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氨纶纺丝液的先进制造工艺

日期:2020-07-10浏览:127次

弹性纤维,美国俗称“Spandex”,西欧统称“Elastance”。O.Bayer和H.Rinke通过对异氰酸酯和聚乙二醇加成反应发明了这种高弹纤维,其中异氰酸酯是硬段,聚乙二醇是软段。由于大多数嵌段攻聚酯-氨基甲酸酯的热不稳定性,现在超过80%的弹性纤维是通过溶液纺丝制造的。应用较广的干法纺丝中,嵌段共聚物溶解在二甲基甲酰胺(DMF)或二甲基酰胺(DMA)中,形成纺丝液。用齿轮泵输送纺丝液经过滤器到很多毛细管的纺丝头。在纺丝甬道中,溶剂蒸发使得微细的单丝(0.5-2 dtex)固化,在单丝完全固化之前是呈熔融状的,借助于假捻工艺相互粘合形成丝束,卷绕其速度是200-100m/min。

 

1 纺丝液的过滤

由于异氰酸酯复杂的化学性能和反应性能,对有效纺丝极重要的是避免纺丝液的不均匀性,尤其是软颗粒或凝胶这类问题。故除了纺丝液的有效性,从单丝的细度来看,在纺丝液进入纺丝头之前,过滤由于制造过程引起的杂质是非常重要的。由于纺丝液的热不稳定性和反应性,下面的要求很关键:

 

-由于流动停滞会导致物料交联,过滤系统内部必须无任何死角。

-纺丝液在过滤器中的停留时间必须保持最短

-过滤介质的切变速率一定不可以引起纺丝液温度的升高,否则会引起化学反应,物料交联最终导致纺丝出现很多问题

-过滤器应阻挡住所有硬的或者软的凝胶颗粒,这些颗粒会阻塞喷丝毛细管。通常过滤细度在5-15um之间时,结果最/好

-经验表明过滤器间的压降应在2-5MPa之间(但要保持稳定)

-为确保恒定纺丝工艺,过滤器的压降应保持决定恒定,压降波动大于0.5MPa时会导致纺丝液的质量变化。

-由于纺丝液腔内应完全是惰性的,以防止纺丝液接触空气或者湿气引起的质量变化

-如果过滤介质(所谓的脏滤饼)带来的颗粒在纺丝液中保留的时间太长,可能会发生化学反应,最终导致纺丝液变化。特别是这些颗粒可能会熔融到一起并且产生新的颗粒。故如果脏滤饼的滞留时间能降低到最小(<2h)对纺液非常有利。

旋转过滤系统RSFgenius完全考虑到了纺丝液过滤的上述各个方面,更多是应用在最近开发的弹性聚氨酯无溶剂纺丝,该系统是由德国Genuss开发的。

 

在弹性纤维过滤上,Gneuss公司的优势是有着20多年的经验和很多与纤维制造商合作开发的实例。目前系统早已投入连续运转,线密度降低到3um(图2)。公司可提供完整的全自动过滤系统,包括过滤原件,保证纺丝液非常纯净,并且相应改进了生产工艺及提高了最终产品的质量。产品成本的降低也在以上保证之内。

 

2.RSFgenius过滤系统

RSFgenius有如下特点和优点:

 

-全自动操作

-恒压操作(±0.15 MPa)

-过滤腔体和自清洁系统无纺丝液死角或可滞留的区域

-过滤介质可使用70-150次(全自动顺序分段高压字清洁),过滤原件寿命4-6月

-过滤细度3-15um

-完全恒定的工艺操作,即使在更换过滤元件时

-过滤原件自动自清洁中纺丝液<0.02%

-过滤系统停留或静止时间<2 min

-脏滤饼停留时间<2h

-完全封闭式设计,纺丝液与空气、湿气不接触

 

3.设计

旋转盘和过滤元件的环置于两个座套之间并被完全封闭。开门后替换过滤元件,过滤元件完成更换的关门,同时立刻密封。更换滤网不影响上述操作。RSFgenius的模具设计可使少数磨损部件(如轴套等)在不停止纺丝液输送的情况下替换,从而保证科持续操作数年(图3)

 

4.RSFgenius – 运送方式

旋转盘通过液压传动系统多级旋转,转换位置的速率由时间和压力决定,故由于脏滤饼的逐渐形成,压力出现异常增加,旋转盘将自动调整转位速度以保持压力恒定,但需要卸下脏滤饼。有效的过滤区域保持不变。在过滤元件回复到纺丝液流前不久,借助于一个已获得专/利的冲洗柱塞利用经过过滤的纺丝液进行自动清洗(图4)

 

5.结论

通过全自动恒压操作及尽可能短的纺丝液停留时间,纺丝液质量显著提高且稳定,因此断头率可降低40%-80%,纺丝组件过滤器的寿命也得以延长。更重要的因素是由于过滤元件可重复使用(70-150次),操作费用可以降低很多(图5)。免除了传统过滤系统的拆卸和过滤元件的清洗工作,这些对环境和人的身体健康有害。

 

使用传统过滤系统进行更精细的过滤则会造成操作费用大大增加,而是用RSFgenius相关的费用如过滤元件费用,清洁系统和过滤系统完全相同,这就有可能大大地节省费用。

RSF过滤系统可用在有效过滤面积达3000cm2的不同大小的场合,过滤面积变化率最大为1.5m2/h。生产能力约为1.5t/h,以决于纺丝液的粘度和过滤的精度。

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