噴絲板微孔結構對高速紡氨綸絲性能影響的探究

張星明，陶玉峰，張 磊

（連云港杜鐘新奧神氨綸有限公司，江蘇 連云港 222047）

1 概述

目前，氨綸絲的生產過程是通過聚合反應生成可以使用的原液，然后通過移送泵、計量泵，再通過噴絲板將原液擠壓出去，經過甬道熱風吹干，最后通過卷繞機紡制成很細的氨綸絲制品[1]。在氨綸絲的生產過程中，需要通過噴絲板，將黏流態的高聚物原液通過微孔轉變成有一定截面形狀的細流，經過甬道熱風固化形成絲條[2]。

噴絲板作為紡絲組件中最重要的一部分，又稱紡絲帽，對氨綸紡絲的操作性能和指標有至關重要的影響。本研究重點分析了噴絲板不同微孔尺寸對多孔氨綸紡絲可紡性二甲基乙酰胺（Dimethylacetamide，DMAC）殘存率、噴絲板堵塞率、絲卷物性指標的影響，為氨綸絲高速紡提供參考。

2 噴絲板微孔結構對氨綸可紡性的影響

氨綸原液通過噴絲板時，彈性效應顯著，在甬道內會出現斷絲情況。這是因為當噴絲板微孔內部空間偏大時，原液通過此空間產生的內聚能不足以讓分子間的鍵全部打開，無法形成有序的張力，在高速紡織的過程中會出現斷絲，無法進行多孔絲生產[3]。

分析熔體在微孔中的流動特性可知，增大長徑比有助于彈性能的松弛，減小出口處的壓力，減緩膨化，紡絲相對穩定。選擇長徑比的原則：熔體在孔道中的停留時間必須大于熔體的松弛時間；直徑相同時，微孔越長，加工和清洗越困難。

噴絲板導孔形狀有帶錐底的圓柱形、圓錐形、雙錐形、雙曲線形和平底圓柱形5種[4]（圖1）。

圖1 噴絲板導孔形狀（從左至右分別為圓柱形、圓錐形、雙曲線形、雙錐形和平底圓柱形）

圓柱形導孔的直徑與微孔直徑之比為直徑收縮比，直徑收縮比越小，熔體在入口處獲得的彈性能就越小。但是，直徑收縮比還與出口的穩定性有關，導孔越小，出口壓力降波動越大[5]。當導孔直徑大于2.0 mm時，出口壓力降變化很小，因此，導孔直徑不能太小，常取2.0、2.5、3.0、4.0 mm 4種規格。

3 噴絲板微孔結構對絲束DMAC殘存率的影響

DMAC是氨綸原液的溶劑，當氨綸絲束經受甬道中熱風的作用時，DMAC會受熱揮發，使絲束固化，絲束內部的溶劑在向表面擴散的過程中受到阻礙，導致DMAC無法完全揮發，在絲束中殘留溶劑。當DMAC殘存率偏高時，會使絲卷在存放過程中出現粘連的問題，同時會對人體造成危害，因此，氨綸絲的DMAC殘存率受到越來越多相關專業人士的關注。

本試驗在相同工位上分別使用120個0.4/1.2噴絲板與120個0.3/0.9噴絲板進行24 h生產運行對比分析，使用氣相色譜法，采用9790氣相色譜儀測定氨綸絲中DMAC的殘存率，結果如表1所示。

表1 氨綸絲中DMAC的殘存率測試結果

由表1可以看出，使用0.4/1.2噴絲板時，氨綸絲的DMAC殘存率為2.0%；使用0.3/0.9噴絲板時，殘存率為0.9%。這是因為通過更改噴絲板微孔尺寸，使原液流出噴絲板微孔時產生的內外壓強變大，增大原液流出微孔時的橫截面，使DMAC揮發得更快、更徹底，便于DMAC的回收。

4 噴絲板微孔結構對微孔堵塞率的影響

在氨綸生產過程中，原液需要通過噴絲板擠出，如果在這一過程中產生的內聚能不足以讓分子間的鍵全部打開，原液在噴絲板內部的二次反應就不徹底，造成原液中的分子排序混亂、均一性差，產生凝膠，極易堵塞噴絲板，造成可紡性惡化。本試驗在相同工位上分別使用120個0.4/1.2噴絲板與120個0.3/0.9噴絲板進行24 h生產運行，檢測噴絲板堵塞率，結果如表2所示。

表2 噴絲板堵塞率測試結果

由表2可以看出，使用0.4/1.2噴絲板時，由于原液黏度較高、流動性較差，通過噴絲板時，溶液無法從噴絲板微孔中均勻流出，堵塞率高達45.8%；使用0.3/0.9噴絲板時，堵塞率為0%。這是因為當噴絲板微孔直徑為 0.4 mm、高1.2 mm時，內部空間大，原液通過噴絲板微孔時產生的內聚能不足以讓分子間的鍵全部打開，溶液在噴絲板內部的二次反應不徹底，造成溶液中的分子排序混亂、均一性差，堵塞噴絲板；當使用0.3/0.9噴絲板時，減小了噴絲板微孔體積，壓縮了溶液中分子間的間隙，使溶液在進入噴絲板微孔時進行二次反應，讓原液中的分子有序排列，堵塞率顯著下降。

5 噴絲板微孔結構對氨綸絲物性指標的影響

本試驗在相同工位上分別使用120個0.4/1.2噴絲板與120個0.3/0.9噴絲板24 h生產40 D氨綸絲，采用Instron公司生產的5962A型萬能材料試驗機，設定夾鉗間距為（50.0±0.5）mm，參考行業標準FZ/T 50007—2012《氨綸絲彈性試驗方法》，測定氨綸的斷裂伸長率、斷裂強度、彈性回復力、拉伸應力等力學性能，結果如表3所示。

表3 氨綸力學性能測試結果

由表3可知，使用0.3/0.9噴絲板產品的指標整體優于0.4/1.2噴絲板產品的指標，這是因為0.3/0.9噴絲板的微孔小，內部體積更小，原液通過微孔時，分子間的間隙被壓縮得更小，使原液進行了二次反應，分子鏈排列更規整、有序，所以產品的各項指標更好。

6 結語

在氨綸絲高速紡絲過程中，噴絲板起至關重要的作用，選擇型號合適的噴絲板，不僅能提高產品的一等品率、縮短組件更換周期，還可以改善產品的物性指標，使產品更適應后道生產。

在本試驗聚合體一定的情況下，使用0.3/0.9噴絲板時，可以有效促進DMAC的揮發，降低DMAC的殘存率，提高DMAC的回收效率，因此，可以適當降低紡絲溫度和紡絲風量，節約能耗。

在本試驗聚合體一定的情況下，使用0.3/0.9噴絲板時，可以大幅度降低噴絲板的堵塞率，延長組件的更換周期，降低更換組件的成本。

在本試驗聚合體一定的情況下，使用0.3/0.9噴絲板時，產品的斷裂強度和斷裂伸長率更高，產品的使用性能更好。