聚酰亞胺干噴濕紡關鍵技術研究與探討

徐波(江蘇天明機械集團有限公司，江蘇 連云港 222062)

聚酰亞胺干噴濕紡關鍵技術研究與探討

徐波(江蘇天明機械集團有限公司，江蘇 連云港 222062)

簡要介紹聚酰亞胺纖維的功能特點和國內外現狀，提出了一種適合于聚酰亞胺長絲干噴濕紡的技術方案，對其中的關鍵技術難題進行了闡述。

聚酰亞胺;干噴濕紡;關鍵技術;凝固浴

聚酰亞胺纖維是上個世紀50年代由美國和前蘇聯率先發展起來的一類耐熱高分子材料，是目前有機耐高溫纖維中的主要類別。聚酰亞胺長絲以其極好的耐高溫絕緣性能，在高性能纖維中占據重要地位。

經過半個世紀的開發，世界產量已經達到2萬-3萬噸，由于生產技術和產品成本的原因，世界上聚酰亞胺纖維一直發展比較緩慢，沒有較大規模的工業化生產。直到2O世紀9O年代。隨著高科技領域發展的迫切需要，特別是航空航天領域的巨大需求，其研究在世界范圍內又重新活躍起來。由于生產聚酰亞胺纖維的投資成本高，技術難度大，長期以來只有美國等極少數國家生產，形成了技術和貿易的壟斷。正是全球對聚酰亞胺纖維的需求和市場競爭的日益加劇，迫使國內外企業不斷開發新工藝，新技術，從而賦予聚酰亞胺纖維更加優異的性能，使生產聚酰亞胺的成本盡可能降低。

1 技術路線

1.1 化學纖維的主要制備方法有：

濕法紡絲、干法紡絲和干噴濕紡法。濕法紡絲、干噴濕紡法都能用于制備聚酰亞胺長絲，本方案采用干噴濕紡法制備聚酰亞胺長絲。

聚酰亞胺紡絲生產線由專用溶解裝置、脫泡裝置、凝固浴裝置、喂入羅拉裝置、水洗裝置1、堿洗裝置1、堿洗裝置2、水洗裝置2、干燥裝置、熱處理定型裝置、上油裝置和卷繞機等組成，脫泡裝置、凝固浴裝置為關鍵設備，需要自主開發。聚酰亞胺長絲生產工藝流程如下圖：

工藝流程簡述：專用溶解裝置→脫泡裝置→凝固浴裝置凝固成形→喂入裝置羅拉調整、整理→水洗裝置1→堿洗裝置1→堿洗裝置2→水洗裝置2→干燥裝置→熱處理定型→上油裝置→卷繞成型

1.2 研究試驗方法和技術路線

根據生產工藝流程，需要對聚酰亞胺原液經過凝固浴裝置凝固成形進行過程仿真，對成型過程中有關的參數進行測試，與仿真結果進行比較并對仿真模型進行修正，對有關的設備進行優化設計。

2 研究目標及關鍵技術

目前國際上聚酰亞胺長絲纖維設備其工藝參數保密很嚴，工藝參數的變化會嚴重影響產品的品質。原液經過凝固浴裝置凝固成形是聚酰亞胺長絲生產中最關鍵過程，也是本方案的研究重點，通過分析、研究實際使用情況，進一步研究凝固機理，必須對其進行過程仿真和優化設計。確定工藝參數，對凝固浴裝置的主要零部件結構參數適當調整、優化，使其更容易、方便地調整。從以下五方面進行優化：

2.1 通過分析、研究實際使用情況，進一步研究凝固機理，調整工藝參數，研制出新型脫泡裝置，能在比較短的時間內將溶解過程和溶液輸送過程中產生的氣泡從高粘度的溶液中脫除，從而保證聚合體不降解，同時保證紡絲時不發生毛絲。

2.2 凝固浴流體流量、流速的優化

凝固浴流體流量、流速對成品絲的機械性能有特別重要的影響。控制紡絲管中的流體流量、流速；控制好溢流凝固液和射入凝固液的流速，使其維持在恒定水平，以確保流向紡絲孔的凝固浴流在紡絲孔附近無湍流。

2.3 浴液的深度

溢流凝固浴流體的流率通過調整凝固槽中浴液的深度來控制。由于絲束在向前運動時的抽吸作用，空氣將被吸入到紡絲管中，對于成品絲線的拉伸性能及機械品質都不利，項目擬通過調整溢流凝固槽中浴液的深度來確保沒有氣泡夾帶。

2.4 紡絲管斷面優化設計

穿過紡絲管運動著的絲束借助界面層效應造成的抽吸作用，導致通過出口孔的溢流流率受到經同一孔運動的絲束的影響。為抵消這種效應，需對紡絲管斷面參數進行優化設計。

2.5 凝固液噴射孔優化設計

射入凝固液的流率通過設計一種可計量調節的噴射孔來控制。流率和噴射孔要合適：如果射入凝固液的軸向速度較慢，會產生導致使絲束強度降低的絲束拖拽效應；而射入凝固液的軸向速度較快，則會發生對絲束的過度干擾從而使絲束強度降低。本方案通過調整凝固浴管中合并凝固液的平均線速度與絲束離開凝固浴管的速度，以避免由于絲束內的蠕變導致絲線強度的損失，解決在喂入羅拉前缺乏足夠張力而可能造成的生產連續性問題。

3 主要技術指標：

序號1 2 3 4 5 6數據名稱紡絲線速度每束絲的旦數每條線紡絲位數熱源干燥溫度氣源壓力數據500～800 1000～3000 8導熱油或電250～280±1 0.6單位m/min d位可按用戶要求℃MPa

4 結語

本文所論述的聚酰亞胺干噴濕紡關鍵技術研究，通過某企業現場試驗，聚酰亞胺絲束質量、性能優良，得到了市場的認可。聚酰亞胺紡絲設備的產業化，將大大提高我國化纖機械的專業化水平，減少我國聚酰亞胺長絲生產項目的投資規模，可以打破國外企業的技術和貿易壟斷，降低企業的成本，提高企業國際競爭力。

[1]薛金秋.化纖機械[M].中國紡織出版社，1999年09月.

[2]元士磊荊旭東高占勇侯振奎.聚酰亞胺干噴濕紡成套設備的研究與探討[J].山西紡織服裝，2013年4月.