PAN原絲生產中噴絲頭異常的原因分析

張興龍，王學彩，徐澤夕，王俊峰，常百景

(1.河南永煤碳纖維有限公司，河南 商丘476000;2.河南煤化集團研究院，河南 開封475000)

噴絲頭是化纖生產裝置中的重要紡絲設備組件，設計精密、制造精度高。根據紡絲工藝和產品的不同，噴絲頭結構不盡相同。但不管采用何種噴絲頭，在生產中總會受各種因素的影響而偏離正常狀態，表現為噴絲板吐絲異常，嚴重影響紡絲成品質量。作為紡絲生產中的精密設備，國內科研機構對噴絲板的設計、選材研究較多［1－3］，但關于噴絲板及噴絲頭在生產中出現的技術問題與處理方法鮮見報導，本文以PAN(聚丙烯腈)濕法紡絲工藝為例，對PAN原絲生產中有關噴絲頭的常見技術疑難進行了探討，旨在加深對噴絲頭設計原理的理解，準確判斷噴絲頭異常的根本原因，交流技術經驗，指導生產實踐。

1 噴絲頭結構

噴絲頭是紡絲生產中的重要設備，對紡絲產品的質量起著至關重要的作用。PAN濕法紡絲的噴絲頭包括噴絲板、分配板、過濾網及配套墊片、螺帽、鵝頸管和壓力檢測附件等，如圖1。為了減小物料輸送阻力，減少氣泡的產生，噴絲頭末端及鵝頸管內表面通常進行拋光，徹底清潔。

圖1 噴絲頭結構示意圖

2 噴絲頭異常現象及原因分析

噴絲頭是使紡絲物料轉變成原生絲條的主要設備，噴絲頭狀態對紡絲產品的形成具有決定性的作用。紡絲物料經過增壓、過濾、計量后送往噴絲頭，如果噴絲頭狀態不良，會影響絲條的正常形成，導致后續工序毛絲、斷絲和纏輥增多［4］，使紡絲生產惡化。生產中，噴絲頭會因為工藝條件的差異或人為操作因素的影響，出現各種異常，主要表現為以下幾種現象，如圖2。

圖2 噴絲頭走絲狀態

圖2 (a)為噴絲頭漏料，物料從噴絲帽前后邊緣滲漏，在凝固浴中凝結成團、“長大”。原因在于噴絲頭螺帽與噴絲頭管口接合不牢、螺紋損壞、墊片未正確安放等。這種現象嚴重時會造成原絲線密度降低，如果漏料在噴絲板邊緣，堆積的料塊會影響正常抽絲。

圖2(b)為典型的氣泡絲，紡絲物料中含有的微小氣泡，伴隨紡絲原液從噴絲板小孔噴出，進入凝固浴，因物料所受的外界壓力降低，其中的微細氣泡膨脹、上浮，帶著初生絲條上浮至凝固浴液面，形成晶亮的氣泡絲。其結果是后工序出現毛絲、纏輥，無法正常牽伸。產生這種現象的原因是紡絲物料脫泡不良，物料中微細的氣泡未完全脫除。

圖2(c)為噴絲板變形，由原噴絲板平面變為凸起的曲面，噴絲孔直徑及結構改變，噴絲狀態隨之變化，所產原絲纖度變大。噴絲板受壓變形后不可恢復，只能報廢，因此應根據噴絲板的耐壓范圍，嚴格控制紡前壓力。噴絲板的承壓能力依板的厚度、孔徑和孔分布等因素而定，對厚度為0.7 mm的噴絲板，承壓能力不高于8 kgf/cm2。沖壓成型的鉭質噴絲板，耐壓能力有所提高，但不應超過 15 kgf/cm2［5］。

圖2(d)噴絲板噴料塊，當噴絲板孔道堵塞嚴重時，物料在高壓作用下從噴絲孔緩慢滲出，凝結在噴絲板表面，不斷長大，形成料塊。噴料塊是噴絲板孔道堵塞較嚴重時的表現，即使人為清除料塊，這種現象仍會再次出現。

圖2(e)噴毛絲和斷頭，主要原因是分配板前過濾網有堵塞，同時紡絲物料內存在微細雜質，使絲條噴出后在凝固浴液流的作用下斷頭。

圖2(f)部分噴絲板板孔完全阻塞，導致噴絲孔道減少，絲束線密度變小。

圖2(g)螺旋絲，當孔道部分堵塞時，高壓物料從孔道內擠出，受孔道內壁狀態影響，成螺旋狀噴出。螺旋絲主要是由于噴絲板清洗不徹底造成的，備用的噴絲板應嚴格按要求徹底清洗，檢測。

圖2(h)噴絲板表面污染，從板面上可見大量物料黏結，伴隨有毛絲和斷絲噴出。可能的原因有3種，其一，物料內含有大量微細雜質，堵塞孔道。其二，裝置開車時拔絲不良，物料黏附噴絲板。其三，紡絲物料黏度過低，可紡性差。

圖2(i)為正常走絲狀態。

3 對不同現象采取的對策

紡絲狀態是決定原絲質量的先決條件，噴絲異常將會使紡絲后工序運行困難，原絲品質下降。因此，從紡絲源頭出發，消除噴絲頭異常是提高原絲成形質量的重要措施。生產中應針對噴絲頭出現的不同異常，采取相應的措施，恢復正常走絲。

圖2(a)，應抬起噴絲頭，重新換板，重點檢查噴絲頭連接螺紋、噴絲頭螺帽內部墊片擠壓情況，確認無誤后組裝噴絲板，使用力矩扳手擰緊噴絲頭螺帽，保證無漏料即可。

圖2(b)氣泡絲現象，應加強聚合液脫泡，適當延長脫泡時間，盡量避免物料中的氣泡帶入噴絲頭。

圖2(c)噴絲板變形問題，應查找造成變形的原因，如果是噴絲板自身問題，應更換噴絲板。如果是紡絲物料黏度過大、紡速過高所致，應重新換板，適當降低紡絲速度。

圖2(d)噴絲板噴料塊，應檢查噴絲板表面，重新更換干凈的備用板。清洗噴絲板時應嚴格按照要求徹底清洗，并認真檢查確認，保證孔道堵塞率不高于0.5%。對板面有劃痕或損傷的噴絲板應與備用板分開存放，并作好標記。

圖2(e)對噴毛絲和斷絲現象，應檢查紡前過濾器壓降是否正常，檢查濾芯是否存在堵塞或破損，并制定措施，定期檢查、拆洗過濾器濾芯。并在過濾器出口放料檢查，以物料均勻、無固體雜質為準，確保無固體雜質進入噴絲頭。

圖2(f)針對噴絲孔堵塞，應采取不同的對策。其一，清洗不徹底，有部分板孔未疏通，應重新熱清洗、超聲清洗或酸溶［6］。其二，物料中雜質或凝膠塊堵塞，應檢查紡前過濾器，查找雜質來源，逐一排除。

圖2(g)與圖2(f)相似，應對噴絲板進行徹底清洗。

圖2(h)應針對三種不同的原因，采取不同的措施。如果物料含有雜質，應檢查紡前過濾系統是否正常，檢查鵝頸管內壁是否清潔、光滑。如果物料黏板是由拔絲造成，則應抬起噴絲頭，重新換板。對于紡絲物料黏度過低，應確認上游物料分析結果，比較紡前過濾器壓降與正常情況的偏差變化，正確判斷。

4 結語

噴絲頭運行狀態不良，最直接的影響是不利于初生絲條的正常成形，原絲各項性能指標離散性(CV值)變大，從紡絲的源頭改善噴絲狀態是生產高品質原絲的重要基礎。對于一種相對固定的工藝路線，PAN原絲生產應從日常生產技術上著手，避免噴絲異常，應著重做好以下幾方面工作:

(1)開車前檢查，清理噴絲頭螺紋連接處凝結膠塊，避免紋路阻塞，噴絲頭螺帽擰偏。

(2)安裝噴絲板前充分放料，排凈初始物料內的氣泡和凝結膠塊。

(3)噴絲板清洗應定人、定標準，清洗后嚴格檢查每一塊板的清洗效果，保證孔道堵塞數量不高于板孔總數的0.5%;洗凈備用的噴絲板應妥善保存，作好標記，投用前檢查、確認。

(4)紡前物料過濾應充分，注意過濾器壓降變化，發現異常及時切換、拆洗。

(5)發現噴絲板表面污染應及時更換，避免劣質原絲進入下道工序。

［1］王二軻，莫迪，陳惠芳，等.噴絲頭長徑比對PANCF原絲性能的影響［J］.合成纖維工業，2009(5):51－53.

［2］朱一音.提高濕法紡國產自制噴絲頭的質量［J］.上海紡織科技，2000(6):49－52.

［3］劉讓同，李銳.噴絲板的設計生產［J］.輕紡工業與技術，2011(1):17－20.

［4］王學彩.PAN原絲生產中的斷頭原因分析［J］.高科技纖維與應用，2011(4):35－35.

［5］賀福.碳纖維及石墨纖維［M］.北京:化學工業出版社，2010.

［6］H Uhrner.噴絲板的熱清洗［J］.國外紡織技術，2000，26(12):5 － 6.