解決氨綸絲殘留有害溶劑量刻不容緩

　　解決氨綸絲殘留有害溶劑量刻不容緩

　　目前，國內外氨綸市場(chǎng)競爭殘酷，發(fā)達國家已開(kāi)始明令禁止使用附帶微量溶劑殘留物的干紡氨綸絲，因此，研究氨綸纖維在紡絲甬道中傳熱機理，解決氨綸纖維內殘留有害溶劑量，提高氨綸纖維品質(zhì)成為當前首要解決問(wèn)題。

　　1 纖維內殘留有害溶劑的分析

　　氨綸纖維成形階段，紡絲原液與周?chē)鸁峥諝庵�間只有傳熱和傳質(zhì)過(guò)程，不發(fā)生任何化學(xué)變化。纖維原液從噴絲板毛細孔中壓出的紡絲液進(jìn)入紡絲甬道中，通過(guò)甬道中熱空氣流作用，使原液細流中溶劑(二甲基乙酰胺)快速揮發(fā)，原液的粘度達到某一臨界值而實(shí)現凝固，揮發(fā)出來(lái)的溶劑蒸汽被熱空氣流帶走，原液在逐漸脫去溶劑，同時(shí)發(fā)生固化形成氨綸纖維，而固化過(guò)程中，阻礙了纖維內部溶劑向纖維表面擴散，最終導致纖維內部有害溶劑無(wú)法完全揮發(fā)。

　　2 纖維在紡絲甬道中傳熱機理的研究

　　我們還是從氨綸纖維溶劑在紡絲甬道整個(gè)過(guò)程中除去的三種機理：1)閃蒸;2)纖維內部的擴散;3)從纖維表面向周?chē)�介質(zhì)的對流傳質(zhì)，作分析：

　　第一區：在噴絲孔出口處，由于熱的纖維原液解壓發(fā)生離模膨脹效應，出現溶劑快速閃蒸，使溶劑迅速大量揮發(fā)，離噴絲板頭約100mm絲條速度逐漸與卷繞速度相等，細流的組成、直徑、溫度、速度和粘度發(fā)生急劇變化。在高溫下溶劑從噴絲孔擠出的細流則主要依靠自身的潛熱和來(lái)自熱風(fēng)的傳熱，從原液表面急劇蒸發(fā)。

　　第二區：由于熱風(fēng)的傳熱與絲條溶劑蒸發(fā)達到平衡，此時(shí)高聚物絲條內自由溶劑濃度大，當溶劑從絲條芯層向表層擴散的速度低于表面溶劑蒸發(fā)速度時(shí)，絲條表面溫度上升，纖維內溶劑分子擴散速度降低，開(kāi)始影響總的動(dòng)力學(xué)，進(jìn)入成形的第三階段。這一階段絲條溫度實(shí)際上保持不變，主要取決于外部的對流的熱、質(zhì)交換。

　　第三區：在該區內絲條內部溶劑擴散速度變得更慢，隨著(zhù)蒸發(fā)強度的急劇降低，絲條表面溫度上升并近熱風(fēng)溫度，在第三區絲條的固化過(guò)程基本完成。

　　3 纖維內殘留溶劑最大化揮發(fā)途徑的研究：

　　1)從以上三個(gè)區溶劑揮發(fā)機理看：要降低氨綸纖維溶劑殘留量，必須確保絲條表皮固化前，即氨綸絲條表面溫度高于氨綸絲條中心溫度下，確保有害溶劑在上圖第一區(氨綸絲起始蒸發(fā)區)、第二區(氨綸絲快速蒸發(fā)區)，使內外溶劑充分得到揮發(fā)，因此，通過(guò)增長(cháng)紡絲甬道紡程，改善甬道紡絲溫度梯度，即延長(cháng)紡絲甬道中傳熱機理上第一區、第二區的有效空間，可加快溶劑在絲條表皮固化前起始蒸發(fā)、和快速蒸發(fā)區的揮發(fā)量，從而有效降低氨綸纖維內有害溶劑殘余量。

　　2)選擇沸點(diǎn)較低和蒸發(fā)潛熱較小的有害溶劑，其相當于變相增加甬道紡程、改善紡絲甬道溫度梯度，和延長(cháng)紡絲甬道中傳熱機理上第一區、第二區的有效空間，可加快溶劑絲條表皮固化前起始蒸發(fā)、快速蒸發(fā)區的揮發(fā)量，從而有效降低氨綸纖維內有害溶劑殘余量。

　　3)在氨綸纖維絲條表皮固化前，絲條表面吸熱，絲條周邊空氣放熱、溫度下降，從而影響絲條表面溶劑的揮發(fā)速度。因此，在紡絲甬道紡程內部每500mm增設一道斜流裝置(如圖 1)，該裝置在不至于使纖維絲條急劇擺動(dòng)造成斷、并絲等異常情況下，適當擾動(dòng)纖維表面空氣氣流，以(1)最大限度確保氨綸纖維絲條周?chē)�空氣充分得到甬道高溫伴管熱量的補充，從而確保熱能迅速向纖維絲條傳遞，確保溶劑揮發(fā)正常進(jìn)行;(2)適當擾動(dòng)纖維表面氣流可以快速降低纖維周?chē)�有害溶劑的濃度，加大纖維芯層與表面溶劑濃度差，即增強氣態(tài)溶劑的布朗運動(dòng)，從而確保在絲條表面未完全固化前，加快溶劑從纖維芯層向表層擴散速度，有效降低纖維絲條內部溶劑殘存率。

　　圖1 表皮固化前甬道內壁增設斜流板示意圖

　　4)氨綸纖維成形階段，紡絲原液與周?chē)鸁峥諝庵�間只有傳熱和傳質(zhì)過(guò)程，不發(fā)生任何化學(xué)變化。因此，在聚合物的溶解度和紡絲原液粘度許可的條件下，盡可能提高原液濃度，以降低有害溶劑的比重，從根本上得以減少紡絲原液轉化為纖維所需揮發(fā)的溶劑量。從而，可以達到有效減少氨綸纖維內部有害溶劑的殘存量。

　　4 結論

　　1)根據紡絲甬道中傳熱機理，延長(cháng)纖維在紡絲甬道中第一區、第二區傳熱有效空間，可加快溶劑在纖維絲條表皮固化前揮發(fā)量，從而有效減少氨綸纖維內部有害溶劑的殘存量;

　　2)通過(guò)紡絲甬道增設斜流裝置，適當擾動(dòng)纖維表面氣流，加大纖維芯層與表面溶劑濃度差，在絲條表面固化前，加快絲條內外溶劑布朗運動(dòng)，即提高溶劑從纖維芯層向表層擴散速度，從而有效減少氨綸纖維內部有害溶劑的殘存量;

　　3)在聚合物的溶解度和紡絲原液粘度許可的條件下，盡可能提高原液濃度，并選擇沸點(diǎn)較低和蒸發(fā)潛熱較小的溶劑，從而有效減少氨綸纖維內部有害溶劑的殘存量。