氨綸紡絲液的先進制造工藝

彈性纖維，美國俗稱“Spandex”，西歐統(tǒng)稱“Elastance”。O.Bayer和H.Rinke通過對異氰酸酯和聚乙二醇加成反應發(fā)明了這種高彈纖維，其中異氰酸酯是硬段，聚乙二醇是軟段。由于大多數(shù)嵌段攻聚酯-氨基甲酸酯的熱不穩(wěn)定性，現(xiàn)在超過80%的彈性纖維是通過溶液紡絲制造的。應用較廣的干法紡絲中，嵌段共聚物溶解在二甲基甲酰胺（DMF）或二甲基酰胺（DMA）中，形成紡絲液。用齒輪泵輸送紡絲液經(jīng)過濾器到很多毛細管的紡絲頭。在紡絲甬道中，溶劑蒸發(fā)使得微細的單絲（0.5-2 dtex）固化，在單絲*固化之前是呈熔融狀的，借助于假捻工藝相互粘合形成絲束，卷繞其速度是200-100m/min。

1 紡絲液的過濾

由于異氰酸酯復雜的化學性能和反應性能，對有效紡絲極重要的是避免紡絲液的不均勻性，尤其是軟顆粒或凝膠這類問題。故除了紡絲液的有效性，從單絲的細度來看，在紡絲液進入紡絲頭之前，過濾由于制造過程引起的雜質(zhì)是非常重要的。由于紡絲液的熱不穩(wěn)定性和反應性，下面的要求很關鍵：

-由于流動停滯會導致物料交聯(lián)，過濾系統(tǒng)內(nèi)部必須無任何死角。

-紡絲液在過濾器中的停留時間必須保持短

-過濾介質(zhì)的切變速率一定不可以引起紡絲液溫度的升高，否則會引起化學反應，物料交聯(lián)終導致紡絲出現(xiàn)很多問題

-過濾器應阻擋住所有硬的或者軟的凝膠顆粒，這些顆粒會阻塞噴絲毛細管。通常過濾細度在5-15um之間時，結(jié)果/好。

-經(jīng)驗表明過濾器間的壓降應在2-5MPa之間（但要保持穩(wěn)定）

-為確保恒定紡絲工藝，過濾器的壓降應保持決定恒定，壓降波動大于0.5MPa時會導致紡絲液的質(zhì)量變化。

-由于紡絲液腔內(nèi)應*是惰性的，以防止紡絲液接觸空氣或者濕氣引起的質(zhì)量變化

-如果過濾介質(zhì)（所謂的臟濾餅）帶來的顆粒在紡絲液中保留的時間太長，可能會發(fā)生化學反應，終導致紡絲液變化。特別是這些顆粒可能會熔融到一起并且產(chǎn)生新的顆粒。故如果臟濾餅的滯留時間能降低到小（<2h）對紡液非常有利。

旋轉(zhuǎn)過濾系統(tǒng)RSFgenius*考慮到了紡絲液過濾的上述各個方面，更多是應用在近開發(fā)的彈性聚氨酯無溶劑紡絲，該系統(tǒng)是由德國Genuss開發(fā)的。

在彈性纖維過濾上，Gneuss公司的優(yōu)勢是有著20多年的經(jīng)驗和很多與纖維制造商合作開發(fā)的實例。目前系統(tǒng)早已投入連續(xù)運轉(zhuǎn)，線密度降低到3um（圖2）。公司可提供完整的全自動過濾系統(tǒng)，包括過濾原件，保證紡絲液非常純凈，并且相應改進了生產(chǎn)工藝及提高了終產(chǎn)品的質(zhì)量。產(chǎn)品成本的降低也在以上保證之內(nèi)。

2.RSFgenius過濾系統(tǒng)

RSFgenius有如下特點和優(yōu)點：

-全自動操作

-恒壓操作（±0.15 MPa）

-過濾腔體和自清潔系統(tǒng)無紡絲液死角或可滯留的區(qū)域

-過濾介質(zhì)可使用70-150次（全自動順序分段高壓字清潔），過濾原件壽命4-6月

-過濾細度3-15um

-*恒定的工藝操作，即使在更換過濾元件時

-過濾原件自動自清潔中紡絲液<0.02%

-過濾系統(tǒng)停留或靜止時間<2 min

-臟濾餅停留時間<2h

-*封閉式設計，紡絲液與空氣、濕氣不接觸

3.設計

旋轉(zhuǎn)盤和過濾元件的環(huán)置于兩個座套之間并被*封閉。開門后替換過濾元件，過濾元件完成更換的關門，同時立刻密封。更換濾網(wǎng)不影響上述操作。RSFgenius的模具設計可使少數(shù)磨損部件（如軸套等）在不停止紡絲液輸送的情況下替換，從而保證科持續(xù)操作數(shù)年（圖3）

4.RSFgenius – 運送方式

旋轉(zhuǎn)盤通過液壓傳動系統(tǒng)多級旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)換位置的速率由時間和壓力決定，故由于臟濾餅的逐漸形成，壓力出現(xiàn)異常增加，旋轉(zhuǎn)盤將自動調(diào)整轉(zhuǎn)位速度以保持壓力恒定，但需要卸下臟濾餅。有效的過濾區(qū)域保持不變。在過濾元件回復到紡絲液流前不久，借助于一個已獲得專/利的沖洗柱塞利用經(jīng)過過濾的紡絲液進行自動清洗（圖4）

5.結(jié)論

通過全自動恒壓操作及盡可能短的紡絲液停留時間，紡絲液質(zhì)量顯著提高且穩(wěn)定，因此斷頭率可降低40%-80%，紡絲組件過濾器的壽命也得以延長。更重要的因素是由于過濾元件可重復使用（70-150次），操作費用可以降低很多（圖5）。免除了傳統(tǒng)過濾系統(tǒng)的拆卸和過濾元件的清洗工作，這些對環(huán)境和人的身體健康有害。

使用傳統(tǒng)過濾系統(tǒng)進行更精細的過濾則會造成操作費用大大增加，而是用RSFgenius相關的費用如過濾元件費用，清潔系統(tǒng)和過濾系統(tǒng)*相同，這就有可能大大地節(jié)省費用。

RSF過濾系統(tǒng)可用在有效過濾面積達3000cm2的不同大小的場合，過濾面積變化率大為1.5m2/h。生產(chǎn)能力約為1.5t/h，以決于紡絲液的粘度和過濾的精度。