文：昂一工程技术 ( 上海 ) 有限公司吴峥

　　Lyocell纤维的成型需要成型挤出物在空气隙中预凝固的步骤和纤维素最终在纺丝浴中沉淀的步骤。对于Lyocell纤维来说，只有空气隙纺丝与一个接续布置的沉淀浴相结合的方法才适用于Lyocell工艺。一种经过改进的使用纺丝浴槽的方法成为Lyocell技术工业化生产历史上的里程碑，但ONE-A通过持续不断的开发和获取的知识研发了更先进的方法——“纤维凝聚”。关于此方法，ONE-A已公布一项专利——纺丝浴与成型制品的加固（专利号：WO 2014/057022）。

　　众所周知，Lyocell 技术的基础是浆粕在 N- 甲基吗啉 -N- 氧化物（NMMO）中溶解形成纺丝溶液。在纺丝过程中，挤出的成型颗粒通过从纤维素中分离溶剂进行沉淀，形成纤维素颗粒。溶剂可以被循环使用，以形成新的纺丝溶液。

　　与只需要熔融聚合物固化的熔融纺丝工艺相比，Lyocell纤维的成型需要成型挤出物在空气隙（上期主题）中预凝固的步骤和纤维素最终在纺丝浴中沉淀的步骤。本期将详细叙述Lyocell纤维沉淀的实用方法和改进方法。

　　过去有多种不同的沉淀方法。在Lyocell技术发展的早期阶段，从业者很早就发现直接挤出至纺丝浴的方法（如粘胶生产工艺）不适用于Lyocell纤维，只有空气隙纺丝与一个接续布置的沉淀浴相结合（也称为“干喷湿法纺丝”）才适用于Lyocell工艺。空气隙的高度由喷丝板出口和纺丝浴的上表面之间的垂直距离决定。纺丝浴本身在一个容器中，通常可以采用方法对空气隙进行精确调整。

　　对于第一种方式，更倾向于选择一个漏斗状的容器（底部为纺丝浴出口）。纺丝浴和沉淀的纤维素长丝束从顶部流入底部，两者均被引出至纺丝浴容器底部。此方法适用于有小型喷丝板的实验室试验，若用于工业化规模生产，则有较大弊病。

　　为克服漏斗纺丝的弊病（纺丝浴在槽底部的加速流动会导致纺丝浴容器内严重紊流和丝束的断裂），一种经过改进的，使用纺丝浴槽的方法随即出现了。纺丝浴槽在底部（无漏斗）没有开口，丝束在纺丝浴槽中沉淀，并转向至纺丝浴槽的顶部出料。此方法的结果是纺丝浴表面光滑，并且有紊流减少的趋势。此方法毫无疑问是Lyocell技术工业化生产历史上的里程碑，但ONE-A通过持续不断的开发和获取的知识研发了更先进的方法——“纤维凝聚”技术，关于此方法，ONE-A有一项已公布的专利——纺丝浴与成型制品的加固（专利号：WO 2014/057022）。

　　湿法纺丝面临的问题

　　一个凝固浴有一个凝液入口，其中凝液入口有一个或多个开口，这些开口被布置在凝固浴的凝液液面以下；尤其一个纺丝浴系统需要一个有凝液入口和一个在纺丝浴中凝固的纺丝丝束的进入区，其中进入区需在如下描述的位置：当凝液填入纺丝浴时，液体表面为凝液表面，凝液入口有一个或多个开口被布置在进入区下方，并且入口直接引导纺丝丝束进入纺丝浴，这使得新鲜的凝液在操作过程中顺着丝束流动，并且可以选择配置一个液位调节器及可能的话，为纺丝浴中纺丝丝束配置带有不同的凝液成分和方式的额外容器。

　　问题 1. 沉淀条件至关重要

　　湿法纺丝对沉淀条件要求比较严格，沉淀条件要考虑到温度、溶剂浓度和添加剂含量，这些对生产的纤维产品达到特定的质量是至关重要的。ONE-A的纺丝浴系统为纺丝工艺提供了优化沉淀槽的可能，以达到有选择地影响纤维特性，尤其是纤维原纤化和溶胀的倾向。同时可以进一步精确控制沉淀槽成分，这是因为Lyocell生产中使用的纤维素的溶剂成本高昂。

　　问题 2. 引起紊流增加

　　纺丝浴的高流通量会导致纺丝浴容器中紊流的增加。纺丝浴的紊流表面以及在纺丝浴容器的内部的紊流会引起丝束的摇摆，这使得丝束有极大的风险会粘结在一起。紊流也会导致纺丝瑕疵。产生丝束粘结是一项极为严重的质量问题，必须不余遗力地避免此种情况发生。

　　问题 3. 带出损失

　　湿法纺丝工艺的内在问题是纺丝浴的带出损失。尤其是在速度提升时，长丝束往往会把液体带出。因带出导致的纺丝浴的损失不得不由另外的纺丝浴供应进行补充。ONE-A的纺丝浴系统基于仅有部分纺丝浴被提供给被长丝束“带出”了的纺丝浴容器的原则。这项基本原则使纺丝浴的流动保持在最低限度。

　　问题 4. 丝束转向

　　在纺丝浴容器中，刚刚产生的丝束必须经过转向装置以从容器中带出丝束进行后续加工。转向装置最好是固定滑轮——不推荐使用转动皮带轮，因为这样有丝束缠绕的风险。转向力必须保持在最低限度以防止纤维受损。

　　专利有四大关键点

　　为解决以上问题，ONE-A研发出了纺丝浴与成型制品的加固技术，该技术具有四大关键点。

　　关键点 1. 新鲜纺丝浴到丝束的直接输送

　　使用ONE-A的Lyocell纺丝浴系统，纺丝浴中能获得一个特别柔和且无紊流的凝固区域。纺丝浴容器内部的供给管路允许调节后的纺丝浴（冷却至操作温度且设定目标NMMO浓度）直接输送到凝固区域。通过此布置方法，丝束被尽可能有效地沉淀。

　　直接供料可以被立即应用于纺丝浴表面之下，以达到最大沉淀速度。如有需要，纺丝浴的供料可以位于丝束进入纺丝浴的进口的下游任何其他位置（例如，在转向轮的区域）。这个布置为丝束提供了更温和的沉淀条件。

　　关键点 2. 丝束转向装置支持

　　由于与纺丝浴进行了“润滑”，在转向点附近的供给纺丝浴增加了额外的优点，即能减少丝束和转向部件之间的摩擦。这种安装方式同时也有利于形成一个光滑的纺丝浴表面。这是因为纺丝浴是在表面之下的深处进行供料。同时也避免了因纺丝浴紊流出现的纺丝问题。

　　关键点 3. 空气隙高度的外部控制——容器无提升装置

　　由于纺丝浴到丝束的直接供料，极大减少了到纺丝浴容器的供给量，这为减少纺丝浴容器内部的紊流起到了积极作用。

　　为了保证在纺丝浴供料流量减少的情况下纺丝浴的一个恒定液位（一个恒定的空气隙），需安装一个外部液位调节器以在无需纺丝浴容器降低或升高的情况下达到外部纺丝浴液位的可靠调节。因为有了外部液位调节器，纺丝浴容器无需昂贵的提升装置。利用这一原理，就有可能只需输送那部分被丝束“带出”的新鲜纺丝浴到沉淀区域。

　　关键点 4. 对沉淀 / 多级沉淀有针对性的支持

　　沉淀速度取决于个别参数。最重要的参数是纺丝浴中的溶剂浓度。浓度越高，初生丝束完全沉淀的时间越长。

　　沉淀速度是有关Lyocell纤维原纤化的内在趋势的最重要因素之一。多份研究表明凝固速度的降低会降低Lyocell纤维原纤化的倾向。从业者实施过多种方法，其中一种是在首次凝固时使用酒精，一种是提高温度或是提高在第一个凝固步骤时的纺丝浴浓度。

　　ONE-A的纺丝浴系统专利为在不同凝固条件下进行凝固提供了机会。例如，一个两步法的凝固工艺，先在溶剂含量高的第一步（如>30%溶剂），然后在溶剂含量较低的第二步（如<25%）实施。这个布置先让部分凝固，随后在第二步进行最后的凝固。

　　五大优点助力Lyocell纤维更有竞争力

　　ONE-A的纺丝浴与成型制品的加固技术使得纤维质量更加均匀，操作更加简单，操作过程更加经济（纺丝浴中NMMO含量高），且可定制纤维特性。具体来说，该技术具有五大优点：

　　优点 1. 为每一束丝束提供均匀的纺丝浴

　　由于纺丝浴流的精确性与流体的增强型分布，每一丝束都在相近的条件下进行沉淀。这能使纤度分布非常均匀（纤维偏差%cv），同时也能让纤维特性均匀（强度和伸长率）。

　　优点 2. 更高的洗涤效率

　　由于纺丝浴到丝束的直接供料，洗涤效率随之提高，因为与一般纺丝浴系统相比，可从丝束中萃取更高的溶剂成分。纺丝浴容器的更高洗涤效率减少了在纺丝浴容器下游的水洗工序所需的停留时间。

　　优点 3. 增强纤维质量相匹配的沉淀条件

　　多级的纺丝浴系统为根据特殊需求生产不同特性的Lyocell纤维（如，低原纤化）提供了机会。

　　优点 4. 纺丝浴容器的简单设计

　　外部液位调节器能以一个更简单的方式调节纺丝浴的液位，无需成本高昂的容器提升装置。所以纺丝浴容器的设计十分简单。

　　优点 5. 减少紊流和带出损失

　　纺丝浴对丝束的直接供料减少了纺丝浴的需求量。较低的新鲜纺丝浴需求量帮助减少了纺丝浴容器中的紊流，因此也降低了纺丝瑕疵和丝束粘结的风险。另外，来自纺丝浴容器的丝束出口处的刮条也能额外降低新鲜纺丝浴的需求量。

　　为了保证客户能使用ONE-A的技术，ONE-A将提供所需的专有技术和专利。法律基础为一份由客户和ONE-A签订的“技术与专有技术转让合同”。这份合同允许客户使用ONE-A的Lyocell工艺，但同时也代表着客户有义务对第三方进行技术保密并禁止其使用。譬如“，保定天鹅纤维有限公司”和“山东英利实业有限公司”就与ONE-A在中国建立了该合同伙伴关系。

　　建立强大且互信的合作关系将会让客户与ONE-A互利共赢。

　　相关链接：

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