CN101302649B - 一种非圆形截面的异型间位芳香族聚酰胺纤维的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制备具有非圆形截面的异型间位芳香族聚酰胺(MPIA)纤维的方法。间位芳香族聚酰胺溶液经过中和和过滤，直接挤在含有表面活性剂的低温凝固浴中，纺丝成形后的初生丝经热水拉伸，水洗，干热拉伸得到成品非圆形截面的MPIA纤维。根据本专利方法取得的非圆形截面MPIA纤维具有比较大的比表面积，纺织加工性能更加优良，更适应制作耐高温合成纤维纸。
Description
技术领域
本发明涉及一种异型间位芳香族聚酰胺(MPIA)纤维的加工制作方法，更准确地说是涉及一种具有非圆形截面的异型间位芳香族聚酰胺纤维的加工制作方法，属于化学纤维加工领域。
背景技术
间位芳香族聚酰胺纤维又名芳纶1313纤维，具有优异的耐热性、耐火焰性和良好的电绝缘性能，在消防服装，绝缘和耐高温产业具有广泛的应用，也可以用于制作芳纶纸。
现有的纤维制作方法是采用界面聚合后分离得到聚合体，并将聚合体重新溶解再纺丝(如美国专利3640970)，低温溶液聚合，聚合溶液直接进行干法纺丝(如美国专利3063966)或进行湿法纺丝(如中国专利200610043660.3)，这些方法取得的纤维截面均为圆形，圆形截面纤维的比表面积比较小，因此这些纤维的物理性能受到较大的限制，由于比表面积比较小，因此表现为染色性能较差，同样由于比较面积比较小，造纸时由于纤维与浆粕之间接触面较小，所造纸张的强度也不够好。从而使纤维的应用受到较大的限制，而目前关于非圆形截面的文献则鲜有报道。
发明内容
本发明的目的提供一种异型间位芳香族聚酰胺纤维的制作方法，以改变现有间位芳香族聚酰胺纤维的纺丝成形工艺，不改变整个纺丝工艺流程和纺丝设备，在基本不增加投资的情况下，通过改变形成条件，使取得的芳纶1313纤维在保持原有纤维优异的耐热性、耐火焰性和良好的电绝缘性能的基础上，改变其截面形状，增大其比表面积，适应应用的要求，并能在很大程度上拓展纤维的应用领域。
苯发明提供的制作方法特征在于将间苯二甲酰氯和间苯二胺分别溶解在酰胺类极性溶剂中，并将两种溶液分别降温至0℃至-15℃，根据反应物间苯二甲酰氯和间苯二胺等摩尔比的原则，两种溶液通过计量泵进入反应器中，在反应器中发生聚合取得聚合纺丝原液，同时产生HCl，取得的聚合溶液经过等当量的CaO混合后中和并经过800-1000目过滤介质，去除其中的不溶解颗粒，然后纺丝原液经喷丝板或喷丝帽的喷丝孔，直接挤在含有表面活性剂的低温凝固浴中，纺丝成形后的初生丝经热水拉伸，水洗，干热拉伸得到非圆形截面的MPIA纤维。
所述的酰胺类极性溶剂为N’，N’-二甲基甲酰胺或N’-甲基吡络烷酮。
所述的凝固浴特征在于凝固浴由水，N，N-二甲基乙酰胺，氯化钙间位芳纶低聚物和表面活性剂组成，以重量百分计含有N，N-二甲基乙酰胺15-65％，间位芳纶低聚物(分子量小于10,000)0.5-5％，表面活性剂0.5-5％，CaCl2含量3-20％，余量为水。
纺丝时该凝固浴的温度低于25℃，优选为低于18℃，最优选为0℃-16℃。根据该凝固浴配方，挤压出喷丝孔的纺丝原液表面首先形成疏松的固体层，其内部逐步凝固，并利用内部溶剂逐步进入凝固浴，体积缩小的过程，使纤维的圆形截面变形，取得较大的纤维比表面积。
由于不断有丝条中的溶剂进入凝固浴，因此凝固浴必须不断补充新液以保持凝固浴的配比在工艺需求的范围内，补充的新凝固浴从喷丝板侧面进入凝固浴槽，凝固浴不断补充并不断溢流，保持凝固浴槽内凝固浴流动和液面的稳定，凝固浴流向与纤维运动方向一致。
为了保证凝固浴有足够的能力稀释纺丝原液释放的溶剂，凝固浴流量必须根据纺丝浆液挤出量而定，一般为5-100克凝固浴/克纺丝浆液，优选为7-80克凝固浴/克纺丝浆液，最优选为9-50克凝固浴/克纺丝浆液。
凝固浴中的表面活性剂有效地隔离了每根纤维，使其表面不至于相互粘连，所采用的表面活性剂可以是阴离子型、阳离子型或其他类型的表面活性剂，也可以是两种或两种以上表面活性剂的组合物。
纺丝过程中所采用的喷丝板/帽为特殊加工的部件，根据本发明提供的方法，喷丝板或喷丝帽(喷丝板/帽)上的喷丝孔可以采用异型截面也可以采用圆形截面，但孔的密度应比较适中，过稀不利于提高生产能力，过密则可能使纺丝过程中的纤维成形受到严重的影响，因此，孔的密度一般为2-20孔/平方毫米，优选为3-16孔/平方毫米，最优选为4-12孔/平方毫米。
喷丝板/帽上喷丝孔的直径为0.04-0.1毫米(对于非圆形空而言，其孔的面积为0.0012-0.008mm2)，喷丝孔的长径比(对于非圆形孔而言以当量直径计算，即(4*孔面积/圆周率)1/2)小于5∶1，优选为小于3∶1。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明内容作进一步说明，但本发明的实施方法并不限于以下的实施方案。
实施例1：
将108克间苯二胺溶解在1000克N，N-二甲基乙酰胺中，冷却该溶液至-15℃，并保持搅拌，将203克间苯二甲酰氯溶解在200克N，N-二甲基乙酰胺中，冷却至-15℃，两者混合后继续搅拌30分钟取得含有HCl的聚合体溶液，即制成纺丝原液，然后加入74克经研磨的Ca(OH)2，进一步搅拌30分钟使中和完全，并过1000目筛取得纺丝原液。该纺丝原液经计量泵挤压进入喷丝帽，该喷丝帽上打有直径为0.04毫米的喷丝孔，孔的密度为15孔/平方毫米，孔的长径比为3.5∶1，通过喷丝孔的浆液与周围的凝固浴接触，凝固浴中含水49％，N，N-二甲基乙酰胺37.6％，间位芳纶低聚物(分子量小于10,000)2％，表面活性剂0.4％，CaCl2含量11％。新鲜凝固浴补充量为78克凝固浴/克纺丝浆液，新鲜凝固浴从喷丝帽侧面进入凝固浴槽，初生纤维凝固后经水洗，干燥，拉伸后取得成品纤维，纤维截面为腰圆形，强度为3.5cN/dtex，断裂伸长46％。
实施例2：
将108克间苯二胺溶解在800克N，N-二甲基乙酰胺中，203克间苯二甲酰氯溶解在200克N，N-二甲基乙酰胺中，分别冷却该溶液至-5℃，并保持搅拌，将两种溶液混合继续搅拌30分钟取得含有HCl的聚合体溶液，然后加入74克经研磨的Ca(OH)2，进一步搅拌30分钟使中和完全，并过1000目筛取得纺丝原液。该纺丝原液经计量泵挤压进入喷丝板，该喷丝板上打有直径为0.02*0.6毫米的长形喷丝孔，孔的密度为5孔/平方毫米，孔的长径比为2∶1，通过喷丝孔的浆液与周围的凝固浴接触，凝固浴中含水56％，N，N-二甲基乙酰胺33％，表面活性剂2％，间位芳纶低聚物(分子量小于10,000)1％，CaCl2含量8％。新鲜凝固浴补充量为45克凝固浴/克纺丝浆液，新鲜凝固浴从喷丝帽侧面进入凝固浴槽，初生纤维凝固后经水洗，干燥，拉伸后取得成品纤维，纤维截面为腰圆形，强度为3.1cN/dtex，断裂伸长36％。
实施例3：
将108克间苯二胺溶解在800克N，N-二甲基乙酰胺中，203克间苯二甲酰氯溶解在200克N，N-二甲基乙酰胺中，分别冷却该溶液至-1℃，并保持搅拌，将两种溶液混合继续搅拌30分钟取得含有HCl的聚合体溶液，然后加入74克经研磨的Ca(OH)2，进一步搅拌30分钟使中和完全，并过800目筛取得纺丝原液。该纺丝原液经计量泵挤压进入喷丝帽，该喷丝帽上打有直径为0.09毫米的喷丝孔，孔的密度为6孔/平方毫米，孔的长径比为2∶1，通过喷丝孔的浆液与周围的凝固浴接触，凝固浴中含水35％，N，N-二甲基乙酰胺50％，间位芳纶低聚物(分子量小于10,000)5％，表面活性剂4％，CaCl2含量6％。新鲜凝固浴补充量为15克凝固浴/克纺丝浆液，新鲜凝固浴从喷丝帽侧面进入凝固浴槽，初生纤维凝固后经水洗，干燥，拉伸后取得成品纤维，纤维截面为腰圆形，强度为3.25cN/dtex，断裂伸长51％。
Claims (10)
1.一种制备非圆形截面的异型间位芳香族聚酰胺短纤维的方法，其特征在于：
(1)首先，将间苯二甲酰氯和间苯二胺分别溶解在酰胺类极性溶剂中，降至0～-15℃；按间苯二胺和间苯二甲酰氯等摩尔比进行聚合，得到纺丝原液；
(2)将步骤(1)得到的纺丝原液与等摩尔比的CaO混合后中和，并经过滤；
(3)然后，纺丝原液经喷丝板或喷丝帽上的喷丝孔，直接挤在含有表面活性剂的低温凝固浴中，稀释纺丝原液所释放的溶剂，使纤维的圆形截面变形；所述的低温凝固浴质量百分组成为：N，N-二甲基甲酰胺或N’-甲基吡络烷酮15-65％，分子量小于10,000的间位芳纶低聚物0.5-5％，表面活性剂0.5-15％，CaCl2含量3-20％，余量为水；所述的表面活性剂为一种以上阴离子型表面活性剂或一种以上阳离子表面活性剂，
(4)最后，将成形后的初生丝经水拉伸、水洗、干热拉伸得到非圆形截面的纤维。
2.按权利要求1所述的制备非圆形截面的异型间位芳香族聚酰胺短纤维的方法，其特征在于步骤(1)中所述的酰胺类极性溶剂为N’，N’-二甲基甲酰胺或N’-甲基吡络烷酮。
3.按权利要求1所述的制备非圆形截面的异型间位芳香族聚酰胺短纤维的方法，其特征在于所述低温凝固浴的温度低于25℃。
4.按权利要求1或3所述的制备非圆形截面的异型间位芳香族聚酰胺短纤维的方法，其特征在于凝固浴系从喷丝板或喷丝帽侧面进入凝固浴槽补充的，凝固浴不断补充和不断溢流，凝固浴流向与纤维运动方向一致。
5.按权利要求4所述的制备非圆形截面的异型间位芳香族聚酰胺短纤维的方法，其特征在于凝固浴的流量为5～100克凝固浴/克纺丝原液。
6.按权利要求5所述的制备非圆形截面的异型间位芳香族聚酰胺短纤维的方法，其特征在于凝固浴的流量为9～50克凝固浴/克纺丝原液。
7.按权利要求1所述的制备非圆形截面的异型间位芳香族聚酰胺短纤维的方法，其特征在于喷丝板或喷丝帽上的喷丝孔为圆形截面。
8.按权利要求7所述的制备非圆形截面的异型间位芳香族聚酰胺短纤维的方法，其特征在于喷丝孔的密度为2-20孔/平方毫米；喷丝孔直径为0.04-0.1毫米。
9.按权利要求8所述的制备非圆形截面的异型间位芳香族聚酰胺短纤维的方法，其特征在于喷丝孔的密度为4-12孔/平方毫米。
10.按权利要求3所述的制备非圆形截面的异型间位芳香族聚酰胺短纤维的方法，其特征在于所述低温凝固浴的温度为0～16℃。
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