CN104313717A - 一种具有高强度聚丙烯腈纤维的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种减少聚丙烯腈纤维内应力，生产具有高强度聚丙烯腈纤维的一种方法，该方法包括纺丝液制备及湿法纺丝、多级牵伸及水洗处理与热定型等步骤。本发明能够有效地减少由于连续、多级、大倍率牵伸造成的纤维内应力过大对纤维微观链结构的影响，与现有的技术相比，本发明的聚丙烯腈纤维强度提高0.44cN/dtex。比原丝强度提高7.5％，取向度提高3.86％，提高了纤维质量，明显改进了纤维质量。

Description

一种具有高强度聚丙烯腈纤维的生产方法
【技术领域】
本发明属于聚合物纤维加工技术领域。更具体地，本发明涉及一种减少聚丙烯腈纤维内应力，生产具有高强度聚丙烯腈纤维的一种方法。
【背景技术】
高性能碳纤维属于技术密集型材料，碳纤维不但具有高比强度和比模量、高导电性、低热膨胀系数、耐高温、抗腐蚀、抗蠕变以及自润滑等一系列优异的性能，还具有纤维的柔性和编织性等特点，常作为先进复合材料的增强体，应用领域广泛遍及军事及民用工业的各个领域。聚丙烯腈纤维是制备高性能碳纤维的关键，其质量的优劣将直接影响到最终纤维质量。然而，制备聚丙烯腈纤维工序繁琐、设备工艺要求高，具有较强的“遗传性”，每一环节对最终碳纤维性能都有较大的影响。目前已工业化的聚丙烯腈生产工艺可分为湿法纺丝、干湿法纺丝和干法纺丝。这些方法是让具有适当粘度及分子量的聚合物在压力作用下通过喷丝头组件，通过一段空气层(干法、干湿法)后进入适当浓度的凝固浴中成纤，在多级凝固处理后纤维强度和均匀性有所提升，然后用大量的水洗去残留溶剂，经过上油、干燥热定型等工序得到原丝纤维。为了进一步提高纤维的均匀性和取向度，往往需要采用多级牵伸以提高总牵伸倍率等方法。
CN 101235568A及CN 02247164均涉及到通过高温高压蒸汽牵伸设备以保证或提高可牵伸区域温度及长度，实现纤维高倍率牵伸。CN 201210283105提及湿法纺丝经高温处理后，增设多级高温高压蒸汽牵伸，获得纤维牵伸高达29.7倍。CN 101270501A采用多级水槽进行水洗同时施加6～7倍牵伸，达到除溶剂和纤维细旦化的效果。
上述专利申请对现有设备进行改制或增添多级恒压牵伸设备，公用工程及排布要求高，设备加工繁琐，另外多级高倍率牵伸容易使纤维内应力过大，无形中提高了热定型的难度；喷淋水洗拉伸需要多级水槽且具备较大的喷淋空间，为了尽可能除去残留溶剂，将产生大量的废液，牵伸倍率不高，效果不够明显。
目前，在碳纤维生产过程中一味提高纤维的拉伸倍率，使得纤维细旦化，却往往容易忽略了纤维内应力在成纤过程中的影响，造成纤维内分子链在高倍牵伸时产生的内应力作用下发生断裂，使得纤维力学性能不升反降，且为下一步高温碳化造成“先天性”损伤。
本发明人针对现有技术的这些技术缺陷，在总结现有技术的基础上，通过大量实验研究与分析，终于完成了本发明。
【发明内容】
[要解决的技术问题]
本发明的目的是提供一种具有高强度聚丙烯腈纤维的生产方法。
[技术方案]
本发明是通过下述技术方案实现的。
本发明涉及一种具有高强度聚丙烯腈纤维的生产方法。
该方法的步骤如下：
A、纺丝液制备及湿法纺丝
将重均分子量为3×105以上的聚丙烯腈溶于二甲基亚砜溶剂中，在压力3.0～4.0kPa的条件下进行脱除单体脱除气泡，再使用烛芯式过滤器进行过滤，得到在温度50℃的条件下粘度为500～1600泊、固体含量为以重量计18～22％的纺丝液，所述的纺丝液通过孔径为0.05～0.08mm的喷丝板进行湿法纺丝，得到初生纤维；
B、多级牵伸及水洗处理
让在步骤A得到的初生纤维通过温度为48～52℃、浓度为以重量计35～45％的二甲基亚砜凝固浴凝固成纤维，保持纤维牵伸率为-8％；接着通过导丝辊通过温度为32～38℃、浓度为以重量计35～45％的二甲基亚砜凝固浴，保持纤维牵伸率为0％；再通过温度为22～28℃、浓度为以重量计5～10％的二甲基亚砜凝固浴，保持纤维牵伸率为5％，得到一种凝固纤维；接着，
通过使用高精度罗拉牵伸辊将所述的凝固纤维在温度75～85℃的水浴中预拉伸1.2～1.8倍，然后用温度60～80℃的洗涤水洗涤，最后置于氨基硅氧烷乳液中处理，得到上油纤维，再在温度160～180℃下进行干燥致密化处理；接着，通过热风箱进行热松弛处理，得到干热处理纤维；
C、热定型
步骤B得到的干热处理纤维进行蒸汽高温高压高倍牵伸处理，再经热定型热风干燥箱后，得到具有高强度的聚丙烯腈纤维。
根据本发明的一种优选实施方式，在所述的聚丙烯腈纺丝液中，聚丙烯腈的含量为以重量计95％以上，不饱和羧酸共聚单体的含量为以重量计0.5～5.0％。
根据权利要求1所述生产方法，其特征在于所述喷丝板的孔数为1000～3000。
根据本发明的一种优选实施方式，在用洗涤水洗涤的纤维中金属离子含量以重量计小于5ppm。
根据本发明的一种优选实施方式，在用洗涤水洗涤的纤维中溶剂残留量为以重量计0.005～0.02％。
根据本发明的一种优选实施方式，用洗涤水洗涤时使用的水洗槽的长度是8～12米。
根据本发明的一种优选实施方式，干燥致密化处理时间是30～60s。
根据本发明的一种优选实施方式，蒸汽高温高压高倍牵伸处理的饱和水蒸气压力是0.5～-0.01MPa，牵伸倍率是2～5倍。
根据本发明的一种优选实施方式，热松弛处理的温度是100～110℃，时间是10～20秒。
根据本发明的一种优选实施方式，热松弛处理的牵伸率为零。
下面将更详细地描述本发明。
本发明涉及一种具有高强度聚丙烯腈纤维的生产方法。
针对现有纤维生产工艺的不足，本发明利用增设一种干热处理设备，能有效地解决现有生产工艺中，连续、多级、大倍率牵伸产生内应力不能及时得到松弛，造成纤维微观损伤，纤维力学性能降低的技术壁垒。该方法使得纤维在高倍牵伸下内应力得到松弛，能够适应下一工序中的高倍率牵伸，与未使用所述热处理设备相比，本发明的纤维受损率将大幅度降低。本方法易实施、工艺简单、成本低，无需对现有设备或公用工程进行改装，未增加能耗或环境污染等问题，适合高性能聚丙烯腈纤维工业化生产。
根据本发明，让纺丝液通过湿法(或干湿法)纺丝，经导丝辊进入多级凝固浴并实施初级牵伸，在水洗工序后纤维中溶剂残留率符合要求，经上油和干燥致密化热处理后，进入干热处理设备进行纤维应力松弛，随后经过高温高压蒸汽牵伸后，干燥，制得聚丙烯腈原丝纤维。在热风作用下，减少纤维粘连的可能，减少纤维微观损伤；有效的提高了聚丙烯腈原丝纤维的力学性能。
该方法的步骤如下：
A、纺丝液制备及湿法纺丝
将重均分子量为3×105以上的聚丙烯腈溶于二甲基亚砜溶剂中，在压力3.0～4.0kPa的条件下进行脱除单体脱除气泡，再使用烛芯式过滤器进行过滤，得到在温度50℃的条件下粘度为500～1600泊、固体含量为以重量计18～22％的纺丝液；然后，让所述的纺丝液通过孔径为0.05～0.08mm的喷丝板进行湿法纺丝，得到初生纤维。
聚丙烯腈是由单体丙烯腈经自由基聚合反应而得到的。大分子链中的丙烯腈单元是以头-尾相接方式相连的。它主要用于制聚丙烯腈纤维，聚丙烯腈纤维强度并不高，耐磨性和抗疲劳性也较差。聚丙烯腈纤维的优点是耐候性和耐日晒性好，在室外放置18个月后还能保持原有强度的77％。它还耐化学试剂，特别是耐无机酸、漂白粉、过氧化氢及一般有机试剂。
在本发明使用的聚丙烯腈纺丝液中，聚丙烯腈的含量为以重量计95％以上，不饱和羧酸共聚单体的含量为以重量计0.5～5.0％。
本发明使用的丙烯腈是目前市场上销售的产品，例如由北京化工有限公司、上海金锦乐实业有限公司、沈阳化学试剂厂、山东齐鲁石化齐泰石油化工有限公司以商品名丙烯腈销售的产品。
根据本发明，如果所述压力低于3.0kPa，则脱单及脱泡效果不明显；如果所述压力高于4.0kPa，则效果不佳；因此，所述压力为3.0～4.0kPa是合适的，优选地是3.2～3.8；更优选地是3.4～3.6kPa。
在这个步骤中，脱除单体脱除气泡应该达到纺丝液澄清、无气泡的程度，是采用目测方法检测所述脱除单体脱除气泡效果的。
本发明使用的烛芯式过滤器是一种用于纺丝机的烛芯过滤器，其中滤网为三层金属滤网结构，其中包括内层支撑网、中层过滤网以及外层护网。本发明使用的烛芯式过滤器是目前市场上销售的产品，例如由上海润岚过滤设备有限公司以商品名RH-ZS烛式过滤器、上海思滤环保设备有限公司以商品名思滤SL-ACF过滤器、上海佳誉过滤设备有限公司以商品名ZL系列烛式密闭过滤机销售的产品。
在本发明中，如果聚丙烯腈纺丝液在温度50℃的条件下的粘度小于500泊，则纺丝液易出现“断流”现象；如果纺丝液的粘度大于1600泊，则会纺丝液挤出膨胀效应增大；因此，纺丝液的粘度为500～1600泊是合适的，优选地是680～1400泊，更优选地是800～1200泊。
纺丝液的粘度是按照毛细管法使用由上海笛柏实验设备有限公司以商品名D01002-022乌氏粘度计销售的仪器在25℃±0.05℃条件下测定的。
本发明使用的喷丝板的孔数为1000～3000。所述的喷丝板是用高硬度镀钽材料制成。
B、多级牵伸及水洗处理
让在步骤A得到的初生纤维通过温度为48～52℃、浓度为以重量计35～45％的二甲基亚砜凝固浴凝固成纤维，保持纤维牵伸率为-8％；接着通过导丝辊通过温度为32～38℃、浓度为以重量计35～45％的二甲基亚砜凝固浴，保持纤维牵伸率为0％；再通过温度为22～28℃、浓度为以重量计5～10％的二甲基亚砜凝固浴，保持纤维牵伸率为5％，得到一种凝固纤维。
在本发明中，所述的凝固应该理解是聚合物在纺丝过程中发生的由液相向固相转变的“相转变”。在本发明中为了达到缓慢、均匀、细旦化的目的而采用了三步凝固步骤。当然，也可以根据实际情况采用更多凝固步骤实现初生纤维凝固。
初生纤维由液态转变为纤维状固态物视为达到凝固。
使用高精度罗拉牵伸辊将所述的凝固纤维在温度75～85℃的水浴中预拉伸1.2～1.8倍，然后用温度60～80℃的洗涤水洗涤，最后置于氨基硅氧烷乳液中处理，得到上油纤维，再在温度160～180℃下进行干燥致密化处理；接着，通过热风箱进行热松弛处理，得到干热处理纤维。
本发明使用的高精度罗拉牵伸辊应该理解是一种伺服电机驱动多轴的罗拉牵伸辊，它例如是由郑州恒天重工公司以商品名高精度罗拉牵伸辊销售的产品。
在这个步骤中，所述的凝固纤维在预拉伸后需要使用水洗涤，以除去残留的溶剂与金属离子。溶剂残留量应该控制在以重量计0.005～0.02％。如果残留的溶剂量超过5ppm会造成纤维碳化过程中多空缺陷。
在用洗涤水洗涤的纤维中金属离子含量以重量计小于5ppm。所述的金属离子应该包括钾、钠、铁等离子。
用洗涤水洗涤时使用的水洗槽的长度是8～12米。如果水洗槽的长度超过这个范围，则会水洗效果不明显。优选地，水洗槽的长度是10米。
洗涤纤维在氨基硅氧烷乳液中处理的作用在于分纤及防黏连。洗涤纤维在氨基硅氧烷乳液中处理应该达到完全润湿的程度(或效果)。
在本发明中，干燥致密化处理应该理解是在高温、光洁热辊作用下，使纤维中的微孔进一步减小或消失，干燥致密化处理时间是30～60s。优选地是35～55s，更优选地是40～50s。
在本发明中，热松弛处理的作用在于减少纤维由于大牵伸造成的内应力。热松弛处理的温度是100～110℃，时间是10～20秒。优选地，热松弛处理的温度是102～108℃，时间是12～18秒。更优选地，热松弛处理的温度是104～106℃，时间是14～16秒。
热松弛处理的牵伸率为零。
C、热定型
步骤B得到的干热处理纤维进行蒸汽高温高压高倍牵伸处理，再经热定型热风干燥箱后，得到具有高强度的聚丙烯腈纤维。
蒸汽高温高压高倍牵伸处理的作用在于进一步使纤维结晶及取向，提高纤维强度；蒸汽高温高压高倍牵伸处理的饱和水蒸气压力是0.5～-0.01MPa，牵伸倍率是2～5倍。
蒸汽高温高压高倍牵伸处理所使用的设备是目前市场上销售的产品，例如由扬州亨得容设备制造有限公司以商品名高温高压蒸汽牵伸系统销售的产品。
按照GBT3362-2005测试方法，使用由Instron公司以商品名5966型万能材料试验机销售的仪器在拉伸速率为5cm/min条件下测定了本发明制备的聚丙烯腈纤维强度，其结果是在牵伸率2～5倍时，随拉伸倍率的增加而增加。
按照声速法方法，使用由上海科学仪器厂以商品名脉冲讯号发生器销售的仪器在每秒100次的脉冲电流条件下测定了本发明制备的聚丙烯腈纤维取向度，其结果是取向度随着牵伸倍率的增加而增大。
采用现有技术制备的聚丙烯腈纤维，例如在目前市场上大量销售的聚丙烯腈纤维(化学组成、物理状态等与本发明的相同或相近)，例如西北化工研究院生产以品名PAN-P1未经本方法处理的聚丙烯腈纤维也进行了同样强度测定，其结果是原丝强度为5.87cN/dtex，取向度为80.3％。
由此可见，与现有技术的相比，本发明的聚丙烯腈纤维强度提高0.44cN/dtex。比原丝强度提高7.5％，取向度提高3.86％。
[有益效果]
本发明的有益效果是：
1、本发明能够有效地减少由于连续、多级、大倍率牵伸造成的纤维内应力过大对纤维微观链结构的影响。与现有的聚丙烯腈纤维相比，使得纤维结晶度及取向度更进一步增加，提高了原丝纤维及最终碳纤维力学性能。
2、在高温及热风作用下，能够有效的减少干燥致密化时高温造成的纤维的粘连，减少了碳化过程中纤维损伤，提高了纤维质量。
3、经过本发明工艺处理，明显的改进了纤维质量，本发明聚丙烯腈纤维的强度比原丝强度提高7.5％，取向度提高3.86％。
【具体实施方式】
通过下述实施例将能够更好地理解本发明。
实施例1：具有高强度聚丙烯腈纤维的生产
该实施例的实施步骤如下：
A、纺丝液制备及湿法纺丝
将由西北化工研究院生产以品名PAN-P1的重均分子量为3×105的聚丙烯腈溶于二甲基亚砜溶剂中，所述聚丙烯腈纺丝液中的聚丙烯腈含量为以重量计95％，不饱和羧酸共聚单体的含量为以重量计2.2％，在压力3.8kPa的条件下进行脱除单体脱除气泡，再使用由上海润岚过滤设备有限公司以商品名RH-ZS烛式过滤器进行过滤，得到在温度50℃的条件下粘度为1400泊、固体含量以重量计18％的纺丝液；然后，
让所述的纺丝液在计量泵恒定压力推动下通过孔径为0.05mm、孔数为2500的喷丝板进行湿法纺丝，得到初生纤维；
B、多级牵伸及水洗处理
让在步骤A得到的初生纤维通过温度为48℃、浓度为以重量计54％二甲基亚砜凝固浴凝固成纤维，保持纤维牵伸率为-8％；接着通过导丝辊通过温度为36℃、浓度为以重量计38％的二甲基亚砜凝固浴，保持纤维牵伸率为0％；再通过温度为22℃、浓度为以重量计6％的二甲基亚砜凝固浴，保持纤维牵伸率为5％，得到一种凝固纤维；接着，
使用由恒天重工股份有限公司以商品名HTCT13销售的恒温凝固槽设备将所述的凝固纤维在温度80℃的水浴中预拉伸1.6倍，然后在长度为8米水洗槽中用温度65℃的洗涤水洗涤去除残留溶剂，最后置于由上海谱振生物科技有限公司公司以商品名70131-67-8销售的氨基硅氧烷乳液中处理，得到上油纤维，再通过干燥致密化热辊在温度165℃下进行干燥致密化处理30s，得到致密化纤维；接着，通过热风箱在温度100℃下进行热松弛处理12秒，热松弛处理的牵伸率为零，得到干热处理纤维；
C、热定型
步骤B得到的干热处理纤维在饱和水蒸气压力0.5MPa的条件下进行蒸汽高温高压高倍牵伸处理，牵伸倍率是3倍，再经热定型热风干燥箱在温度110℃下干燥12s后，得到具有高强度的聚丙烯腈纤维。
按照说明书描述的方法测定了本发明制备的聚丙烯腈纤维强度为5.87cN/dtex，取向度为80.3％。
实施例2：具有高强度聚丙烯腈纤维的生产
该实施例的实施步骤如下：
A、纺丝液制备及湿法纺丝
将由西北化工研究院生产以品名PAN-P1重均分子量为3×105的聚丙烯腈溶于二甲基亚砜溶剂中，所述聚丙烯腈纺丝液中的聚丙烯腈含量为以重量计95.2％，不饱和羧酸共聚单体的含量为以重量计3.4％，在压力3.0kPa的条件下进行脱除单体脱除气泡，再使用由上海润岚过滤设备有限公司以商品名RH-ZS烛式过滤器进行过滤，得到在温度50℃的条件下粘度为1600泊、固体含量以重量计20％的纺丝液；然后，
让所述的纺丝液在计量泵恒定压力推动下通过孔径为0.06mm、孔数为1000的喷丝板进行湿法纺丝，得到初生纤维；
B、多级牵伸及水洗处理
让在步骤A得到的初生纤维通过温度为50℃、浓度为以重量计56％二甲基亚砜凝固浴凝固成纤维，保持纤维牵伸率为-8％；接着通过导丝辊通过温度为38℃、浓度为以重量计40％的二甲基亚砜凝固浴，保持纤维牵伸率为0％；再通过温度为24℃、浓度为以重量计8％的二甲基亚砜凝固浴，保持纤维牵伸率为5％，得到一种凝固纤维；接着，
使用由恒天重工股份有限公司以商品名HTCT13销售的恒温凝固槽设备将所述的凝固纤维在温度80℃的水浴中预拉伸1.2倍，然后在长度为10米水洗槽中用温度70℃的洗涤水洗涤去除残留溶剂，最后置于由上海谱振生物科技有限公司以商品名70131-67-8销售的氨基硅氧烷乳液中处理，得到上油纤维，再通过干燥致密化热辊在温度170℃下进行干燥致密化处理50s，得到致密化纤维；接着，通过热风箱在温度105℃下进行热松弛处理16秒，热松弛处理的牵伸率为零，得到干热处理纤维；
C、热定型
步骤B得到的干热处理纤维在饱和水蒸气压力是0.1MPa的条件下进行蒸汽高温高压高倍牵伸处理，牵伸倍率是4倍，再经热定型热风干燥箱在温度105℃下干燥14s后，得到具有高强度的聚丙烯腈纤维。
按照说明书描述的方法测定了本发明制备的聚丙烯腈纤维强度为5.94cN/dtex，取向度为80.6％。
实施例3：具有高强度聚丙烯腈纤维的生产
该实施例的实施步骤如下：
A、纺丝液制备及湿法纺丝
将由西北化工研究院生产以品名PAN-P1重均分子量为3×105的聚丙烯腈溶于二甲基亚砜溶剂中，所述聚丙烯腈纺丝液中的聚丙烯腈含量为以重量计95.5％，不饱和羧酸共聚单体的含量为以重量计0.5％，在压力3.2kPa的条件下进行脱除单体脱除气泡，再使用由上海润岚过滤设备有限公司以商品名RH-ZS烛式过滤器进行过滤，得到在温度50℃的条件下粘度为500泊、固体含量以重量计21％的纺丝液；然后，
让所述的纺丝液在计量泵恒定压力推动下通过孔径为0.08mm、孔数为2000的喷丝板进行湿法纺丝，得到初生纤维；
B、多级牵伸及水洗处理
让在步骤A得到的初生纤维通过温度为52℃、浓度为以重量计52％二甲基亚砜凝固浴凝固成纤维，保持纤维牵伸率为-8％；接着通过导丝辊通过温度为32℃、浓度为以重量计35％的二甲基亚砜凝固浴，保持纤维牵伸率为0％；再通过温度为26℃、浓度为以重量计5％的二甲基亚砜凝固浴，保持纤维牵伸率为5％，得到一种凝固纤维；接着，
使用由恒天重工股份有限公司以商品名HTCT13销售的恒温凝固槽设备将所述的凝固纤维在温度85℃的水浴中预拉伸1.4倍，然后在长度为12米水洗槽中用温度60℃的洗涤水洗涤去除残留溶剂，最后置于由上海谱振生物科技有限公司以商品名70131-67-8销售的氨基硅氧烷乳液中处理，得到上油纤维，再通过干燥致密化热辊在温度160℃下进行干燥致密化处理60s，得到致密化纤维；接着，通过热风箱在温度110℃下进行热松弛处理10秒，热松弛处理的牵伸率为零，得到干热处理纤维；
C、热定型
步骤B得到的干热处理纤维在饱和水蒸气压力是0.3MPa的条件下进行蒸汽高温高压高倍牵伸处理，牵伸倍率是2倍，再经热定型热风干燥箱在温度108℃下干燥15s后，得到具有高强度的聚丙烯腈纤维。
按照说明书描述的方法测定了本发明制备的聚丙烯腈纤维强度为5.91cN/dtex，取向度为81.0％。
实施例4：具有高强度聚丙烯腈纤维的生产
该实施例的实施步骤如下：
A、纺丝液制备及湿法纺丝
将由西北化工研究院生产以品名PAN-P1重均分子量为3×105的聚丙烯腈溶于二甲基亚砜溶剂中，所述聚丙烯腈纺丝液中的聚丙烯腈含量为以重量计95.8％，不饱和羧酸共聚单体的含量为以重量计1.2％，在压力3.5kPa的条件下进行脱除单体脱除气泡，再使用由上海润岚过滤设备有限公司以商品名RH-ZS烛式过滤器进行过滤，得到在温度50℃的条件下粘度为800泊、固体含量以重量计22％的纺丝液；然后，
让所述的纺丝液在计量泵恒定压力推动下通过孔径为0.05mm、孔数为1500的喷丝板进行湿法纺丝，得到初生纤维；
B、多级牵伸及水洗处理
让在步骤A得到的初生纤维通过温度为50℃、浓度为以重量计54％二甲基亚砜凝固浴凝固成纤维，保持纤维牵伸率为-8％；接着通过导丝辊通过温度为34℃、浓度为以重量计42％的二甲基亚砜凝固浴，保持纤维牵伸率为0％；再通过温度为28℃、浓度为以重量计10％的二甲基亚砜凝固浴，保持纤维牵伸率为5％，得到一种凝固纤维；接着，
使用由恒天重工股份有限公司以商品名HTCT13销售的恒温凝固槽设备将所述的凝固纤维在温度75℃的水浴中预拉伸1.8倍，然后在长度为8米水洗槽中用温度75℃的洗涤水洗涤去除残留溶剂，最后置于由上海谱振生物科技有限公司以商品名70131-67-8销售的氨基硅氧烷乳液中处理，得到上油纤维，再通过干燥致密化热辊在温度180℃下进行干燥致密化处理40s，得到致密化纤维；接着，通过热风箱在温度100℃下进行热松弛处理20秒，热松弛处理的牵伸率为零，得到干热处理纤维；
C、热定型
步骤B得到的干热处理纤维在饱和水蒸气压力是0.01MPa的条件下进行蒸汽高温高压高倍牵伸处理，牵伸倍率是3倍，再经热定型热风干燥箱在温度112℃下干燥12s后，得到具有高强度的聚丙烯腈纤维。
按照说明书描述的方法测定了本发明制备的聚丙烯腈纤维强度为6.17cN/dtex，取向度为81.5％。
实施例5：具有高强度聚丙烯腈纤维的生产
该实施例的实施步骤如下：
A、纺丝液制备及湿法纺丝
将由西北化工研究院生产以品名PAN-P1重均分子量为3×105的聚丙烯腈溶于二甲基亚砜溶剂中，所述聚丙烯腈纺丝液的聚丙烯腈的含量为以重量计95.8％，不饱和羧酸共聚单体的含量为以重量计4.2％，在压力4.0kPa的条件下进行脱除单体脱除气泡，再使用由上海润岚过滤设备有限公司以商品名RH-ZS烛式过滤器进行过滤，得到在温度50℃的条件下粘度为1000泊、固体含量以重量计20％的纺丝液；然后，
让所述的纺丝液在计量泵恒定压力推动下通过孔径为0.06mm、孔数为3000的喷丝板进行湿法纺丝，得到初生纤维；
B、多级牵伸及水洗处理
让在步骤A得到的初生纤维通过温度为48℃、浓度为以重量计56％二甲基亚砜凝固浴凝固成纤维，保持纤维牵伸率为-8％；接着通过导丝辊通过温度为36℃、浓度为以重量计45％的二甲基亚砜凝固浴，保持纤维牵伸率为0％；再通过温度为24℃、浓度为以重量计6％的二甲基亚砜凝固浴，保持纤维牵伸率为5％，得到一种凝固纤维；接着，
使用由恒天重工股份有限公司以商品名HTCT13销售的恒温凝固槽设备将所述的凝固纤维在温度80℃的水浴中预拉伸1.6倍，然后在长度为10米水洗槽中用温度80℃的洗涤水洗涤去除残留溶剂，最后置于由上海谱振生物科技有限公司以商品名70131-67-8销售的氨基硅氧烷乳液中处理，得到上油纤维，再通过干燥致密化热辊在温度175℃下进行干燥致密化处理30s，得到致密化纤维；接着，通过热风箱在温度105℃下进行热松弛处理18秒，热松弛处理的牵伸率为零，得到干热处理纤维；
C、热定型
步骤B得到的干热处理纤维在饱和水蒸气压力是0.4MPa的条件下进行蒸汽高温高压高倍牵伸处理，牵伸倍率是4倍，再经热定型热风干燥箱在温度115℃下干燥14s后，得到具有高强度的聚丙烯腈纤维。
按照说明书描述的方法测定了本发明制备的聚丙烯腈纤维强度为6.21cN/dtex，取向度为83.1％。
实施例6：具有高强度聚丙烯腈纤维的生产
该实施例的实施步骤如下：
A、纺丝液制备及湿法纺丝
将由西北化工研究院生产以品名PAN-P1重均分子量为3×105的聚丙烯腈溶于二甲基亚砜溶剂中，所述聚丙烯腈纺丝液中的聚丙烯腈含量为以重量计95.0％，不饱和羧酸共聚单体的含量为以重量计5.0％，在压力3.5kPa的条件下进行脱除单体脱除气泡，再使用由上海润岚过滤设备有限公司以商品名RH-ZS烛式过滤器进行过滤，得到在温度50℃的条件下粘度为1200泊、固体含量以重量计21％的纺丝液；然后，
让所述的纺丝液在计量泵恒定压力推动下通过孔径为0.08mm、孔数为2000的喷丝板进行湿法纺丝，得到初生纤维；
B、多级牵伸及水洗处理
让在步骤A得到的初生纤维通过温度为52℃、浓度为以重量计58％二甲基亚砜凝固浴凝固成纤维，保持纤维牵伸率为-8％；接着通过导丝辊通过温度为38℃、浓度为以重量计40％的二甲基亚砜凝固浴，保持纤维牵伸率为0％；再通过温度为26℃、浓度为以重量计8％的二甲基亚砜凝固浴，保持纤维牵伸率为5％，得到一种凝固纤维；接着，
使用由恒天重工股份有限公司以商品名HTCT13销售的恒温凝固槽设备将所述的凝固纤维在温度85℃的水浴中预拉伸1.4倍，然后在长度为12米水洗槽中用温度70℃的洗涤水洗涤去除残留溶剂，最后置于由上海谱振生物科技有限公司以商品名70131-67-8销售的氨基硅氧烷乳液中处理，得到上油纤维，再通过干燥致密化热辊在温度170℃下进行干燥致密化处理50s，得到致密化纤维；接着，通过热风箱在温度110℃下进行热松弛处理15秒，热松弛处理的牵伸率为零，得到干热处理纤维；
C、热定型
步骤B得到的干热处理纤维在饱和水蒸气压力是0.2MPa的条件下进行蒸汽高温高压高倍牵伸处理，牵伸倍率是5倍，再经热定型热风干燥箱在温度110℃下干燥15s后，得到具有高强度的聚丙烯腈纤维。
按照说明书描述的方法测定了本发明制备的聚丙烯腈纤维强度为6.35cN/dtex，取向度为83.4％。
实施例7：具有高强度聚丙烯腈纤维的生产
该实施例的实施步骤如下：
A、纺丝液制备及湿法纺丝
将由西北化工研究院生产以品名PAN-P1重均分子量为3×105的聚丙烯腈溶于二甲基亚砜溶剂中，所述聚丙烯腈纺丝液中的聚丙烯腈含量为以重量计95.6％，不饱和羧酸共聚单体的含量为以重量计2.8％，在压力3.4kPa的条件下进行脱除单体脱除气泡，再使用上海润岚过滤设备有限公司以商品名RH-ZS烛式过滤器进行过滤，得到在温度50℃的条件下粘度为580泊、固体含量以重量计22％的纺丝液；然后，
让所述的纺丝液在计量泵恒定压力推动下通过孔径为0.06mm、孔数为2200的喷丝板进行湿法纺丝，得到初生纤维；
B、多级牵伸及水洗处理
让在步骤A得到的初生纤维通过温度为49℃、浓度为以重量计57％二甲基亚砜凝固浴凝固成纤维，保持纤维牵伸率为-8％；接着通过导丝辊通过温度为33℃、浓度为以重量计44％的二甲基亚砜凝固浴，保持纤维牵伸率为0％；再通过温度为25℃、浓度为以重量计8％的二甲基亚砜凝固浴，保持纤维牵伸率为5％，得到一种凝固纤维；接着，
使用由恒天重工股份有限公司以商品名HTCT13销售的恒温凝固槽设备将所述的凝固纤维在温度78℃的水浴中预拉伸1.3倍，然后在长度为12米水洗槽中用温度78℃的洗涤水洗涤去除残留溶剂，最后置于由上海谱振生物科技有限公司以商品名70131-67-8销售的氨基硅氧烷乳液中处理，得到上油纤维，再通过干燥致密化热辊在温度176℃下进行干燥致密化处理54s，得到致密化纤维；接着，通过热风箱在温度110℃下进行热松弛处理13秒，热松弛处理的牵伸率为零，得到干热处理纤维；
C、热定型
步骤B得到的干热处理纤维在饱和水蒸气压力是0.2MPa的条件下进行蒸汽高温高压高倍牵伸处理，牵伸倍率是2倍，再经热定型热风干燥箱在温度114℃下干燥14s后，得到具有高强度的聚丙烯腈纤维。
按照说明书描述的方法测定了本发明制备的聚丙烯腈纤维强度为6.15cN/dtex，取向度为81.3％。
实施例8：具有高强度聚丙烯腈纤维的生产
该实施例的实施步骤如下：
A、纺丝液制备及湿法纺丝
将由西北化工研究院生产以品名PAN-P1重均分子量为3×105的聚丙烯腈溶于二甲基亚砜溶剂中，所述聚丙烯腈纺丝液中的聚丙烯腈含量为以重量计95.6％，不饱和羧酸共聚单体的含量为以重量计4.4％，在压力3.6kPa的条件下进行脱除单体脱除气泡，再使用由上海润岚过滤设备有限公司以商品名RH-ZS烛式过滤器进行过滤，得到在温度50℃的条件下粘度为900泊、固体含量以重量计22％的纺丝液；然后，
让所述的纺丝液在计量泵恒定压力推动下通过孔径为0.07mm、孔数为2800的喷丝板进行湿法纺丝，得到初生纤维；
B、多级牵伸及水洗处理
让在步骤A得到的初生纤维通过温度为52℃、浓度为以重量计52％二甲基亚砜凝固浴凝固成纤维，保持纤维牵伸率为-8％；接着通过导丝辊通过温度为38℃、浓度为以重量计36％的二甲基亚砜凝固浴，保持纤维牵伸率为0％；再通过温度为28℃、浓度为以重量计6％的二甲基亚砜凝固浴，保持纤维牵伸率为5％，得到一种凝固纤维；接着，
使用由恒天重工股份有限公司以商品名HTCT13销售的恒温凝固槽设备将所述的凝固纤维在温度82℃的水浴中预拉伸1.5倍，然后在长度为10米水洗槽中用温度68℃的洗涤水洗涤去除残留溶剂，最后置于由上海谱振生物科技有限公司以商品名70131-67-8销售的氨基硅氧烷乳液中处理，得到上油纤维，再通过干燥致密化热辊在温度180℃下进行干燥致密化处理35s，得到致密化纤维；接着，通过热风箱在温度110℃下进行热松弛处理14秒，热松弛处理的牵伸率为零，得到干热处理纤维；
C、热定型
步骤B得到的干热处理纤维在饱和水蒸气压力是0.2MPa的条件下进行蒸汽高温高压高倍牵伸处理，牵伸倍率是3倍，再经热定型热风干燥箱在温度106℃下干燥15s后，得到具有高强度的聚丙烯腈纤维。
按照说明书描述的方法测定了本发明制备的聚丙烯腈纤维强度为5.96cN/dtex，取向度为80.1％。

Claims (10)

1.一种具有高强度聚丙烯腈纤维的生产方法，其特征在于该方法的步骤如下：
A、纺丝液制备及湿法纺丝
将重均分子量为3×105以上的聚丙烯腈溶于二甲基亚砜溶剂中，在压力3.0～4.0kPa的条件下进行脱除单体脱除气泡，再使用烛芯式过滤器进行过滤，得到在温度50℃的条件下粘度为500～1600泊、固体含量为以重量计18～22％的纺丝液；然后，
让所述的纺丝液通过孔径为0.05～0.08mm的喷丝板进行湿法纺丝，得到初生纤维；
B、多级牵伸及水洗处理
让在步骤A得到的初生纤维通过温度为48～52℃、浓度为以重量计35～45％的二甲基亚砜凝固浴凝固成纤维，保持纤维牵伸率为-8％；接着通过导丝辊通过温度为32～38℃、浓度为以重量计35～45％的二甲基亚砜凝固浴，保持纤维牵伸率为0％；再通过温度为22～28℃、浓度为以重量计5～10％的二甲基亚砜凝固浴，保持纤维牵伸率为5％，得到一种凝固纤维；接着，
使用高精度罗拉牵伸辊将所述的凝固纤维在温度75～85℃的水浴中预拉伸1.2～1.8倍，然后用温度60～80℃的洗涤水洗涤，最后置于氨基硅氧烷乳液中处理，得到上油纤维，再在温度160～180℃下进行干燥致密化处理；接着，通过热风箱进行热松弛处理，得到干热处理纤维；
C、热定型
步骤B得到的干热处理纤维进行蒸汽高温高压高倍牵伸处理，再经热定型热风干燥箱后，得到具有高强度的聚丙烯腈纤维。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在所述的聚丙烯腈纺丝液中，聚丙烯腈的含量为以重量计95％以上，不饱和羧酸共聚单体的含量为以重量计0.5～5.0％。
3.根据权利要求1所述生产方法，其特征在于所述喷丝板的孔数为1000～3000。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在用洗涤水洗涤的纤维中金属离子含量以重量计小于5ppm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在用洗涤水洗涤的纤维中溶剂残留量为以重量计0.005～0.02％。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于用洗涤水洗涤时使用的水洗槽的长度是8～12米。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于干燥致密化处理时间是30～60s。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于蒸汽高温高压高倍牵伸处理的饱和水蒸气压力是0.5～-0.01MPa，牵伸倍率是2～5倍。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于热松弛处理的温度是100～110℃，时间是10～20秒。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于热松弛处理的牵伸率为零。
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