对位芳纶纤维生产中毛丝的产生及控制

1、对位芳纶纤维生产中毛丝的产生及控制吴卫清苏州兆达特纤科技有限公司 江苏常熟 215522 摘要：本文对对位芳纶1414纤维生产中毛丝产生的原因进行了分析，通过对纺丝设备的改造和工艺的调整，避免了气泡纤维的产生，稳定和提高了芳纶1414纤维的强力和模量，提高了芳纶1414纤维的质量。关键词：芳纶1414纤维；毛丝；强力；模量中图分类号聚对苯二甲酰对苯二胺纤维(芳纶1414是聚对苯二甲酰对苯二胺经液晶溶液干喷-湿纺制得的高强、高模纤维，是当前最重要的高科技纤维。具有高强高模、耐高温、耐腐蚀、质量轻等优异综合性能。其强度是钢丝的56倍，模量为钢丝或玻璃纤维的23倍，韧性是钢丝的2倍，而重量仅为钢丝的

2、1/5左右，是目前世界上高性能纤维中用途最广的纤维，被广泛用于国防、航天航空、信息产业等领域（如弹道导弹壳体、装甲坦克外壳和大型客机机翼复合材料、防弹衣、通讯光缆加强件）。我国对位芳纶进口使用量由前几年的几十吨发展到2007年的3000多吨，实际上到2008年进口数量已达到将近5000吨。因其制造技术难度相当高，一直被美国、日本所垄断和封锁，我国国防建设和经济建设对于对位芳纶的需求全部依赖进口。各国芳纶的生产厂家和研究单位都在不断地开发新工艺、新品种，以赋予聚对苯二甲酰对苯二胺纤维更优异的性能和尽可能地降低生产成本。我公司是国内第一家用国产设备、国产原料、完整自主知识产权实现1000吨级对位芳

3、纶规模产业化的企业。1目前生产技术及现状芳纶1414目前纺丝工艺流程：聚对苯二甲酰对苯二胺与浓硫酸按比例混合-溶解-脱泡-计量挤出-入凝固浴成型-水洗-碱洗-水洗-热处理-卷绕成形-检验入库-出厂。芳纶1414因其制造技术难度相当高，纤维生产不够正常，特别是毛丝较多。毛丝较多主要影响纤维的强力和初始模量。目前纤维的强力在16-22cNdtex，初始模量在350-600cNdtex。而芳纶1414要体现其特性，强力应在20cNdtex以上，初始模量在400cNdtex以上。纤维强度是指纤维单位线密度拉断时所能承受的最大负荷以cNdtex表示。初始模量是指纤维拉伸曲线上起始一段直线部分的应力应变比

4、值以cNdtex表示。2出现毛丝原因分析针对生产中出现毛丝的不正常情况，分析其主要原因如下：2.1原辅料性质：聚对苯二甲酰对苯二胺因是对苯二甲酰氯和对苯二胺借助有机溶剂溶解，用氯化钙作干燥剂，在螺杆中短时间聚合而成，所以其粘度与灰分有一定的波动。其比浓对数粘度的高低，影响溶解性和纺丝成型，灰分的高低，影响其纤维的成形和拉伸，同时影响纤维表面的光滑，不稳定时易出现毛丝。硫酸的浓度和纯度：硫酸的浓度对聚合体的溶解速度有决定影响，硫酸较浓时其溶解明显加快，(因聚合体在硫酸作用下存在降解作用，要尽量缩短溶解至纺丝的时间，所以硫酸较浓为好但过浓时其中的三氧化硫容易挥发。另外硫酸中铁离子的存在会影响纤维的

5、牵伸性能，使牵伸不够稳定导致毛丝的产生。2.2设备及配套管道：因98%浓硫酸的强氧化性，对碳钢能钝化，故硫酸输送管道一般选用碳钢设备，原液溶解釜及脱泡釜采用316L不锈钢。但在生产中发现气泡一直缓慢产生（从脱泡釜视镜中观察）。后分析原因，因我公司所用硫酸浓度为99.5%99.8%（用98%硫酸与104%烟酸勾兑），此浓度下，硫酸对碳钢的有相当强的腐蚀力，故会不断产生细小气泡。纺丝时易产生毛丝和断丝，影响外观及质量。2.3工艺生产过程：投料溶解时随原料一起进入的空气。脱泡的程度：因聚合体的分子量极大，其溶解后的粘度也较大，而其降解时间又较短，所以采用常规方法，在短时间的情况下脱泡不够充分，致使纺

6、丝时因气泡的存在易产生毛丝和断丝，影响质量。凝固速度与效果：不稳定的凝固浴温度与浓度，会导致凝固速度的不一，因凝固效果的不稳定而导致纤维表里不一，影响牵伸的稳定。整个生产线的工艺配比上，拉伸比的大小及拉伸比的分配不合理也会导致毛丝的出现。热处理工序：热处理辊工艺温度与纤维性能的配合及其热辊表面的光洁度不够也会导致毛丝的出现。3处理方法根据以上原因的分析，我们进行了大量进行试验，我们采用了以下的办法处理。3.1 对原料聚对苯二甲酰对苯二胺根据比浓对数粘度与灰分的指标进行分批生产。按比浓对数粘度的高低分为三类。一类为比浓对数粘度6.5以上；一类为比浓对数粘度5.5-6.5；一类为比浓对数粘度5.5

7、以下，采用不同的工艺条件进行纺丝，以减少粘度对溶解和成型的影响。并把原料的灰分严格控制在800ppm以下。(如达不到，则由聚合工段将原料增加洗涤次数，直至符合要求用作纺丝的聚对苯二甲酰对苯二胺的含水量要严格控制在50ppm以下，聚合工段来的含水150ppm左右的原料，在纺丝前必须进入真空干燥装置再次烘干直至达标。3.2 硫酸的浓度和纯度：严格配比硫酸的浓度，控制范围要准确，并对存放3天以上的硫酸要重新配制和标定。铁离子含量的控制根据化工品国家标准，选用最高等级，并与生产厂沟通生产工艺以减少硫酸中铁离子的含量。3.3 对生产中发现的一直缓慢产生的气泡分析原因后，我们对设备进行了改造。将原有硫酸储

8、罐清洗干净，在罐体内壁加衬一层四氟材料，并将硫酸输送管道改为耐酸塑料管，解决了硫酸对设备的腐蚀问题，避免了因硫酸原因导致的气泡产生。当然所有经过硫酸的阀门和输送管路上的控制件也一起改造。3.4 把投料工艺进行修改。由原聚合体和浓硫酸按比例分开投料后抽真空，改为在真空系统下混合，用饲料机封闭强制计量加入，减少和避免了空气的带入。3.5 脱泡的增强：在不增加脱泡时间的情况下，(避免在溶解状态下，随着时间的增长，聚合体降解也增加采用真空脱泡系统，并在脱泡釜中加装竖螺杆进行搅拌和翻动，并利用螺杆的剪切功能将气泡变小，增强脱泡效果。3.6 凝固速度与效果：在纺丝生产过程中，随着时间的推移，凝固浴中的硫酸

9、浓度会逐渐提高，凝固浴的温度也会逐渐上升。采用凝固浴溢流和适当补充新鲜水的办法来稳定凝固浴的硫酸浓度；并在凝固浴的循环过程中增加冷冻设备和自动的温控装置，保证凝固浴温度的恒定。从而稳定聚对苯二甲酰对苯二胺溶液的凝固速度，保证聚对苯二甲酰对苯二胺纤维在成形时的内外均匀。3.7生产线上的工艺配套：芳纶1414纤维的模量较高，一旦成形，不易拉伸。基于这个原因，我们将总牵伸的绝大部分放在纺丝的喷丝头牵伸上，而在热处理和其它工序上仅保持足够的张力，配合调整热辊表面温度和热辊表面的光洁度，最大限度的减少热处理上的毛丝，稳定芳纶1414纤维的质量。当然，纤维强度和模量的提高和稳定，跟纺丝的温度压力和牵伸等工艺条件关系也非常密切，因不是本文重点，这里不作说明。4 结果结论芳纶1414强力模量外观改进前16-22350-600毛丝多改进后20-27450-800光滑通过改进，纤维的表面光洁度大大改善，外观良好。聚对苯二甲酰对苯二胺纤维的强力稳定在20cNdtex 以上，模量稳定在450cNdtex以上 。但是这个指标离开目前的国际水平还有不少差距，我们要继续摸索和完善工艺，以进一步提高及稳定强力和模量，为江苏省新材料产业发展走在国内的前列作出一点微薄贡献，同时也对国家的国防建设和经济建设作出贡献。参考文献：1尤秀兰 刘兆峰聚对苯二