CN103882547A - 一种扁平腈纶纤维及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种扁平腈纶纤维及其生产方法，所述扁平腈纶纤维由如下质量百分比的成分组成：丙烯腈91-94%，醋酸乙烯6-9%，扁平腈纶纤维的长宽比为2-13：1。所述扁平腈纶纤维的生产方法包括：将丙烯腈和醋酸乙烯共聚反应制得聚丙烯腈干粉，并溶解在溶剂中形成原液，加热后从喷丝板的矩形孔中挤出，在凝固浴中经双扩散形成初生纤维；将上述初生纤维水洗后经牵伸机牵伸；将丝束上油剂；将丝束烘干、定型，制得产品扁平腈纶纤维。本发明通过调整共聚物中丙烯腈和醋酸乙烯的含量、共聚物的分子量以及特定的工艺流程，使制得的扁平腈纶纤维的手感佳，既能增加纤维的柔软性和手感，又能保证纤维的回弹性，疏水性、可纺性，且腈纶纤维易上色。

Description

一种扁平腈纶纤维及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种腈纶纤维，具体涉及一种扁平腈纶纤维及其生产方法。

背景技术

腈纶是聚丙烯腈纤维在我国的商品名。腈纶具有优良的性能，手感柔软温暖，弹性很好。耐光和耐气候特别优良。一般制成短纤维。可以纯纺或与羊毛混纺。用于制纺织品、针织品、毛毯、帐篷、窗帘和滤布等，由于其性质接近羊毛，故有“合成羊毛”之称。扁平腈纶纤维是一种截面为矩形或接近于矩形的腈纶纤维，扁平腈纶纤维具有特殊的光泽、蓬松性和抗起球性能，并具有良好的后加工效果。手感酷似触摸羽毛和动物毛皮，因此主要用作人造毛皮、绒毛玩具、室内装饰及轿车内的装饰材料等。

现有技术中有关扁平腈纶纤维的文献有很多，如中国发明专利申请文件（公开号为CN101445967A），该专利申请文件公开了一种扁平腈纶纤维的制备方法，该制备方法依次包括：纺丝成型，制得初生纤维；水洗和牵伸；上油；烘干；卷曲；定型，其中纺丝成型中的聚丙烯腈干粉为丙烯腈、醋酸乙烯为原料，通过重量配比为949：75制得，聚合物原液质量百分浓度为23-26%，加热器温度为120-130℃，凝固浴中溶剂的质量百分浓度为51-54%，喷丝板为长113mm、宽55mm的矩形板；牵伸倍数为3.5-5.5；上油中油剂质量百分比浓度为2.2-3%。制得的扁平腈纶纤维只适合单丝纤维为3.33dtex，总旦数为91Ktex的扁平腈纶纤维，且该扁平腈纶纤维的仿真效果一般，回弹性一般。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的上述不足，提供一种柔软，回弹性好，手感佳，适合工业化大规模生产的高仿真扁平腈纶纤维。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：一种扁平腈纶纤维，该扁平腈纶纤维由如下质量百分比的成分组成：丙烯腈91-94%，醋酸乙烯6-9%，扁平腈纶纤维的长宽比为2-13：1。

不含第二单体的聚丙烯腈大分子倾向于紧密堆砌，横向高度有序，这种结构使纤维缺少弹性、质地发脆，纤维成型时不能进行高倍拉伸。对此，本发明加入6-9%的醋酸乙烯与91-94%的丙烯腈共聚，破坏了聚丙烯腈大分子链的规整性，使其结构发生一定程度的无序化。同时醋酸乙烯的加入减弱了氰基间的偶极效应，降低聚丙烯腈共聚体的结晶度，使聚丙烯腈大分子的柔性增强，聚合体的玻璃化温度降低，柔软性和热弹性增强。

本发明的另一个目的在于提供一种上述扁平腈纶纤维的生产方法，该生产方法包括如下步骤：

S1、纺丝成型：将91-94%的丙烯腈和6-9%的醋酸乙烯在过硫酸盐和亚硫酸盐的催化作用下进行共聚反应制得聚丙烯腈干粉，将聚丙烯腈干粉溶解在溶剂二甲基乙酰胺中形成原液，经加热器将原液加热至82-90℃，将加热后的原液从喷丝板的矩形孔中挤出，在凝固浴中经双扩散形成初生纤维，其中，所述喷丝板的矩形孔长宽比为2-13：1，喷丝板的孔数为10000-40000；

S2、水洗、牵伸：将上述初生纤维水洗后经牵伸机牵伸，水洗时水槽温度为80-100℃，水洗流量为3000L/h，牵伸机的牵伸倍数为3-6倍，速度为30-60m/min；

S3、上油：将水洗牵伸后的丝束上油剂，上油槽内油剂溶液中油剂的加入量占丝束总质量的0.3-0.7%；

S4、烘干、定型：将上油后的丝束在120-150℃下通过热辊干燥10min，热辊数量为46-50个，将丝束冷却卷曲，然后将丝束送入定型锅内，在100-150℃、100-400KPa下进行热定型处理，制得产品扁平腈纶纤维。

本发明经大量实验研究发现，将喷丝板的矩形孔长宽比控制在2-13：1，喷丝板的孔数为10000-40000，这样的喷丝板可使制得的扁平腈纶纤维与哑铃状相比，质量均匀性更好，仿真性更高，柔软性更佳，回弹性更好，从而提高了纤维的手感。分区分布有利于凝固浴均匀进入喷丝板内部和纤维成型，内外均匀一致，纤维的均匀性也较好。而喷丝板的孔数太多，造成凝固浴分布不均，纤维成型不均匀，影响纤维质量；孔数太少，产量低，成本高。

步骤S2中初生纤维经水洗牵伸后，纤维的形态结构和超分子结构发生了变化，随着牵伸倍数的增加，大分子取向度增加，纤维断裂强度提高，延伸度下降。现有技术中一般的纤维，其水洗牵伸倍数长选择4.5-6，纤维的断裂强度为2.5-3.0CN/Dtex。若牵伸倍数低于2.0时，纤维的断裂强度尤其是线密度得不到保证，纤维的强度只有1.0CN/Dtex，经不起高倍拉伸而产生单丝断裂，不能获得较好的收缩率。经实验研究得选择牵伸倍数3-6倍，纤维的断裂伸长率和断裂强度将大大提高。而当水洗牵伸的温度过低时，牵伸过程中易发生脆性断裂；若水洗牵伸的温度过高，纤维塑性形变越来越显著，这部分形变在烘干时便不能恢复，从而减低纤维的断裂伸长率。因此，本发明将水洗牵伸的温度控制在80-100℃。

步骤S4中的烘干、定型对生产扁平腈纶纤维起着关键性的作用，烘干后还包括卷曲步骤。若烘干温度过高，会使大分子在一定时间内获得能量而充分收缩，甚至会导致缩率损失大半以上。若烘干温度过低又会使回潮太高，给后纺加工带来困难，因此本发明将烘干温度控制在120-150℃。而腈纶纤维在热定型过程中发生序态和取向变化。丙烯腈共聚物大分子间主要的作用力是氰基之间的偶极子力，在玻璃化温度以上松弛的护理可以舒解结构内因高弹拉伸的取向应力引起的一些不稳定的偶极分子力，使纤维内应力消失，大分子得以较自由地卷缩，链段更富柔曲性热定型后的取向度有所降低。实践证明，要达到相同延伸度时，热定型温度高的纤维需要的拉伸应力就小，而拉伸应力小，则表明链段容易产生运动，因此适当提高热定型的蒸汽压力和定型温度，有利于产生以高弹形变为主的伸长，可使大分子充分收缩，从而提高扁平腈纶纤维的柔软性和回弹性。

上述几方面对扁平腈纶的影响互相联系又相互制约，不是相对独立的。只有协调一致，才能得到一种柔软，回弹性好，手感佳，适合工业化大规模生产的高仿真扁平腈纶纤维，同时纤维的其他性能都能达标。

在上述扁平腈纶纤维的生产方法中，步骤S1中所述聚丙烯腈干粉的分子量为60000-100000。

在上述扁平腈纶纤维的生产方法中，步骤S1中所述的过硫酸盐为过硫酸铵、过硫酸钾中的一种，所述的亚硫酸盐为焦亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、亚硫酸钠中的一种。

在上述扁平腈纶纤维的生产方法中，步骤S1中所述的原液中聚丙烯腈干粉占总质量的20-25%。

原液中聚合物含量高，需脱除的溶剂就少，容易成型，纤维密度增大，容易保持形状。若原液中聚合物含量太低，会减少大分子间的接触几率，无法凝固成型，难以形成扁平腈纶纤维。本发明将原液中聚丙烯腈干粉的浓度控制在20-25%之间，一方面有利于提高产量，另一方面有利于提高扁平腈纶纤维的异型度。此外，原液温度影响着原液的粘弹性能，温度适当升高可以降低原液的粘度和弹性，减少喷丝孔挤出胀大，提高扁平腈纶的异型度。但原液温度过高又会造成扁平腈纶纤维成形过于激烈，纺丝细流产生皮芯层结构，影响扁平腈纶纤维的物理性能，因此本发明经加热器将原液加热至82-90℃。

在上述扁平腈纶纤维的生产方法中，步骤S1中进入凝固浴时原液的温度为80-90℃，凝固浴温度为30-45℃，凝固浴中溶剂浓度为30-50%，循环量为28-35kL/h。

凝固浴浓度太高时，双扩散过程过慢，造成凝固成型困难，不易绳头，成型不充分，断丝增多，纤维表面凝固不好，形成并丝，纤维手感粗硬，强度降低。但当凝固浴浓度过低时，双扩散过程加快，使纤维表层的凝固过于激烈，在原液细流外层形成脆硬的皮层，纤维的可拉伸性下降，造成纤维产生空洞，易断裂而产生毛丝，手感粗硬，色泽泛白，强度和伸度都下降。

同样的，凝固浴的温度影响着溶剂的扩散速度，从而影响成型过程。经试验研究，当凝固浴温度为30-45℃之间，随着凝固浴温度的降低，凝固速度下降，凝固成型比较均匀，强度升高。当凝固浴的温度过大时，扩散系数增大，凝固过程加速，容易形成硬皮层，产生毛丝，使腈纶纤维的强度下降。

在纤维成型过程中，由于原液温度比凝固浴高，造成浴温升高，而凝固浴温度和浓度直接影响纤维的成型效果，所以，必须不断地循环，保证凝固浴浓度和温度在一定的范围内相对稳定，才能保证腈纶纤维的质量。凝固浴流量太小时，会使凝固浴中不同部位的浓度和温度梯度差异增大，腈纶纤维成形不均，严重时会造成断丝。

综上所述，本发明通过不断的试验得出进入凝固浴时原液的温度为80-90℃，凝固浴温度为30-45℃，凝固浴中溶剂浓度为30-50%，循环量为28-35kL/h时，扁平腈纶纤维的成型佳，柔软性好，回弹性好，仿真高。

进一步优选，所述进入凝固浴时原液的温度为80-85℃，凝固浴温度为30-40℃，凝固浴中溶剂浓度为30-45%，循环量为30-32kL/h。

在上述扁平腈纶纤维的生产方法中，步骤S3中所述上油槽内油剂溶液中油剂的加入量占丝束总质量的0.4-0.5%。所述的油剂为非离子表面活性剂与阳离子表面活性剂按1：1-3的复配物。其中，所述非离子表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯中的一种，所述的阳离子表面活性剂为季铵盐类阳离子表面活性剂，如烷基三甲基铵盐型表面活性剂、二烷基二甲基铵盐型表面活性剂、烷基二甲基苄基铵盐型表面活性剂、吡啶鎓盐型表面活性剂、烷基异喹啉铵型表面活性剂、氯苄铵鎓盐型表面活性剂中的一种或多种。

众所周知，化学合成纤维的吸湿性能较差，腈纶在温度为20℃，相对湿度为65%时，回潮率只有1.2-2%，质量比电阻为10¹⁴Ω*g/cm²，由于腈纶大分子链中含亲水性基团羧基的数目极少，所以纤维的吸水性能较差，导电能力较差。腈纶表面没有油脂，纤维中氰基极性较强，故纤维表面分子间作用力较大，摩擦系数较大。当纤维与纤维之间或纤维与机械之间摩擦时就会产生不同程度的带电现象，使其在后加工中蓬松、混乱，有时还会吸附在设备上，发生缠绕，加工困难。为减少摩擦力和静电效应，现有技术一般在纤维施加油剂或抗静电剂，而本发明在现有阳离子油剂的基础上通过研究发现，选用非离子表面活性剂与防粘结阳离子表面活性剂的复配物，可有效防止纤维与纤维间的粘着，同时实现集束性与平滑性、抱合性与分纤性的统一。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明通过调整共聚物中丙烯腈和醋酸乙烯的含量以及共聚物的分子量，降低纤维的玻璃化温度，增强纤维的柔软性和回弹性，使腈纶纤维较易上色。

2、本发明通过调整原液的浓度、温度，凝固液的浓度、温度、循环量，合理调整水洗温度、牵伸倍数，并控制烘干、定型的温度、压力等工艺参数，使本发明的扁平腈纶纤维的手感柔软，刚性强，回弹性、蓬松性、覆盖性、疏水性、可纺性佳。

3、本发明合理设计了喷丝板，使生产的工艺流程顺畅，扁平腈纶纤维的仿真性高，使制得的扁平腈纶纤维的手感佳，既能增加纤维的柔软性和手感，又能保证纤维的回弹性。

具体实施例

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例1：制备纤维为3D的扁平腈纶纤维

纺丝成型：将91-94%的丙烯腈和6-9%的醋酸乙烯在过硫酸盐和亚硫酸盐的催化作用下进行共聚反应制成分子量为60000-100000的聚丙烯腈干粉，将聚丙烯腈干粉溶解在溶剂二甲基乙酰胺中形成浓度为20-25%的原液，经加热器将原液加热至82-90℃，将加热后的原液从喷丝板的矩形孔中挤出，在凝固浴中经双扩散形成初生纤维；其中，进入凝固浴时原液的温度为80-90℃，凝固浴的温度为30-45℃，凝固浴中溶剂二甲基乙酰胺的浓度为30-50%，循环量为28-35kL/h。所述喷丝板为长113mm、宽55mm的矩形板，矩形喷丝孔孔长为0.20mm，孔宽为0.020mm，喷丝板的孔数为38000-40000孔。

水洗和牵伸：将上述初生纤维水洗后经牵伸机牵伸，水洗时水槽温度为80-100℃，水洗流量为3000L/h，牵伸机的牵伸倍数为3-6倍，纤维丝束速度为30-60m/min。

上油：将水洗牵伸后的丝束上油剂；其中，上油槽内油剂溶液中油剂的加入量占丝束总质量的0.3-0.7%，所述油剂为非离子与阳离子表面活性剂按1：1-3的复配物，所述非离子表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚，阳离子表面活性剂为烷基三甲基铵盐型表面活性剂。

烘干、定型：将上油后的丝束在120-150℃下通过热辊干燥10min，热辊数量为46-50个，将丝束冷却卷曲，然后将丝束送入定型锅内，在100-150℃、100-400KPa下进行热定型处理，制得纤维为3D的扁平腈纶纤维。

实施例2：制备纤维为5D的扁平腈纶纤维

纺丝成型：将91-94%的丙烯腈和6-9%的醋酸乙烯在过硫酸盐和亚硫酸盐的催化作用下进行共聚反应制成分子量为60000-100000的聚丙烯干粉，将聚丙烯干粉溶解在溶剂二甲基甲酰胺中形成浓度为20-25%的原液，经加热器将原液加热至82-90℃，将加热后的原液从喷丝板的矩形孔中挤出，在凝固浴中经双扩散形成初生纤维；其中，进入凝固浴时原液的温度为80-90℃，凝固浴的温度为30-45℃，凝固浴中溶剂二甲基乙酰胺的浓度为30-50%，循环量为28-35kL/h。所述喷丝板为长113mm、宽55mm的矩形板，矩形喷丝孔孔长为0.275mm，孔宽为0.025mm，喷丝板的孔数为20000～28000孔。

水洗和牵伸：将上述初生纤维水洗后经牵伸机牵伸，水洗时水槽温度为80-100℃，水洗流量为3000L/h，牵伸机的牵伸倍数为3-6倍，纤维丝束速度为30-60m/min。

上油：将水洗牵伸后的丝束上油剂；其中，上油槽内油剂溶液中油剂的加入量占丝束总质量的0.3-0.7%，所述油剂为非离子与阳离子表面活性剂按1：1-3的复配物，所述非离子表面活性剂为高碳脂肪醇聚氧乙烯醚，阳离子表面活性剂为烷基二甲基苄基铵盐型表面活性剂。

烘干、定型：将上油后的丝束在120-150℃下通过热辊干燥10min，热辊数量为46-50个，将丝束冷却卷曲，然后将丝束送入定型锅内，在100-150℃、100-400KPa下进行热定型处理，制得纤维为5D的扁平腈纶纤维。

实施例3：制备纤维为17D的扁平腈纶纤维

纺丝成型：将91-94%的丙烯腈和6-9%的醋酸乙烯在过硫酸盐和亚硫酸盐的催化作用下进行共聚反应制成分子量为60000-100000的聚丙烯干粉，将聚丙烯干粉溶解在溶剂二甲基甲酰胺中形成浓度为20-25%的原液，经加热器将原液加热至82-90℃，将加热后的原液从喷丝板的矩形孔中挤出，在凝固浴中经双扩散形成初生纤维；其中，进入凝固浴时原液的温度为80-90℃，凝固浴的温度为30-45℃，凝固浴中溶剂二甲基乙酰胺的浓度为30-50%，循环量为28-35kL/h。所述喷丝板为长113mm、宽55mm的矩形板，矩形喷丝孔长径比为12:1，喷丝板的孔数为10000～14000孔。

水洗和牵伸：将上述初生纤维水洗后经牵伸机牵伸，水洗时水槽温度为80-100℃，水洗流量为3000L/h，牵伸机的牵伸倍数为3-6倍，纤维丝束速度为30-60m/min。

上油：将水洗牵伸后的丝束上油剂；其中，上油槽内油剂溶液中油剂的加入量占丝束总质量的0.3-0.7%，所述油剂为非离子与阳离子表面活性剂按1：1-3的复配物，所述非离子表面活性剂为脂肪酸聚氧乙烯酯，阳离子表面活性剂为吡啶鎓盐型表面活性剂。

烘干、定型：将上油后的丝束在120-150℃下通过热辊干燥10min，热辊数量为46-50个，将丝束冷却卷曲，然后将丝束送入定型锅内，在100-150℃、100-400KPa下进行热定型处理，制得纤维为17D的扁平腈纶纤维。

选取实施例1-3中不同纤度的扁平腈纶纤维进行性能测试，测试结果如表1所示。

表1：实施例1-3中不同纤度的扁平腈纶纤维的性能测试

从表1得出，本发明扁平腈纶纤维的柔软性、回弹性、可纺性都很好，可以高效地仿羊毛、仿水貂、仿狐狸、仿狼狗等各种动物毛皮。

将本发明实施例1-3中制得的扁平腈纶纤维通过测试小组进行手感测试并与对照组（普通腈纶纤维）进行比较，测试结果如表2所示。

表2：实施例1-3中的扁平腈纶纤维与普通腈纶纤维的手感比较

样品	手感
		实施例1	4.8
实施例2	4.6
		实施例3	4.7
对照组	3.3

手感为10人小组通过测试后按1-5分评分后各组的得分平均值，5分为满分。从表2可知，本发明的扁平腈纶纤维比普通腈纶纤维更柔软、细滑，手感更佳。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (8)

1.一种扁平腈纶纤维，其特征在于，该扁平腈纶纤维由如下质量百分比的成分组成：丙烯腈91-94%，醋酸乙烯6-9%，扁平腈纶纤维的长宽比为2-13：1。

2.一种如权利要求1所述的扁平腈纶纤维的生产方法，其特征在于，该生产方法包括如下步骤：

S1、纺丝成型：将91-94%的丙烯腈和6-9%的醋酸乙烯在过硫酸盐和亚硫酸盐的催化作用下进行共聚反应制得聚丙烯腈干粉，将聚丙烯腈干粉溶解在溶剂二甲基乙酰胺中形成原液，经加热器将原液加热至82-90℃，将加热后的原液从喷丝板的矩形孔中挤出，在凝固浴中经双扩散形成初生纤维，其中，所述喷丝板的矩形孔长宽比为2-13：1，喷丝板的孔数为10000-40000；

S2、水洗、牵伸：将上述初生纤维水洗后经牵伸机牵伸，水洗时水槽温度为80-100℃，水洗流量为3000L/h，牵伸机的牵伸倍数为3-6倍，速度为30-60m/min；

S3、上油：将水洗牵伸后的丝束上油剂，上油槽内油剂溶液中油剂的加入量占丝束总质量的0.3-0.7%；

S4、烘干、定型：将上油后的丝束在120-150℃下通过热辊干燥，热辊数量为46-50个，将丝束冷却卷曲，然后将丝束送入定型锅内，在100-150℃、100-400KPa下进行热定型处理，制得产品扁平腈纶纤维。

3.根据权利要求2所述的扁平腈纶纤维的生产方法，其特征在于，步骤S1中所述聚丙烯干粉的分子量为60000-100000。

4.根据权利要求2所述的扁平腈纶纤维的生产方法，其特征在于，步骤S1中所述的过硫酸盐为过硫酸铵、过硫酸钾中的一种，所述的亚硫酸盐为焦亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、亚硫酸钠中的一种。

5.根据权利要求2所述的扁平腈纶纤维的生产方法，其特征在于，步骤S1中所述的原液中聚丙烯干粉占总质量的20-25%。

6.根据权利要求2所述的扁平腈纶纤维的生产方法，其特征在于，步骤S1中进入凝固浴时原液的温度为80-90℃，凝固浴温度为30-45℃，凝固浴中溶剂的浓度为30-50%，循环量为28-35kL/h。

7.根据权利要求2或6所述的扁平腈纶纤维的生产方法，其特征在于，步骤S1中进入凝固浴时原液的温度为80-85℃，凝固浴温度为30-40℃，凝固浴中溶剂的浓度为30-45%，循环量为30-32kL/h。

8.根据权利要求2所述的扁平腈纶纤维的生产方法，其特征在于，步骤S3中所述上油槽内油剂溶液中油剂的加入量占丝束总质量的0.4-0.5%。