解决氨纶丝残留有害溶剂量刻不容缓

　　解决氨纶丝残留有害溶剂量刻不容缓

　　目前，国内外氨纶市场竞争残酷，发达国家已开始明令禁止使用附带微量溶剂残留物的干纺氨纶丝，因此，研究氨纶纤维在纺丝甬道中传热机理，解决氨纶纤维内残留有害溶剂量，提高氨纶纤维品质成为当前首要解决问题。

　　1 纤维内残留有害溶剂的分析

　　氨纶纤维成形阶段，纺丝原液与周围热空气之间只有传热和传质过程，不发生任何化学变化。纤维原液从喷丝板毛细孔中压出的纺丝液进入纺丝甬道中，通过甬道中热空气流作用，使原液细流中溶剂(二甲基乙酰胺)快速挥发，原液的粘度达到某一临界值而实现凝固，挥发出来的溶剂蒸汽被热空气流带走，原液在逐渐脱去溶剂，同时发生固化形成氨纶纤维，而固化过程中，阻碍了纤维内部溶剂向纤维表面扩散，最终导致纤维内部有害溶剂无法完全挥发。

　　2 纤维在纺丝甬道中传热机理的研究

　　我们还是从氨纶纤维溶剂在纺丝甬道整个过程中除去的三种机理：1)闪蒸;2)纤维内部的扩散;3)从纤维表面向周围介质的对流传质，作分析：

　　第一区：在喷丝孔出口处，由于热的纤维原液解压发生离模膨胀效应，出现溶剂快速闪蒸，使溶剂迅速大量挥发，离喷丝板头约100mm丝条速度逐渐与卷绕速度相等，细流的组成、直径、温度、速度和粘度发生急剧变化。在高温下溶剂从喷丝孔挤出的细流则主要依靠自身的潜热和来自热风的传热，从原液表面急剧蒸发。

　　第二区：由于热风的传热与丝条溶剂蒸发达到平衡，此时高聚物丝条内自由溶剂浓度大，当溶剂从丝条芯层向表层扩散的速度低于表面溶剂蒸发速度时，丝条表面温度上升，纤维内溶剂分子扩散速度降低，开始影响总的动力学，进入成形的第三阶段。这一阶段丝条温度实际上保持不变，主要取决于外部的对流的热、质交换。

　　第三区：在该区内丝条内部溶剂扩散速度变得更慢，随着蒸发强度的急剧降低，丝条表面温度上升并近热风温度，在第三区丝条的固化过程基本完成。

　　3 纤维内残留溶剂最大化挥发途径的研究：

　　1)从以上三个区溶剂挥发机理看：要降低氨纶纤维溶剂残留量，必须确保丝条表皮固化前，即氨纶丝条表面温度高于氨纶丝条中心温度下，确保有害溶剂在上图第一区(氨纶丝起始蒸发区)、第二区(氨纶丝快速蒸发区)，使内外溶剂充分得到挥发，因此，通过增长纺丝甬道纺程，改善甬道纺丝温度梯度，即延长纺丝甬道中传热机理上第一区、第二区的有效空间，可加快溶剂在丝条表皮固化前起始蒸发、和快速蒸发区的挥发量，从而有效降低氨纶纤维内有害溶剂残余量。

　　2)选择沸点较低和蒸发潜热较小的有害溶剂，其相当于变相增加甬道纺程、改善纺丝甬道温度梯度，和延长纺丝甬道中传热机理上第一区、第二区的有效空间，可加快溶剂丝条表皮固化前起始蒸发、快速蒸发区的挥发量，从而有效降低氨纶纤维内有害溶剂残余量。

　　3)在氨纶纤维丝条表皮固化前，丝条表面吸热，丝条周边空气放热、温度下降，从而影响丝条表面溶剂的挥发速度。因此，在纺丝甬道纺程内部每500mm增设一道斜流装置(如图 1)，该装置在不至于使纤维丝条急剧摆动造成断、并丝等异常情况下，适当扰动纤维表面空气气流，以(1)最大限度确保氨纶纤维丝条周围空气充分得到甬道高温伴管热量的补充，从而确保热能迅速向纤维丝条传递，确保溶剂挥发正常进行;(2)适当扰动纤维表面气流可以快速降低纤维周围有害溶剂的浓度，加大纤维芯层与表面溶剂浓度差，即增强气态溶剂的布朗运动，从而确保在丝条表面未完全固化前，加快溶剂从纤维芯层向表层扩散速度，有效降低纤维丝条内部溶剂残存率。

　　图1 表皮固化前甬道内壁增设斜流板示意图

　　4)氨纶纤维成形阶段，纺丝原液与周围热空气之间只有传热和传质过程，不发生任何化学变化。因此，在聚合物的溶解度和纺丝原液粘度许可的条件下，尽可能提高原液浓度，以降低有害溶剂的比重，从根本上得以减少纺丝原液转化为纤维所需挥发的溶剂量。从而，可以达到有效减少氨纶纤维内部有害溶剂的残存量。

　　4 结论

　　1)根据纺丝甬道中传热机理，延长纤维在纺丝甬道中第一区、第二区传热有效空间，可加快溶剂在纤维丝条表皮固化前挥发量，从而有效减少氨纶纤维内部有害溶剂的残存量;

　　2)通过纺丝甬道增设斜流装置，适当扰动纤维表面气流，加大纤维芯层与表面溶剂浓度差，在丝条表面固化前，加快丝条内外溶剂布朗运动，即提高溶剂从纤维芯层向表层扩散速度，从而有效减少氨纶纤维内部有害溶剂的残存量;

　　3)在聚合物的溶解度和纺丝原液粘度许可的条件下，尽可能提高原液浓度，并选择沸点较低和蒸发潜热较小的溶剂，从而有效减少氨纶纤维内部有害溶剂的残存量。