PAN原絲生產(chǎn)中噴絲頭異常的原因分析

張興龍，王學(xué)彩，徐澤夕，王俊峰，常百景

(1.河南永煤碳纖維有限公司，河南 商丘476000;2.河南煤化集團(tuán)研究院，河南 開(kāi)封475000)

噴絲頭是化纖生產(chǎn)裝置中的重要紡絲設(shè)備組件，設(shè)計(jì)精密、制造精度高。根據(jù)紡絲工藝和產(chǎn)品的不同，噴絲頭結(jié)構(gòu)不盡相同。但不管采用何種噴絲頭，在生產(chǎn)中總會(huì)受各種因素的影響而偏離正常狀態(tài)，表現(xiàn)為噴絲板吐絲異常，嚴(yán)重影響紡絲成品質(zhì)量。作為紡絲生產(chǎn)中的精密設(shè)備，國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)對(duì)噴絲板的設(shè)計(jì)、選材研究較多［1－3］，但關(guān)于噴絲板及噴絲頭在生產(chǎn)中出現(xiàn)的技術(shù)問(wèn)題與處理方法鮮見(jiàn)報(bào)導(dǎo)，本文以PAN(聚丙烯腈)濕法紡絲工藝為例，對(duì)PAN原絲生產(chǎn)中有關(guān)噴絲頭的常見(jiàn)技術(shù)疑難進(jìn)行了探討，旨在加深對(duì)噴絲頭設(shè)計(jì)原理的理解，準(zhǔn)確判斷噴絲頭異常的根本原因，交流技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。

1 噴絲頭結(jié)構(gòu)

噴絲頭是紡絲生產(chǎn)中的重要設(shè)備，對(duì)紡絲產(chǎn)品的質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。PAN濕法紡絲的噴絲頭包括噴絲板、分配板、過(guò)濾網(wǎng)及配套墊片、螺帽、鵝頸管和壓力檢測(cè)附件等，如圖1。為了減小物料輸送阻力，減少氣泡的產(chǎn)生，噴絲頭末端及鵝頸管內(nèi)表面通常進(jìn)行拋光，徹底清潔。

圖1 噴絲頭結(jié)構(gòu)示意圖

2 噴絲頭異?，F(xiàn)象及原因分析

噴絲頭是使紡絲物料轉(zhuǎn)變成原生絲條的主要設(shè)備，噴絲頭狀態(tài)對(duì)紡絲產(chǎn)品的形成具有決定性的作用。紡絲物料經(jīng)過(guò)增壓、過(guò)濾、計(jì)量后送往噴絲頭，如果噴絲頭狀態(tài)不良，會(huì)影響絲條的正常形成，導(dǎo)致后續(xù)工序毛絲、斷絲和纏輥增多［4］，使紡絲生產(chǎn)惡化。生產(chǎn)中，噴絲頭會(huì)因?yàn)楣に嚄l件的差異或人為操作因素的影響，出現(xiàn)各種異常，主要表現(xiàn)為以下幾種現(xiàn)象，如圖2。

圖2 噴絲頭走絲狀態(tài)

圖2 (a)為噴絲頭漏料，物料從噴絲帽前后邊緣滲漏，在凝固浴中凝結(jié)成團(tuán)、“長(zhǎng)大”。原因在于噴絲頭螺帽與噴絲頭管口接合不牢、螺紋損壞、墊片未正確安放等。這種現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成原絲線密度降低，如果漏料在噴絲板邊緣，堆積的料塊會(huì)影響正常抽絲。

圖2(b)為典型的氣泡絲，紡絲物料中含有的微小氣泡，伴隨紡絲原液從噴絲板小孔噴出，進(jìn)入凝固浴，因物料所受的外界壓力降低，其中的微細(xì)氣泡膨脹、上浮，帶著初生絲條上浮至凝固浴液面，形成晶亮的氣泡絲。其結(jié)果是后工序出現(xiàn)毛絲、纏輥，無(wú)法正常牽伸。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是紡絲物料脫泡不良，物料中微細(xì)的氣泡未完全脫除。

圖2(c)為噴絲板變形，由原噴絲板平面變?yōu)橥蛊鸬那?，噴絲孔直徑及結(jié)構(gòu)改變，噴絲狀態(tài)隨之變化，所產(chǎn)原絲纖度變大。噴絲板受壓變形后不可恢復(fù)，只能報(bào)廢，因此應(yīng)根據(jù)噴絲板的耐壓范圍，嚴(yán)格控制紡前壓力。噴絲板的承壓能力依板的厚度、孔徑和孔分布等因素而定，對(duì)厚度為0.7 mm的噴絲板，承壓能力不高于8 kgf/cm2。沖壓成型的鉭質(zhì)噴絲板，耐壓能力有所提高，但不應(yīng)超過(guò) 15 kgf/cm2［5］。

圖2(d)噴絲板噴料塊，當(dāng)噴絲板孔道堵塞嚴(yán)重時(shí)，物料在高壓作用下從噴絲孔緩慢滲出，凝結(jié)在噴絲板表面，不斷長(zhǎng)大，形成料塊。噴料塊是噴絲板孔道堵塞較嚴(yán)重時(shí)的表現(xiàn)，即使人為清除料塊，這種現(xiàn)象仍會(huì)再次出現(xiàn)。

圖2(e)噴毛絲和斷頭，主要原因是分配板前過(guò)濾網(wǎng)有堵塞，同時(shí)紡絲物料內(nèi)存在微細(xì)雜質(zhì)，使絲條噴出后在凝固浴液流的作用下斷頭。

圖2(f)部分噴絲板板孔完全阻塞，導(dǎo)致噴絲孔道減少，絲束線密度變小。

圖2(g)螺旋絲，當(dāng)孔道部分堵塞時(shí)，高壓物料從孔道內(nèi)擠出，受孔道內(nèi)壁狀態(tài)影響，成螺旋狀噴出。螺旋絲主要是由于噴絲板清洗不徹底造成的，備用的噴絲板應(yīng)嚴(yán)格按要求徹底清洗，檢測(cè)。

圖2(h)噴絲板表面污染，從板面上可見(jiàn)大量物料黏結(jié)，伴隨有毛絲和斷絲噴出?？赡艿脑蛴?種，其一，物料內(nèi)含有大量微細(xì)雜質(zhì)，堵塞孔道。其二，裝置開(kāi)車時(shí)拔絲不良，物料黏附噴絲板。其三，紡絲物料黏度過(guò)低，可紡性差。

圖2(i)為正常走絲狀態(tài)。

3 對(duì)不同現(xiàn)象采取的對(duì)策

紡絲狀態(tài)是決定原絲質(zhì)量的先決條件，噴絲異常將會(huì)使紡絲后工序運(yùn)行困難，原絲品質(zhì)下降。因此，從紡絲源頭出發(fā)，消除噴絲頭異常是提高原絲成形質(zhì)量的重要措施。生產(chǎn)中應(yīng)針對(duì)噴絲頭出現(xiàn)的不同異常，采取相應(yīng)的措施，恢復(fù)正常走絲。

圖2(a)，應(yīng)抬起噴絲頭，重新?lián)Q板，重點(diǎn)檢查噴絲頭連接螺紋、噴絲頭螺帽內(nèi)部墊片擠壓情況，確認(rèn)無(wú)誤后組裝噴絲板，使用力矩扳手?jǐn)Q緊噴絲頭螺帽，保證無(wú)漏料即可。

圖2(b)氣泡絲現(xiàn)象，應(yīng)加強(qiáng)聚合液脫泡，適當(dāng)延長(zhǎng)脫泡時(shí)間，盡量避免物料中的氣泡帶入噴絲頭。

圖2(c)噴絲板變形問(wèn)題，應(yīng)查找造成變形的原因，如果是噴絲板自身問(wèn)題，應(yīng)更換噴絲板。如果是紡絲物料黏度過(guò)大、紡速過(guò)高所致，應(yīng)重新?lián)Q板，適當(dāng)降低紡絲速度。

圖2(d)噴絲板噴料塊，應(yīng)檢查噴絲板表面，重新更換干凈的備用板。清洗噴絲板時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照要求徹底清洗，并認(rèn)真檢查確認(rèn)，保證孔道堵塞率不高于0.5%。對(duì)板面有劃痕或損傷的噴絲板應(yīng)與備用板分開(kāi)存放，并作好標(biāo)記。

圖2(e)對(duì)噴毛絲和斷絲現(xiàn)象，應(yīng)檢查紡前過(guò)濾器壓降是否正常，檢查濾芯是否存在堵塞或破損，并制定措施，定期檢查、拆洗過(guò)濾器濾芯。并在過(guò)濾器出口放料檢查，以物料均勻、無(wú)固體雜質(zhì)為準(zhǔn)，確保無(wú)固體雜質(zhì)進(jìn)入噴絲頭。

圖2(f)針對(duì)噴絲孔堵塞，應(yīng)采取不同的對(duì)策。其一，清洗不徹底，有部分板孔未疏通，應(yīng)重新熱清洗、超聲清洗或酸溶［6］。其二，物料中雜質(zhì)或凝膠塊堵塞，應(yīng)檢查紡前過(guò)濾器，查找雜質(zhì)來(lái)源，逐一排除。

圖2(g)與圖2(f)相似，應(yīng)對(duì)噴絲板進(jìn)行徹底清洗。

圖2(h)應(yīng)針對(duì)三種不同的原因，采取不同的措施。如果物料含有雜質(zhì)，應(yīng)檢查紡前過(guò)濾系統(tǒng)是否正常，檢查鵝頸管內(nèi)壁是否清潔、光滑。如果物料黏板是由拔絲造成，則應(yīng)抬起噴絲頭，重新?lián)Q板。對(duì)于紡絲物料黏度過(guò)低，應(yīng)確認(rèn)上游物料分析結(jié)果，比較紡前過(guò)濾器壓降與正常情況的偏差變化，正確判斷。

4 結(jié)語(yǔ)

噴絲頭運(yùn)行狀態(tài)不良，最直接的影響是不利于初生絲條的正常成形，原絲各項(xiàng)性能指標(biāo)離散性(CV值)變大，從紡絲的源頭改善噴絲狀態(tài)是生產(chǎn)高品質(zhì)原絲的重要基礎(chǔ)。對(duì)于一種相對(duì)固定的工藝路線，PAN原絲生產(chǎn)應(yīng)從日常生產(chǎn)技術(shù)上著手，避免噴絲異常，應(yīng)著重做好以下幾方面工作:

(1)開(kāi)車前檢查，清理噴絲頭螺紋連接處凝結(jié)膠塊，避免紋路阻塞，噴絲頭螺帽擰偏。

(2)安裝噴絲板前充分放料，排凈初始物料內(nèi)的氣泡和凝結(jié)膠塊。

(3)噴絲板清洗應(yīng)定人、定標(biāo)準(zhǔn)，清洗后嚴(yán)格檢查每一塊板的清洗效果，保證孔道堵塞數(shù)量不高于板孔總數(shù)的0.5%;洗凈備用的噴絲板應(yīng)妥善保存，作好標(biāo)記，投用前檢查、確認(rèn)。

(4)紡前物料過(guò)濾應(yīng)充分，注意過(guò)濾器壓降變化，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)切換、拆洗。

(5)發(fā)現(xiàn)噴絲板表面污染應(yīng)及時(shí)更換，避免劣質(zhì)原絲進(jìn)入下道工序。

［1］王二軻，莫迪，陳惠芳，等.噴絲頭長(zhǎng)徑比對(duì)PANCF原絲性能的影響［J］.合成纖維工業(yè)，2009(5):51－53.

［2］朱一音.提高濕法紡國(guó)產(chǎn)自制噴絲頭的質(zhì)量［J］.上海紡織科技，2000(6):49－52.

［3］劉讓同，李銳.噴絲板的設(shè)計(jì)生產(chǎn)［J］.輕紡工業(yè)與技術(shù)，2011(1):17－20.

［4］王學(xué)彩.PAN原絲生產(chǎn)中的斷頭原因分析［J］.高科技纖維與應(yīng)用，2011(4):35－35.

［5］賀福.碳纖維及石墨纖維［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

［6］H Uhrner.噴絲板的熱清洗［J］.國(guó)外紡織技術(shù)，2000，26(12):5 － 6.