粘胶纤维行业新技术新产品的发展现状及趋势(II)

粘胶纤维行业新技术新产品的发展现状及趋势(II) 粘胶纤维行业新技术\新产品的发展现状及趋势(II),应用技术,
邱有龙约6856字
4当前普遍关心的技术问题分析
4.1二次浸渍工艺
二次浸渍的目的主要是节省化工料,降低成本,在技术上是降低碱纤维素的游离碱浓度,同时也降低半纤维素含量,在黄化过程中能适当减少二硫化碳的投入量,制得的粘胶中碱纤比也较小,约为 0.5 左右,也可降低纺丝时的硫酸耗量。

据了解,国内大多数粘胶短纤维生产线都采用二次浸渍工艺。

二次浸渍工艺是20世纪60年代由芬兰某公司首先提出的,但在欧洲并没有推广应用。

Lenzing(兰精)公司始终没有赞同此工艺,原因是该公司以榉木为原料,用亚硫酸盐法自制溶解浆,浆粕质量好,采用湿浆连续投料,一次浸渍,压榨过程中能控制碱化反应,碱纤维素组成较高,游离碱的含量低。

压液过滤效果好,能除去纤维等杂物,再用透析法除去半纤维素。

浸渍液清晰,色泽浅,铁及其他杂质含量低。

碱纤维素粉碎度较好。

黄化制得的粘胶中碱纤比较高,约为 0.7 左右,因而粘胶熟成度稳定,黏度也较高,控制在 50 s以上,可纺性好,纤维强度和伸长度等指标均符合国际市场的要求,因此认为没有必要采用二次浸渍工艺。

据国内用户反应,用兰精公司产品纺制的纯粘胶短纤纱质量高,条干均匀,可纺性好,产品销售价格也较高。

1989年,Maurer(毛雷尔)公司为原九江化纤厂设计了年产 2 万t的粘胶短纤维生产线,以棉浆为原料,采用间隙投料,浸渍定时、定量,控制浆粥浓度,然后将浆粥送入辅助浸渍桶继续浸渍,采用连续网式压榨和粉碎,在两次网压之间用 150 g/L 的稀碱液喷淋碱纤维素,洗去其中的游离碱,降低了碱含量,可是在黄化时二硫化碳的投入量仍然需要 35% 左右,甚至超过,如果少加,溶解和过滤就会发生困难。

浆粕浸渍是粘胶纤维生产的头道工序,其中有工艺问题和设备问题。

浆粕浸渍
应控制浸渍碱液、浆粥浓度、碱化反应,以达到压榨倍数(压榨度)和粉碎度均衡一致。

浸渍碱液的浓度、温度和纯净度极为重要,纤维素的碱化过程在理论上只需 1 , 2 min即能完成,但是纤维素的膨润、半纤维素的溶出需要较长时间,还要降低碱纤
维素中游离碱的含量。

如果浸渍碱液含有过多的膨润纤维、半纤维素或是铁、灰等杂质,压榨就会发生困难。

由于木浆和棉浆有所区别,每个工厂的压榨倍数因不同的生产技术而各异,一般为1?2.8 , 1?3.2。

碱纤维素中碱的含量以 16% 为宜。

过度
压榨,碱含量偏低,会在纺丝阶段出现疵点。

碱纤维素的粉碎度应尽量细,无颗粒硬块,密度约 150 , 180 g/L,用于粘胶长丝时以 100 , 130 g/L为宜。

如果为了增
加投料量,将碱化温度提高到 50 , 55 ?,将不能获得合格的碱纤维素,因为温度和
产量不呈正比。

4.2减少黄化副反应
黄化要求反应完全,提高酯化度,减少副反应,二硫化碳用量应适当合理,以获得
过滤性能好、具有良好可纺性的粘胶。

黄化机实施全自动控制,要做到减少黄化副
反应,必须从碱纤维素的质量抓起。

黄化机设备应满足工艺要求,达到较高的真空度,空机内不应积存水,夹套调温水能正确调节温度。

黄化工艺的关键是根据碱纤维素
的组成,正确设定黄化反应温度、压力、时间、二硫化碳添加量、碱液添加量、碱
液浓度以及搅拌速度等各项参数,其中反应温度、压力和时间的变化必须保持一
致。

要消除大颗粒凝胶粒子,黄化出料后应立即进行粗打碎和细打碎,保持低温溶解均匀。

经兰精公司实验,黄化机的容量和装料量之间也存在一定的关系,装料不宜太满,需要有一定的空间,否则影响二硫化碳与碱纤维素的气相反应速率和效果。

我国现有的粘胶短纤维生产线大都采用毛雷尔式或兰精式大型黄化机、干法黄
化全程自动控制。

每批甲纤料量有2 500、3 000 和 3 500 kg等 3 种设备,现在
的装料量大都超过设计额定限量。

用于粘胶长丝的黄化机每批甲纤料量不宜过
大,660 kg或 700 kg为宜,但据了
解,目前超量投料现象较普遍。

4.3粘胶过滤性能
粘胶的过滤性能是验证黄化和溶解质量的直观方法,可用KW值来表示。

年产 3 万t的粘胶短纤维生产线的正确配置应为两道KKF过滤机(头道 9 台,2 道 6 台,废胶过滤2 台),可满足生产要求。

如果通不过,则说明粘胶质量太差,或者KKF过
滤机的质量有问题。

如在头道KKF过滤机之前需再加板框过滤机过滤,就说明粘胶性能很差。

板框过滤机的拆台换布频繁,既浪费粘胶、增加排污,又消耗能量、增加成本。

废粘胶应全部回收稀碱液,用于配制溶解碱液,原液车间可以做到少排放或基本不排放废粘胶。

KKF过滤机的关键在于活塞行程和滤网的安装不能有短路和漏胶,要保证粘胶的过滤量,过滤网是兰精公司的专利产品,特制的规格和结构。

正常情况下,过滤网使用 3 , 6 个月需用热碱液清洗,一副网的使用寿命至少为 1 年。

在KKF过滤机前应安装篮式预过滤器,并及时清理。

我国粘胶长丝的过滤基本都采用 3 道板框过滤机过滤,也有将头道过滤改为KKF过滤机,保留后两道板框过滤机的。

德国Enka(恩卡)公司生产粘胶长丝,配备两道板框过滤机就能正常生产,每道滤机除了用化纤毡、细布之外,必须要用 2 层棉浆板。

棉浆板滤材是葡萄糖基未经反应的特制棉纤维素,甲纤含量高,吸碱值和膨润度低,反应性能几乎为零。

滤材的更换周期为 2 , 3 个月,粘胶过滤速度不要求快,原液车间基本能做到不排废粘胶。

连续纺丝机的喷丝头更换周期为 120 天,最长达 150 天。

意大利Rieti人造丝工厂采用FENDA(芬达)预敷PVC小颗粒自动过滤机作为头
道粘胶过滤,效果良好,再用板框过滤机,用 6 层滤材,其中两层是棉浆粕,作为第 2
道和第3 道过滤,可满足粘胶长丝的质量要求。

芬达滤机的关键在于PVC颗粒的密度和预敷技术,将一定密度的PVC颗粒与相同密度的碱水均匀混合成为悬浮液,然后输送到每个盘上作为滤层,滤层必须均匀铺满PVC颗粒并有一定厚度,不留死角。

在碱水除去后,将PVC颗粒与粘胶混合输送到滤层上,首次输送的含有PVC颗粒的粘胶应进行反复循环过滤,直到粘胶中不再含有PVC颗粒时才能输送至下道工序。

PVC 颗粒的输送速率和芬达滤网的直径经过了周密的设计和计算,不能轻易改变。

当过滤压差达到设定值时,进行自动反洗,回收PVC颗粒,整个工艺过程为全自动控制。

过滤后的粘胶可纺性好,意大利连续纺丝机的喷丝头更换周期为 90 天。

奥地利St. Poelten Glanzstoff公司的粘胶长丝工厂采用两道板框过滤机,后来头道过滤改用KKF过滤机,第 2 道过滤仍保留板框过滤机,以棉浆粕为滤材,纺丝机喷丝头的更换周期为 90 天。

4.4粘胶的可纺性
纺丝机喷丝头的计划更换周期和非计划更换率是判断粘胶可纺性的依据,但良好的可纺性并不等于就能生产出优质的粘胶纤维。

粘胶质量不合格及纺丝浴的弊病会使喷丝孔堵塞而产生疵点。

喷丝头的材质、孔径形状和光洁度极其重要,不可忽视。

理想的喷丝头计划更换周期为:粘胶短纤维纺丝机为 200 , 300 h,粘胶长丝纺丝机为 90 , 120 天。

喷丝头的非计划更换率按每天 24 h计,两者都应? 0.2% , 0.5%。

现在国内普遍由于浆粕质量较差以及工艺控制波动频繁等原因,都未能达到上述的技术水平,纺丝机频繁更换喷丝头,因而经常产生较多的废胶和废丝。

4.5纺丝牵伸倍数和牵伸方式
粘胶自喷丝头喷出后至第一受丝机构之间的拉伸是缓慢进行的,纺丝牵伸倍数的设定应按不同产品而异。

半连续离心式纺丝机粘胶长丝的缓伸为正值,而粘胶短纤维的缓伸值设定为负值,如负值较大,有利于在二浴里得到较大的牵伸,反之则
小。

纤维的总牵伸率和牵伸分布,包括缓伸段都应经过工艺计算,因为它决定了纤维素的大分子排列和结晶度,最终在成品上表
现为不同的强度、钩接强度和伸长度。

牵伸方法的不同决定了成品质量。

粘胶短纤维有这样一种牵伸方法,即纺丝的丝条集束后在空气中牵伸,然后进入二浴槽里收缩,此时回收二硫化碳,这种纤维有较大的伸长率和较好的卷曲度。

选择最佳的牵伸倍数和牵伸方式应根据不同的粘胶和纺丝浴的组合,检测物理指标和纤维截面形状作出判断。

粘胶长丝的牵伸大小,还应视产品是用于针织加工还是机织加工而定。

4.6无锌纺丝
纺丝浴中硫酸锌的含量决定了纤维皮、芯层结构和截面形状,它与纤维强度、染色均匀度有密切关系。

实践证明,硫酸锌的含量为 10 g/L左右是最佳数值,不可不用。

以前为了减少硫酸锌的流失,曾经试验将硫酸镁代替一半硫酸锌混合使用,试验结果不尽如人意,最后还是放弃。

此外,硫酸铝的效果也不理想。

防止硫酸锌污染的根本措施在于回收硫酸锌,而不是弃用硫酸锌。

粘胶短纤维纺丝的二浴回流应该回到酸站处理,循环使用。

长丝的去酸水收集后,可用碳酸钠溶液中和,回收硫酸锌。

去酸水用离子交换树脂法回收硫酸锌的效果虽好,但高质量的树脂需要进口,成本高。

高强粘胶帘子线的高强力和Modal纤维的高湿模量除了加入保密的添加剂之外,还需含高浓度硫酸锌的纺丝浴才能获得。

4.7纺速与疵点的关系
粘胶长丝的毛丝问题是整个生产中所有弊病的综合表现,国际市场对毛丝的指标比染色均匀度更加重视,在织造中毛丝就是断丝,严重影响布面质量,且增加劳动用工。

在相同的工艺参数条件下,纺速增加无疑会增加毛丝。

根据国外一些工厂的经验,纺速应根据工艺需要进行调节,包括粘胶的组成、熟成度、黏度、凝固、分解、去酸时间和纺丝浴组成等,检验纤维截面形状和测定剩余酯化度等。

如果过分追求纺速,喷丝头易堵塞,毛丝会增多,工人操作劳动强度加大,车间内的气味也会增大,纺丝浴循环量要加大,加强送、排风则会增加能耗。

国产R535A型半连续离心纺丝机的纺速现已普遍提高到 80 , 90 m/min,纺丝车间温度提高到 26 ?,有的甚至提高到 28 ?,在冬季维持此室温会增加较多能耗,但目前大都忽视了要保持相对湿度 80% 的重要性。

经过多年努力,产量虽有提高,但染色均匀度提升不快,毛丝仍然存在,在去酸水托盘上还会找到较多滴落的小粘胶块,这说明喷丝头有堵塞,产生了毛丝。

国产粘胶长丝在国际市场上难以满足高档用户的质量要求,导致价格一直上不去。

因此,若要进一步提高质量,有必要重新考虑最佳纺速问题。

粘胶短纤维的疵点(粘胶块、并丝和纤维损伤等)也随着纺速提高而增加。

毛雷尔公司为原九江化纤厂生产线设计的纺速为 40 m/min,兰精公司为原唐山化纤厂生产线设计的纺速为 44 m/min,现在纺速都已提高。

如果疵点增多了,说明纺速提高得太快。

为提高产量,通过增加纺锭或喷丝头孔数的方式是合宜的,但也有一定限度。

由于生头时操作不当,超倍长纤维增多,丝束变粗,导致牵伸不均匀,纤维的物理指标不匀率过大。

如果切断机和精练机超负荷运转,纤维铺层厚度不均匀,也会降低精练和烘干质量。

4.8保护环境,安全生产
粘胶纤维生产企业的主要污染源是二硫化碳、硫化氢气体以及硫酸、烧碱、硫酸锌等化工料。

搞好环境保护,安全生产要从节能、减排做起,密闭工艺设备,治理“三废”污染,实施清洁生产,达标排放。

4.8.1废气治理
根据国家标准《恶臭污染物排放标准》GB 14554 — 1993颁布的排放标准,排气筒高度应为 120 m,允许排放量为:硫化氢 21 kg/h,二硫化碳 97 kg/h。

如要达到上述排放标准,且未采取废气回收措施,则粘胶长丝工厂的日产量最大为 10 t,粘胶短纤维工厂则为 20 t(其中含冷凝回收二硫化碳以 50% 计)。

国内已有多家粘胶短纤维工厂配备废气治理装置,采用丹麦托普索公司WSA技术回收硫酸以及由德国Lurgi公司开发、台湾富台公司改进的硫化物和二硫化碳回收技术,都已投入运转并达到上述排放标准。

部分粘胶短纤维工厂采用废气燃烧法回收亚硫酸钠或硫酸,或采用碱液处理废气回收硫化钠的装置目前也已投入运转,能做到部分达标排放。

还有部分工厂尚未建设废气治理装置,主要是经济和成本问题。

国家要求全硫量回收达到 85% 以上,各地环保部门正在全力督促超标排放的粘胶短纤维企业实施废气处理,限期达标排放。

粘胶长丝工厂在生产中排出的废气浓度较低,用上述的几种处理技术难度较大,而从国外引进的生化处理技术BIOGAT装置和KVT – SULFOX REG装置,皆因收集到的二硫化碳和硫化氢废气浓度波动较大,且投资大,处理成本高,至今未能正常投入使用。

日本Unitika(尤尼吉卡)公司1983年日产粘胶长丝 23 t,用碱液吸收其中的硫化氢气体,使生成硫化钠溶液,作为丝饼后处理脱硫用,尾气没有臭味,直接排空。

意大利Rieti人造丝厂1994年日产 18 t,采用脱气装置使纺丝浴脱除气体,同时将纺丝机上的废气区分高浓度和低浓度两种,浓度高的废气用碱洗塔吸收,浓度低的废气通过 60 m高的排气筒高空排放。

该厂还收集黄化机的排空废气,用冷凝法回收二硫化碳,预计可回收黄化投入量的 10% 左右(对甲纤为 3% 左右),但实际回收量并没有那么多,因此该冷凝设备被搁置。

St. Poelten Glanzstoff工厂年产粘胶长丝 5 000 t,强力帘子线 15 000 t。

第 1 套废气处理装置采用KVT SULFOX NK技术,1999年投入使用,处理强力帘子线废气 3 万Nm3/h,废气浓度 3 , 15 g/m3,将二硫化碳和硫化氢气体经氧化、催化后回收浓硫酸;第 2 套废气处理装置采用KVT SULFOX REG技术,2001年底投入使用,处理粘胶长丝废气 10 万Nm3/h,废气浓度 2 , 5 g/m3,以同样的工艺回收低浓度硫酸。

对我国粘胶长丝“三废”处理的建议:?积极组织科技力量,对于已经从国外引进的生化处理技术BIOGAT装置和KVT – SULFOX REG装置,抓紧消化吸收,总结经验,早日投入使用;?改进长丝纺丝机的密闭性,调整纺丝车间的送、排风量,提高废气浓度;?学习粘胶短纤维的废气处理经验,并验证用于粘胶长丝低浓度废气治理的可能性。

4.8.2废水治理
根据国家标准《污水综合排放标准》GB 8978 — 1996,废水允许排放标准
为:pH值 6 , 9,色度(稀释倍数)50,悬浮物(SS)70 mg/L,BOD5 20 mg/L,COD 100 mg/L,硫化物 1.0 mg/L,氨氮 15 mg/L,总锌 2.0 mg/L。

各省已制定了废水排放的地方标准,各地企业应遵照执行。

工信部最新规定的耗水量指标对废水排放量进行了限定:粘胶短纤维每吨产品65 m3,粘胶长丝连续纺每吨产品260 m3,半连续纺丝每吨产品 280 m3。

目前,我国粘胶的废水治理大都能实现了达标排放,问题是棉浆黑液处理至今还没有好办法。

一些企业曾将棉浆黑液试制成胡敏酸胺用作农家肥料,因试验成本较高,试验未能持续下去。

棉浆黑液的色度指标最难达到。

为解决这一问题,曾尝试过的方法包括:活性污泥法、厌氧好氧法、石灰法、煤渣吸附法、活性炭吸附法、燃烧法苛化回收碱等,但效果并不理想。

据了解,国外有浓缩燃烧法回收碱、湿法氧化法回收碱等技术。

西班牙Purchaser公司利用芬兰Conox公司研制开发的棉浆浓黑液纯氧燃烧器回收浓黑液中的碱,装置投资近 8 000 万元,运转费用较高,但回收来的碱液价格便宜,这让一些企业在经济上无法接受。

为了保护环境,某棉浆粕厂从浓黑液中提取减水剂(粉剂)后用作防止水泥搅拌发生凝固的添加剂,并已小试成功,污水处理后出水的COD能达到 ? 100 mg/L,减水剂售价可与运转成本相抵消,经过小试可实现产业化,但投资也需 4 000 万元。

4.8.3废渣治理
粘胶纤维工厂的废渣量排放较小,没有毒性,不存在大问题。

关于废气和棉浆黑液的治理问题,建议企业向相关行业协会反映,组织成立专题研究,将排污罚款方式改为经济资助,供给试验经费。

5粘胶长丝的发展前景
世界粘胶长丝2008年的总产量为 29 万t,而我国已达 20 万t,国外虽只有少数几家工厂生产粘胶长丝,但织绸行业对粘胶纤维的需求量并未减少,外商来我国购买丝饼,都要逐个挑选,但仍远不能满足其质量和数量要求。

粘胶长丝的发展道路应是革新技术,提升产品质量,提高出口产品的售价,增加利润,治理“三废”,保护环境。

据了解,目前我国半连续离心式纺丝机产品占 77%,连续纺丝机产品占 20%,还有 3% 为老式离心纺丝机产品。

其中,老式离心纺丝机机型已经落后,质量最差,但在国外经过改进后,仍在使用。

奥地利St. Poelten Glanzstoff工厂就是一个典范,纺丝机喷丝头的更换周期为 90 天,其生产的粘胶长丝和强力帘子线质量上乘,原因值得研究。

恩卡公司曾介绍了一种新型高速连续纺技术,彻底改革了当时的纺丝方法,将粘胶与纺丝浴同时从上而下、在管中成形垂直纺丝,纤维呈皮芯结构,结构均匀,减少了因摩擦而产生断丝的几率,染色均匀性可达到灰卡 5 , 6 级,纺丝速度可达 500 m/ min。

日本也有类似技术,纺丝速度达 1 000 m/ min,链板上的丝条在松弛状态下进
行后处理,成品丝伸长率大而沸水收缩率小,毛丝小于 3 个/100 万m,做到了优质
高产。

6结语
(1)应坚定“提升质量与安全生产、节能减排是统一的”的观念,只有稳定工艺,安全生产,提升产品质量,才能做到降低成本,积累财力治理“三废”污染,保护环境,这是粘胶纤维企业生存的根本条件。

(2)开发新技术、新产品,应从实际出发,建立科研—生产—营销—市场反馈—科研—生产的循环体系,以解决生产中的实际问题为基础,同时建立坚强的上下游友好产业链,用先进技术创立品牌产品。