解決氨綸絲殘留有害溶劑量刻不容緩

　　目前，國(guó)內(nèi)外氨綸市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)殘酷，發(fā)達(dá)國(guó)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(jī)理，解決氨綸纖維內(nèi)殘留有害溶劑量，提高氨綸纖維品質(zhì)成為當(dāng)前首要解決問(wèn)題。

　　1 纖維內(nèi)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g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(xì)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(xì)流中溶劑(二甲基乙酰胺)快速揮發(fā)，原液的粘度達(dá)到某一臨界值而實(shí)現(xiàn)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(nèi)部溶劑向纖維表面擴(kuò)散，最終導(dǎo)致纖維內(nèi)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(jī)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(jī)理：1)閃蒸;2)纖維內(nèi)部的擴(kuò)散;3)從纖維表面向周?chē)橘|(zhì)的對(duì)流傳質(zhì)，作分析：

　　第一區(qū)：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(yīng)，出現(xiàn)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(xì)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(xì)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(qū)：由于熱風(fēng)的傳熱與絲條溶劑蒸發(fā)達(dá)到平衡，此時(shí)高聚物絲條內(nèi)自由溶劑濃度大，當(dāng)溶劑從絲條芯層向表層擴(kuò)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(nèi)溶劑分子擴(kuò)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(duì)流的熱、質(zhì)交換。

　　第三區(qū)：在該區(qū)內(nèi)絲條內(nèi)部溶劑擴(kuò)散速度變得更慢，隨著蒸發(fā)強(qiáng)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(qū)絲條的固化過(guò)程基本完成。

　　3 纖維內(nèi)殘留溶劑最大化揮發(fā)途徑的研究：

　　1)從以上三個(gè)區(qū)溶劑揮發(fā)機(jī)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(qū)(氨綸絲起始蒸發(fā)區(qū))、第二區(qū)(氨綸絲快速蒸發(fā)區(qū))，使內(nèi)外溶劑充分得到揮發(fā)，因此，通過(guò)增長(zhǎng)紡絲甬道紡程，改善甬道紡絲溫度梯度，即延長(zhǎng)紡絲甬道中傳熱機(jī)理上第一區(qū)、第二區(qū)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(qū)的揮發(fā)量，從而有效降低氨綸纖維內(nèi)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(dāng)于變相增加甬道紡程、改善紡絲甬道溫度梯度，和延長(zhǎng)紡絲甬道中傳熱機(jī)理上第一區(qū)、第二區(qū)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(qū)的揮發(fā)量，從而有效降低氨綸纖維內(nèi)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(nèi)部每500mm增設(shè)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(dāng)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)諝獬浞值玫金栏邷匕楣軣崃康难a(bǔ)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(dāng)擾動(dòng)纖維表面氣流可以快速降低纖維周?chē)泻θ軇┑臐舛龋哟罄w維芯層與表面溶劑濃度差，即增強(qiáng)氣態(tài)溶劑的布朗運(yùn)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(kuò)散速度，有效降低纖維絲條內(nèi)部溶劑殘存率。

　　圖1 表皮固化前甬道內(nèi)壁增設(shè)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g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(zhuǎn)化為纖維所需揮發(fā)的溶劑量。從而，可以達(dá)到有效減少氨綸纖維內(nèi)部有害溶劑的殘存量。

　　4 結(jié)論

　　1)根據(jù)紡絲甬道中傳熱機(jī)理，延長(zhǎng)纖維在紡絲甬道中第一區(qū)、第二區(qū)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(nèi)部有害溶劑的殘存量;

　　2)通過(guò)紡絲甬道增設(shè)斜流裝置，適當(dāng)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(nèi)外溶劑布朗運(yùn)動(dòng)，即提高溶劑從纖維芯層向表層擴(kuò)散速度，從而有效減少氨綸纖維內(nèi)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(nèi)部有害溶劑的殘存量。