喷丝板（头）清洗新技术

文/李炜 侯志辉

喷丝板（头）清洗新技术

文/李炜 侯志辉

这几年的研究表明，喷丝板（头）的清洗效果欠佳，清洗技术落后是导致我国高性能纤维生产技术与发达国家存在差距的原因之一

喷丝板（头）清洗技术是保证纤维质量的关键部件之一，是整个高性能纤维制造流水线上的一个关键部件，具有“四两拨千斤”的作用。20世纪初，各国对碳纤维等高性能纤维的质量之争已经全面升级，用于高性能纤维生产制造的喷丝板（头）性能优劣再次被推到提高国产高性能纤维产品质量的风口。

研究发现，以碳纤维等高性能纤维为例，国内的生产技术水平离美国、日本等发达国家无论在规模还是技术上都存在较大差距。这些差距除了主要流水线装备技术等原因之外，这几年的研究表明，其中喷丝板（头）的清洗效果欠佳也是其中原因之一。

喷丝板（头）清洗技术的作用是将黏流态的高聚物熔体或溶液，通过微孔转变成有特定截面状的细流，经过凝固介质或凝固浴固化而形成丝条。因喷丝板（头）小孔的形状决定纤维的截面形状，而喷丝板（头）小孔在加工过程中出现畸形或使用过程中产生堵塞，都会引起纤维纤度不匀。喷丝板（头）堵塞是纺丝过程中最常见的现象，会严重影响纺丝的效率和丝条的质量，而且熔体在经过喷丝板（头）时带走的极微小的杂质也会造成纺丝断头或使纤维的单丝结构发生变化而引起强度降低。喷丝孔有黏连物之后，孔径会出现不规则等现象，喷丝板（头）形状的缺陷会影响纺丝溶液的可纺性。

清洗基理及环保方案

经过实证分析，因为聚合物熔体为非牛顿黏弹性流体，在喷丝板（头）小孔中作黏性流动的同时，会发生弹性型变，减小弹性型变的方法除了降低熔体黏度之外，还跟减小熔体在小孔中的流动速度、长径比等有关。高性能纤维生产过程中大都采用长径比喷丝板（头），适合的长径比能提高纺丝质量，与此同时，在相同微孔直径的情况下，微孔越长，加工和清洗难度越大。

目前市场领先的清洗技术主要在以中科院声波研究所为主的超声清洗技术。超声波清洗机原理主要是通过换能器，将功率超声频源的声能转换成机械振动，通过清洗槽壁将超声波辐射到槽子中的清洗液保持振动，破坏污物与喷丝板（头）表面的吸附，引起污物层的疲劳破坏而被剥离。这种技术对长径比喷丝板（头）中的清洗而言，效果不是很理想。生产企业往往采取丢弃或用手工进行补救的办法造成企业制造成本的居高不下。

实证研究表面，熔体在孔道中的停留时间必须大于熔体的松弛时间。（L/d0，L为微孔长度，d0为微孔直径）。喷丝板（头）长径比见下表1。

在不改变熔体黏度物理要求的同时，可以通过对喷丝板（头）内孔不黏连技术的研发，缩短流体在喷丝板(头)中停留时间来降低弹性型变的机率。通过改变喷丝板（头）结构，在原有的喷丝板（头）表面增加防粘连涂层，使纤维熔液在经过喷丝板（头）过程中形成不易粘连的涂层结构。(本技术的专利号为：201520629099.1)

其次，采用环保物理方法进行清洗。 研发一种制冷制热相结合的物理方法进行清洗，既环保又安全可靠。这些技术包括先加热再制冷，或循环往复可按需重复多次，使附着在喷丝板（头）表面的附着物充分龟裂。加热方法可不限于红外线或蒸汽加热设备加热并使其整体温度高于其表面附着物的玻璃化温度。制冷方式也不限于用液氮将喷丝板（头）降温至-30℃～-180℃。此技术的专利申请号为：201620252979.6。清洗原理系统如图1所示。

表1

环保实施方案：一体式安全回收

围绕新型清洗技术，采取综合实施不粘连涂层、制冷制热交替法、负压法等清洗技术，就能对喷丝板（头）的表面以及各个极小孔洞进行高效、完全的清洗的同时，在清洗过程中也无需额外使用专用的溶质溶剂，因而在清洗后的废水排放阶段也不存在二次污染的隐患。

再者，冷媒的回收采取一体式制冷回收箱技术。这种回收箱能够提供一种为纤维制造领域高低温清洗过程中，特定的制冷箱体及冷源安全回收的一体式设备装置。如图2所示。这种一体式清洗箱包括箱体、顶盖、密封圈、锁扣，废弃罐，连接管道，废弃罐，所述箱体顶部开口且为双层壁结构，箱体两层壁之间为真空空间，密封圈设于箱体顶部开口上，顶盖亦盖于箱体顶部开口上，顶盖与箱体之间通过锁扣连接，所述废弃罐固定在顶盖上，废弃罐具有加料口和出口，顶盖上开有一通孔，连接管道两端分别与顶盖的通孔和废弃罐的出口密封连接；废弃罐具有进口，箱体底部设有一通孔，该通孔与废弃罐的进口螺纹密封连接。此技术的专利申请号为：201620252978.1

图2

打造创新型综合技术生产新业态

就目前的市场情况来看，喷丝板（头）清洗技术未来的发展规划，通过改变原有高性能纤维，尤其是碳纤维制造用喷丝板（头）配套部件的清洗效果，来整体上提高国内高性能纤维技术性能。在看好高性能纤维市场前景的同时在创新现有清洗技术，把传统的制冷制热等物理技术原理融为一体的基础上，逐步形成一种创新型综合技术生产新业态。包括通过线上（电商微信平台）完成对喷丝板（头）受污染情况进行在线跟预约跟踪服务，线下完成物流渠道协助的商业闭环。

（本文作者李炜，东华大学纺织学院教授、博士生导师;侯志辉，上海志骑科技信息有限公司董事长。）