干法纺丝的原理与工艺流程

干法纺丝时，从喷丝头喷丝孔中挤出的原液细流不是进入凝固浴，而是进入纺丝甬道，通过甬道中热气流的作用，使原液细流中溶剂快速蒸发，在逐渐脱去溶剂的同时，原液细流凝固并伸长变细而形成初生纤维，再经上油卷绕。

（一）干法纺丝的原理

纺丝原液被挤压出喷丝孔而进入纺丝甬道后，由于与甬道中热气流的热交换，使原液细流温度上升，当细流表面温度达到溶剂沸点时，便开始蒸发，使原液细流中的高聚物浓度增加，而溶剂含量则不断降低，当达到凝固临界浓度时，原液细流便固化为丝条。原液细流的凝固速度主要取决于溶剂的蒸发和扩散速度。

干法聚丙烯腈纤维的横截面与溶剂从原液细流中扩散出来的速度及溶剂的蒸发速度密切相关，如E表示平面蒸发速率，V表示溶剂从丝条内部向外扩散到表面的速率，则E/V值的大小对纤维的横截面以及纤维的物理、机械性能有很大影响。

如果E,V，即溶剂的扩散速度大于它的蒸发速度，则纤维的干燥由内部逐渐扩展到表面，由此所得纤维结构是均匀的，纤维横截面是圆形，表面相当光滑，力学性能良好；如果E-V，即表面的溶剂蒸发速度大于溶剂从原液细流中向外扩散的速度，则表面的高聚物很快凝固而形成皮层，皮层的厚度和硬度又随E/V值的增大而增加，当丝条的皮层一旦形成并硬化后，若丝条的芯层尚处于液体状态，则随着时间的推移，芯层原液中的溶剂逐步扩散到表面蒸发，体积相应缩小，其时皮层便发生凹陷，使原来呈圆形横截面变为扁平形横截面，E/V值越高，纤维横截面与圆形的偏差就越大。

必须指出，缓慢的蒸发并不是对各种情况都是合适的。例如，对于纺制异形纤维，不仅需要采用非圆形截面的喷丝孔，而且要创造条件提高E/V值，才能使所得纤维具有特殊形状的横截面。

干法纺制聚丙烯腈纤维具有工艺流程短、原液浓度高、所得纤维结构紧密的特点。(www.xing528.com)

（二）干法纺丝工艺流程

合格的原液经供给计量泵加压后，通过温度保持在60～70℃的输送管线送至原液加热器，在原液加热器中将原液加热到80～115℃，一方面降低原液黏度，为原液输送提供较好的条件，另一方面使聚合物能够更好地溶解，加热后原液通过原液压滤机进行过滤，过滤掉其中杂质和不溶物，过滤后原液经原液增压泵送至纺丝机原液总管，进一步分配到每个纺位的双联加热器中，在双联加热器中，原液从100～110℃被加热到120～150℃，离开加热器的原液经过一接合器到达喷丝组件喷丝，每个纺丝甬道上面装有两个加热器（一个用于喷丝头内侧，一个用于外侧）。内侧的原液温度比外侧的原液温度高8～12℃，这能提高内侧一半原丝中溶剂蒸发的速度，丝束在甬道内挥发掉大部分DMF后进入浴槽，在浴槽内被稀液冷却后经丝束导向机构进入牵引喂入机至后道处理。

丝束在甬道内成型时需要采用氮气做介质带走大部分DMF，并保证DMF的蒸发过程得以顺利进行。氮气是循环使用的，氮气经风机后被分成两股，一股氮气经3.5MPa蒸汽和电加热后从甬道气室进入甬道，在甬道内自上而下，这部分氮气的温度一般控制在360℃左右，由于DMF燃点为445℃，当氧含量超过8.2%和DMF大于3%且温度超过445℃时就会引起火灾及爆炸，因此要严格控制温度上限；另一股氮气经1.5MPa蒸汽加热后从甬道下部进入甬道，在甬道内自下而上，温度一般控制在125℃左右，两股氮气在甬道内靠近下甬道位置被吸走，经氮气过滤器过滤掉杂质后进入氮气冷凝器，在氮气冷凝器内被冷却到15℃以下，以使氮气中夹带的DMF充分冷凝，冷凝下来的DMF靠重力返回聚合车间回收再利用，而氮气则通过鼓风机进行循环，在此过程中排放一部分氮气，并补充部分氮气来保证系统内氧含量在控制范围内。

工艺流程简图如图5-12所示：

图5-12　工艺流程简图