化纖含油檢測(cè)新方法對(duì)傳統(tǒng)化纖質(zhì)量控制體系的影響中國(guó)化工儀器網(wǎng)

1、含油檢測(cè)新方法對(duì)提升化纖產(chǎn)品質(zhì)量的重要意義摘 要：1 通過(guò)化纖紡絲生產(chǎn)流程中的質(zhì)量控制點(diǎn)的分析，討論了影響化纖質(zhì)量的重要因素。指出上油不勻既是化纖生產(chǎn)過(guò)程中最容易發(fā)生的質(zhì)量問(wèn)題，也是影響化纖整體質(zhì)量最重要的原因。而傳統(tǒng)檢測(cè)方法的低效率是當(dāng)前制約化纖質(zhì)量控制水平的瓶頸。2 介紹了一種全新的化纖含油率檢測(cè)方法NMR核磁共振法的原理和特點(diǎn)，及其在國(guó)外化纖制造業(yè)的應(yīng)用情況。指出革新質(zhì)量控制觀念，采用高新技術(shù)提升我國(guó)化纖質(zhì)量控制水平，是我國(guó)化纖業(yè)進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)，迎接WTO機(jī)遇和挑戰(zhàn)的關(guān)鍵所在。關(guān)鍵詞：含油率 化纖 質(zhì)量控制 NMR核磁共振 1 紡絲過(guò)程質(zhì)量控制分析1 1 上油不勻是紡絲生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生頻率最

2、高的質(zhì)量問(wèn)題 側(cè)吹風(fēng)螺桿擠壓機(jī)預(yù)過(guò)濾器 紡絲箱體計(jì)量泵1噴絲板1 卷繞機(jī)卷繞頭1油泵油劑噴油嘴1圖1 一級(jí)質(zhì)量控制點(diǎn) 二級(jí)質(zhì)量控制點(diǎn) 三級(jí)質(zhì)量控制點(diǎn) 滌綸是我國(guó)生產(chǎn)規(guī)模最大的化纖品種，其生產(chǎn)流程也最具代表性，下面就以最為常見的滌綸間接紡為例進(jìn)行分析： 如圖1所示：熔體原料從螺桿擠壓機(jī)送出，通過(guò)預(yù)過(guò)濾器，進(jìn)入紡絲箱體，通過(guò)設(shè)計(jì)好的管道以相同流速進(jìn)入到各個(gè)計(jì)量泵，均勻地從噴絲板噴出，在側(cè)吹風(fēng)的作用和卷繞機(jī)的牽引下成絲并卷繞成形。與此同時(shí)，油劑由油泵送出。通過(guò)細(xì)長(zhǎng)的管道均勻分配到每個(gè)噴油嘴，在成絲的同時(shí)完成上油。 通過(guò)大量生產(chǎn)實(shí)踐總結(jié)，我們發(fā)現(xiàn)在整個(gè)紡絲工藝流程中，共有以下7個(gè)關(guān)鍵的質(zhì)量控制點(diǎn)，或者

3、稱為質(zhì)量事故多發(fā)點(diǎn)。根據(jù)事故發(fā)生頻率和對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響程度，它們可分為三個(gè)級(jí)別 一級(jí)：上油系統(tǒng)，輸油管道、噴油嘴二級(jí)：噴絲板、側(cè)吹風(fēng)、卷繞頭三級(jí)：螺桿擠壓機(jī)、熔體預(yù)過(guò)濾器、計(jì)量泵紡絲機(jī)的螺桿擠壓機(jī)、計(jì)量泵、卷繞頭等關(guān)鍵機(jī)械部分，一經(jīng)調(diào)試完成并正常運(yùn)轉(zhuǎn)后一般不會(huì)發(fā)生意外故障，對(duì)于熔體預(yù)過(guò)濾器、側(cè)吹風(fēng)，只要及時(shí)保證濾網(wǎng)清潔，一般熔體預(yù)過(guò)濾器1-2個(gè)月清洗一次，側(cè)吹風(fēng)可半年1年更換一次。即可保證生產(chǎn)正常。而只有加油部分最容易發(fā)生突發(fā)故障，這主要是因?yàn)檩斢凸艿膬?nèi)徑很小，一般只有12毫米，輸油管道又很長(zhǎng)。而油劑是有機(jī)物，在高溫下易腐敗結(jié)塊，堵塞噴油管，這種情況在夏季尤為嚴(yán)重。因此，含油率不勻是化纖生產(chǎn)過(guò)

4、程中發(fā)生率最高的問(wèn)題。這一點(diǎn)已被大量生產(chǎn)實(shí)踐所證實(shí)。必須強(qiáng)調(diào)的是，一些質(zhì)量控制點(diǎn)發(fā)生問(wèn)題時(shí)，很容易被發(fā)現(xiàn)，例如當(dāng)噴絲孔有堵塞時(shí)，個(gè)別絲束纖度變細(xì)，造成化纖絲條干不勻，這些較細(xì)的絲條會(huì)因側(cè)吹風(fēng)的作用下飄逸出來(lái)，有經(jīng)驗(yàn)的值車工很快就能發(fā)現(xiàn)并開始處理問(wèn)題。但上油系統(tǒng)發(fā)生問(wèn)題后，很難即時(shí)發(fā)現(xiàn)?；w生產(chǎn)是連續(xù)化生產(chǎn)，纖維以數(shù)千米/分的速度生產(chǎn)，等到耗時(shí)56小時(shí)的檢測(cè)結(jié)果出來(lái)時(shí)，已經(jīng)生產(chǎn)了大量有質(zhì)量問(wèn)題的產(chǎn)品。1 2 含油不勻是影響化纖質(zhì)量最重要的原因隨著化纖生產(chǎn)工藝技術(shù)水平的發(fā)展，纖維油劑的地位越來(lái)越重要。除用作潤(rùn)滑劑或抗靜電劑外，它還被用作為纖維著色劑、殺菌劑或阻燃劑等化學(xué)試劑的載體。纖維表面的纖維油

5、劑含量是一個(gè)重要的質(zhì)量控制參數(shù)，它直接決定纖維是否能滿足工藝過(guò)程要求，以及是否能滿足纖維將來(lái)的使用目的。121含油不勻與條干不勻：條干不勻率是衡量化纖質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)，而條干不勻的產(chǎn)生與上油均勻性有很大聯(lián)系。因?yàn)樵诟咚偌徑z過(guò)程中，上油均勻性直接影響紡絲張力的穩(wěn)定，如果上油不勻，纖維在高速紡絲過(guò)程中所需的平滑性和抱合性都得不到保證，必然會(huì)造成條干不勻。122 含油不勻與毛絲的產(chǎn)生： 在紡絲過(guò)程中，纖維與陶瓷、金屬，纖維與纖維之間都會(huì)產(chǎn)生一定的摩擦，如果上油不勻，纖維表面不具備良好的平滑性，纖維在高速的拉伸合卷繞過(guò)程中其表面會(huì)受到傷害，產(chǎn)生毛絲。123 含油不勻與染色據(jù)杜邦公司的研究結(jié)果：化纖產(chǎn)

6、品出現(xiàn)染色不勻、織物出現(xiàn)橫紋等質(zhì)量問(wèn)題，使得產(chǎn)品降等降級(jí)，其以上的原因是由于纖維含油率沒(méi)有控制好。一則因?yàn)楹筒粍驎?huì)導(dǎo)致條干不勻，而條干不勻正是染色不勻的重要原因。二是因?yàn)榛w染色前要洗油，若本身含油不勻，在去油時(shí)就難免各部分去油充分程度不同，直接造成染色不勻。另外，在含油率不勻較大的滌綸POY加工為DTY時(shí)，也會(huì)因摩擦力的波動(dòng)導(dǎo)致假捻張力的波動(dòng)，造成假捻不勻，從而使DTY的織造性能和織物的服用性能受到一定的影響。1 3 傳統(tǒng)方法（化學(xué)萃取法）的低效率制約含油率質(zhì)量的提升傳統(tǒng)的纖維油劑測(cè)定方法是首先使用適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)溶劑對(duì)纖維進(jìn)行萃取處理，而后用重量分析法或光譜分析方法（紅外光譜、氣相色譜）進(jìn)行測(cè)

7、定。這幾種方法有其無(wú)法克服的缺點(diǎn)：過(guò)程復(fù)雜（稱重、溶解、檢測(cè)）、耗時(shí)長(zhǎng)（一般可長(zhǎng)達(dá)36個(gè)小時(shí)）。工作效率極低，而且檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性都難以讓人滿意。由于含油不勻大多是突發(fā)故障，用傳統(tǒng)方法檢測(cè)，只能實(shí)現(xiàn)對(duì)纖維含油指標(biāo)的滯后反映，不能實(shí)現(xiàn)即時(shí)反映。而化纖生產(chǎn)是連續(xù)化生產(chǎn)，纖維以數(shù)千米/分的速度生產(chǎn)，幾個(gè)小時(shí)以后才能得知生產(chǎn)的狀況，顯然不能滿足生產(chǎn)的需求。由于受到落后的檢測(cè)手段的限制，生產(chǎn)者根本無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，只能任它延伸到下工序，這大大增加了糾錯(cuò)成本。因此，采用高效率的檢測(cè)新方法和工具是解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵所在。下面我們要介紹的就是一種已在國(guó)外化纖界普遍應(yīng)用的化纖含油率測(cè)試方法NMR核磁共

8、振法2 NMR核磁共振法檢測(cè)化纖含油核磁共振（nuclear magnetic resonance,簡(jiǎn)稱NMR）技術(shù)的研究和應(yīng)用開發(fā)始于二十世紀(jì)五十年代，廣泛應(yīng)用于如波譜分析、醫(yī)學(xué)成像等不同學(xué)科領(lǐng)域中。在工業(yè)分析領(lǐng)域，它主要用于各種工業(yè)產(chǎn)品的油劑、油脂、水分、氟元素含量的檢測(cè)，以及高分子聚合物的物理、化學(xué)性質(zhì)的檢測(cè)。NMR法用于化纖含油檢測(cè)始于1994年，由英國(guó)牛津儀器（OXFORD-INSTRUMENTS）公司推出了全球首臺(tái)NMR化纖含油檢測(cè)儀，并因其快速、準(zhǔn)確、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)受到歡迎。迅速被杜邦、巴斯夫、曉星等著名化纖生產(chǎn)者應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中。尤其在杜邦公司，NMR法已被選定為其所有化纖產(chǎn)品含油

9、檢測(cè)的全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。目前國(guó)內(nèi)使用這一技術(shù)的廠家有蘇州杜邦、開平聯(lián)信等幾家外資、合資企業(yè)及國(guó)有企業(yè)中的佼佼者煙臺(tái)氨綸。 31 工作原理及特點(diǎn)簡(jiǎn)介311磁共振原理根據(jù)現(xiàn)代核物理理論，當(dāng)置于強(qiáng)磁場(chǎng)中的原子核被特定頻率的電磁波所激發(fā)，就會(huì)吸收能量，由低能級(jí)躍遷到高能級(jí)，這種現(xiàn)象稱磁共振，隨后被激發(fā)的核子將回到原來(lái)的狀態(tài)，同時(shí)釋放能量。許多元素的原子核，如1H、19FT和31P等進(jìn)行自旋運(yùn)動(dòng)。通常情況下，原子核自旋軸的排列是無(wú)規(guī)律的，但將其置于外加磁場(chǎng)中時(shí)，核自旋空間取向從無(wú)序向有序過(guò)渡。自旋系統(tǒng)的磁化矢量由零逐漸增長(zhǎng)，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)，磁化強(qiáng)度達(dá)到穩(wěn)定值。如果此時(shí)核自旋系統(tǒng)受到外界作用，如特定頻率的電

10、磁波激發(fā)原子核即可引起共振效應(yīng)。在射頻脈沖停止后，自旋系統(tǒng)已激化的原子核，不能維持這種狀態(tài)，將回復(fù)到磁場(chǎng)中原來(lái)的排列狀態(tài)，同時(shí)釋放出微弱的能量，將這種來(lái)自原子核釋放的能量以電磁波形式探測(cè)到后，輸入電子計(jì)算機(jī)，經(jīng)處理就可得出所需的信息。NMR核磁共振法測(cè)化纖的原理是通過(guò)向纖維樣品發(fā)射磁脈沖磁場(chǎng)。當(dāng)磁場(chǎng)取消時(shí)，測(cè)試樣品的氫核（1H）發(fā)出的磁信號(hào)，由于纖維發(fā)出的信號(hào)比纖維油發(fā)出的信號(hào)衰減快，從兩者的差異即可通過(guò)一定的算法換算出其成分的比例。312 工作特點(diǎn)與檢測(cè)精度1檢測(cè)過(guò)程簡(jiǎn)單、快速、準(zhǔn)確，檢測(cè)一個(gè)試樣耗時(shí)僅一分鐘。2無(wú)需制備樣品、無(wú)需稱重、無(wú)需溶劑，直接將3-5克纖維樣品放入試管中即可準(zhǔn)確地測(cè)出

11、含油率。3適用范圍廣，可用于所有化學(xué)纖維品種。4高靈敏度和精度，可重復(fù)性極佳。下表以目前世界上最先進(jìn)的MQA7020-NMR含油檢測(cè)儀為例給出了對(duì)各種纖維的檢測(cè)精度。纖維種類平均精度(2s)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差(RSD)聚胺 (如尼龍66、尼龍6、尼龍610)0.004 at 0.70%0.36芳族聚酰胺 (如Kevlar, Twaron, Nomex)0.004 at 1.08%0.21聚酯 (如滌綸)0.002 at 0.78%0.15醋酸纖維0.004 at 0.92%0.22人造絲(如：粘膠絲)0.004 at 1.43%0.12聚氨酯 (如：氨綸)0.034 at 10.0%0.17注：檢測(cè)極

12、限為4克滌綸中含0.003%纖維油5無(wú)任何消耗品，對(duì)人體和環(huán)境完全無(wú)害。 核磁共振一詞容易使人聯(lián)想到核輻射，實(shí)際上無(wú)論是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，還是工業(yè)分析領(lǐng)域，核磁共振都是最為安全的儀器之一，在整個(gè)過(guò)程中沒(méi)有任何核輻射的產(chǎn)生。其磁場(chǎng)強(qiáng)度一般為0.2-0.47T，對(duì)人體沒(méi)有任何不良影響。32 NMR核磁共振法的應(yīng)用在實(shí)際生產(chǎn)中的重大意義：321 NMR使高檢測(cè)頻度、大樣本容量、精確檢測(cè)纖維含油率成為可能：這在我國(guó)化纖市場(chǎng)已進(jìn)入品質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)代的背景下尤為重要。過(guò)去，由于檢測(cè)手段的限制，對(duì)纖維含油率的檢測(cè)密度太小，從而直接影響到準(zhǔn)確確定產(chǎn)品的質(zhì)量等級(jí)。所以，杜邦公司等化纖業(yè)界巨頭已將NMR核磁共振法測(cè)量纖維含油率

13、列入其現(xiàn)行的纖維生產(chǎn)工藝標(biāo)準(zhǔn)。為保證其纖維產(chǎn)品的質(zhì)量和良好的市場(chǎng)聲譽(yù)，對(duì)其產(chǎn)品采用大面積、高樣本容量近乎100%全檢的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)?？梢韵胂?，采用耗時(shí)長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)的傳統(tǒng)方法是不可能的，只有采用NMR核磁共振這種快速準(zhǔn)確的新方法才能實(shí)現(xiàn)。以MQA7020-NMR測(cè)試儀為例：其檢測(cè)時(shí)間為60-65秒，只需一人操作。工作效率至少相當(dāng)于250套化學(xué)萃取裝置和10個(gè)熟練實(shí)驗(yàn)工。322 測(cè)量精度高，沒(méi)有人為誤差現(xiàn)象：這在生產(chǎn)高檔纖維制品時(shí)非常重要。例如：在生產(chǎn)氨綸/錦綸、氨綸/滌綸交織織物時(shí)，在染色前必須要用洗油，而常用的去油劑Ccl4對(duì)氨綸破壞性很大，會(huì)使氨綸變脆而失去高彈特性。這就要求精確地測(cè)量纖維含油率，

14、以此決定去油劑的濃度和使用時(shí)間，才能取得最佳的清洗效果。若因纖維含油率測(cè)量不準(zhǔn)確，或抽樣密度過(guò)小發(fā)生偏差，就會(huì)給廠家?guī)?lái)相當(dāng)大的損失。所以，目前國(guó)外的氨綸長(zhǎng)絲生產(chǎn)廠，幾乎100%使用NMR核磁共振法測(cè)量纖維含油率323 反映時(shí)間快，能滿足即時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)狀況的需要：用傳統(tǒng)方法檢測(cè)，只能實(shí)現(xiàn)對(duì)纖維含油指標(biāo)的滯后反映，不能實(shí)現(xiàn)即時(shí)反映。而化纖生產(chǎn)是連續(xù)化生產(chǎn)，纖維以數(shù)千米/分的速度生產(chǎn)，幾個(gè)小時(shí)以后才能得知生產(chǎn)的狀況，顯然不能滿足生產(chǎn)的需求。例如，在纖維的長(zhǎng)絲生產(chǎn)中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)毛絲現(xiàn)象，屬于嚴(yán)重的質(zhì)量問(wèn)題。但產(chǎn)生毛絲有多種原因，含油不勻或含油偏低是產(chǎn)生毛絲的主要因素，但又不是唯一的因素，傳統(tǒng)的纖維油劑

15、測(cè)定方法顯然不能及時(shí)的幫助工藝人員判斷出問(wèn)題的真正所在。而且由于生產(chǎn)者根本無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，只能任它延伸到下工序，大大增加了糾錯(cuò)成本。而NMR核磁共振法的分析過(guò)程就非常簡(jiǎn)單快速： 1分鐘就可給出準(zhǔn)確的分析結(jié)果。因?yàn)樗母咝?，生產(chǎn)者完全可以對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行的全檢。 4 結(jié)論目前NMR技術(shù)已成為新的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，歐洲、美國(guó)、日本、韓國(guó)、臺(tái)灣等幾乎所有知名的纖維制造企業(yè)都在使用該方法。中國(guó)大陸地區(qū)的各大外資化纖廠也都配備了該儀器做為纖維生產(chǎn)廠家常規(guī)檢測(cè)設(shè)備，（注：在國(guó)內(nèi)，蘇州杜邦、深圳杜邦、開平聯(lián)信等外資公司也已使用這一技術(shù)多年）。杜邦等大公司已將此列入其纖維生產(chǎn)工藝標(biāo)準(zhǔn)。其出廠的產(chǎn)品都必須用NMR法進(jìn)行100%全檢，檢測(cè)不合格的產(chǎn)品絕對(duì)不許出廠。正因?yàn)檫@樣，杜邦公司對(duì)其化纖產(chǎn)品的質(zhì)量才有如此充分的自信，這也正是我們的企業(yè)要努力達(dá)到的境界。否則，我們將長(zhǎng)期徘徊在低檔次、低價(jià)位的位置上。目前，纖維生產(chǎn)廠家與制造廠家的關(guān)系越來(lái)越密切，隨著對(duì)后道用戶的產(chǎn)品跟蹤及新產(chǎn)品開發(fā)的需要，含油測(cè)試的頻度也大幅度的增加。這已經(jīng)成為合纖工業(yè)發(fā)展的必然。隨著我國(guó)加入WTO步伐的加快，我國(guó)的纖維業(yè)與國(guó)際接軌也勢(shì)在必行。檢測(cè)手段的提升，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一應(yīng)是各企業(yè)邁向國(guó)際市場(chǎng)參與競(jìng)爭(zhēng)的第一步。所以，我們認(rèn)為：化學(xué)纖維含油測(cè)試新標(biāo)準(zhǔn)勢(shì)在在必行，含油率測(cè)試新方法必