CN104562270A

CN104562270A - 一种提高腈纶纤维光泽度的湿法纺丝方法

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Publication number: CN104562270A
Application number: CN201310473044.1A
Authority: CN
Inventors: 杨雪红; 黄翔宇; 路金奎; 张超峰; 王永梅; 赵正然; 马正升
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Shanghai Petrochemical Co Ltd
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Shanghai Petrochemical Co Ltd
Priority date: 2013-10-11
Filing date: 2013-10-11
Publication date: 2015-04-29

Abstract

本发明属于纺织品制造技术领域，具体为一种提高腈纶纤维光泽度的湿法纺丝方法。本发明主要针对无机盐溶剂的腈纶湿法纺丝调整纺丝工艺；本发明对凝固浴进行隔断改造，分成两个区，挤出胀大区凝固浴浓度为6wt%—12wt%，有利于形成较为光滑的纤维表面。丝束经过凝固浴成形后进入冷牵伸，冷牵伸采用热水喷淋牵伸或蒸汽牵伸，提高纤维紧密度和减少纤维表面沟槽。丝束经过水洗后，进入热牵伸槽，纤维在高于玻璃化温度的环境下进行热牵伸。并增加再牵伸工序以提高纤维取向度和结晶性能。本发明方法简单，容易操作，生产出的纤维具有比较好的光泽度和透明度。

Description

一种提高腈纶纤维光泽度的湿法纺丝方法

技术领域

本发明属于纺织品制造技术领域，具体涉及一种提高湿法纺丝腈纶光泽度的制造方法，主要是无机盐溶剂的腈纶湿法纺丝。

背景技术

腈纶纤维的纺丝工艺大体上可分为湿纺和干纺两种，而由这两种方法制得的纤维，都各有其独特的性能。就纤维的手感（如柔软度、光滑度等）而言，则干纺纤维较好，这是因为此种纤维的横截面呈蚕茧形或心形，且纤维的表面十分光滑。对湿法工艺而言，尤其是采用无机溶剂的湿法工艺，由于纤维凝固成形过程中，溶剂从纤维内部扩散出来的速度慢，并且纤维内外层的凝固均匀一致，因此使成形纤维的横截面趋向于圆形。此外，由于纤维表面形成了大量的细小纹路。因此，这种纤维没有动物毛状手感，其光泽、柔软度和光滑度等性能也不够理想。

为提高纤维表面的光滑度，日本Exlan公司专利特开昭48-6020中采用干喷湿纺丝成形的方法，主要使纤维在挤出受力时，阻止溶剂的扩散。原液在挤出胀大后，有一定的应力松弛，在提高纤维表面光滑度的同时，同时也提高原液的紧密度，减少纤维内部的孔洞，提高强度。但这种方法一方面在目前的纺丝线上改造比较困难，另一方面压力要求较高，还有就是产量较低，对于常规腈纶品种生产不是非常合适。

Exlan也采用改变纤维截面的方式来提高纤维的光泽度，在专利GB1287518中日本Exlan公司专利发明三角形截面的腈纶纤维，其横截面形状为普通三角形，三角形的各周边呈曲线状，曲率满足一定的公式要求。但这种方法采用Y形喷头，对于纤维成形的工艺控制以及喷丝板的制作要求较高，生产比较难以实现。

也有采用在纤维中添加光亮剂的方法来提高纤维的光泽度。占纤维总量的500—1500ppm的光亮剂和占纤维总量约1%—2%的消光剂。光亮剂：汽巴—嘉基公司生产的UVITEX或吡唑啉及其衍生物、赫斯特公司生产的HOSTALUX NR。但实际对湿法纤维的透明度、光亮度改进不大。

发明内容

本发明通过改变湿法纺丝工艺来生产具有一定光亮度和透明度的腈纶纤维，主要是无机盐溶剂的湿法纺丝，溶剂可以是NaSCN无机盐、ZnCl₂等。

本发明的目的在于提供一种提高腈纶纤维光泽度的湿法纺丝方法，具体步骤如下：

1纺丝前预备

将聚丙烯腈聚合体通过溶解机溶解在无机盐溶剂中，得到纺丝溶液，纺丝溶液中聚丙烯腈含量在10wt%～14wt%；其中聚丙烯腈中第一单体丙烯腈含量在90wt%～93wt%，第二单体为醋酸乙烯酯或甲基丙烯酸甲酯，含量在6.5wt%～9.5wt%。第三单体为甲基丙烯磺酸钠或衣康酸钠，含量为0.5wt%～1wt%。共聚物的粘均分子量为4.5万～6.5万。

2纺丝

纺丝溶液通过脱泡、过滤和调温后，由纺丝计量泵计量后通过喷丝孔挤出，喷孔可以为圆形也可为其它形状；

3凝固成形

使用凝固浴将喷丝液凝固成型，凝固浴槽进行隔断改造，分为两个区：挤出胀大区和扩散成型区；挤出胀大区距离喷丝板的宽度为小于或等于5cm，凝固浴浓度为6wt%～12wt%之间，温度为-5℃～10℃；扩散成形区为挤出胀大区后的凝固浴槽区域，浓度为10wt%～16wt%之间，温度为5℃～20℃；控制负牵伸在-75%～-90%之间，所述负牵伸为丝束卷绕速度减去原液挤出速度除以原液挤出速度；

4冷牵伸

丝束经过凝固浴成型后进入冷牵伸，冷牵伸采用热水喷淋牵伸或蒸汽牵伸方式，冷牵伸时间为5s～30s。

5水洗

冷牵后纤维进行水洗，水洗部分用牵引辊转速分段控制。

6热牵伸

丝束经过水洗后，进入热牵伸槽，纤维在高于玻璃化温度的环境下进行热牵伸，热牵伸温度为90℃～99℃，热牵伸倍数为5～10倍。

7烘干、再牵伸

纤维经过一定程度的收缩烘干后，进行再牵伸，再牵伸倍数为1.2～3倍，温度大于100℃。

经过以上工艺步骤，得到具有一定光泽度的湿法腈纶纤维。

本发明中，无机盐溶剂为浓度为40wt%-61wt%的硫氰酸钠水溶液，或者为氯化锌溶液。

本发明中，步骤3中，负牵伸为-78%～-88%。

本发明中，凝固浴胀大区成形剂为6wt%～12wt%的硫氰酸钠水溶液

本发明的有益效果在于：本方法简单，容易操作，得到的腈纶纤维具有较好的光泽度和透明度。

具体实施方式

由丙烯腈为第一单体、甲基丙烯酸甲酯或醋酸乙烯酯为第二单体、甲基丙烯磺酸钠或衣康酸钠为第三单体的聚丙烯腈原液经过换热器进行温度调整，由计量泵计量后经喷头挤出。聚合体中丙烯腈含量在90%以上。挤出原液温度要保持合适的范围，以控制原液的粘度。

由于高分子发生应力松弛，因此挤出的原液有一定程度的胀大。有机溶剂由于溶解性好，挤出时胀大小、受力小，且浆液中溶剂扩散速度快，因此在浆液挤出后很快形成初生纤维，在初生纤维受后面牵引力之前基本形成光滑的表面。而湿法纺丝腈纶浆液中无机溶剂扩散慢，初生纤维受到挤出力和后面牵引力时，浆液中的溶剂扩散，容易导致纤维表面沟槽的产生。为减少纤维表面沟槽的产生，凝固浴挤出区的浓度相对较低，这样在浆液挤出时先在纤维表面形成比较光滑的皮层，但若浓度过低则会导致纤维强度降低以及粉末的升高。负牵伸绝对值要求相对的放大，负牵伸为丝束卷绕速度减去原液挤出速度除以原液挤出速度，主要为减少纤维受力。通过加快挤出区纤维成形和减少受力，纺出的纤维表面沟槽会相应变细，纤维的光泽度会有一定程度的改善。

初生纤维经过凝固浴溶剂扩散后，进入冷牵伸槽。冷牵伸的目的主要是给初生纤维一定的强度。但由于在冷牵伸阶段初生纤维仍含有一定的溶剂，因此在热水浴中溶剂继续进行扩散。纤维表面由于张力和溶剂扩散同时存在，容易使纤维表面产生大量的沟槽。因此本发明冷牵伸采用热水喷淋或蒸汽加热的方式。

冷牵后纤维进行水洗，水洗阶段纤维中溶剂也发生一定扩散，因此为减少纤维张力，水洗各区牵引辊可单独调速。

水洗后纤维进行热牵伸，冷牵伸和热牵伸在牵伸过程中不仅使纤维表面受力，纤维内部也受力。纤维内部与表面一起牵伸，因此牵伸倍数越高，纤维的结构越紧密。并且热牵伸阶段的纤维溶剂含量已很少，因此虽纤维受张力，但纤维表面的沟槽产生不多。并且高分子在受力状态下容易结晶，热牵伸倍数提高，有利于提高纤维结晶性。但牵伸倍数太高，容易造成纤维断裂，影响纤维质量和正常生产。纤维经过加热烘干后，再进行牵伸，再牵伸主要受力在纤维表面，但由于纤维未经过定型，还未完成成型。因此纤维内部还有一定的空间和水分，在张力下内部还可以有一定程度的牵伸，但牵伸幅度不大。在张力作用下，主要纤维表面取向度和结晶性增加，因此纤维光亮度增加。

而经过定型后纤维结晶性下降，当结晶度处于中间50%时纤维的透明度最差。增加再牵伸倍数可提高纤维结晶度。湿法纺丝腈纶纤维经过一系列工艺调整后，纤维的表面光滑度、结构紧密度得到了很好的改善。并且纤维结晶性能的提高，使得纤维有更好的透明度。

我们采用织物光泽度对纤维的光泽度和透明度进行表征。根据GB8686-88《织物光泽度测试方法》标准，使用山东省纺织科学研究院的LFY-224织物光泽度仪进行测试，光泽度按下式计算：

G_c=G_s/(G_s-G_R)^1/2

式中：

G_c—织物光泽度；

G_s—织物正反射光光泽度（%）；

G_R—织物正反射光光泽度与漫反射光光泽度差值（%）。

计算三块试样的平均值，按数字修约法保留一位小数。

根据公式推导出：

G_c=G_s/G_r ^1/2

G_c—织物光泽度；

G_s—织物正反射光光泽度（%）；

G_r—织物漫反射光光泽度（%）

G_c值越高说明织物的光泽越好，织物采用相同织造标准。

实施例

含92wt%丙烯腈、7.5wt%甲基丙烯酸甲酯和0.5wt%甲基丙烯磺酸钠的聚丙烯腈供纺原液经温度调整后，由喷丝板挤出。原液的组成为聚丙烯腈13.5wt%、硫氰酸钠溶剂44.5wt%，水含量42wt%。挤出的原液先进入挤出胀大区进行纤维表面的双扩散，形成较为光滑的纤维表面。挤出胀大区距离喷丝板的宽度为小于或等于5cm内的凝固浴区域，浓度和温度可进行单独控制，硫氰酸钠浓度为6wt%，温度为0℃。之后纤维进入成形扩散区，进一步进行双扩散运动，扩散区的凝固浴控制温度适当的提高，有利于纤维内部的扩散，温度为15℃。凝固成形的纤维采用热水喷淋的冷牵伸方式，再进行水洗、热牵伸、烘干和再牵伸。再牵伸倍数为2倍，温度为140℃。得到具有一定光泽度的腈纶纤维。具体工艺和结果如表1所示。

表1

序号	项目	数值
			1	负牵伸，%	-80%
2	胀大区凝固浴浓度，%	6%
			3	胀大区凝固浴温度，℃	0℃
4	扩散区凝固浴浓度，%	12%
			5	扩散区凝固浴温度，℃	15℃
6	冷牵伸方式	热水喷淋
			7	冷牵伸倍数	1.2
8	再牵伸倍数	2
			9	G_c值	12

而相同的原液经喷丝板挤出后，采用常规的、不分区的凝固浴槽进行扩散成形。凝固浴浓度为12.5wt%，温度为12℃，冷牵伸采用热水槽牵伸方式，牵伸倍数为1.6倍。之后经过水洗、热牵伸和定型。得到的纤维光泽度相对较低，具体数据见表2所示。

表2

序号	项目	数值
			1	负牵伸，%	-70%
2	凝固浴浓度，%	12.5%
			3	凝固浴温度，℃	12℃
4	冷牵伸方式	热水槽
			5	冷牵伸倍数	1.6
6	G_c值	4

Claims

1.一种提高腈纶纤维光泽度的湿法纺丝方法，其特征在于，具体步骤如下：

（1）纺丝前预备

将聚丙烯腈聚合体通过溶解机溶解在无机盐溶剂中，得到纺丝溶液；其中聚丙烯腈中第一单体丙烯腈含量在90wt%～93wt%，第二单体为醋酸乙烯酯或甲基丙烯酸甲酯，含量在6.5wt%～9.5wt%；第三单体为甲基丙烯磺酸钠或衣康酸钠，含量为0.5wt%—1wt%；共聚物的粘均分子量为4.5万～6.5万；

（2）纺丝

纺丝溶液通过脱泡、过滤和调温后，由纺丝计量泵计量后通过喷丝孔挤出；

（3）凝固

（4）冷牵伸

丝束经过凝固浴成型后进入冷牵伸，冷牵伸采用热水喷淋牵伸或蒸汽牵伸，冷牵伸时间为5s～30s；

（5）水洗

冷牵后纤维进行水洗，水洗部分牵引辊转速分段控制；

（6）热牵伸

丝束经过水洗后，进入热牵伸槽，纤维在高于玻璃化温度的环境下进行热牵伸，热牵伸温度为90℃～99℃，热牵伸倍数为5～10倍；

（7）烘干、再牵伸

纤维经过一定程度的收缩烘干后，进行再牵伸，再牵伸倍数为1.2～3倍，温度在110℃～150℃之间；

经过以上工艺步骤，得到具有一定光泽度的腈纶纤维。

2.根据权利要求1所述的提高腈纶纤维光泽度的湿法纺丝方法，其特征在于：步骤（1）中所述无机盐溶剂为浓度为40wt%-61wt%的硫氰酸钠水溶液，或者为氯化锌溶液。

3.根据权利要求1所述的提高腈纶纤维光泽度的湿法纺丝方法，其特征在于：步骤（3）中所述负牵伸在-78%～-88%之间。

4.根据权利要求1所述的提高腈纶纤维光泽度的湿法纺丝方法，其特征在于：步骤（3）中所述胀大区凝固浴浓度为6wt%～12wt%。