抗起球腈纶纺丝工艺的优化

赵君 马佳 张又生(中国石油抚顺石化公司腈纶化工厂 辽宁 抚顺 113001)

常规腈纶一般都具有易起球、不落球等不足之处，而抗起球腈纶恰好解决了常规腈纶这些缺陷，其为腈纶的一种差别化产品，整体品质较常规腈纶要优异的多。然而，目前，东丽、三菱、Exlan等品牌的进口抗起球腈纶垄断了我国的抗起球腈纶市场。基于这样的背景，抗起球腈纶也开始吸引中国石化、大庆石化、上海石化股份有限公司等重要企业的眼球，这些企业也开始注重抗起球腈纶的研发与生产，并收获了丰硕的果实。由于纺丝工艺调整法是生产抗起球腈纶最主要也是最常用的方法，且其具有操作简单，灵活，抗起球级数高等优越性，因此，本研究重点讨论采用纺丝工艺调整法生产的1.67dtex抗起球腈纶纺丝工艺的优化问题。

一、实验部分

1.实验试剂

聚丙烯腈(PAN)二步法原液：中国石化上海石油化工股份有限公司腈纶事业部产。

2.实验装置

腈纶二步法转向纺试验线：张家港港鹰实业有限公司制；Fafegraphm强伸仪：Textechna公司制；高温高压染样机：上海染料化工厂制；RPT乱翻式起球仪：英国公司制。

3.生产工艺流程

本研究主要采用纺丝工艺调整法进行抗起球腈纶纺丝的生产与优化，其生产的工艺流程如下图1所示：

图1 抗起球腈纶生产工艺流程

二、结果与讨论

1.腈纶织物起球的原因与特点

从显微镜下观察，腈纶单根纤维成纤抱和力很小，表面无凹凸不平现象，形状近似一个圆柱体。织物在外力（如搓洗、钩拉、摩擦等）的作用下，极易出现起毛现象，即织物的端头逐渐从纱线中滑移至织物的表面，且随着外力作用的加强，暴露于表面的长度逐渐增长，当达到一定的长度（一般为2-6mm）之后，给人的外观形象就是“起毛”。若起毛后的织物进一步经历外力的摩擦、揉搓等，就会出现“起球”现象，即纤维的端头聚集在一起，以一个个“小毛球”的形式，暴露在织物的表面。

腈纶的抗拉强度很大，原因是：聚丙烯腈分子中含有大量的碳-碳键结构。由于腈纶具有极大的抗张强度，加之在钩拉、搓洗等外力作用下，纺丝的端头极易暴露于织物的表面，所以，腈纶织物具有极差的抗起球性能，一旦织物起球，在不借助与外力的情况下，球几乎就一直跟随着织物，因为连接球与织物之间的纤维非常牢固，一般情况下，几乎没有断裂的可能性。

2.纺丝负拉伸比

一般而言，凝固浴出口导辊速度、喷丝孔面积以及纺丝计量泵供浆量直接影响着负拉伸比，当其他条件保持不变时，前两个量越大，第三个量越小，负拉伸比越小。当采用相同的喷丝板同时生产抗起球腈纶与常规腈纶时，前者的负拉伸比要比后者低40%～50%。下表1为负拉伸比及喷丝孔孔径对纤维成形的影响，从表1可知：当喷丝孔的孔径由0.055mm下降到0.050mm，负拉伸比由2.4-2.8上升到3.0-3.5时，抗球腈纶的质量得到明显的改善，即外观更加美观（颜色由泛白变为透明，手感由粗硬变为较好），纺丝情况更加优异（断丝现象明显减少，粉末大幅度降低），同时，生产的稳定性也得到显著的增强。除此之外，笔者还发现：喷丝孔孔径的缩小还加快了纺丝速度，提高了1.67dtex纤维的单位产量。由此可以看出：在保持总拉伸倍数不变的条件下，适当缩小喷丝孔孔径，提高负拉伸比，对纺丝成形是有极大帮助的。

表1 负拉伸比及喷丝孔孔径对纤维成形的影响

3.热定型工艺

适当弱化热定型是抗起球腈纶生产必不可少的环节之一，其弱化定型的程度以不破坏纤维染色性能和沸水收缩率指标为宜。由图2及图3可知：当结强乘以结伸的值不超过30时，将热定型温度从100～105℃调至110～115℃，且结束纯水喷淋，以加压过热蒸汽取代先前的加压饱和蒸汽，能在一定程度上改善尺寸的稳定性及纤维的沸水收缩率，同时能将抗球腈纶的抗球级数从3.5级提升到4.0-4.5级（相当于国际上诸如东丽、Exlan等其他品牌的抗球级数）。由此可以得出：适当调节热定型温度能够在一定程度上提高各项物理性能，确保各项物理性能都符合既定指标。

图2 热定型温度对纤维打结伸长率和钩结强度及打结强度的影响

图3 热定型温度对纤维沸水收缩率及上色率的影响

4.产品质量

在生产抗起球腈纶的过程中，依次经过纺丝成形、热定型等工艺优化，有助于提高产品的质量，研究表明：经优化后的抗起球腈纶的质量基本上能与国外同类产品的质量相当，其外观性能（手感、颜色等）、纺丝情况（粉末情况、断丝情况等）等得到明显的改善，同时，其打结强度、打结伸长率等指标已达到既定的标准，即生产的抗起球腈纶性能稳定。本研究生产的不同线密度的抗起球腈纶的质量指标同东丽、Exlan等进口品牌的抗起球锦纶质量指标的比较见表2所示。

表2 不同线密度的抗起球腈纶的质量指标与进口品牌抗起球锦纶质量指标的比较

结论

本研究主要采用纺丝工艺调整法生产抗起球腈纶，并重点对线密度为1.67dtex抗起球腈纶纺丝工艺的优化进行了研究。研究表明：在保持总拉伸倍数不变的条件下，适当缩小喷丝孔孔径，提高负拉伸比，对纺丝成形是有极大帮助的；适当调节热定型温度能够在一定程度上提高各项物理性能，确保各项物理性能都符合既定指标；在生产抗起球腈纶的过程中，依次经过纺丝成形、热定型等工艺优化，有助于提高产品的质量，经优化后的抗球腈纶能够与国际上其他品牌（如东丽、Exlan等）抗球腈纶抗衡，其抗球级数可达4.0-4.5左右。

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