煙用二醋酸纖維素絲束

1、煙用二醋酸纖維素絲束54/350H紡絲系列技術(shù)研究及應(yīng)用摘要本文介紹了通過(guò)3年多系統(tǒng)的研究工作所取得的重要成果及 其應(yīng)用情況。經(jīng)大量試驗(yàn)研究，開(kāi)發(fā)了楔狀二次導(dǎo)流槽噴絲孔結(jié) 構(gòu)的O54/350H噴絲帽，替代原來(lái)從美國(guó)引進(jìn)的一次導(dǎo)流結(jié)構(gòu)的 O54/250H的噴絲帽；創(chuàng)造了低WOFA運(yùn)行的恒流量恒壓差漿液 過(guò)濾模式及醋纖絲束高溫閃蒸紡絲工藝，使新工藝條件下的紡絲 斷頭率從0.65下降到0.35 ；研發(fā)了 8.0cc高黏度計(jì)量泵和YH02 型卷曲機(jī)，使產(chǎn)出絲束加工成同規(guī)格濾棒吸阻的SD從8.46下降 到7.70；在行業(yè)內(nèi)創(chuàng)造性地應(yīng)用和建立了 PCS7及絲束管控一體 化系統(tǒng)，提高了生產(chǎn)工藝和質(zhì)量控制的自

2、動(dòng)化水平。成果應(yīng)用后， 增強(qiáng)了國(guó)內(nèi)煙用絲束的綜合競(jìng)爭(zhēng)力，使絲束生產(chǎn)能力提高 20.7%，低旦絲束生產(chǎn)能力提高3.92倍，為卷煙企業(yè)降焦減害提 供了更多的絲束選擇范圍。關(guān)鍵詞：醋纖絲束、噴絲帽、漿液過(guò)濾、紡絲、計(jì)量泵、卷曲機(jī)、 PCS7、濾棒吸阻中圖分類(lèi)號(hào)：1989年以前，我國(guó)煙用二醋酸纖維素絲束（簡(jiǎn)稱醋纖絲束）全 部由國(guó)外進(jìn)口，由于當(dāng)時(shí)卷煙接嘴率的迅猛增長(zhǎng)，醋纖絲束就成 為很緊俏的卷煙物資。1989年9月，南通醋纖公司建成投產(chǎn)， 不僅填補(bǔ)了我國(guó)醋纖絲束生產(chǎn)技術(shù)的空白，而且也緩解了高檔卷 煙濾材的供需矛盾。十幾年來(lái)，我國(guó)的煙用醋纖工業(yè)有了很大的 發(fā)展，但國(guó)內(nèi)四家醋纖絲束廠生產(chǎn)的醋纖絲束總產(chǎn)量?jī)H能

3、滿足國(guó) 內(nèi)煙用醋纖絲束需求量的44%左右（南纖占20%）,還需花費(fèi)大量 外匯進(jìn)口煙用醋纖絲束。近年來(lái)由于煙草行業(yè)對(duì)降焦減害及增產(chǎn) 節(jié)支的要求，國(guó)內(nèi)卷煙廠家對(duì)低旦絲束的需求量正不斷增長(zhǎng)，而 國(guó)內(nèi)醋纖生產(chǎn)廠現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備及工藝技術(shù)制約了大批量生產(chǎn)低 旦絲束的能力，況且也難以忍受絲束低旦化而造成的產(chǎn)量及效益 的下降。作為國(guó)內(nèi)醋纖行業(yè)領(lǐng)頭羊的南纖公司，針對(duì)市場(chǎng)需求與 矛盾，在國(guó)家煙草專賣(mài)局主管司、局領(lǐng)導(dǎo)的支持和指導(dǎo)下，中國(guó) 煙草物資公司確立了煙用醋纖絲束54/350H紡絲系列技術(shù)研究 這一具有挑戰(zhàn)性和風(fēng)險(xiǎn)性的研究項(xiàng)目。在三年前期摸索的基礎(chǔ)上，1999年6月課題研究正式啟動(dòng)， 在小試實(shí)驗(yàn)裝置上取得進(jìn)展后，

4、于2000年2月和6月進(jìn)行了兩 次持續(xù)136小時(shí)聯(lián)合小試，是年12月，中試線成功投產(chǎn)，并取 得重要研究試驗(yàn)成果。之后，又深入進(jìn)行了一年多的產(chǎn)業(yè)化可行 性研究，進(jìn)一步確保大生產(chǎn)的安全可靠性及工藝質(zhì)量的穩(wěn)定性， 在經(jīng)過(guò)中外專家的反復(fù)論證后，于2002年7月該研究成果產(chǎn)業(yè) 化實(shí)施成功。1小試、中試主要儀器設(shè)備小型壓濾機(jī)制漿試驗(yàn)裝置、四甬道紡絲小試裝置、三級(jí)配漿壓濾裝置、紡絲機(jī)、卷曲機(jī)、干燥機(jī)等生產(chǎn)設(shè)備、KDF2與FILTRONA組合成型自動(dòng)測(cè)試設(shè)備、紅外掃描儀、INSTRON未 卷曲能測(cè)試儀、絲束開(kāi)松評(píng)價(jià)機(jī)。2主要研究?jī)?nèi)容及成果O54/350H噴絲帽孔結(jié)構(gòu)和排布的研究要在原來(lái)引進(jìn)美國(guó)賽拉尼斯54/2

5、50H噴絲帽紡絲技術(shù)及其 配套工藝設(shè)備的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)O54/350H紡絲，由于不改變紡絲 機(jī)原有甬道、漿液供給管和噴絲帽組件的尺寸結(jié)構(gòu)，故單位時(shí)間 內(nèi)漿液供給管內(nèi)漿液的流量及流速將相應(yīng)增加。根據(jù)公式： T=p(dv/dy)可知，漿液的剪切應(yīng)力會(huì)明顯增加。當(dāng)漿液從噴絲孔 噴出成型時(shí)，由于剪切應(yīng)力的釋放，漿液會(huì)在噴絲孔的出口處膨 大。由圖1的噴絲圖解可知，如果噴絲孔結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，或噴絲孔 在帽面分布不合理，在剪切應(yīng)力作用下，漿液的膨大就不規(guī)則， 會(huì)導(dǎo)致絲束噴出時(shí)偏向膨大少的一側(cè)，易在噴絲孔附近的帽面出 現(xiàn)漿液漫流，產(chǎn)生“斜絲、糊帽、滴漿”等現(xiàn)象，噴絲帽就不能正 常噴絲。只有解決好噴絲帽面上噴絲孔的排

6、布模式，才能保證各 噴絲孔內(nèi)流動(dòng)漿液的剪切應(yīng)力的均勻和穩(wěn)定，否則會(huì)因各噴絲孔 內(nèi)漿液剪切應(yīng)力的不均勻、不穩(wěn)定而影響噴絲帽的噴絲效果，使 得可紡性降低。通過(guò)8400多次的試紡試驗(yàn)，優(yōu)化確定了在250孔噴絲帽尺寸 下350個(gè)噴絲孔的最佳分布及噴絲孔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)形狀，將350孔 噴絲帽的噴絲孔導(dǎo)流孔設(shè)計(jì)成階梯楔狀二次導(dǎo)流，250孔噴絲孔 則是直接導(dǎo)流。階梯楔狀二次導(dǎo)流時(shí)剪切應(yīng)力的變化有一個(gè)緩沖過(guò)程，對(duì)噴絲成型有好處。煙用醋纖高溫閃蒸紡絲工藝的研究54/350H噴絲帽研發(fā)出以后，還必須有與之相配套的工藝技 術(shù)。在O54/350H噴絲帽紡絲條件下，噴絲密度比O54/250H噴 絲帽增加了 40%，容易引發(fā)

7、絲束粘連現(xiàn)象，而絲束粘連是影響 絲束質(zhì)量的最嚴(yán)重的疵點(diǎn)之一。通過(guò)大量的試驗(yàn)研究，摸索出高 溫閃蒸紡絲工藝，加快了丙酮溶劑等從纖絲細(xì)流中蒸發(fā)的速度， 較好地解決了 350孔紡絲時(shí)單絲間的粘連問(wèn)題，同時(shí)可以進(jìn)一步 改善單絲截面的異形度。通過(guò)紡絲機(jī)單甬道、一個(gè)面、兩個(gè)面的 可紡性試驗(yàn)，逐步掌握了高溫閃蒸紡絲工藝條件，并且單絲成型 異形度提高17.5%。漿液過(guò)濾技術(shù)的研究煙用二醋酸纖維是天然纖維素再生纖維，漿液黏度大，非牛 頓流動(dòng)，過(guò)濾難度大，生產(chǎn)過(guò)程中的斷頭率要比合成纖維大。再 加上O54/350H噴絲帽不僅噴絲密度增加，而且其孔徑也由60pm 減小到57pm，所以，如果在漿液過(guò)濾技術(shù)上沒(méi)有根本性的

8、突破， 54/350H紡絲技術(shù)研究項(xiàng)目就會(huì)成為以降低質(zhì)量來(lái)?yè)Q取產(chǎn)量的 項(xiàng)目。經(jīng)過(guò)研究試驗(yàn)，得出了新工藝條件下的過(guò)濾曲線。另外，根據(jù)劉易斯過(guò)濾基本方程（公式中：V為過(guò)濾速率； A為過(guò)濾面積；AP為過(guò)濾壓差；p為過(guò)濾物料的黏度；v為濾餅 比阻；L為濾餅厚度。）對(duì)于過(guò)濾質(zhì)量而言，AP越小越好； 過(guò)濾控制工藝越穩(wěn)定越好?；谝陨显囼?yàn)和理論分析，突破了過(guò)去一直沿用的美國(guó)恒壓 差過(guò)濾模式，設(shè)計(jì)了一套南纖獨(dú)特的漿液過(guò)濾模式及工藝：一是 低WOFA運(yùn)行，漿液中木漿泊含量由原來(lái)的0.50%的降低到 0.24%, A級(jí)壓濾機(jī)壽命由原來(lái)的41天延長(zhǎng)到60天，還使濾餅 生長(zhǎng)緩慢并致密，確保了對(duì)剛性雜質(zhì)的分離。二是恒流

9、量恒壓差 過(guò)濾模式和S級(jí)過(guò)濾工藝，過(guò)濾壓差由原來(lái)的0.96MPa降至目 前的0.38MPa，在產(chǎn)量提高20.7%的情況下，漿液主管道流速反 而從0.36m/s降到0.12m/s，使得凝膠等柔性雜質(zhì)發(fā)生蠕變延伸變 形的可能性大大降低，漿液中柔性雜質(zhì)大部分得以截留在過(guò)濾介 質(zhì)中，從表1的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，恒流量恒壓差過(guò)濾精度比原 來(lái)提高了 20%。三是用超細(xì)纖維濾布和荷蘭織法濾布，并且將 過(guò)濾面積提高36%，根據(jù)漿液的檢測(cè)質(zhì)量，針對(duì)不同的雜質(zhì)， 優(yōu)化采用不同的濾布，使得過(guò)濾介質(zhì)的截留過(guò)濾性能和漿液的過(guò) 濾質(zhì)量得到了很大的提高。表1過(guò)濾精度與過(guò)濾模式對(duì)比過(guò)濾模式 原恒壓差 恒流量 恒流 量恒壓差激光

10、粒度測(cè) 試 0.80pm0.94pm0.64pm2.4ST-90乳化油劑制備工藝技術(shù)的研究O54/350H噴絲帽紡絲以后，絲束產(chǎn)量和低旦絲束的生產(chǎn)量有 較大提高，但生產(chǎn)運(yùn)行控制的難度增加，必須克服生產(chǎn)工藝上的 一些不利因素。煙用醋纖絲束紡絲生產(chǎn)過(guò)程中要使用ST-90乳化 油劑，由于ST-90乳化油劑中含有豐富的養(yǎng)分，以及生產(chǎn)過(guò)程中 不可避免地有多種細(xì)菌和微生物來(lái)源，絲束生產(chǎn)廠家一般都要在 ST-90乳化油劑中添加雙氧水或其它殺菌劑，添加量平均為 500ppm左右。雙氧水是一種強(qiáng)氧化性殺菌劑，易與醋酸纖維絲 束纖維分子中的纖維素羥基鏈團(tuán)發(fā)生氧化反應(yīng)，使得發(fā)生氧化反 應(yīng)處的纖維分子鏈斷裂，影響絲束

11、的斷強(qiáng)，絲束帶在生產(chǎn)運(yùn)行和 濾棒成型過(guò)程中受到磨擦作用后，易產(chǎn)生飛花等質(zhì)量疵點(diǎn)。經(jīng)分 析，雖然可以選擇到其它的殺菌劑，但是無(wú)法確認(rèn)這些殺菌劑是 否會(huì)影響絲束的質(zhì)量，或者制成嘴棒后是否會(huì)影響卷煙的口味。 況且一定量的殘余雙氧水，具有漂白、殺菌作用，能保證絲束在 存放期內(nèi)不易發(fā)霉變色，而且國(guó)外絲束生產(chǎn)廠家大部分采用雙氧 水來(lái)殺菌。基于以上分析，從降低ST-90乳化油劑中雙氧水的配 制用量入手，經(jīng)研究試驗(yàn)，最終選用過(guò)流式紫外線殺菌器與雙氧 水配套的殺菌工藝，將ST-90乳化油劑中雙氧水的含量由原來(lái)的 700ppm下降到300ppm的工藝控制水平，減輕了雙氧水對(duì)絲束 的損傷，提高了絲束的質(zhì)量。另外，通

12、過(guò)圖8所示的ST-90油劑工藝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，消除了 油劑內(nèi)產(chǎn)生氣泡，減少了紡絲過(guò)程中的纏絲現(xiàn)象，提高了紡絲穩(wěn) 定性。2.5關(guān)鍵設(shè)備的研發(fā)紡絲計(jì)量泵對(duì)過(guò)濾以后的漿液進(jìn)行精確計(jì)量后輸入噴絲帽紡 絲，為了提高54/350H紡絲旦數(shù)的穩(wěn)定性，必須增大計(jì)量泵輸 送能力，提高計(jì)量精度和運(yùn)行穩(wěn)定性；要使新工藝技術(shù)下的產(chǎn)品 質(zhì)量更穩(wěn)定，還得對(duì)卷曲機(jī)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。研發(fā)新型8.0cc計(jì)量泵替代2.92cc計(jì)量泵，應(yīng)用無(wú)毒無(wú)污染 性的“QPQ鹽浴復(fù)合處理技術(shù)”對(duì)計(jì)量泵部件的的表面進(jìn)行硬化 處理，明顯提高了計(jì)量泵的耐磨性、抗腐蝕性。采用拉開(kāi)計(jì)量泵 摩擦副零件之間硬度差距的措施，防止了計(jì)量泵的傳動(dòng)軸與泵板 在壓力的作用下

13、，因材料之間產(chǎn)生親合作用而發(fā)生“咬死”致計(jì)量 泵軸扭斷自損現(xiàn)象。在技術(shù)改進(jìn)的基礎(chǔ)上，將計(jì)量泵的能力由每 分鐘2.92cc提高到8.00cc。研發(fā)YH02型卷曲機(jī)替代原來(lái)進(jìn)口的CP8型卷曲機(jī)，南纖公 司自主研制、設(shè)計(jì)的YH02型卷曲機(jī)在卷曲機(jī)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、卷曲 箱和瓷片座等方面相對(duì)CP-8卷曲機(jī)有了較大的改進(jìn)，電機(jī)的轉(zhuǎn) 速下降了 20%，卷曲機(jī)振動(dòng)下降到原來(lái)的50%，有助于提高絲 束質(zhì)量的穩(wěn)定性。2.6 PCS7自控及管控一體化系統(tǒng)的應(yīng)用創(chuàng)新O54/350H紡 絲系列技術(shù)研究項(xiàng)目在紡絲工藝技術(shù)取得突破，研發(fā)關(guān)鍵設(shè)備的 同時(shí)，通過(guò)應(yīng)用創(chuàng)新使基于全集成概念的PCS7系統(tǒng)在行業(yè)內(nèi)首 次成功應(yīng)用，并研發(fā)了

14、獨(dú)具特色的絲束管控一體化系統(tǒng)。2.6.1 PCS7系統(tǒng)的應(yīng)用創(chuàng)新將原有EE圖的功能重新規(guī)劃，移植到新的PCS7系統(tǒng)，分五 個(gè)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，并將各機(jī)柜的接線端子在EE圖中反映，為確 保系統(tǒng)切換成功，系統(tǒng)設(shè)計(jì)上采用了 I/O機(jī)柜加儀表過(guò)渡柜、電 儀交接柜、儀表中繼柜的最佳組合方案，新老系統(tǒng)切換的準(zhǔn)確率 達(dá)到99.4%以上，為新系統(tǒng)的一次投運(yùn)成功提供了保證。I/O模 塊采用本安型輸入輸出模塊，而非通常的隔離柵+I/O模塊的模 式，降低了投資成本并易于檢修維護(hù)。系統(tǒng)采用先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，多種拓?fù)浞绞?，介質(zhì)既有屏 蔽雙絞線又有光纖;其中PROFIBUS-PA總線在卷曲機(jī)對(duì)輥壓力、 壓板壓力監(jiān)測(cè)上的應(yīng)用

15、為國(guó)內(nèi)外同行業(yè)中的首例，這將為 PROFIBUS-PA總線技術(shù)的推廣及行業(yè)自動(dòng)化水平的提高提供寶 貴經(jīng)驗(yàn)。運(yùn)用單級(jí)控制、串級(jí)控制、調(diào)節(jié)器自動(dòng)優(yōu)化、死區(qū)、滯 環(huán)、時(shí)延、限幅及其各種組合功能，與原有系統(tǒng)相比，控制精度 提高、控制方式靈活。2.6.2管控一體化系統(tǒng)的研發(fā)針對(duì)煙用絲束生產(chǎn)的特點(diǎn)，將客戶機(jī)/服務(wù)器方式(C/S)和瀏覽 器/服務(wù)器方式(B/S)相結(jié)合，服務(wù)器端為中文版 Windows20000 Advanced Server+SQL Server 2000，客 戶端均為中文版 Windows2000 Professional +中文版 Office 2000?？蛻舳藨?yīng)用程序均采用功能強(qiáng)大、

16、性能卓越的最 新版Delphi6.0開(kāi)發(fā)，網(wǎng)頁(yè)開(kāi)發(fā)采用微軟最新的網(wǎng)頁(yè)開(kāi)發(fā)工具 ASP.Net。系統(tǒng)與PCS7和兩臺(tái)行車(chē)、軌道控制PLC的數(shù)據(jù)接口 采用先進(jìn)的OPC技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)、高效、可靠的通 訊。應(yīng)用動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)、OPC、XML、ActiveX COM/DCOM、軟 路由等最新技術(shù)，通過(guò)提煉控制過(guò)程和管理過(guò)程中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)， 對(duì)過(guò)程控制效果、工藝技術(shù)質(zhì)量進(jìn)行了大匯總，不僅各子系統(tǒng)間 緊密相聯(lián)，還與PCS7系統(tǒng)實(shí)時(shí)雙向交換數(shù)據(jù)：一方面從PCS7 系統(tǒng)中獲取生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)，另一方面將部分物化檢數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋 給PCS7參與系統(tǒng)控制。此外，管控系統(tǒng)還綜合了分散于各工段 的工藝關(guān)聯(lián)控制點(diǎn)，提供重要

17、生產(chǎn)指標(biāo)的歷史數(shù)據(jù)查詢、過(guò)程數(shù) 據(jù)SPC（X-R圖）統(tǒng)計(jì)與分析、過(guò)程能力指數(shù)CPK計(jì)算分析、生產(chǎn) 過(guò)程數(shù)據(jù)樣本標(biāo)準(zhǔn)差8計(jì)算分析等有力的技術(shù)分析手段和方法， 同時(shí)將生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)報(bào)告、消耗盤(pán)存報(bào)告、質(zhì)量檢驗(yàn)報(bào)告和過(guò)程控制 報(bào)告等綜合分析結(jié)果以Excel電子報(bào)表形式提交，為管理層決策 提供準(zhǔn)確翔實(shí)的技術(shù)依據(jù)，基本實(shí)現(xiàn)了 “生產(chǎn)計(jì)劃源于工藝、過(guò) 程控制服從工藝、反饋信息指導(dǎo)工藝”的目標(biāo)。3研究成果的主要應(yīng)用效果煙用醋纖絲束的產(chǎn)量增加，低旦醋纖絲束的生產(chǎn)能力增強(qiáng)該項(xiàng)系列研究成果于2002年7月產(chǎn)業(yè)化實(shí)施成功，使南纖公司 年凈增煙用醋纖絲束產(chǎn)量5500噸，低旦醋纖絲束的生產(chǎn)能力由 年產(chǎn)6500噸提高到32000噸。南纖四期工程和珠纖、昆纖二期 工程全部應(yīng)用該研究成果，2005年后，該成果使國(guó)內(nèi)每年凈增 煙用醋纖絲束產(chǎn)量22000噸。經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著該項(xiàng)目總投資5531.89萬(wàn)元，給南纖公司每年凈增利潤(rùn)約6000 萬(wàn)元，2005年后，為行業(yè)每年凈增利潤(rùn)1.7億元（以現(xiàn)售價(jià)計(jì)算）。 低旦醋纖絲束的生產(chǎn)能力增強(qiáng)后，一方面由于出棒率的提高給卷 煙企業(yè)帶來(lái)非常可觀的經(jīng)濟(jì)效益，另一方面為卷煙企業(yè)降焦減害 提供更廣的絲束選擇范圍。工藝生產(chǎn)穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量紡絲生產(chǎn)的斷頭率越低，生產(chǎn)越穩(wěn)定。由圖表可看出，研究 成