CN103668523A

CN103668523A - 干法腈纶纤维的制造方法

Info

Publication number: CN103668523A
Application number: CN201210350662.2A
Authority: CN
Inventors: 李留忠; 李胸有; 张勇; 赵明; 达建文; 成强
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp
Priority date: 2012-09-19
Filing date: 2012-09-19
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2032-09-19
Also published as: CN103668523B

Abstract

本发明涉及干法腈纶纤维，具体涉及一种干法腈纶纤维的制造方法，该方法包括配置聚合物原液、纺丝成形、水洗、牵伸、上油、卷曲、二次上油、干燥依次制得干法腈纶纤维，其中配置聚合物原液步骤是以聚丙烯腈为原料，以二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺为溶剂，向溶剂中加入聚丙烯腈干粉，整个溶解过程采用分段控制搅拌转速工艺和抽真空处理工艺，制得聚合物原液。该方法通过将聚丙烯腈干粉均匀分散在溶剂中，制得均一的、无气泡聚合物原液，由此制造出的干法腈纶纤维可纺性好且成本低。

Description

干法腈纶纤维的制造方法

技术领域

本发明涉及干法腈纶纤维，具体涉及一种干法腈纶纤维的制造方法。

背景技术

腈纶是聚丙烯腈纤维（PAN）在中国的商品名，腈纶具有优良的性能，手感柔软温暖、弹性良好、耐光耐气候性特别优良，根据其纺丝工艺不同可分为干法腈纶和湿法腈纶。干法腈纶特有的犬骨状结构使得其特性接近于天然羊毛，制成织物弹性好、重量轻，制成品具有保暖、舒适、光泽优雅等优势，而这些优势是湿法腈纶不能替代的。

一般来说，腈纶的生产中采用马克混合机在高温下溶解聚丙烯腈干粉，但是此种制造方法的聚丙烯腈干粉用量很大，设备投资巨大，不适合于中小规模的干法腈纶纤维生产，同时如文献宁波高等专科学校学报2001年12月第13卷第4期中陈亚东等人所著的《干法腈纶原液质量对纺丝性能的影响》提到的，高温搅拌溶解干粉工艺容易产生干粉团状物，使得原液在通过滤机时容易堵塞滤机滤布，同时在甬道内成型时容易发生并丝等问题，导致得到腈纶丝束有疵点、强度不高，可纺性差，在专利CN1172031C中提到了低温先将聚丙烯腈干粉下加入二甲基甲酰胺中，0-10℃搅拌30分钟，加热升温，在80℃搅拌4小时的工艺，此工艺的缺点在于容易造成原液中产生大量的气泡导致原液的可纺性较差，容易出现断丝等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种干法腈纶纤维的制造方法，该方法通过将聚丙烯腈干粉均匀分散在溶剂中，制得均一的、无气泡聚合物原液，由此制造出的干法腈纶纤维可纺性好且成本低。

本发明所述的干法腈纶纤维的制造方法，包括配置聚合物原液、纺丝成形、水洗、牵伸、上油、卷曲、二次上油、干燥依次制得干法腈纶纤维，其中，配置聚合物原液步骤是：以聚丙烯腈为原料，以二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺为溶剂，在向溶剂中加入聚丙烯腈干粉以后的溶解过程中，采用分段控制搅拌转速工艺和抽真空处理工艺。

所述分段控制搅拌转速工艺和真空处理工艺如下：向温度10~45℃溶剂中加入聚丙烯腈干粉，调整搅拌机转速为50~150rpm进行冷搅拌0.1~2小时，冷搅拌至干粉在溶剂中全部分散均匀且无任何块状物，再将聚合物溶液升温至60~100℃，在搅拌转速为30~80rpm搅拌至聚丙烯腈完全溶解，溶解时间为1~4小时，当溶液颜色由乳白色变为浅黄色时，再将搅拌转速调整为50~70rpm，最后当溶液颜色变为透亮的浅黄色时，对原液进行抽真空处理工艺，抽真空时间为0.5~2h，真空度为－0.05~－0.1MPa，最后制得聚合物原液，聚合物原液的浓度为20~35wt.%。

本发明所述的干法腈纶纤维的制造方法，具体包括以下步骤：

（1）配制聚合物原液：以聚丙烯腈为原料，以二甲基甲酰胺（DMF）或二甲基乙酰胺（DMAC）为溶剂，在低温10~45℃及搅拌下向溶剂中加入聚丙烯腈干粉进行冷搅拌，搅拌0.1~2小时，待干粉在溶剂中全部分散均匀，且无任何块状物后，再开启溶解釜夹套水开始将聚合物溶液升温至60~100℃，搅拌1~4小时，待聚丙烯腈溶解后，再对原液进行抽真空0.5~2h配制成20~35wt.%的聚合物原液。

所述的搅拌器的转速设定为干粉刚加入溶剂时转速为50~150rpm，溶解温度升至60~100℃搅拌转速为30~80rpm，当溶液颜色由乳白色变为浅黄色时，再将搅拌转速调整为50~70rpm，最后当溶液颜色变为透亮的浅黄色时，即聚丙烯腈溶解后，对原液进行抽真空处理工艺。

在聚丙烯腈干粉溶解过程中，干粉在溶剂中溶解时一般先溶胀，待全部溶胀后再完成溶解过程，溶液的粘度也会呈现出先增大后减小的特点，因此根据这个特点，在实验中分段调节搅拌器转速配合溶液粘度的变化，这样既利于聚丙烯腈干粉的溶解而且也有利于对搅拌器电机的保护。

（2）纺丝成形：通过管道将原液输送，经加热器加热后从喷丝板的高密度孔中挤出形成单丝，并在甬道出口喷淋处用冷的含DMF的稀溶剂喷淋丝束，制得初生纤维。

（3）水洗、牵伸：将制得的初生纤维，经水洗机、牵伸机进行水洗、牵伸。

（4）上油、卷曲：将水洗牵伸后的丝束上油剂，经卷曲冷却输送后装桶。

（5）将上述丝束进行二次上油，经切断机切成用户所需长度的纤维，送入干燥机，制得干法腈纶纤维。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）由于采用低温下向溶剂中加入聚合物干粉的加料方式，所形成溶液中的聚合物干粉分散均匀，避免了高温加料时由于产生聚合物团状物，使得原液在通过滤机时容易堵塞滤机滤布，同时在甬道内成型时容易发生并丝等问题，导致得到腈纶丝束有疵点、强度不高，可纺性差。

（2）搅拌器转速随着聚合物在溶剂中的溶解情况的变化而相应调节，在搅拌初期由于聚合物干粉在溶剂中还未溶胀，此时溶液粘度较小，因此使用高搅拌速度有利于充分将聚合物干粉混合均匀同时也利于溶液上下层的置换；在体系温度升至高温时，由于聚合物干粉开始溶胀导致溶液粘度突然变大，降低搅拌转速可以避免搅拌器电机电流过大发生过载停机等问题，待溶液颜色透亮后，溶液粘度变小，此时可以提到搅拌转速，但不能过高以免溶液受到剪切使得粘度变小，搅拌结束后对原液抽真空消除原液中的气泡，避免由于原液中存在气泡而引起断丝等问题的出现。

（3）本工艺设备投资小，与万吨级的工业生产工艺相比，本发明适合中小规模的干法腈纶纤维生产，一般在1000~5000吨/年。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步描述。

实施例1

实施例1中的干法腈纶纤维的制造方法如下：

（1）配制聚合物原液：以聚丙烯腈（PAN）为原料，以二甲基甲酰胺（DMF）为溶剂，在25℃及搅拌转速为30rpm条件下向溶剂中加入聚丙烯腈干粉进行冷搅拌，待干粉全部在溶剂中分散均匀且无任何块状物后，开启溶解釜夹套水将聚合物溶液升温至80℃，开始溶解聚丙烯腈以配制浓度为28wt.%的聚合物原液，干粉加入完全后开始溶解时的初期搅拌转速设定为100rpm，待溶液温度升至制定温度时降低搅拌转速至50rpm，待溶液颜色由乳白色变为浅黄色时将转速提高至60rpm，溶液颜色变为透亮的浅黄色表明干粉已完全溶解，开始对溶液进行抽真空1h，真空度－0.1MPa，最终再进行纺丝。

实施例2~4

按照实施例1中的制造方法，区别在于实施例2的加料温度为15℃；实施例3的加料温度为35℃；实施例4的加料温度为45℃。

实施例5~8

按照实施例1中的制造方法，区别在于实施例5的聚合物原液浓度为20%；实施例6的聚合物原液浓度为25%；实施例7的聚合物原液浓度为30%；实施例8的聚合物原液浓度为35wt.%。

实施例9~12

按照实施例1中的制造方法，区别在于实施例9的聚合物溶解温度为60℃；实施例10的聚合物溶解温度为70℃；实施例11的聚合物溶解温度为90℃；实施例12的聚合物溶解温度为100℃。

实施例13~17

按照实施例1中的制造方法，区别在于：

实施例13的初期搅拌转速50rpm，溶解时的搅拌转速30rpm，后期搅拌转速50rpm；

实施例14的初期搅拌转速70rpm，溶解时的搅拌转速35rpm，后期搅拌转速55rpm；

实施例15的初期搅拌转速90rpm，溶解时的搅拌转速45rpm，后期搅拌转速60rpm；

实施例16的初期搅拌转速120rpm，溶解时的搅拌转速60rpm，后期搅拌转速65rpm；

实施例17的初期搅拌转速150rpm，溶解时的搅拌转速80rpm，后期搅拌转速70rpm。

实施例18

按照实施例1中的制造方法，区别在于实施例18所使用的溶剂为DMAC。

实施例19

按照实施例1中的制造方法，区别在于实施例19对溶液抽真空0.5h。

实施例20

按照实施例1中的制造方法，区别在于实施例19未抽真空。

各实施例的原液配制及使用情况见表1，部分实施例的产品性能见表2。

表1实施例1~20的原液配制情况

表2部分实施例的产品性能表

	伸长，%	沸缩，%	强度/cN.dtex^-1
				实施例1	34	2.1	3.1
实施例5	33	2.0	3.0
				实施例9	36	2.3	2.9
实施例13	32	1.7	3.2
				实施例15	33	2.2	3.5
实施例18	34	2.1	2.9

对比例1

对比例1中的干法腈纶纤维的制造方法如下：

（1）配制聚合物原液：以聚丙烯腈（PAN）为原料，以二甲基甲酰胺（DMF）溶剂，先将溶剂升温至80℃后，再在搅拌转速为30rpm条件下向溶剂中加入聚丙烯腈干粉进行溶解，以配制浓度为30wt.%的聚合物原液，溶液颜色变为透亮的浅黄色表明干粉已完全溶解，开始进行纺丝。

对比例2

按照对比例1的方法，区别在于对比例2所使用的溶剂为DMAC。

对比例3

按照对比例1的方法，区别在对比例3的加料温度为40℃。

对比例4

将聚丙烯腈加入二甲基甲酰胺中搅拌均匀，在10℃搅拌30分钟后，逐步边搅拌边加热升温，在80℃搅拌4小时，得到纺丝原液，再通过纺丝成型、水洗、拉升、干燥、卷曲等到最终的腈纶产品。

对比例1~4原液配制及使用情况见表3，对比例2~4产品性能见表4。

表3对比例1~4的原液配制及使用情况表

表4对比例2~4产品性能表

Claims

1.一种干法腈纶纤维的制造方法，包括配置聚合物原液、纺丝成形、水洗、牵伸、上油、卷曲、二次上油、干燥依次制得干法腈纶纤维，其特征在于：配置聚合物原液步骤是：以聚丙烯腈为原料，以二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺为溶剂，在向溶剂中加入聚丙烯腈干粉以后的溶解过程中，采用分段控制搅拌转速工艺和抽真空处理工艺。

2.根据权利要求1所述的干法腈纶纤维的制造方法，其特征在于所述分段控制搅拌转速工艺和真空处理工艺如下：向温度10~45℃溶剂中加入聚丙烯腈干粉，调整搅拌机转速为50~150rpm进行冷搅拌，冷搅拌至干粉在溶剂中全部分散均匀且无任何块状物，再将聚合物溶液升温至60~100℃，在搅拌转速为30~80rpm搅拌至聚丙烯腈完全溶解，当溶液颜色由乳白色变为浅黄色时，再将搅拌转速调整为50~70rpm，最后当溶液颜色变为透亮的浅黄色时，对原液进行抽真空处理工艺，制得聚合物原液。

3.根据权利要求2所述的干法腈纶纤维的制造方法，其特征在于所述冷搅拌时，搅拌时间为0.1~2小时。

4.根据权利要求2所述的干法腈纶纤维的制造方法，其特征在于所述聚合物溶液升温至60~100℃时，聚丙烯腈完全溶解的时间为1~4小时。

5.根据权利要求1或2所述的干法腈纶纤维的制造方法，其特征在于所述抽真空时间为0.5~2h，真空度为－0.05~－0.1MPa。

6.根据权利要求1或2所述的干法腈纶纤维的制造方法，其特征在于所述制得的聚合物原液的浓度为20~35wt.%。