摘要：染色性能是腈纶纤维的主要质量指标之一，上色率又是衡量纤维染色性能的重要指标。安庆石化针对腈纶装置引进初期纤维上色率偏差较大的情况，重点从聚合物制备、干燥致密化、汽蒸热定型三个工艺环节入手，通过改进工艺条件、加强工艺控制，使纤维染色性能有了较大幅度的提高。 

    关键词：染色性能、聚合物制备、干燥致密化、汽蒸热定型 

　　引言 

　　腈纶纤维的性能极似羊毛,弹性较好,伸长20%时回弹率仍可保持65%，蓬松卷曲而柔软，保暖性比羊毛高15%，有“人造羊毛”之称，具有柔软、膨松、易染、色泽鲜艳、耐光、抗菌、不怕虫蛀等优点，尤其是腈纶纤维染色后比羊毛鲜艳亮丽且不易褪色，深受广大用户的青睐。染色性能是腈纶纤维的主要质量指标之一，其对下游纺织加工工序影响重大。腈纶纤维的染色性能主要包括染色难易、上色率和染色均匀性三个方面，其中上色率是反映其染色性能的主要指标。 

　　腈纶纤维分子结构式如下图所示，不同生产工艺的腈纶纤维其性能有很大差别。中国石油化工股份有限公司安庆分公司（以下简称“安庆石化”）引进美国腈胺公司（ACC）的硫氢酸钠两步湿法纺丝技术，于1995年8月建成并投产的腈纶联合装置，在引进生产初期，腈纶纤维的上色偏差率很大，在纺织加工过程中常出现色差较大、染色不均等质量问题。为提高纤维的染色性能，消除下游用户加工时产生的色差等问题，安庆石化重点从聚合物制备、干燥致密化、汽蒸热定型三个工艺环节入手，通过改进工艺条件、加强工艺控制，使得纤维染色性能有了大幅度提高，并多年保持纤维上色优级品率100%的良好指标。 

图：腈纶纤维分子结构式

　　一、聚合物制备： 

　　安庆石化腈纶聚合工艺是以丙烯腈（AN）为第一单体，甲基丙烯酸甲酯（MA）为第二单体，以NaClO3-NaHSO3氧化还原体系为引发剂，CuSO4为促进剂，β-ME为链转移剂，水相悬浮聚合，聚合体经水洗，脱水后，再用55%的NaSCN水溶液溶解，制成纺丝原液。 

　　腈纶丝束的染色性能与纺丝原液中聚合物的染色数PDN密切相关。安庆腈纶装置自投产以来，先后对聚合工艺做了较大改进。用醋酸乙烯酯（VA）代替了甲基丙烯酸甲酯（MA）,并增加了甲基丙烯璜酸钠（MAS）作为第三单体，使原来的二元水相悬浮聚合改进为三元水相悬浮聚合，在丙烯腈大分子上引入一定量的磺酸基团，这样在分子结构可增加聚合物的染色数PDN，确保纤维可染性能的改善。 

　　在实际生产中，聚合反应釜中单体浓度增加，聚合物的染色数PDN也增加，单体浓度增加1%，染色数将增加0.2个单位，这是由于单体浓度增加，引发剂量也增加，生成的活性中心量增多，大分子端基含—HSO3量提高，PDN也随之提高。但单体浓度增加，浆液中含固量增加，粘度也增加，物料的流动性变差。因此在实际生产中，我们根据回单浓度来微调单体浓度，选取聚合A釜操作数据比较，通过表一，我们可以看出，聚合工艺调整后，聚合物中PDN的含量呈明显上升趋势。 

表一：聚合A釜料液工艺调整前后PDN月平均值比较表

　　二、干燥致密化： 

　　1、致密化的机理和影响。 

　　纺丝原液经凝固浴成形、水洗、热牵伸后形成的丝束进入具有调温调湿功能的干燥机内，在松弛状态下完成致密化过程。致密化就是在一定的温度和湿度下，初级溶胀的纤维水分从微孔内逐步移出，使纤维微孔融合的过程。通过干燥致密化可以消除在凝固成形和热牵伸等过程中产生的不均匀结构、空洞、裂隙以及较大的内应力，使其形态结构发生一定程度的变化，宏观上表现为纤维产生了12%—15%的收缩，同时，超分子结构得到改善，取向度降低，纤维密度提高，晶粒增大，结晶趋于完善，从而避免纤维失透现象的出现，进一步提高染色的均匀性。通过表二对纺丝1#、2#生产线丝束致密化前后的上色率变化数据，可以看出，干燥致密化对纤维的上色率影响不大，但对于提高纤维均染性来说，是一个必不可少的过程。 

表二：纺丝生产线1#、2#致密化前后纤维上色率的变化

　　2、致密化过程的工艺控制： 

　　在实际生产中，我们主要是通过“看”和“摸”来判断第一干燥机丝束致密化的效果。“看”主要是看丝束进入第一干燥机时，在干燥机链板上铺丝是否厚薄均匀且无缝隙，在干燥机出口丝束是否集束且无散乱。“摸”主要是摸丝束自热牵伸工序进入第一干燥机时丝束是否含水适当且均匀，摸干燥机出口丝束软硬是否适中。但要达到满意的致密化效果，进行严格的工艺控制必不可少。 

　　（1）温度和湿度的控制 

　　纤维干燥致密化时，温度应在纤维的玻璃化温度80℃以上，温度过高，会使纤维表面蒸发过快，这时纤维内部的水分因来不及通过扩散而达到纤维的表面，这样就会在纤维表年产生一层过干的硬皮层，这硬皮层阻碍纤维内层水分向外扩散，使干燥速度缓慢，同时，皮芯层收缩不一致，造成结构差异，影响染色均匀性。经过反复比较，我们在实际生产中将干球温度控制在132±5℃左右。 

    在干燥致密化的过程中，不仅要控制温度，还要将湿度控制在一定范围内。在一定温度下，相对湿度越低，纤维表面水分就蒸发的越快，纤维内部水分还未扩散到表皮时，表皮已被干燥而收缩成硬皮，阻碍纤维内部的水分向外扩散，破坏纤维的正常收缩，内部结构不均匀性增加。相对湿度太大，又直接影响纤维的致密化。通过摸索，我们在实际生产中将湿球温度控制在65±2℃。 

　　（2）循环风量和丝束停留时间 

　　纤维的失透与干燥机内的循环风量、丝束在链板上的铺丝状况密切相关，而循环风机导流环和滤网的状况对循环风量影响较大。在实际生产中，我们通过加强管理，来保障风机导流环的完好和滤网的清洁，从而来保证足够的循环风量。另外我们通过调节风道的风门来控制各个区的排放速度，从而来控制循环风量。 

　　丝束在干燥机内的停留时间不宜过长，否则会使纤维发黄、发脆，纤维结构的均匀性被破坏，实际生产中，停留时间一般控制在16.3分。 

　　三、汽蒸热定型： 

　　1、热定型的机理和对染色性能的影响 

　　汽蒸热定型是影响纤维染色性能的又一重要因素。安庆腈纶纺丝热定型是在通入饱和蒸汽的定型机内完成的。通过汽蒸热定型,使纤维分子链段松弛,发生解取向,消除内应力.,进一步改善纤维的超分子结构,从而提高纤维形状的稳定性,改善机械性能和染色性能.通过表三在纺丝生产线1#、2#纤维热定型前后的上色率数据对比可以看出：两条生产线的纤维在经过汽蒸热定型后上色率明显提高，而染色效果也更加均匀。 

表三

　　2、热定型的工艺控制 

　　（1）定型介质 

　　定型介质对纤维的物理机械性能影响很大。试验表明：用150℃的干燥热空气定型和用常压过热蒸汽定型，虽然都有一定效果，但都不显著。用加压饱和蒸汽定型，效果较好。因为只有在一定温度下的饱和蒸汽定型对纤维才发挥溶胀增塑作用，降低纤维玻璃化温度，大分子链段活动加强，有利于达到定型效果。 

　　（2）定型机温度 

　　定型温度对纤维的定型效果影响显著。温度越高，超分子结构的舒解、重建和加强的程度就愈深入，大分子链段运动加强，因而总取向因素在一定范围降低，有助于达到定型效果。但温度过高，大分子链段热运动过于剧烈，会使纤维软化，强度显著下降，易使纤维发黄并产生并丝，因此纤维热定型温度不宜过高。从表四定型温度对上色率影响的数据表中可以看出：由于定型温度的波动造成对纤维上色率的的影响程度较小，因此定型温度仅作为在一定范围内调节上色率的一种手段。经过生产实践总结，我们将定型温度控制在130±1℃. 

表四

　　（3）热定型时间 

　　定型时间对纤维的超分子结构影响不大。试验表明在一定蒸汽压力下，丝束达到一定温度后，所起定型效果变化不大，同时在高温下延长时间易使纤维发黄，一般控制在50秒。 

　　四、其它工序的影响  

　　从纤维超分子结构的形成分析，影响染色性能的还有纺丝凝固成形的条件、凝固浴（14.0±0.2%的NaSCN水溶液）系统中离子状况因素等，纤维在凝固成形的过程中，凝固浴温度和浓度的不同，都直接影响着纺丝凝固成形的快慢，成形过快或过慢都会导致纤维的皮芯结构差异，都将影响纤维的染色性能。在生产实践中还发现，凝固浴系统中氯离子和溴离子等氧化性离子浓度升高时，会对纤维染色中心值造成一定的偏差。另外在进行油剂试纺的过程中，发现不同的油剂品种和不同的纤维含油率也对上色率产生影响，经分析认为这主要与油剂成分的不同有关。 

　　五、结论 

　　综上所述，在聚合物制备及纺丝后处理工艺中，各生产工序与纤维染色性能之间存在极为密切关系。尤其是在纤维分子结构和超分子结构的改善方面起较大作用的工序，在工艺和设备上要重点加强控制。 

　　1、在聚合物制备的过程中，可以通过改进工艺方法，来增加聚合物的可染数PDN，在实际生产中可根据回单浓度来微调单体浓度，以从分子结构上来提高聚合物的可染性。 

　　2、从提高纤维的均染性来看，腈纶的干燥致密化工序必不可少，为杜绝失透现象，应严格控制干燥机的温度和湿度，以及循环风量和丝束的铺丝状况。 

　　3、汽蒸热定型对提高和稳定纤维上色率、均染性方面均有较大作用。关键要确保定型介质的稳定，在一定范围内，定型温度可作为适当调节上色率的一种手段。