文：昂一工程技術 ( 上海 ) 有限公司吳崢

　　Lyocell纖維的成型需要成型擠出物在空氣隙中預凝固的步驟和纖維素最終在紡絲浴中沉淀的步驟。對于Lyocell纖維來說，只有空氣隙紡絲與一個接續布置的沉淀浴相結合的方法才適用于Lyocell工藝。一種經過改進的使用紡絲浴槽的方法成為Lyocell技術工業化生產歷史上的里程碑，但ONE-A通過持續不斷的開發和獲取的知識研發了更先進的方法——“纖維凝聚”。關于此方法，ONE-A已公布一項專利——紡絲浴與成型制品的加固（專利號：WO 2014/057022）。

　　眾所周知，Lyocell 技術的基礎是漿粕在 N- 甲基嗎啉 -N- 氧化物（NMMO）中溶解形成紡絲溶液。在紡絲過程中，擠出的成型顆粒通過從纖維素中分離溶劑進行沉淀，形成纖維素顆粒。溶劑可以被循環使用，以形成新的紡絲溶液。

　　與只需要熔融聚合物固化的熔融紡絲工藝相比，Lyocell纖維的成型需要成型擠出物在空氣隙（上期主題）中預凝固的步驟和纖維素最終在紡絲浴中沉淀的步驟。本期將詳細敘述Lyocell纖維沉淀的實用方法和改進方法。

　　過去有多種不同的沉淀方法。在Lyocell技術發展的早期階段，從業者很早就發現直接擠出至紡絲浴的方法（如粘膠生產工藝）不適用于Lyocell纖維，只有空氣隙紡絲與一個接續布置的沉淀浴相結合（也稱為“干噴濕法紡絲”）才適用于Lyocell工藝。空氣隙的高度由噴絲板出口和紡絲浴的上表面之間的垂直距離決定。紡絲浴本身在一個容器中，通常可以采用方法對空氣隙進行精確調整。

　　對于第一種方式，更傾向于選擇一個漏斗狀的容器（底部為紡絲浴出口）。紡絲浴和沉淀的纖維素長絲束從頂部流入底部，兩者均被引出至紡絲浴容器底部。此方法適用于有小型噴絲板的實驗室試驗，若用于工業化規模生產，則有較大弊病。

　　為克服漏斗紡絲的弊病（紡絲浴在槽底部的加速流動會導致紡絲浴容器內嚴重紊流和絲束的斷裂），一種經過改進的，使用紡絲浴槽的方法隨即出現了。紡絲浴槽在底部（無漏斗）沒有開口，絲束在紡絲浴槽中沉淀，并轉向至紡絲浴槽的頂部出料。此方法的結果是紡絲浴表面光滑，并且有紊流減少的趨勢。此方法毫無疑問是Lyocell技術工業化生產歷史上的里程碑，但ONE-A通過持續不斷的開發和獲取的知識研發了更先進的方法——“纖維凝聚”技術，關于此方法，ONE-A有一項已公布的專利——紡絲浴與成型制品的加固（專利號：WO 2014/057022）。

　　濕法紡絲面臨的問題

　　一個凝固浴有一個凝液入口，其中凝液入口有一個或多個開口，這些開口被布置在凝固浴的凝液液面以下；尤其一個紡絲浴系統需要一個有凝液入口和一個在紡絲浴中凝固的紡絲絲束的進入區，其中進入區需在如下描述的位置：當凝液填入紡絲浴時，液體表面為凝液表面，凝液入口有一個或多個開口被布置在進入區下方，并且入口直接引導紡絲絲束進入紡絲浴，這使得新鮮的凝液在操作過程中順著絲束流動，并且可以選擇配置一個液位調節器及可能的話，為紡絲浴中紡絲絲束配置帶有不同的凝液成分和方式的額外容器。

　　問題 1. 沉淀條件至關重要

　　濕法紡絲對沉淀條件要求比較嚴格，沉淀條件要考慮到溫度、溶劑濃度和添加劑含量，這些對生產的纖維產品達到特定的質量是至關重要的。ONE-A的紡絲浴系統為紡絲工藝提供了優化沉淀槽的可能，以達到有選擇地影響纖維特性，尤其是纖維原纖化和溶脹的傾向。同時可以進一步精確控制沉淀槽成分，這是因為Lyocell生產中使用的纖維素的溶劑成本高昂。

　　問題 2. 引起紊流增加

　　紡絲浴的高流通量會導致紡絲浴容器中紊流的增加。紡絲浴的紊流表面以及在紡絲浴容器的內部的紊流會引起絲束的搖擺，這使得絲束有極大的風險會粘結在一起。紊流也會導致紡絲瑕疵。產生絲束粘結是一項極為嚴重的質量問題，必須不余遺力地避免此種情況發生。

　　問題 3. 帶出損失

　　濕法紡絲工藝的內在問題是紡絲浴的帶出損失。尤其是在速度提升時，長絲束往往會把液體帶出。因帶出導致的紡絲浴的損失不得不由另外的紡絲浴供應進行補充。ONE-A的紡絲浴系統基于僅有部分紡絲浴被提供給被長絲束“帶出”了的紡絲浴容器的原則。這項基本原則使紡絲浴的流動保持在最低限度。

　　問題 4. 絲束轉向

　　在紡絲浴容器中，剛剛產生的絲束必須經過轉向裝置以從容器中帶出絲束進行后續加工。轉向裝置最好是固定滑輪——不推薦使用轉動皮帶輪，因為這樣有絲束纏繞的風險。轉向力必須保持在最低限度以防止纖維受損。

　　專利有四大關鍵點

　　為解決以上問題，ONE-A研發出了紡絲浴與成型制品的加固技術，該技術具有四大關鍵點。

　　關鍵點 1. 新鮮紡絲浴到絲束的直接輸送

　　使用ONE-A的Lyocell紡絲浴系統，紡絲浴中能獲得一個特別柔和且無紊流的凝固區域。紡絲浴容器內部的供給管路允許調節后的紡絲浴（冷卻至操作溫度且設定目標NMMO濃度）直接輸送到凝固區域。通過此布置方法，絲束被盡可能有效地沉淀。

　　直接供料可以被立即應用于紡絲浴表面之下，以達到最大沉淀速度。如有需要，紡絲浴的供料可以位于絲束進入紡絲浴的進口的下游任何其他位置（例如，在轉向輪的區域）。這個布置為絲束提供了更溫和的沉淀條件。

　　關鍵點 2. 絲束轉向裝置支持

　　由于與紡絲浴進行了“潤滑”，在轉向點附近的供給紡絲浴增加了額外的優點，即能減少絲束和轉向部件之間的摩擦。這種安裝方式同時也有利于形成一個光滑的紡絲浴表面。這是因為紡絲浴是在表面之下的深處進行供料。同時也避免了因紡絲浴紊流出現的紡絲問題。

　　關鍵點 3. 空氣隙高度的外部控制——容器無提升裝置

　　由于紡絲浴到絲束的直接供料，極大減少了到紡絲浴容器的供給量，這為減少紡絲浴容器內部的紊流起到了積極作用。

　　為了保證在紡絲浴供料流量減少的情況下紡絲浴的一個恒定液位（一個恒定的空氣隙），需安裝一個外部液位調節器以在無需紡絲浴容器降低或升高的情況下達到外部紡絲浴液位的可靠調節。因為有了外部液位調節器，紡絲浴容器無需昂貴的提升裝置。利用這一原理，就有可能只需輸送那部分被絲束“帶出”的新鮮紡絲浴到沉淀區域。

　　關鍵點 4. 對沉淀 / 多級沉淀有針對性的支持

　　沉淀速度取決于個別參數。最重要的參數是紡絲浴中的溶劑濃度。濃度越高，初生絲束完全沉淀的時間越長。

　　沉淀速度是有關Lyocell纖維原纖化的內在趨勢的最重要因素之一。多份研究表明凝固速度的降低會降低Lyocell纖維原纖化的傾向。從業者實施過多種方法，其中一種是在首次凝固時使用酒精，一種是提高溫度或是提高在第一個凝固步驟時的紡絲浴濃度。

　　ONE-A的紡絲浴系統專利為在不同凝固條件下進行凝固提供了機會。例如，一個兩步法的凝固工藝，先在溶劑含量高的第一步（如>30%溶劑），然后在溶劑含量較低的第二步（如<25%）實施。這個布置先讓部分凝固，隨后在第二步進行最后的凝固。

　　五大優點助力Lyocell纖維更有競爭力

　　ONE-A的紡絲浴與成型制品的加固技術使得纖維質量更加均勻，操作更加簡單，操作過程更加經濟（紡絲浴中NMMO含量高），且可定制纖維特性。具體來說，該技術具有五大優點：

　　優點 1. 為每一束絲束提供均勻的紡絲浴

　　由于紡絲浴流的精確性與流體的增強型分布，每一絲束都在相近的條件下進行沉淀。這能使纖度分布非常均勻（纖維偏差%cv），同時也能讓纖維特性均勻（強度和伸長率）。

　　優點 2. 更高的洗滌效率

　　由于紡絲浴到絲束的直接供料，洗滌效率隨之提高，因為與一般紡絲浴系統相比，可從絲束中萃取更高的溶劑成分。紡絲浴容器的更高洗滌效率減少了在紡絲浴容器下游的水洗工序所需的停留時間。

　　優點 3. 增強纖維質量相匹配的沉淀條件

　　多級的紡絲浴系統為根據特殊需求生產不同特性的Lyocell纖維（如，低原纖化）提供了機會。

　　優點 4. 紡絲浴容器的簡單設計

　　外部液位調節器能以一個更簡單的方式調節紡絲浴的液位，無需成本高昂的容器提升裝置。所以紡絲浴容器的設計十分簡單。

　　優點 5. 減少紊流和帶出損失

　　紡絲浴對絲束的直接供料減少了紡絲浴的需求量。較低的新鮮紡絲浴需求量幫助減少了紡絲浴容器中的紊流，因此也降低了紡絲瑕疵和絲束粘結的風險。另外，來自紡絲浴容器的絲束出口處的刮條也能額外降低新鮮紡絲浴的需求量。

　　為了保證客戶能使用ONE-A的技術，ONE-A將提供所需的專有技術和專利。法律基礎為一份由客戶和ONE-A簽訂的“技術與專有技術轉讓合同”。這份合同允許客戶使用ONE-A的Lyocell工藝，但同時也代表著客戶有義務對第三方進行技術保密并禁止其使用。譬如“，保定天鵝纖維有限公司”和“山東英利實業有限公司”就與ONE-A在中國建立了該合同伙伴關系。

　　建立強大且互信的合作關系將會讓客戶與ONE-A互利共贏。

　　相關鏈接：

　　先鋒技術 | ONE-A，為中國Lyocell纖維保駕護航

　　技術前沿 | 看ONE-A如何保障Lyocell 生產系統安全，奧地利ONE-A Lyocell 纖維生產技術專利解析（一）

　　技術前沿 | 空氣隙紡絲技術讓Lyocell生產更具競爭力，奧地利ONE-A Lyocell 纖維生產技術專利解析（二）