腈綸濕法紡絲中凝固浴濃度的控制

在腈綸濕法紡絲中，凝固浴濃度穩(wěn)定直接影響紡絲成形的好壞，而紡絲成形直接關(guān)系到生產(chǎn)的平穩(wěn)性與成品絲束的質(zhì)量。本文主要淺析了凝固浴濃度穩(wěn)定的重要性，講述實(shí)際生產(chǎn)中凝固浴濃度控制的兩種方法，手動(dòng)密度檢測(cè)法和MPR E-Scan在線濃度儀控制法，并對(duì)兩種控制方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比。

凝固浴濃度控制在腈綸濕法紡絲中的重要性腈綸全稱為聚丙烯腈纖維，是由聚丙烯腈或85% 以上的丙烯腈和其他第二、第三單體的共聚物紡制的纖維，腈綸工藝按紡絲成形方式可分為干法紡絲和濕法紡絲兩種，其中濕法紡絲的成形是靠紡絲原液浸入凝固浴中，紡絲原液中的溶劑NaSCN（腈綸濕法紡絲所用溶劑還有DMF、DMAC、DMSO、丙酮等，本文以NaSCN 為例）與低濃度NaSCN 溶液即凝固浴進(jìn)行雙擴(kuò)散，使得噴出的紡絲原液中聚丙烯腈濃度達(dá)到≥ 63% 的成形條件。

根據(jù)雙擴(kuò)散原理，紡絲原液在紡絲成形時(shí)主要發(fā)生三種變化：一，形態(tài)的改變，從液態(tài)→粘彈狀態(tài)→凍膠體；二、組成的改變，聚合物濃度變大；三、熱力學(xué)參數(shù)的變化，釋放熱能，溫度降低，而影響成形效果的主要因素有：濃度差、溫度差、凝固浴流量等。在紡絲原液參數(shù)不變，溫度差及凝固浴流量，牽伸速度等易于控制的情況下，凝固浴濃度控制的穩(wěn)定性就直接關(guān)系到紡絲成形的好壞，凝固浴濃度過(guò)高或過(guò)低都不利于纖維成形，凝固浴濃度越高則濃度差越小，雙擴(kuò)散進(jìn)行的速度變慢，原液三態(tài)改變不*，紡絲成形不*，則初生纖維強(qiáng)度不夠，黏度較大，在拉伸過(guò)程中初生纖維易出現(xiàn)斷絲、并絲、疵點(diǎn)等情況，此類纖維進(jìn)入后續(xù)工序時(shí)，易造成纏輥等生產(chǎn)事故和纖維質(zhì)量強(qiáng)度不足、粉塵較多等質(zhì)量問(wèn)題。凝固浴濃度越低則濃度差越大，雙擴(kuò)散進(jìn)行的速度變快，原液細(xì)流的表面形態(tài)改變較快，形成一種缺乏彈性而又脆硬的皮層，阻止原液細(xì)流中心處雙擴(kuò)散的進(jìn)行，導(dǎo)致初生纖維皮芯結(jié)構(gòu)不一，有孔洞產(chǎn)生，延伸性變差，拉伸時(shí)易斷裂產(chǎn)生毛絲，在后續(xù)工序中絲束易被拉斷造成纏輥等生產(chǎn)事故以及NaSCN清洗不*，絲束含NaSCN 較高、延伸性較差、絲束泛白失透等質(zhì)量問(wèn)題。由此可見(jiàn)凝固浴濃度控制的穩(wěn)定與否，直接影響到濕法紡絲生產(chǎn)的平穩(wěn)運(yùn)行和zui終產(chǎn)品質(zhì)量的好壞，所以穩(wěn)定控制凝固浴濃度，保持濃度差波動(dòng)較小對(duì)腈綸濕法紡絲長(zhǎng)周期運(yùn)行具有重要意義。

凝固浴濃度控制的方法與優(yōu)缺點(diǎn)

凝固浴濃度隨著紡絲箱中雙擴(kuò)散的進(jìn)行，會(huì)不斷的增高，為保持凝固浴濃度的穩(wěn)定，需補(bǔ)加水或低濃度NaSCN 溶液進(jìn)行調(diào)節(jié)，補(bǔ)加量的大小則根據(jù)檢測(cè)濃度來(lái)確定，zui終使得進(jìn)入紡絲箱系統(tǒng)的凝固浴濃度保持恒定。

檢測(cè)凝固浴濃度并調(diào)節(jié)的方法有很多種，安慶腈綸過(guò)往使用為手動(dòng)密度檢測(cè)再人工調(diào)整，現(xiàn)在使用的是MPR E-Scan在線濃度儀檢測(cè)，并自動(dòng)跟蹤調(diào)整。在過(guò)往使用的密度法中，正常生產(chǎn)時(shí)，操作人員每隔1～ 2h從紡絲箱中采2個(gè)樣品，再使用密度計(jì)檢測(cè)樣品密度，因?yàn)槭?/span>NaSCN 水溶液濃度和密度在固定溫度下成一定的關(guān)系，所以通過(guò)密度比較，確定濃度偏離情況，再根據(jù)偏離情況進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整稀NaSCN 溶液補(bǔ)加量，直至下次檢測(cè)確定調(diào)整情況。這種控制方法存在很多弊端，一、密度計(jì)檢測(cè)密度因人工檢測(cè)，

且不同人員觀測(cè)量有一定的偏差，所以精度不夠高；二、手動(dòng)控制調(diào)節(jié)閥大小來(lái)補(bǔ)加，靠經(jīng)驗(yàn)，屬于估計(jì)量，不能及時(shí)精細(xì)的控制補(bǔ)加量；三、每隔1～2h采一次樣進(jìn)行檢測(cè)，不能及時(shí)反映補(bǔ)加效果，同時(shí)操作人員工作量加大；

四，濃度與密度的關(guān)系受溫度的影響，若溫度出現(xiàn)波動(dòng)，原有密度值不能準(zhǔn)確描述當(dāng)前溫度下的濃度，則調(diào)節(jié)不夠準(zhǔn)確。

現(xiàn)在使用MPR E-Scan濃度儀濃度檢測(cè)濃度并自動(dòng)跟蹤調(diào)整，是通過(guò)專門的細(xì)管從凝固浴調(diào)整后的位置引一股細(xì)流經(jīng)過(guò)MPR E-Scan濃度儀，通過(guò)MPR E-Scan濃度儀的折射率檢測(cè)流經(jīng)的凝固浴濃度，再通過(guò)自動(dòng)跟蹤濃度的自控閥自動(dòng)調(diào)節(jié)稀料補(bǔ)加量，確保凝固浴濃度穩(wěn)定在設(shè)定值。MPR E-Scan濃度儀濃度檢測(cè)相對(duì)于手動(dòng)密度檢測(cè)有很多優(yōu)勢(shì)，一，隨時(shí)檢測(cè)濃度并通過(guò)自動(dòng)跟蹤的自控閥進(jìn)行補(bǔ)加量調(diào)整，保持濃度在設(shè)定值左右，且精度較高；二，濃度是通過(guò)折射率進(jìn)行換算，且MPR E-Scan濃度儀自帶溫度參數(shù)補(bǔ)償，所以濃度檢測(cè)的度受溫度影響較?。蝗?，能及時(shí)反映濃度變化情況，可以通過(guò)DCS 系統(tǒng)檢查濃度變化趨勢(shì)，便于生產(chǎn)事故影響因素的分析；四，不需要手動(dòng)檢測(cè)，降低操作人員的工作量。MPR E-Scan濃度儀檢測(cè)濃度有很大優(yōu)勢(shì)，但也有相應(yīng)缺陷：一，凝固浴中有部分雜質(zhì)，可能附著于鏡片表面，影響檢測(cè)結(jié)果；二，MPR E-Scan濃度儀如果損壞，不易被及時(shí)發(fā)現(xiàn)。針對(duì)這些缺陷，安慶石化采取定期檢查校正MPR E-Scan濃度儀的辦法，及時(shí)更換MPR E-Scan濃度儀內(nèi)去除雜質(zhì)的機(jī)械刷頭，且定期對(duì)濃度檢測(cè)的準(zhǔn)確性進(jìn)行化驗(yàn)校正。

兩種控制方法的生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比

圖1和圖2分別是在安慶石化腈綸實(shí)際生產(chǎn)中，手動(dòng)密度檢測(cè)控制（2013 年）和MPR E-Scan在線濃度儀檢測(cè)控制（2015年）時(shí)的化驗(yàn)濃度。通過(guò)兩組圖表對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，使用MPR E-Scan濃度儀檢測(cè)控制濃度時(shí)，凝固浴濃度波動(dòng)明顯更小，且波動(dòng)時(shí)調(diào)整更迅速，這有利于紡絲成形的穩(wěn)定，長(zhǎng)周期連續(xù)生產(chǎn)以及纖維質(zhì)量更易控制。

2013 年凝固浴濃度是通過(guò)手動(dòng)密度檢測(cè)控制，在這一年內(nèi)，紡絲共發(fā)生1 次因凝固浴濃度控制失控引起的較大生產(chǎn)波動(dòng)，和多次小的濃度波動(dòng)，造成6 條生產(chǎn)線不穩(wěn)，出現(xiàn)大范圍纏輥事故甚至部分生產(chǎn)線停車事故，且事故時(shí)間段內(nèi)的絲束強(qiáng)度等多項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)不合格等質(zhì)量問(wèn)題，造成較大損失。2015 年凝固浴濃度是通過(guò)MPR E-Scan在線濃度儀檢測(cè)控制，全年內(nèi)，未發(fā)生任何1 次凝固浴濃度嚴(yán)重失控現(xiàn)象。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)，MPR E-Scan在線濃度儀檢測(cè)濃度并自動(dòng)調(diào)整的方法很好的控制了凝固浴濃度的穩(wěn)定性，遠(yuǎn)優(yōu)于以往的手動(dòng)密度方法，從根本上消除了因凝固浴濃度波動(dòng)造成的生產(chǎn)事故和質(zhì)量問(wèn)題，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)具有重大意義。