腈纶化工生产工艺对毛条产品质量的影响

2022-09-11

前言

大庆石化公司腈纶厂是国家重点工程30万吨乙烯的配套项目。腈纶厂设计生产能力是年产5万吨, 其中短纤和毛条各2.5万吨。该厂自1988年投产以来, 生产的产品质量持续改进, 年年被评为省级优质产品或国家级优质产品。腈纶化工生产工艺是以丙烯腈为原料, 通过水相悬浮聚合, 转向高速丝, 连续汽蒸定型和五效降膜蒸发等先进化工生产工艺, 又经过成品和毛条车间生产出产品, 产品主要用于纺织、人造毛皮、地毯、航空航天、军事特种纤维等领域。笔者通过对其聚合、纺丝、回收等化工生产工艺进行分析, 研究了腈纶化工生产工艺对成品毛条质量的影响。

一、腈纶化工生产工艺

1. 聚合工艺

采用美国氰胺公司二步法水相悬浮聚合工艺。整个工艺流程均由计算机控制, 生产原料以丙烯腈为第一单体, 以醋酸乙烯酯等为第二单体, 氧化还原体系为引发剂, 巯基乙醇为链转移剂。上述物料经聚合、终止、脱单、水洗、混合、脱水、浆化、溶解、过滤、脱泡等工序制成合格原料供纺丝生产使用。

2. 纺丝工艺

将丙烯腈与丙烯酸甲脂或醋酸乙烯酯共聚后溶解于硫氰酸钠溶液中形成原液, 经喷丝头喷出, 在凝固浴中成形, 再经过水洗、拉伸、干燥致密化、定形, 调质上油、烘干等处置工艺制成长丝。

3. 回收工艺

作为溶剂的硫氰酸钠是循环使用的。从聚合到纺丝, 硫氰酸钠的浓度由56% (质量分数, 下同) 变为14%, 各种杂质如铁离子、铝离子、硫酸根离子等不挥发性杂质的含量也逐渐增大。该工艺流程通过过滤除去铁离子、铝离子等悬浮性杂质, 蒸发将其浓缩为55%, 结晶去除硫酸钠晶体, 溶液浓度提高至56%, 同时通过延迟、污水除去不挥发性杂质, 最后生产出合格的硫氰酸钠溶液供聚合车间循环再利用。

4. 毛条工艺

其原料是纺丝生产的长丝, 经拉断机拉断, 再经过二道针梳机进一步混合、梳理、均匀控制条干成形, 最后经打包出厂。

二、试验

1. 聚合工艺对毛条产品质量的影响

(1) 聚合工艺对毛条毛粒、毛片的影响

及时清洗滤布或更换滤布;不用或少用脱水滤液;解决差别化水洗不充分, 由原来的10 m3/h提高到15 m3/h, 水温由原来的50℃提高到55℃。工艺参数变更前后, 其对毛条毛粒、毛片的影响 (选3.33 dtex毛条进行试验) 见表1。

从表1可见, 优化调整聚合工艺对毛条毛粒、毛片质量的提升是显著的。

(2) 调整聚合物的分子量至50, 500

分子量是评价高聚物的一个重要技术指标。它直接关系到纤维的强度。从纤维强度指标来说, 在一定范围内, 纤维强度随分子量的增加而增加, 这样在毛条生产中毛粒、毛片得以控制。因为纤维强度低易断, 易产生纤维的纠结, 即易产生毛粒、毛片。超过一定范围, 虽然分子量增加而纤维强度趋于恒定, 同时过高的分子量也易引起聚合物粘度过高, 使纺丝生产困难。因此, 通过优化聚合操作, 控制聚合物的分子量在控制界限 (50, 000~55, 000) 的上限。

(3) 原料中第二单体的含量对毛条缩率的影响

纯丙烯腈聚合, 纤维丝束质地发脆, 缺少弹性, 不能进行高倍数拉伸, 延伸度低。第二单体丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯的加入使聚丙烯腈结构发生一定程度的无序化, 降低大分子间的敛集密度。因此, 纺丝原液中第二单体丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯的含量对丝束延伸度有很大的影响。在一定范围内, 丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯的含量高时, 长丝束延伸度增大, 毛条缩率升高。实践证明:长丝束延伸度高时, 经过热拉伸的长丝束潜在收缩率高。长丝束延伸度与缩率之间的关系见图1。

为满足这一点, 生产高延伸的纤维第二单体的配比应适当地增加。大庆石化公司腈纶厂是采用二元共聚工艺, 丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯的含量为10.1%±0.1%, 均能满足高延伸纤维生产工艺的要求。总之, 第二单体的含量越高, 纤维的延伸度越高, 毛条的缩率也越高。分析其原因如下:在生产高收缩毛条时现在多用带有收缩率的纤维长丝束, 长丝收缩率主要取决于聚合物中第二单体的含量高低, 常规腈纶由于极性腈基在大分子内部和大分子之间形成强有力的CN-CN键, 分子之间的相互作用力大, 分子链内旋转困难, 其主链具有较大的刚性, 纤维丝束质地发脆, 缺少弹性, 这种纤维较难制成高收缩率的毛条, 如增加第二单体的含量, 纤维的延伸度提高, 有利于提高毛条的收缩率, 以生产更高缩率的毛条[1]。

2. 纺丝工艺对毛条毛粒、毛片和收缩率的影响

(1) 纺丝工艺对毛条毛粒、毛片的影响

纺丝经常更换喷丝头滤芯, 使纺丝原料经过时纤维成型完整, 不产生破洞, 在毛条生产时不产生毛粒、毛片。

纺丝生产经常出现绕辊现象, 不及时清除, 不仅影响纤维的欠伸成型, 还可以造成纤维之间的粘连, 影响长丝的毛网质量, 使毛条生产时产生毛粒、毛片。

(2) 纺丝工艺对毛条收缩率的影响

提高二欠伸的欠伸倍数至1.2~1.4, 延伸度可达到45%。生产高收缩毛条二欠伸倍数要达到1.5。

3. 回收工艺对毛条毛粒、毛片的影响

超级净化装置是大庆石化公司腈纶厂回收车间2010年投用的除杂装置, 结果表明:该装置去除硫氰酸钠溶剂不挥发性杂质效果明显, 有利于进一步提升腈纶装置的产品质量, 为保证运转达到较好效果和装置安全平稳运转奠定了基础。由于膜组件使用时间超过设计期限, 膜组件纳滤效果下降, 装置除杂能力降低。2012年经密切跟踪、记录净化装置运行工艺参数。经过反复试验, 采取建设倒料流道、移位单袋滤器、补加放净点、加装酸碱洗报警系统等9项措施, 对装置进行大胆改造。装置改造后, 日处理量由70 m3提高到80 m3, 废液硫氰酸钠浓度由6%降到5%。为进一步提高纤维质量, 对超净化装置连续开车, 纤维杂质少了, 纤维没疵点、顺直, 毛条生产中就可以少产生毛粒、毛片。