腈纶丝束手感硬的原因分析
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作者: 刘旭光
摘要：通过对硬丝束的化验分析，针对生产工艺进行调整，制定预防措施，解决生产难题。
关键词：DMAC含量、水洗水量、水洗温度、卷曲参数
一、前言
我公司生产线全部引进意大利的先进设备，采用蒙特公司DMAC湿法二步法的工艺技术，同时借鉴奇峰化纤多年的生产经验，所以产品质量较高。但在2007年生产过程中．出现了个别丝束手感发硬。丝束手感硬在拉断过程中容易产生断丝、缠辊。用户保证不了产品的织成率，因此反应强烈，纷纷要求退货和索赔。给公司产品的销售带来了很大限制，如果问题不解决将会直接影响到公司产品的声誉和公司效益，因此公司成立了攻关小组，工程技术人员做了详细的实验和分析工作，终于找出了问题所在。
二、工艺原理和工艺流程
1、工艺原理
聚合物原液经过计量泵连续，定量计量压出喷丝头形成液态细流进入含DMAC的凝固浴中。由于原液DMAC浓度和凝固浴DMAC浓度存在浓度差，原液细流的表面首先与凝固浴接触而很快形成一薄层，凝固浴中凝固剂（水）不断通过这一皮层扩散至细流内部，而细流中的溶剂（DMAC）也通过皮层扩散至凝固浴中，由于双向扩散的不断进行，使皮层不断增厚，当细流中间部分的溶剂浓度降至某一临界浓度以下时，原为均相的共聚物溶液发生相分离，聚合物从溶液中沉淀析出，形成初生纤维的芯层，并产生一定的体积收缩－――形成纤维。
此时的纤维称为初生纤维，其物理－机械性能很差，不能符合纺织加工的要求，由于丝束不断通过双扩散作用失去DMAC，同时凝固浴中的水分扩散到丝束中，因此凝固浴中DMAC浓度不断增大，需进行稀释，稀释介质采用洗涤完丝束后的水洗液与此同时，凝固浴的温度会随着原液的进入而升高，因此，需通过循环系统保证成形条件的稳定，凝固浴槽中的DMAC水溶液，由凝固浴循环泵，流经凝固浴冷却器后返回槽中，并在循环泵入口加入一定量的水洗水溶液，用来调节浓度，过量的DMAC水溶液溢流至回收单元重新提纯利用。
2、工艺流程
原液制备―纺丝成型―水洗―牵伸―上油―烘干―卷曲―定型―打包
三、通过对工艺流程的综合分析，对丝束硬的部分进行详细化验。产生丝束手感发硬有以下几个原因：
丝束中DMAC含量较高，没达到预期的水洗效果
丝束离开凝固浴区后，通过导丝辊进入六级水洗槽以除去溶剂。由凝固浴出来的丝束中含有一定量的溶剂，如果不把这部分溶剂去除，不仅纤维手感粗硬，且色泽灰暗，加工中纤维发粘，不易梳理，特别是在以后的染色过程中更会产生不良影响。每个水洗槽中，水洗溶液（来自于牵伸区）由一个喷淋装置垂直穿过丝束，溢流出来的水洗溶液进入收集罐，然后送到溶剂回收单元，部分水洗溶液用来调节凝固浴的浓度。
对拉断厂家给我们邮寄的样品丝进行多组对比化验，具体数据见下表：
从上面的数据可以看出来DMAC含量相差较多，因此我们初步断定丝束硬与水洗效果不好有直接的关系。
影响水洗效果的因素
①水洗水的温度
随着水洗温度的提高，纤维溶胀加剧，且DMAC分子运动加快，有利于丝束中的DMAC向水中扩散，同时有利于水向丝束中扩散，提高水洗效率，但随着温度的提高，DMAC挥发损失较大，而且恶化周围环境。在实际生产过程中水洗各部位的温度一般在50℃到80℃之间，牵伸过程对水洗温度要求较高，正常控制在96℃到98℃，超过98℃丝束内部分子作用力由解取向变为主导作用。纤维的强度反而会下降，对纺丝线可纺性产生影响。所以在日常生产过程中，牵伸的水温尽量控制在97℃-98℃之间，丝束中的DMAC的热运动变的更快，有利于去除。同时牵伸区水向前传导到水洗区水，所以水洗区水温度也能控制在一个较高的数值，也就相当于强化水洗区水洗效果（因为水洗区是没有温度自动控制装置）。
②水洗水的流量
水洗水的流量是根据通过水洗机的丝束量来确定的。水洗水量大，水洗效果好，但若用量过大，增加回收工序的负担及回收工序能耗。水洗水流向与丝束行走方向是呈现直角，过多的水洗量对丝束产生较大冲击，这种冲击力容易将丝幅较薄部位冲散，造成乱丝，丝束在牵伸最大处会因为前道工序产生的乱丝而断裂、缠绕传动辊，对纺丝成品质量产生危害。水量不足达不到将DMAC洗尽要求，DMAC洗不净丝束手感发硬，丝束有异味，没有光泽。
具体实验数据如下：
通过以上水量的调整，丝束中DMAC含量明显比原来减少，而且丝束手感光滑，柔软。
③丝束的张力
丝束经过水洗装置时是有一定的张力的，水洗过程中要产生固定倍数的牵伸，丝束的旦数的不同牵伸倍数也不相同。如果丝束在通过喷淋装置时张力太大，单根丝排列紧密，不利于DMAC向外扩散，洗涤水不容易渗透到丝束内部，丝束中DMAC残留较大。因此在实际生产中，要根据生产线具体情况来调整水洗区丝束张力。在调节丝束张力大小可以通过观察水洗水通过丝束的状态来确定。丝束在一定张力下通过水洗装置时，水是均匀的透过丝束流到水洗槽中，并且丝束在水洗时是有规律的震动，这种震动表明水洗水正在透过丝束冲洗DMAC。
④丝束的幅宽、薄厚应均匀一致，否则会造成水洗效果不好。
丝束幅宽、薄厚不一致，在水洗过程中同样会使丝束中DMAC含量偏高。一定压力的水洗水在透过丝束进行水洗时，丝束薄的部位成为水洗过程中的薄弱点。大部分的水量都是较薄处透出，而厚的地方水洗水流量相应的减少，而且压力不足洗净丝束的DMAC。这种现象最容易造成丝束DMAC含量偏高，因此在实际生产中坚决杜绝丝束薄厚不匀。因此每次纺丝线更换喷丝头或者品种调换后，丝幅的调整很重要。这项达标工作做的好与坏对以后各项指标都产生较大影响。
丝束在卷曲过程中与设备部件挤压，造成高温使丝束变硬。
为了增加腈纶自身以及与棉、毛混纺时的抱合力，改善其纺织加工性，同时也是改善纤维的柔软性、弹性和保暖性，必须交纤维进行卷曲加工。我公司采用的是机械卷曲中的干法卷曲，机械卷曲原理是丝束温度升到Tg（玻璃化温度）以上时，纤维开始变得柔软，在外力作用下容易变形而形成卷曲。
卷曲除与纤维本身状态有关外，还与纤维所处的温度、湿度及受力大小等因素有关，尤其是温度的影响更为突出。丝束温度过低，不能达到要求的卷曲度；温度过高则会造成纤维强度下降，甚至使纤维发黄变脆或出现发粘并丝现象。
卷曲流程：
干燥丝束―汽蒸箱加热―卷曲头―卷曲室（形成卷曲）―定型
汽蒸箱加热的丝束温度达到Tg（玻璃化温度），此时纤维可塑性较高，经过一对卷曲头传动后进入卷曲室。在卷曲室丝束被挤压、折叠和横向弯曲产生卷曲度。在这个过程中卷曲头的参数控制比较重要，如卷曲头间隙、卷曲头压力等等。卷曲头间隙不一致，起不到对丝束夹紧作用，导致丝束不能平整的进入卷曲室。张力较小的部分丝束会产生频繁的跳动，在卷曲头250Kpa压力作用下丝束被不规格的挤压，重叠在一起形成硬丝。
此外还要强调丝束进入卷曲前的调整也很重要，丝束的厚度与幅宽主要靠调幅杆来完成。幅宽均匀，形成的卷曲较为平整。如果薄厚不匀，厚的部分在卷曲室内过分挤压最容易产生硬丝。
最后强调一点就是卷曲室蒸汽给入量要适度，较大的汽量丝束容易产生卷曲。但也不宜过大，否则含水过大反而降低了丝束卷曲效果。同时在水分存在下，高温挤压还会产生硬丝。
四 结论：
经过以上调整，丝束DMAC含量比原来降低了一半。手感更加柔软、光滑、无异味、透明度较高，得到了用户的认可。
参改文献：
1、任铃子 《腈纶生产技术问答》
2、董纪震 赵耀明 陈雪英 曾宪珉
《合成纤维生产工艺学》（第二版）
作者简介：
刘旭光 男 1976年生 化纤工程师 从事腈纶纤维生产及新品种研发
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