抗起球腈綸紡絲工藝的優化

趙君 馬佳 張又生(中國石油撫順石化公司腈綸化工廠 遼寧 撫順 113001)

常規腈綸一般都具有易起球、不落球等不足之處，而抗起球腈綸恰好解決了常規腈綸這些缺陷，其為腈綸的一種差別化產品，整體品質較常規腈綸要優異的多。然而，目前，東麗、三菱、Exlan等品牌的進口抗起球腈綸壟斷了我國的抗起球腈綸市場。基于這樣的背景，抗起球腈綸也開始吸引中國石化、大慶石化、上海石化股份有限公司等重要企業的眼球，這些企業也開始注重抗起球腈綸的研發與生產，并收獲了豐碩的果實。由于紡絲工藝調整法是生產抗起球腈綸最主要也是最常用的方法，且其具有操作簡單，靈活，抗起球級數高等優越性，因此，本研究重點討論采用紡絲工藝調整法生產的1.67dtex抗起球腈綸紡絲工藝的優化問題。

一、實驗部分

1.實驗試劑

聚丙烯腈(PAN)二步法原液：中國石化上海石油化工股份有限公司腈綸事業部產。

2.實驗裝置

腈綸二步法轉向紡試驗線：張家港港鷹實業有限公司制；Fafegraphm強伸儀：Textechna公司制；高溫高壓染樣機：上海染料化工廠制；RPT亂翻式起球儀：英國公司制。

3.生產工藝流程

本研究主要采用紡絲工藝調整法進行抗起球腈綸紡絲的生產與優化，其生產的工藝流程如下圖1所示：

圖1 抗起球腈綸生產工藝流程

二、結果與討論

1.腈綸織物起球的原因與特點

從顯微鏡下觀察，腈綸單根纖維成纖抱和力很小，表面無凹凸不平現象，形狀近似一個圓柱體。織物在外力（如搓洗、鉤拉、摩擦等）的作用下，極易出現起毛現象，即織物的端頭逐漸從紗線中滑移至織物的表面，且隨著外力作用的加強，暴露于表面的長度逐漸增長，當達到一定的長度（一般為2-6mm）之后，給人的外觀形象就是“起毛”。若起毛后的織物進一步經歷外力的摩擦、揉搓等，就會出現“起球”現象，即纖維的端頭聚集在一起，以一個個“小毛球”的形式，暴露在織物的表面。

腈綸的抗拉強度很大，原因是：聚丙烯腈分子中含有大量的碳-碳鍵結構。由于腈綸具有極大的抗張強度，加之在鉤拉、搓洗等外力作用下，紡絲的端頭極易暴露于織物的表面，所以，腈綸織物具有極差的抗起球性能，一旦織物起球，在不借助與外力的情況下，球幾乎就一直跟隨著織物，因為連接球與織物之間的纖維非常牢固，一般情況下，幾乎沒有斷裂的可能性。

2.紡絲負拉伸比

一般而言，凝固浴出口導輥速度、噴絲孔面積以及紡絲計量泵供漿量直接影響著負拉伸比，當其他條件保持不變時，前兩個量越大，第三個量越小，負拉伸比越小。當采用相同的噴絲板同時生產抗起球腈綸與常規腈綸時，前者的負拉伸比要比后者低40%～50%。下表1為負拉伸比及噴絲孔孔徑對纖維成形的影響，從表1可知：當噴絲孔的孔徑由0.055mm下降到0.050mm，負拉伸比由2.4-2.8上升到3.0-3.5時，抗球腈綸的質量得到明顯的改善，即外觀更加美觀（顏色由泛白變為透明，手感由粗硬變為較好），紡絲情況更加優異（斷絲現象明顯減少，粉末大幅度降低），同時，生產的穩定性也得到顯著的增強。除此之外，筆者還發現：噴絲孔孔徑的縮小還加快了紡絲速度，提高了1.67dtex纖維的單位產量。由此可以看出：在保持總拉伸倍數不變的條件下，適當縮小噴絲孔孔徑，提高負拉伸比，對紡絲成形是有極大幫助的。

表1 負拉伸比及噴絲孔孔徑對纖維成形的影響

3.熱定型工藝

適當弱化熱定型是抗起球腈綸生產必不可少的環節之一，其弱化定型的程度以不破壞纖維染色性能和沸水收縮率指標為宜。由圖2及圖3可知：當結強乘以結伸的值不超過30時，將熱定型溫度從100～105℃調至110～115℃，且結束純水噴淋，以加壓過熱蒸汽取代先前的加壓飽和蒸汽，能在一定程度上改善尺寸的穩定性及纖維的沸水收縮率，同時能將抗球腈綸的抗球級數從3.5級提升到4.0-4.5級（相當于國際上諸如東麗、Exlan等其他品牌的抗球級數）。由此可以得出：適當調節熱定型溫度能夠在一定程度上提高各項物理性能，確保各項物理性能都符合既定指標。

圖2 熱定型溫度對纖維打結伸長率和鉤結強度及打結強度的影響

圖3 熱定型溫度對纖維沸水收縮率及上色率的影響

4.產品質量

在生產抗起球腈綸的過程中，依次經過紡絲成形、熱定型等工藝優化，有助于提高產品的質量，研究表明：經優化后的抗起球腈綸的質量基本上能與國外同類產品的質量相當，其外觀性能（手感、顏色等）、紡絲情況（粉末情況、斷絲情況等）等得到明顯的改善，同時，其打結強度、打結伸長率等指標已達到既定的標準，即生產的抗起球腈綸性能穩定。本研究生產的不同線密度的抗起球腈綸的質量指標同東麗、Exlan等進口品牌的抗起球錦綸質量指標的比較見表2所示。

表2 不同線密度的抗起球腈綸的質量指標與進口品牌抗起球錦綸質量指標的比較

結論

本研究主要采用紡絲工藝調整法生產抗起球腈綸，并重點對線密度為1.67dtex抗起球腈綸紡絲工藝的優化進行了研究。研究表明：在保持總拉伸倍數不變的條件下，適當縮小噴絲孔孔徑，提高負拉伸比，對紡絲成形是有極大幫助的；適當調節熱定型溫度能夠在一定程度上提高各項物理性能，確保各項物理性能都符合既定指標；在生產抗起球腈綸的過程中，依次經過紡絲成形、熱定型等工藝優化，有助于提高產品的質量，經優化后的抗球腈綸能夠與國際上其他品牌（如東麗、Exlan等）抗球腈綸抗衡，其抗球級數可達4.0-4.5左右。

[1]黃翔宇.抗起球腈綸中試裝置的技術改造[J].合成纖維工業.2005(03).

[2]武永濤,曾小梅,趙炯心,房奕,潘鼎.拉伸對異形聚丙烯腈原絲截面形狀的影響[J].合成纖維工業.2007(03).

[3]范曉勇,王小寧.孔網鋼帶塑料復合管的生產過程及工藝優化[J].廣州化工.2011(12).