淺談尼龍66聚合物在紡絲箱管壁凝膠問題的成因及對策

席志勤　路向明

摘 要：尼龍66聚合物也就是我們常說的物料，在T4物料管里呈粘稠的熔融狀態。其分子結構是由許多重復結構單元通過酰胺鍵連接形成的長鏈分子，生產中一部分大分子高溫下，會生成環狀分子結構的環戊酮，并促使尼龍66大分子鏈之間交聯產生網狀結構的凝膠，凝膠附著在物料管壁上隨著時間逐漸脫落混入聚合物，在后道工序中，產生毛絲。

目前，單錠單板毛絲日趨增多，面對新的經濟形勢，客戶高的需求，我們有由從本質上去分析該問題，從根本上得以解決，穩定生產，保證質量。

關鍵詞：尼龍66聚合物；紡絲箱；管壁凝膠；成因；對策

1 前言

尼龍66主要用于汽車、機械工業、電子電器、精密儀器等領域。從最終用途看，汽車行業消耗的尼龍66占第一位，電子電器占第二位。大約有88%的尼龍66通過注射成型加工成各種制件，約12%的尼龍66則通過擠出、吹塑等成型加工成相應的制品。而尼龍66浸膠簾子布是廣泛適用于橡膠工業的輪胎骨架材料，具有強度高、耐高溫、耐疲勞、耐沖擊等優良特性，尤其適用于斜交載重胎、工程胎、航空胎。尼龍66浸膠簾子布工業生產線中的關鍵在于尼龍66原絲制備環節，此環節中，由尼龍66鹽（已二酸和已二胺的水溶液）為原料，經過一系列縮合聚合反應生成尼龍66聚合物（以下簡稱物料），物料經過輸送泵增壓進入紡絲箱，再由箱內四臺計量泵通過四組噴絲板形式絲束，進入卷繞工序制備成原絲筒子成品。

紡絲箱每兩塊噴絲板稱一個錠位，實際生產中，經常會出現單錠單板毛絲問題，是紡絲生產中常見異常問題之一，尤其是機器設備在運行快一年的時間，出現的頻率逐漸增多，嚴重影響產品質量，影響生產進度。單錠單板毛絲的成因究竟在哪里呢？歷年來這個問題一直困撓著我們，要解決這一問題，需要我們積極采取措施，促進生產穩定進行。

紡絲箱做為一個生產環節，在實際生產中如果預防、控制未做到位，工作操作不當，不但不能很好解決問題，而且會給生產帶來新的問題，甚至不可預防控制的局面，如更換紡絲箱，最終出現更多錠不好紡……本文就紡絲箱這一生產環節，出現紡絲箱管壁凝膠問題進行探討。

2 尼龍66聚合物

2.1物料性質

尼龍66聚合物：尼龍66為聚己二酰己二胺，工業簡稱PA66。常制成圓柱狀粒料，作塑料用的聚酰胺分子量一般為1.5萬～2萬。各種聚酰胺的共同特點是耐燃，抗張強度高（達104千帕），耐磨，電絕緣性好。

尼龍66具有強度高，回彈性好、耐疲勞、可染性和耐腐蝕、耐蟲蛀等優良性能，密度低于大多數纖維品種，耐磨性能優于合成纖維其他品種，是棉花的10倍，羊毛的20倍和粘膠纖維的50位。另尼龍66具有更高的強度和更高的熔點、軟化點。尼龍66晶體中氫鍵密度較高，其晶體酰胺基都能形成氫鍵，而且不受順向或反向平行的影響，所以熔點較高，熔融熱也大。所含對人體有害的單體也較少，對健康的危害程度是所有合成纖維中最少的。尼龍66長絲具有良好的耐低溫性能，在零下70度以下時，其回彈性變化也不大。

分子式：鏈節結構為-OC（CH2）4CONH（CH2）6NH-。

熔點：熔點即結晶熔解時的溫度，對結晶性高分子尼龍-66，顯示清晰的熔點，根據采用的測試方法，熔點在259～267℃的范圍內波動。

2.2熱分解和水解反應：

與其它聚酰胺相比，尼龍-66最容易熱降解和三維結構化。當尼龍-66發生熱分解時，首先表現為主鏈開裂引起分子量、熔體粘度降低；進一步降解時，由三維結構化引起熔體粘度上升而最終變成凝膠，成為不溶不熔物。

在惰性氣體氛圍中，尼龍-66可以在300℃保持短時間的穩定性，但時間長后（如290℃下5小時）就可看出明顯的分解，產生氨和二氧化碳等。

2.3離子聚合

陽離子聚合可用BF3、ALCL3、TICL4、SNCL4與水或醇類為有效的引發劑。適于陽離子聚合的單體是帶有推電子聚代基的烯類單體，推電子基使碳-碳雙鍵電子運密度增加，且有親核心性，有利于陽郭子活性中心的進攻反應，同時生成新的碳陽離子活性中心。

陽離子聚合反應有如下工藝特點：

（1）對聚合反應體系中空氣、水分等雜質比較敏感，因此要求高度的除水、除氧，須在惰性氣體保護下進行反應。

（2）引發活性中心或活性鏈向單體、溶劑的鏈轉移和終止反應比較明顯，因此必須采取措施盡量抑制這種副反應。

（3）聚合反應呈低濁高速特點，在工程上要求高效的偉質和傳熱措施，對設備和工藝要求特別嚴格，傳統的陽離子聚合多數 為非控制聚合反應，聚合反應極快，反應熱難以瞬間移出，造成局部過熱的非控制反應。現在由于科技進步，對陽離子聚合過程的掌控，在理論和實踐上都達到了新水平。

2.4 陰離子聚合

在陰離子聚合中，單體的結構特點恰與陽離子聚合相反，具有吸電子基的烯類單體，能使雙鍵上電子云密度減少，具有親電性，有利于陰離子的進攻，如丙烯腈，苯乙烯，而帶強吸電子性取代基的單體，如A-氰基丙烯酸酯，遇到水即發生聚合。

陰離子聚合反應常常是在沒有鏈終止反應的情況下進行的，許多增長著的碳陰離子有顏色，如果體系非常純凈沒有雜質，碳陰離子的顏色在聚合過程中直到把單體消耗完保持不變。當重新加入單體時，可繼續反應，相對分子質量也相應增加。陰離子聚合的鏈終止反應很難。根據實驗結果，在聚合物分子中很少發現不飽和鍵，排除了H：向單體轉移的可能性，說明很難從活性鏈上脫除負氫離子H：。另一方面，反離子一般是金屬陽離子，而不是離子團，陰離子活性中心無法從金屬離子中奪取原子或H而終止，因此就構成了陰離子活性中心無終止的主要原因。

以上將離子型聚合的要點做了說明，與自由基聚合相比，同屬連鎖聚合機理，由于活性中心的性質不同，期間區別也十分明顯，其特點列表對比如下：

3 紡絲箱結構及作用

3.1 紡絲箱結構

紡絲箱是由2個噴絲板/1錠*2錠的方形加熱容器，加熱聚合物分配管，齒輪泵，紡絲組件及紡絲箱入口的分支管，容器下半部裝有70升液態聯苯，通過電加熱器加熱它使其產生蒸氣。該蒸氣充滿紡絲箱后，便上升到箱體上部分支管夾套中，直到二通閥。當循環線中氣體冷凝后，便返回紡絲箱，重新加熱蒸發，該過程反復進行，利用這種聯苯蒸汽，直接加熱紡絲箱內聚合物分配管和紡絲箱入口上方的分支管。紡絲組件及齒輪泵以傳熱方式加熱。紡絲箱上裝有排氣閥、壓力表（3公斤）及防爆板，箱內壓力過高會致防爆板起跳泄壓以保證安全。

3.2 紡絲箱作用

紡絲箱是把送入其中的熔融聚合物用齒輪泵（4個/紡絲箱）以極細的絲狀形式，定量地壓到空氣中的裝置。每臺紡絲箱有兩個紡錠，每一紡錠安裝2個齒輪泵（每臺紡絲箱共4個齒輪泵）及紡絲組件。由聚合工序送入的高粘度聚合物，通過二通閥后在紡絲箱入口處被四根分配管導入紡絲箱體。每根分配管被分配到4個方向，各連接一個齒輪泵，熔融聚合物被齒輪泵加壓，并連續地定量地送到紡絲組件中。被組件內濾材過濾后的熔融聚合物，通過具有很多細孔的噴絲板，壓送到空氣中，形成很多極細的絲條。

3.3 紡絲箱工藝參數

紡絲箱內部溫度調節由工業計算機自動控制，有4個溫度點，其中，1點、2點為液相溫度，3點、4點為氣相溫度。3點為控制點，設定溫度320℃±2℃；4點為最高點，當4點溫度降低到工藝規定溫度時，應及時對紡絲箱進行排氣操作，排除裂化氣體使4點溫度上升至正常工藝標準，以保證箱體內的溫度均勻。

3.4紡絲箱加熱方式

紡絲箱是由2個噴絲板/1錠*2錠的方形加熱容器，加熱聚合物分配管，齒輪泵，紡絲組件及紡絲箱入口的分支管，容器下半部裝有70升液態聯苯，通過電加熱器加熱它使其產生蒸氣。該蒸氣充滿紡絲箱后，便上升到箱體上部分支管夾套中，直到二通閥。當循環線中氣體冷凝后，便返回紡絲箱，重新加熱蒸發，該過程反復進行，利用這種聯苯蒸汽，直接加熱紡絲箱內聚合物分配民管和紡絲箱入口上方的分支管。紡絲組件及齒輪泵以傳熱方式加熱。

聯苯經過長期運轉，裂化氣就停滯在紡絲箱上部，致使溫度不均勻，因此為了除去這種裂化氣體，在箱體上部設有排氣閥，還設有PIA，當溫度異常上升，聯苯蒸氣壓力升高時，可以自動切斷加熱器，停止加熱，保護紡絲箱。同時還裝有TA，一旦由于排氣次數增加使聯苯液位降低時，則可由TA告知，在發出警報的同時切斷加熱器，防止加熱器燒壞。此外，當壓力異常上升時，為了釋放壓力而裝有安全閥。

4 尼龍66聚合物在紡絲箱管壁凝膠原因及對策

4.1 推論聯苯加入量過界

聯苯加入量過界引起紡絲箱管壁凝膠。由于紡絲箱是一個方形加熱容器，需要聯苯量為70升，聯苯量過界溫度都會有大幅變化，從而影響紡絲箱對分支管內物料傳熱。

4.1.1 聯苯量過少 聯苯量低于臨界，在計算機上可以明顯表明，即1點、2點溫度持續上升，3點溫度波動，4點溫度低。這種情況，如果控制工不及時處理，長時間下去，隨著物料不停地向下道工序輸送，不停吸熱放熱，物料在夾套管內發生化學反應——裂解反應，即產生凝膠，附著在管壁上，隨著溫度變化，物料流動，再到下道工序，產生毛絲，影響生產及產品質量。這種現象在生產中一般很少存在，都能及時處理。

4.1.1 聯苯量過多 聯苯量高于臨界，箱體內產生蒸氣過少，溫度雖然達到320℃，但因紡絲箱分支管為夾套管，液體溫度經過傳熱夾套分支管，失去一定熱量，再到物料，物料接受到的溫度低于320℃，破壞了紡絲箱加熱條件，因此，在這種狀態下，物料流動差，易粘附管壁，產生凝膠。聯苯量過多破壞了紡絲箱內的加熱條件。

4.2 產品異常狀態判定及對策

實際生產中，我們在處理異常問題上，都是針對異常問題并著眼于其所經過的工序來判定是在哪個環節產生，單板單錠毛絲異常判定也不例外。單錠單板毛絲問題主要特點是：1、不經過牽伸機產生；2、多次更換組件效果不佳，比較頑固；3、紡絲箱溫度正常，補加聯苯后略好，但運行一段時間后又毛（出現這種情況常常是反復加聯苯），結果更換紡絲箱。我們簡單了解一下紡絲工藝流程：即尼龍66聚合物→二通閥→紡絲箱→計量泵→組件→紡絲筒→牽伸機→卷繞機等。

首先根據以上特點我們可以看出：

A、該單錠單板毛絲在牽伸機以上環節產生，如組件、紡絲箱等（特點1表明）；

B、該單錠單板毛絲不在組件環節上（特點2表明）；

C、在紡絲箱這個環節有不穩定因素存在（特點3表明）。

由種種跡象可推斷：問題在紡絲箱這里。

那么，不穩定因素究竟是什么原因造成的呢？

我們對問題紡絲箱做了跟蹤調查，結果如下：

（1）絲筒毛絲情況：有單根斷頭絲、有絲未斷但毛等癥狀。

（2）紡絲箱（如后附紡絲箱結構圖所示）：

1紡絲箱一組加熱器加熱（據了解這種情況運行快一年了）；

2紡絲箱溫度：1點317℃ 2點317℃ 3點318℃ 4點317℃ 設定值319℃開度值100%。由以上（1）（2）兩種情況并結合紡絲箱圖示判定：紡絲箱不穩定因素是由其加熱器故障造成的。A、紡絲箱加熱器共有兩大組，每組都分別由啟動、控制、自動三組加熱器構成（如紡絲箱圖示）。B、紡絲箱正常溫度設定值320℃，沒有特殊情況下，四個點一般均在320℃左右（上述紡絲箱實際溫度并未達到，且開度100%，也就是說，加熱器功率已無法滿足生產需求）。這是否就是單錠單板毛絲的成因呢？

在紡絲箱加熱器修好后，由原來的單錠單板毛絲變成了單錠雙板毛絲。看來紡絲箱加熱器“不是”造成單錠單板毛絲的直接原因，但卻是由其引起的，是間接因素。這是因為長時間用一組加熱器加熱的過程中，使紡絲箱內熱量不勻，形成死角，而物料在紡絲箱內的分支管里受熱不均，流動性差，易停留，造成凝膠，再遇溫度變化，脫落，致物料不純，最后造成毛絲（在一系列的處理過程中，溫度高高低低，尤其明顯）。由此判定紡絲箱內物料分支管受熱不勻是造成紡絲箱管壁凝膠產生，從而導致單錠單板毛絲異常問題出現，是直接原因。而造成紡絲箱內物料分支管受熱不勻主要有以下情況：

1、紡絲箱加熱器壞，長時間不用再啟用情況下易產生單錠單板毛絲。

2、長時間檢修加熱器易產生單錠單板毛絲。

3、多次降溫加聯苯情況下易產生單錠單板毛絲。

4、聯苯加多破壞傳熱條件最終導致單錠單板毛絲。

出現以上情況，在實際生產中更好的措施就是更換紡絲箱。

5 結論

目前伴隨著全球日益嚴峻的經濟形勢，客戶對我們產品質量的要求也顯得格外嚴格。質量，是企業的命脈，是企業的信譽。由此，我們要積極采取措施，從本質上去分析問題，從根本上得以解決，穩定生產，保證質量。

建議，今后為降低紡絲箱管壁凝膠產生，減免單錠單板毛絲異常問題、快速解決，在平時工作中我們就要盡量做好以下工作：

1、準確判斷紡絲箱異常，嚴格控制紡絲箱聯苯加入量。

2、平時生產中如遇紡絲箱加熱器壞要及時修換，盡量減免使用單組加熱器。

3、加強與電儀工段溝通，盡量避免長時間降溫檢修加熱器。

4、加強工藝控制與檢查，降低防爆片的破裂機率，減少降溫加聯苯的次數。

5、如存在以上情況，當班要作好關于這方面的記錄，以便追溯。

參考文獻

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