CN102926068B - 一种对位芳纶短纤维的卷曲加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种冷态卷曲加工方法生产对位芳纶短纤维，芳纶长丝经过集束后通过洗油槽洗油或热水浴或低压蒸汽热箱进入机械填塞式卷曲箱进行卷曲，卷曲完成后进入烘箱，对卷曲后的纤维进行80-140℃温度下的烘干，即可进行张力调整、进入切断机切断得到卷曲性能良好的对位芳纶短纤维。纤维在进入卷曲箱前不需进行高于其玻璃化温度340℃的高温预热处理使分子链段软化，纤维在卷曲箱中不需进行高温加热，卷曲后不需进行340℃左右的高温定型处理。

Description

一种对位芳纶短纤维的卷曲加工方法
技术领域
本发明涉及一种对位芳纶短纤维加工生产方法，属于芳纶短纤维制备方法技术领域。
背景技术
对位芳纶纤维是世界公认的三大高性能纤维之一，世界上的主要生产厂家是美国的杜邦公司、荷兰的阿克苏公司(现并入日本帝人公司)，以及俄罗斯的公司。近几年，由于国家对高性能纤维开发的重视，国内对位芳纶纤维的生产、应用有了极大的发展。
在对位芳纶长丝生产中，会出现指标达不到要求的低等级品丝，对位芳纶是高性能纤维，价格昂贵，这些低等级品长丝虽然不能达到高端产品应用的要求，却仍然具有远高于普通合成纤维的力学性能和耐高温等性能，如何消化、合理应用这部分材料，国外有成功的经验：这部分材料可以进一步加工成短纤维，利用对位芳纶超凡的耐高温、阻燃、高强、低伸长、化学稳定性、耐酸碱等一系列的高性能，进行纺纱、织造等，用于开发高性能防护织物材料，实现对位芳纶生产的利润最大化。
由于对位芳纶的力学性能与普通纤维不同，在短纤维的制造中，卷曲、定型、切断以及纺纱工艺方面都需要进行专门的技术开发。
目前涤纶、腈纶、锦纶等合成纤维短纤维生产中卷曲工序通常采用的是填塞箱式机械卷曲，纤维在蒸汽热箱中经高于其玻璃化温度预热后借助一对压辊被积极的送入填塞箱体，在挤压外力的作用下发生弯曲变形，形成均匀规律的平面卷曲，此时的卷曲结构普遍为不稳定结构，随后再通过热定型工序使其稳定化，成为具有永久卷曲结构的产品形式。挤压形变时温度控制在其玻璃化温度附近，热定型温度一般控制在其冷结晶温度附近。卷曲加工过程中高温预热、挤压、定型三者缺一不可，通常称之为“热卷曲”。常规合成纤维的玻璃化温度一般低于100℃，冷结晶温度一般低于150℃，如涤纶的玻璃化温度为80℃左右，冷结晶温度在130-140℃附近，预热和定型通常采用蒸汽，所需的蒸汽压力较低，实现安全稳定生产比较容易。对位芳纶纤维的玻璃化温度文献报道为340℃左右，其完整的结晶结构赋予它高于20cN/dtex的强度和高于玻璃纤维2倍的模量。在此情况下，普通合成纤维的工艺条件不能满足对位芳纶短纤维的加工要求。尤其在卷曲加工过程中，通常采用的卷曲前高温预热处理和卷曲后高温定型处理对对位芳纶纤维来说有一定难度，其高温预热和高温定型处理温度必须高于340℃，同时能耗很高。
目前现有对位芳纶短纤维卷曲加工方法中，多采用高温预热后再进行机械式卷曲的加工方式生产，如发明专利“Aramid staple and pulp prepared by spinning”(专利号US4836507)公开了一种对位芳纶短纤维和浆粕的制备方法：将干喷湿纺得到的对位芳纶长丝，经高温预热后进入卷曲箱进行机械式卷曲，卷曲后进入烘箱烘干，再将烘干后的对位芳纶长丝进行切断，长度约为20mm；DuPont-Toray Co.，Ltd.在申请号为US 6348263的专利中公开了一种对位芳纶短纤维的制备工艺，其工艺流程如下：先制成对位芳纶长丝，高温(350℃)预热后，进入卷曲箱进行机械式卷曲，经高温定型处理后切割成20-150mm长度的对位芳纶短纤维；烟台氨纶股份有限公司在申请号为200610043660.3的专利中公开了一种原液着色间位芳纶短纤维及其制备方法，所述间位芳纶短纤维的卷绕加工工艺如下：经高温预处理后，进入卷绕箱进行卷绕切割，切成间位芳纶短纤维后，再经高温定型处理；烟台氨纶股份有限公司在申请号为200910259778.3的专利中公开了一种高强高模间位芳纶超短纤维的生产方法，所述间位芳纶超短纤维的卷绕加工工艺如下：经高温(350～450℃)预处理后，进入卷绕箱进行卷绕切割，切成0.5-20毫米的间位芳纶超短纤维后，再经高温(350～450℃)定型热处理[9]。现行合成纤维生产设备中，高温蒸汽预热箱中采用蒸汽加热，蒸汽压力难以提高并使温度保持在340℃以上，丝束温度很难达到要求，即使采用电加热对丝束进行预热，丝束中水分蒸发后温度才能进一步提升，必然导致升温慢、能耗高等问题。因此，开发一种适用于对位芳纶短纤维的新的卷曲加工方法成为必然。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种能耗低、卷曲性能良好的对位芳纶短纤维的卷曲加工方法。
技术方案：本发明所述的对位芳纶短纤维的卷曲加工方法，包括如下步骤：
(1)将芳纶长丝经过集束后，进行轻度软化；
(2)通过卷曲机喂入轮将丝束喂入机械式卷曲箱进行冷态卷曲，喂入速度优选为10～100m/min；
(3)卷曲完成后进入烘箱，对卷曲后的纤维进行80～140℃下的烘干处理；
(4)最后再进行张力调整、进入切断机切断得到卷曲性能良好的对位芳纶短纤维。
其中，步骤(1)所述的轻度软化有多种方法，比较优选的三种方法为：通过热水浴进行轻度软化，热水浴温度为70～100℃或通过低压蒸汽预热箱进行轻度软化，蒸汽预热箱温度为70～100℃或通过洗油槽洗油。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：
1、本发明方法工艺流程简单而高效，同时有效节约大量能源、实现安全稳定生产；采用本发明加工方法生产对位芳纶短纤维，在卷曲前不需对纤维进行高于其玻璃化温度的高温预热处理使分子链段软化后再进入卷曲箱，且卷曲后不需进行340℃左右的高温定型处理，对卷曲后的纤维进行80～140℃温度下的烘干即可进行切断，生产的对位芳纶短纤维卷曲性能良好，满足后道纺纱工艺要求。
2、采用本发明生产的对位芳纶短纤维卷曲性能良好，纤维规格为0.5～3.3dt，长度为21-150mm，卷曲度4.5～15个/25mm，卷曲率5-15％，可以满足后道纺纱工艺要求。本发明采用冷态卷曲法生产的对位芳纶短纤卷曲性能测试结果及与国内某厂生产的对位芳纶短纤、进口样品的卷曲测试结果进行对比结果见表1，后两者均采用高于340℃的高温预热热卷曲法生产，本发明生产的对位芳纶短纤的卷曲数和卷曲率数值达到了后两者的卷曲性能。
表1卷曲加工条件及卷曲性能测试
3、纤维的卷曲分为“真卷曲”和“假卷曲”。纤维在切断前需经过张力机施加一定的张力以保证切断的进行，张力的大小和稳定影响着纤维的切断质量，常规合成纤维经过卷曲前的高温预热处理和卷曲后的高温定型处理，产生的卷曲形态可以固化稳定下来，即使经切断张力拉直后其卷曲依然可以保持，是“真卷曲”。“假卷曲”则是纤维的卷曲在施加较小的张力如适宜的切断张力后卷曲消失或卷曲性能下降。采用本发明生产的对位芳纶短纤维经适宜的切断张力拉伸后依然保持良好的卷曲性能，是“真卷曲”。本发明在生产试验时同一批丝分两次取样，一次是烘干后切断前取样，此时纤维卷曲后未经任何张力拉直；一次是切断后取样，此时纤维经过切断前的张力调整被拉直后切断成短纤维。分别测试两批样品的卷曲性能，结果如表2：
表2切断张力对纤维的卷曲性能影响
从上表数据看，采用本发明生产的对位芳纶短纤维经烘干、施加合适的切断张力拉直、切断后卷曲数及卷曲率与张力拉直前的数据相比变化不大，即合理的切断张力对纤维的卷曲性能影响不大，纤维的卷曲是“真卷曲”。
具体实施方式
下面通过采用填塞箱机械型卷曲机，卷曲轮直径160mm，宽度10mm，分别对9、10、12万旦的集束总旦数进行试验，来详细对本发明技术方案进行说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1：将90根1000D/500f的对位芳纶长丝集合成一束9万旦的大丝束，将此大丝束经90℃热水浴浸泡6-30秒，通过卷曲机的喂入轮送入填塞挤压式卷曲槽中进行卷曲，卷曲槽不需配置加热装置。卷曲机主、背压分别为0.32Mpa、0.25Mpa，通过卷曲机喂入轮的转速控制丝束喂入卷曲箱的速度为70m/min，卷曲后的丝束经摆丝机构均匀铺放在热风干燥箱中烘干，烘箱温度100℃，再经张力调整后送入切断机进行切断，得到的对位芳纶短纤维的卷曲性能见表3。
实施例2：将133根750D/500f的对位芳纶长丝集合成一束10万旦的大丝束，将此大丝束通过95℃的蒸汽预热箱，通过卷曲机的喂入轮送入填塞挤压式卷曲槽中进行卷曲，卷曲槽不需配置加热装置。卷曲机主、背压分别为0.20Mpa、0.17Mpa，通过卷曲机喂入轮的转速控制丝束喂入卷曲箱的速度为50m/min，卷曲后的丝束经摆丝机构均匀铺放在热风干燥箱中烘干，烘箱温度95℃，再经张力调整后送入切断机进行切断，得到的对位芳纶短纤维的卷曲性能见表3。
实施例3：将96根1250D/500f的对位芳纶长丝集合成一束12万旦的大丝束，将此大丝束经洗油槽洗油，通过卷曲机的喂入轮送入填塞挤压式卷曲槽中进行卷曲，卷曲槽不需配置加热装置。卷曲机主、背压分别为0.35Mpa、0.21Mpa，通过卷曲机喂入轮的转速控制丝束喂入卷曲箱的速度为30m/min，卷曲后的丝束经摆丝机构均匀铺放在热风干燥箱中烘干，烘箱温度130℃，再经张力调整后送入切断机进行切断，得到的对位芳纶短纤维卷曲性能见表3。
表3对位芳纶短纤维样品物理性能分析
  样品编号  实施例1  实施例2  实施例3
  纤度(D)  2.0  1.50  2.5
  长度(mm)  51  51  51
  卷曲数(个/25mm)  9.2  9.7  6.8
  卷曲率(％)  8.8  10.1  5.6
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (2)

1.一种对位芳纶短纤维的卷曲加工方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）将芳纶长丝经过集束后，进行轻度软化；
（2）通过卷曲机喂入轮将丝束喂入机械式卷曲箱进行冷态卷曲；
（3）卷曲完成后进入烘箱，对卷曲后的纤维进行80～140℃下的烘干处理；
（4）最后再进行张力调整、进入切断机切断得到卷曲性能良好的对位芳纶短纤维；
步骤（1）所述的轻度软化为，通过热水浴进行轻度软化，热水浴温度为70～100℃；或者，通过低压蒸汽预热箱进行轻度软化，蒸汽预热箱温度为70～100℃；或者，通过洗油槽洗油。
2.根据权利要求1所述的对位芳纶短纤维的卷曲加工方法，其特征在于：
步骤（2）中，所述将丝束喂入机械式卷曲箱的喂入速度为10～100m/min。
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