烟用二醋酸纤维素丝束

烟用二醋酸纤维素丝束

Φ54/350H纺丝系列技术研究及应用

摘要

本文介绍了通过3年多系统的研究工作所取得的重要成果及其应用情况。经大量试验研究，开发了楔状二次导流槽喷丝孔结构的Φ54/350H喷丝帽，替代原来从美国引进的一次导流结构的Φ54/250H的喷丝帽；创造了低WOFA运行的恒流量恒压差浆液过滤模式及醋纤丝束高温闪蒸纺丝工艺，使新工艺条件下的纺丝断头率从0.65下降到0.35；研发了8.0cc高黏度计量泵和YH02型卷曲机，使产出丝束加工成同规格滤棒吸阻的SD从8.46下降到7.70；在行业内创造性地应用和建立了PCS7及丝束管控一体化系统，提高了生产工艺和质量控制的自动化水平。成果应用后，增强了国内烟用丝束的综合竞争力，使丝束生产能力提高20.7％，低旦丝束生产能力提高3.92倍，为卷烟企业降焦减害提供了更多的丝束选择范围。

关键词：醋纤丝束、喷丝帽、浆液过滤、纺丝、计量泵、卷曲机、PCS7、滤棒吸阻

中图分类号：

1989年以前，我国烟用二醋酸纤维素丝束(简称醋纤丝束)全部由国外进口，由于当时卷烟接嘴率的迅猛增长，醋纤丝束就成为很紧俏的卷烟物资。1989年9月，南通醋纤公司建成投产，

不仅填补了我国醋纤丝束生产技术的空白，而且也缓解了高档卷烟滤材的供需矛盾。十几年来，我国的烟用醋纤工业有了很大的发展，但国内四家醋纤丝束厂生产的醋纤丝束总产量仅能满足国内烟用醋纤丝束需求量的44％左右(南纤占20％)，还需花费大量外汇进口烟用醋纤丝束。近年来由于烟草行业对降焦减害及增产节支的要求，国内卷烟厂家对低旦丝束的需求量正不断增长，而国内醋纤生产厂现有生产设备及工艺技术制约了大批量生产低旦丝束的能力，况且也难以忍受丝束低旦化而造成的产量及效益的下降。作为国内醋纤行业领头羊的南纤公司，针对市场需求与矛盾，在国家烟草专卖局主管司、局领导的支持和指导下，中国烟草物资公司确立了烟用醋纤丝束Φ54/350H纺丝系列技术研究这一具有挑战性和风险性的研究项目。

在三年前期摸索的基础上，1999年6月课题研究正式启动，在小试实验装置上取得进展后，于2000年2月和6月进行了两次持续136小时联合小试，是年12月，中试线成功投产，并取得重要研究试验成果。之后，又深入进行了一年多的产业化可行性研究，进一步确保大生产的安全可靠性及工艺质量的稳定性，在经过中外专家的反复论证后，于2002年7月该研究成果产业化实施成功。

1 小试、中试主要仪器设备

小型压滤机制浆试验装置、四甬道纺丝小试装置、三级配浆压滤装置、纺丝机、卷曲机、干燥机等生产设备、KDF2与

FILTRONA组合成型自动测试设备、红外扫描仪、INSTRON未卷曲能测试仪、丝束开松评价机。

2 主要研究内容及成果

2.1 Φ54/350H喷丝帽孔结构和排布的研究

要在原来引进美国赛拉尼斯Φ54/250H喷丝帽纺丝技术及其配套工艺设备的基础上，实现Φ54/350H纺丝，由于不改变纺丝机原有甬道、浆液供给管和喷丝帽组件的尺寸结构，故单位时间内浆液供给管内浆液的流量及流速将相应增加。根据公式：τ=μ(dv/dy)可知，浆液的剪切应力会明显增加。当浆液从喷丝孔喷出成型时，由于剪切应力的释放，浆液会在喷丝孔的出口处膨大。由图1的喷丝图解可知，如果喷丝孔结构不对称，或喷丝孔在帽面分布不合理，在剪切应力作用下，浆液的膨大就不规则，会导致丝束喷出时偏向膨大少的一侧，易在喷丝孔附近的帽面出现浆液漫流，产生“斜丝、糊帽、滴浆”等现象，喷丝帽就不能正常喷丝。只有解决好喷丝帽面上喷丝孔的排布模式，才能保证各喷丝孔内流动浆液的剪切应力的均匀和稳定，否则会因各喷丝孔内浆液剪切应力的不均匀、不稳定而影响喷丝帽的喷丝效果，使得可纺性降低。

通过8400多次的试纺试验，优化确定了在250孔喷丝帽尺寸下350个喷丝孔的最佳分布及喷丝孔的内部结构形状，将350孔喷丝帽的喷丝孔导流孔设计成阶梯楔状二次导流，250孔喷丝孔则是直接导流。阶梯楔状二次导流时剪切应力的变化有一个缓冲

过程，对喷丝成型有好处。

2.2 烟用醋纤高温闪蒸纺丝工艺的研究

Φ54/350H喷丝帽研发出以后，还必须有与之相配套的工艺技术。在Φ54/350H喷丝帽纺丝条件下，喷丝密度比Φ54/250H喷丝帽增加了40％，容易引发丝束粘连现象，而丝束粘连是影响丝束质量的最严重的疵点之一。通过大量的试验研究，摸索出高温闪蒸纺丝工艺，加快了丙酮溶剂等从纤丝细流中蒸发的速度，较好地解决了350孔纺丝时单丝间的粘连问题，同时可以进一步改善单丝截面的异形度。通过纺丝机单甬道、一个面、两个面的可纺性试验，逐步掌握了高温闪蒸纺丝工艺条件，并且单丝成型异形度提高17.5％。

2.3 浆液过滤技术的研究

烟用二醋酸纤维是天然纤维素再生纤维，浆液黏度大，非牛顿流动，过滤难度大，生产过程中的断头率要比合成纤维大。再加上Φ54/350H喷丝帽不仅喷丝密度增加，而且其孔径也由60μm 减小到57μm，所以，如果在浆液过滤技术上没有根本性的突破，Φ54/350H纺丝技术研究项目就会成为以降低质量来换取产量的项目。经过研究试验，得出了新工艺条件下的过滤曲线。

另外，根据刘易斯过滤基本方程(公式中：V为过滤速率；A为过滤面积；ΔP为过滤压差；μ为过滤物料的黏度；ν为滤饼比阻；L为滤饼厚度。)对于过滤质量而言，①ΔP越小越好；②过滤控制工艺越稳定越好。

基于以上试验和理论分析，突破了过去一直沿用的美国恒压差过滤模式，设计了一套南纤独特的浆液过滤模式及工艺：一是低WOFA运行，浆液中木浆泊含量由原来的0.50％的降低到0.24％，A级压滤机寿命由原来的41天延长到60天，还使滤饼生长缓慢并致密，确保了对刚性杂质的分离。二是恒流量恒压差过滤模式和S级过滤工艺，过滤压差由原来的0.96MPa降至目前的0.38MPa，在产量提高20.7％的情况下，浆液主管道流速反而从0.36m/s降到0.12m/s，使得凝胶等柔性杂质发生蠕变延伸变形的可能性大大降低，浆液中柔性杂质大部分得以截留在过滤介质中，从表1的试验结果可以看出，恒流量恒压差过滤精度比原来提高了20％。三是用超细纤维滤布和荷兰织法滤布，并且将过滤面积提高36％，根据浆液的检测质量，针对不同的杂质，优化采用不同的滤布，使得过滤介质的截留过滤性能和浆液的过滤质量得到了很大的提高。

表1 过滤精度与过滤模式对比

过滤模式原恒压差恒流量恒流量恒压差

激光粒度测试0.80μm 0.94μm 0.64μm

2.4 ST-90乳化油剂制备工艺技术的研究

Φ54/350H喷丝帽纺丝以后，丝束产量和低旦丝束的生产量有较大提高，但生产运行控制的难度增加，必须克服生产工艺上的