聚酰亚胺干喷湿纺关键技术研究与探讨

聚酰亚胺纤维是上个世纪50年代由美国和前苏联率先发展起来的一类耐热高分子材料, 是目前有机耐高温纤维中的主要类别。聚酰亚胺长丝以其极好的耐高温绝缘性能, 在高性能纤维中占据重要地位。

经过半个世纪的开发, 世界产量已经达到2万-3万吨, 由于生产技术和产品成本的原因, 世界上聚酰亚胺纤维一直发展比较缓慢, 没有较大规模的工业化生产。直到2O世纪9O年代。随着高科技领域发展的迫切需要, 特别是航空航天领域的巨大需求, 其研究在世界范围内又重新活跃起来。由于生产聚酰亚胺纤维的投资成本高, 技术难度大, 长期以来只有美国等极少数国家生产, 形成了技术和贸易的垄断。正是全球对聚酰亚胺纤维的需求和市场竞争的日益加剧, 迫使国内外企业不断开发新工艺, 新技术, 从而赋予聚酰亚胺纤维更加优异的性能, 使生产聚酰亚胺的成本尽可能降低。

1 技术路线

1.1 化学纤维的主要制备方法有:

湿法纺丝、干法纺丝和干喷湿纺法。湿法纺丝、干喷湿纺法都能用于制备聚酰亚胺长丝, 本方案采用干喷湿纺法制备聚酰亚胺长丝。

聚酰亚胺纺丝生产线由专用溶解装置、脱泡装置、凝固浴装置、喂入罗拉装置、水洗装置1、碱洗装置1、碱洗装置2、水洗装置2、干燥装置、热处理定型装置、上油装置和卷绕机等组成, 脱泡装置、凝固浴装置为关键设备, 需要自主开发。聚酰亚胺长丝生产工艺流程如下图:

工艺流程简述:专用溶解装置→脱泡装置→凝固浴装置凝固成形→喂入装置罗拉调整、整理→水洗装置1→碱洗装置1→碱洗装置2→水洗装置2→干燥装置→热处理定型→上油装置→卷绕成型

1.2 研究试验方法和技术路线

根据生产工艺流程, 需要对聚酰亚胺原液经过凝固浴装置凝固成形进行过程仿真, 对成型过程中有关的参数进行测试, 与仿真结果进行比较并对仿真模型进行修正, 对有关的设备进行优化设计。

2 研究目标及关键技术

目前国际上聚酰亚胺长丝纤维设备其工艺参数保密很严, 工艺参数的变化会严重影响产品的品质。原液经过凝固浴装置凝固成形是聚酰亚胺长丝生产中最关键过程, 也是本方案的研究重点, 通过分析、研究实际使用情况, 进一步研究凝固机理, 必须对其进行过程仿真和优化设计。确定工艺参数, 对凝固浴装置的主要零部件结构参数适当调整、优化, 使其更容易、方便地调整。从以下五方面进行优化:

2.1 通过分析、研究实际使用情况, 进一步研究凝固机理, 调

整工艺参数, 研制出新型脱泡装置, 能在比较短的时间内将溶解过程和溶液输送过程中产生的气泡从高粘度的溶液中脱除, 从而保证聚合体不降解, 同时保证纺丝时不发生毛丝。

2.2 凝固浴流体流量、流速的优化

凝固浴流体流量、流速对成品丝的机械性能有特别重要的影响。控制纺丝管中的流体流量、流速;控制好溢流凝固液和射入凝固液的流速, 使其维持在恒定水平, 以确保流向纺丝孔的凝固浴流在纺丝孔附近无湍流。

2.3 浴液的深度

溢流凝固浴流体的流率通过调整凝固槽中浴液的深度来控制。由于丝束在向前运动时的抽吸作用, 空气将被吸入到纺丝管中, 对于成品丝线的拉伸性能及机械品质都不利, 项目拟通过调整溢流凝固槽中浴液的深度来确保没有气泡夹带。

2.4 纺丝管断面优化设计

穿过纺丝管运动着的丝束借助界面层效应造成的抽吸作用, 导致通过出口孔的溢流流率受到经同一孔运动的丝束的影响。为抵消这种效应, 需对纺丝管断面参数进行优化设计。

2.5 凝固液喷射孔优化设计

射入凝固液的流率通过设计一种可计量调节的喷射孔来控制。流率和喷射孔要合适:如果射入凝固液的轴向速度较慢, 会产生导致使丝束强度降低的丝束拖拽效应;而射入凝固液的轴向速度较快, 则会发生对丝束的过度干扰从而使丝束强度降低。本方案通过调整凝固浴管中合并凝固液的平均线速度与丝束离开凝固浴管的速度, 以避免由于丝束内的蠕变导致丝线强度的损失, 解决在喂入罗拉前缺乏足够张力而可能造成的生产连续性问题。

3 主要技术指标:

4 结语

本文所论述的聚酰亚胺干喷湿纺关键技术研究, 通过某企业现场试验, 聚酰亚胺丝束质量、性能优良, 得到了市场的认可。聚酰亚胺纺丝设备的产业化, 将大大提高我国化纤机械的专业化水平, 减少我国聚酰亚胺长丝生产项目的投资规模, 可以打破国外企业的技术和贸易垄断, 降低企业的成本, 提高企业国际竞争力。

摘要：简要介绍聚酰亚胺纤维的功能特点和国内外现状, 提出了一种适合于聚酰亚胺长丝干喷湿纺的技术方案, 对其中的关键技术难题进行了阐述。

关键词：聚酰亚胺,干喷湿纺,关键技术,凝固浴

参考文献

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