guò)熱蒸汽取代先前的加壓飽和蒸汽，能在一定程度上改善尺寸的穩(wěn)定性及纖維的沸水收縮率，同時(shí)能將抗球腈綸的抗球級(jí)數(shù)從3.5級(jí)提升到4.0-4.5級(jí)（相當(dāng)于國(guó)際上諸如東麗、Exlan等其他品牌的抗球級(jí)數(shù)）。由此可以得出：適當(dāng)調(diào)節(jié)熱定型溫度能夠在一定程度上提高各項(xiàng)物理性能，確保各項(xiàng)物理性能都符合既定指標(biāo)。

圖2 熱定型溫度對(duì)纖維打結(jié)伸長(zhǎng)率和鉤結(jié)強(qiáng)度及打結(jié)強(qiáng)度的影響

圖3 熱定型溫度對(duì)纖維沸水收縮率及上色率的影響

4.產(chǎn)品質(zhì)量

在生產(chǎn)抗起球腈綸的過(guò)程中，依次經(jīng)過(guò)紡絲成形、熱定型等工藝優(yōu)化，有助于提高產(chǎn)品的質(zhì)量，研究表明：經(jīng)優(yōu)化后的抗起球腈綸的質(zhì)量基本上能與國(guó)外同類產(chǎn)品的質(zhì)量相當(dāng)，其外觀性能（手感、顏色等）、紡絲情況（粉末情況、斷絲情況等）等得到明顯的改善，同時(shí)，其打結(jié)強(qiáng)度、打結(jié)伸長(zhǎng)率等指標(biāo)已達(dá)到既定的標(biāo)準(zhǔn)，即生產(chǎn)的抗起球腈綸性能穩(wěn)定。本研究生產(chǎn)的不同線密度的抗起球腈綸的質(zhì)量指標(biāo)同東麗、Exlan等進(jìn)口品牌的抗起球錦綸質(zhì)量指標(biāo)的比較見表2所示。

表2 不同線密度的抗起球腈綸的質(zhì)量指標(biāo)與進(jìn)口品牌抗起球錦綸質(zhì)量指標(biāo)的比較

結(jié)論

本研究主要采用紡絲工藝調(diào)整法生產(chǎn)抗起球腈綸，并重點(diǎn)對(duì)線密度為1.67dtex抗起球腈綸紡絲工藝的優(yōu)化進(jìn)行了研究。研究表明：在保持總拉伸倍數(shù)不變的條件下，適當(dāng)縮小噴絲孔孔徑，提高負(fù)拉伸比，對(duì)紡絲成形是有極大幫助的；適當(dāng)調(diào)節(jié)熱定型溫度能夠在一定程度上提高各項(xiàng)物理性能，確保各項(xiàng)物理性能都符合既定指標(biāo)；在生產(chǎn)抗起球腈綸的過(guò)程中，依次經(jīng)過(guò)紡絲成形、熱定型等工藝優(yōu)化，有助于提高產(chǎn)品的質(zhì)量，經(jīng)優(yōu)化后的抗球腈綸能夠與國(guó)際上其他品牌（如東麗、Exlan等）抗球腈綸抗衡，其抗球級(jí)數(shù)可達(dá)4.0-4.5左右。

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