干法腈綸纖維的特點及其應用

張玉潔

摘要：腈綸纖維按生產工藝的不同分干法和濕法兩種。腈綸干法紡絲工藝由美國杜邦公司首先發(fā)明，并于1950年投入工業(yè)化生產，20世紀90年代初引入中國。干法紡絲工藝纖維橫截面呈“犬骨狀”，結構緊密，柔軟光滑，毛型感強，具有優(yōu)良的染色性。以其為原料制成的服裝具有穿著舒適，不變形，外觀好，抗褶皺的優(yōu)良特點。

關鍵詞：干法腈綸纖維;特點;應用

前言：

總結干法腈綸纖維在棉紡系統(tǒng)中的應用要點。從干法腈綸纖維具有結構緊密、毛型感強、蓬松性好等特點出發(fā)，分析了干法腈綸短纖維在紡紗加工及染色上的技術要點。提出添加適量油劑可提高纖維的可紡性;在紡紗過程中適宜采用“低車速、輕定量、大隔距、小速比”的工藝原則;選用陽離子染料染色，纖維上染效果較好。

一、干法腈綸纖維的特點

在干法紡絲的過程中，紡絲溶液經過計量泵之后，會以特定的速度與壓力進入到噴絲板的小孔當中，并從孔口流出進而形成液體細流。通常情況下，形成初生纖維需要經歷如下幾個階段：其一，入口段，即紡絲溶液進入噴絲板的孔道;其二，溶液在孔內以恒定的速度進行流動;其三，液體細流出口段;其四，細流受到外力的作用后出現(xiàn)形變，并在冷卻介質的作用下固化成形。相關研究結果表明，聚合物紡絲溶液的粘度越高，紡絲過程中流體經過噴絲孔直徑就越小，這樣一來便會導致流動時雷諾準確性系數(shù)較小。此外，由于紡絲溶液主要是在外部壓力的作用下強迫流出噴絲孔的，這使得流動過程中會有一部分應力得到松弛，因此，在纖維成形的過程中，要求紡絲溶液的彈性應當盡可能的小，這樣有利于成形。干紡成型具有紡絲速度快、原液固體含量較高等特點，同時，由于纖維中的溶劑對纖維的拉伸還具有一定的增塑作用，故此，生成的纖維拉伸倍數(shù)較高。正因干紡過程的這些特點，使得加工出來的纖維表面非常光滑，纖維本身的結構也十分均勻且緊密，其表面與內部的微小孔隙也比較少，這使得干紡腈綸纖維具有了優(yōu)異的性能。紡絲細流在紡絲過程形成細流的可能性與溶液從噴絲孔流出的穩(wěn)定性有著非常密切的關系。大體上可將影響液體細流穩(wěn)定性的因素歸納為以下幾個方面：其一，噴絲頭的表面與液體之間的界面層上的表面引力以及液體細流同冷卻介質之間的界面上的表面引力都會紡絲細流的實際流動行為造成一定程度的影響;其二，液體實際流動的動能大小也會對紡絲細流的穩(wěn)定產生影響;其三，紡絲液體從紡絲板流出之后到絲線成形區(qū)內張力的影響。在流速相對較低的前提下，形成的細流橫斷面大概是孔徑的3-5倍左右，如果速度提升至一個特定的范圍時，會在距離噴絲板表面一定距離的位置處出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象，若是提高紡絲速度，則細流直徑會與噴絲孔的直徑越來越接近，從而便會形成較為穩(wěn)定的流動過程，此時細流的速度相對比較均勻。通常情況下，紡絲溶液從噴絲板流出的速度達到使散流消失的速度被稱之為臨界速度，只有超過這個速度才可能形成細流，相關試驗結果顯示，臨界速度主要與液體的粘度以及孔徑的大小有關，即粘度越高、孔徑越小，所需的臨界速度就越大。

二、干法腈綸超尺寸纖維形成原因與控制措施

1.形成原因。蒸發(fā)量直接決定超尺寸纖維的百分含量，另外某些外界條件和機械問題也會導致超尺寸纖維的產生。在甬道內的纖維可因主氮氣的湍流而引起偏移，溶劑含量、原液溫度等因素的影響。當影響半徑大于噴絲孔間距的一半時，兩根相鄰的絲就相互接觸，該點稱作接觸點。噴絲板表面與絲接觸點之間的距離稱為接觸長度，接觸長度愈長相鄰兩根絲接觸的機會愈小，越不易形成，初生纖維的粘結性主要取決于纖維內部DMF濃度和其自身的溫度。在原液剛從噴絲板中噴出成形的時候，都具有較強的粘結性，如這時兩絲接觸就容易形成超尺寸纖維。當絲向下運行時其內部DMF會逐漸減少，當?shù)竭_某個距離時纖維將不再粘結，該距離為粘結長度用日表示，在這一點上絲不再粘結，稱該點為非粘結點。粘結長度日越長，纖維在甬道中保持的時間越長。如果具有粘結性的纖維相遇，將形成超尺寸纖維。因而要想減少超尺寸纖維，要盡可能長，要嚴格控制單絲旦數(shù)、原液溫度、紡絲氮氣流量及其溫度、甬道加熱器溫度等工藝條件。超尺寸纖維的形成很大程度上取決于溶劑的脫除情況。若DMF脫除不充分，單絲就處于半原液狀態(tài)（發(fā)粘），從而粘結、融合在一起;相反若DMF脫除過度，則會造成單絲不穩(wěn)定，當抖動使之與剛出噴絲孔的鄰近單絲過早接觸形成超尺寸纖維。另外，工藝條件和纖維性能的不穩(wěn)定也會造成單絲間相互接觸的傾向，粘連敏感性提高。不同超尺寸纖維現(xiàn)象對應以下具體原因：孿生絲：①氮氣系統(tǒng)波動，甬道旦數(shù)改變;②單絲溶劑含量高，絲束張力小;③主氮、原液溫度低。慢孔：①組件濾網損壞或堵塞，硅油質量差;②原液壓力波動、過熱、含固量變化大、有凝膠、空氣、水存在，雜質多;③主氮氣流量波動大，甬道旦數(shù)低;④壓濾機更換后排空不足;⑤原液頂部加熱器部分堵塞，計量泵磨損干轉;⑥廢原液加入量過多，原液溫度低，內外環(huán)溫度低，氮氣溫度低，甬道壁溫度低。抖動絲：①原液含固量高，噴絲板孔處原液溫度過高;②氮氣流量、流速不穩(wěn)定，產生過度湍流;③氮氣分配板泄漏、松動，氮氣濾網臟或壞;④甬道真空箱濾網堵塞，視鏡箱門泄漏;⑤原液總管壓力低，主氮溫度過高，上甬道加熱器溫度過高。失控孔：①原液溫度低（含固量變化較大），有氣泡、水;②甬道旦數(shù)波動大。

2.控制措施。孿生絲、慢孔、抖動絲、失控孔、“魚餌”出現(xiàn)后可根據上文所述的產生原因逐條進行排查，找出不符合工藝參數(shù)的項目，通過調整參數(shù)使之達到工藝要求。設備機械方面的問題，維修或更換設備元件;原液質量的問題，則根據工藝要求改善原液質量，完善工藝條件;所有的條件滿足工藝要求后，更換噴絲板，使超尺寸纖維得以控制。生產中出現(xiàn)超尺寸纖維產品，除實施上述措施后，還要做好如下工作：（1）對產生超尺寸纖維的紡位，停位換板運行正常后，及時追蹤到下道工序，將相對應產生的不合格纖維進行分離，并用分離卡標示出來。（2）加強對產生超尺寸纖維紡位的內、外環(huán)溫度、視鏡箱密封、主氮氣分配板等關鍵甬道條件的檢查維護，進一步完善紡絲機硬件條件。（3）因質量斷頭停下的紡位重新升位后，首先檢查絲束質量，如果紡位仍然慢孔，禁止引絲，停位換板。（4）對出口噴淋的水量，清潔導絲器的間隙大小、溢流盒水量以及傳感羅拉的角度進行檢查，確保其在工藝要求的范圍。（5）新生的紡位觀察其運行正常后，及時將絲束打人清潔導絲器中，同時關好甬道門。（6）檢測數(shù)采顯示報警的內、外環(huán)溫度，確認達到工藝要求，對存在偏差的，通過疏通疏水管道、更換疏水器、檢查三通球閥等措施，使溫度達到工藝要求。

結束語：

總而言之，干法腈綸纖維因其工藝合理性較高，從而使纖維本身具有良好的紡織性能。在實際加工中，只需要對加工過程進行合理、有效的控制，并對可能影響加工質量的問題進行注意，便能夠加工出性能優(yōu)良的產品。

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