腈纶湿法纺丝中凝固浴浓度的控制

2016-09-03创新者王玉奎

中国科技信息 2016年10期

创新者：王玉奎

腈纶湿法纺丝中凝固浴浓度的控制

创新者：王玉奎

在腈纶湿法纺丝中，凝固浴浓度稳定直接影响纺丝成形的好坏，而纺丝成形直接关系到生产的平稳性与成品丝束的质量。本文主要浅析了凝固浴浓度稳定的重要性，讲述实际生产中凝固浴浓度控制的两种方法，手动密度检测法和在线折光仪控制法，并对两种控制方法的优缺点进行对比。

凝固浴浓度控制在腈纶湿法纺丝中的重要性

腈纶全称为聚丙烯腈纤维，是由聚丙烯腈或85%以上的丙烯腈和其他第二、第三单体的共聚物纺制的纤维，腈纶工艺按纺丝成形方式可分为干法纺丝和湿法纺丝两种，其中湿法纺丝的成形是靠纺丝原液浸入凝固浴中，纺丝原液中的溶剂NaSCN（腈纶湿法纺丝所用溶剂还有DMF、DMAc、DMSO、丙酮等，本文以NaSCN为例）与低浓度NaSCN溶液即凝固浴进行双扩散，使得喷出的纺丝原液中聚丙烯腈浓度达到≥63%的成形条件。

根据双扩散原理，纺丝原液在纺丝成形时主要发生三种变化：一，形态的改变，从液态→粘弹状态→冻胶体；二、组成的改变，聚合物浓度变大；三、热力学参数的变化，释放热能，温度降低，而影响成形效果的主要因素有：浓度差、温度差、凝固浴流量等。在纺丝原液参数不变，温度差及凝固浴流量，牵伸速度等易于控制的情况下，凝固浴浓度控制的稳定性就直接关系到纺丝成形的好坏，凝固浴浓度过高或过低都不利于纤维成形，凝固浴浓度越高则浓度差越小，双扩散进行的速度变慢，原液三态改变不完全，纺丝成形不彻底，则初生纤维强度不够，黏度较大，在拉伸过程中初生纤维易出现断丝、并丝、疵点等情况，此类纤维进入后续工序时，易造成缠辊等生产事故和纤维质量强度不足、粉尘较多等质量问题。凝固浴浓度越低则浓度差越大，双扩散进行的速度变快，原液细流的表面形态改变较快，形成一种缺乏弹性而又脆硬的皮层，阻止原液细流中心处双扩散的进行，导致初生纤维皮芯结构不一，有孔洞产生，延伸性变差，拉伸时易断裂产生毛丝，在后续工序中丝束易被拉断造成缠辊等生产事故以及NaSCN清洗不完全，丝束含NaSCN较高、延伸性较差、丝束泛白失透等质量问题。由此可见凝固浴浓度控制的稳定与否，直接影响到湿法纺丝生产的平稳运行和最终产品质量的好坏，所以稳定控制凝固浴浓度，保持浓度差波动较小对腈纶湿法纺丝长周期运行具有重要意义。

凝固浴浓度控制的方法与优缺点

凝固浴浓度随着纺丝箱中双扩散的进行，会不断的增高，为保持凝固浴浓度的稳定，需补加水或低浓度NaSCN溶液进行调节，补加量的大小则根据检测浓度来确定，最终使得进入纺丝箱系统的凝固浴浓度保持恒定。

检测凝固浴浓度并调节的方法有很多种，安庆腈纶过往使用为手动密度检测再人工调整，现在使用的是在线折光仪检测，并自动跟踪调整。在过往使用的密度法中，正常生产时，操作人员每隔1～2h从纺丝箱中采2个样品，再使用密度计检测样品密度，因为是NaSCN水溶液浓度和密度在固定温度下成一定的关系，所以通过密度比较，确定浓度偏离情况，再根据偏离情况进行手动调整稀NaSCN溶液补加量，直至下次检测确定调整情况。这种控制方法存在很多弊端，一、密度计检测密度因人工检测，且不同人员观测量有一定的偏差，所以精度不够高；二、手动控制调节阀大小来补加，靠经验，属于估计量，不能及时精细的控制补加量；三、每隔1～2h采一次样进行检测，不能及时反映补加效果，同时操作人员工作量加大；四，浓度与密度的关系受温度的影响，若温度出现波动，原有密度值不能准确描述当前温度下的浓度，则调节不够准确。

现在使用折光仪浓度检测浓度并自动跟踪调整，是通过专门的细管从凝固浴调整后的位置引一股细流经过折光仪，通过折光仪的折光率检测流经的凝固浴浓度，再通过自动跟踪浓度的自控阀自动调节稀料补加量，确保凝固浴浓度稳定在设定值。折光仪浓度检测相对于手动密度检测有很多优势，一，随时检测浓度并通过自动跟踪的自控阀进行补加量调整，保持浓度在设定值左右，且精度较高；二，浓度是通过折光率进行换算，且折光仪自带温度参数补偿，所以浓度检测的精确度受温度影响较小；三，能及时反映浓度变化情况，可以通过DCS系统检查浓度变化趋势，便于生产事故影响因素的分析；四，不需要手动检测，降低操作人员的工作量。折光仪检测浓度有很大优势，但也有相应缺陷：一，凝固浴中有部分杂质，可能附着于镜片表面，影响检测结果；二，折光仪如果损坏，不易被及时发现。针对这些缺陷，安庆石化采取定期检查校正折光仪的办法，及时更换折光仪内去除杂质的刷片，且定期对浓度检测的准确性进行化验校正。

图1　密度检测控制时化验数据

图2　折光仪检测控制时化验数据

两种控制方法的生产数据对比

图1和图2分别是在安庆石化腈纶实际生产中，手动密度检测控制（2013年）和在线折光仪检测控制（2015年）时的化验浓度。

通过两组图表对比可以发现，使用折光仪检测控制浓度时，凝固浴浓度波动明显更小，且波动时调整更迅速，这有利于纺丝成形的稳定，长周期连续生产以及纤维质量更易控制。

2013年凝固浴浓度是通过手动密度检测控制，在这一年内，纺丝共发生1次因凝固浴浓度控制失控引起的较大生产波动，和多次小的浓度波动，造成6条生产线不稳，出现大范围缠辊事故甚至部分生产线停车事故，且事故时间段内的丝束强度等多项质量指标不合格等质量问题，造成较大损失。2015年凝固浴浓度是通过在线折光仪检测控制，全年内，未发生任何1次凝固浴浓度严重失控现象。