CN106757449A - 制备对位芳纶纤维的方法 - Google Patents

Abstract

一种制备对位芳纶纤维的方法，属于人造纤维技术领域。包括清洗工序，步骤：将出自纺丝凝固浴的含酸纤维丝束引入盛有纯水并且配有第一超声波发生器的水洗槽进行纯水超声波清洗；将纯水清洗的纤维丝束引入盛有浓碱液且配有第二超声波发生器的浓碱液洗涤槽进行浓碱液超声波洗涤；将待稀碱液洗涤的纤维丝束引入盛有稀碱液并且配有第三超声波发生器的稀碱液洗涤槽进行稀碱液超声波洗涤；将待烘干纤维丝束引入烘干箱内烘干，出烘干箱依次经上油和卷绕，得到对位芳纶纤维。提高清洗效率并改善清洗效果；有助于纤维内部硫酸快速扩散到清洗液中；纤维中残留的酸和碱都非常少的；节能，获得较好的纤维色泽，纤维的力学性能均匀。

Description

制备对位芳纶纤维的方法

技术领域

本发明属于人造纤维技术领域，具体涉及一种制备对位芳纶纤维的方法。

背景技术

对位芳纶纤维的化学名称为聚对苯二甲酰对苯二胺纤维(PPTA纤维)，是将聚对苯二甲酰对苯二胺聚合体粉末溶解在浓硫酸中形成各向异性的并且具有液晶行为的纺丝溶液，采用干喷湿纺的纺丝方法经喷丝头喷出后，在特殊的凝固装置中以稀硫酸为凝固浴凝固成型为纤维丝束，再经洗涤、中和、烘干、拉伸或定型，然后上油卷绕形成成品纤维，该纤维属于高强度、高模量耐高温型纤维。如美国专利US 3767756和世界专利WO9634732以及美国专利US20130157054都叙述了该类纤维的制备方法。

美国专利US 20130157054叙述了对位芳纶纤维丝束纤度至少为2666dtex，模量至少810dtex，强度至少为20g/d。制备流程为：先将对位芳纶的液晶溶液通过喷丝板挤出，经空气层后进入凝固浴溶液凝固，凝固后形成纤维丝，合并纤维丝形成纤维丝束，再水洗该纤维丝束，移除纤维丝束表面的溶液，然后在张力下进行干燥和热处理，最终得到成品纤维。

前述的水洗为一道或多道水洗，通过水槽水洗或辊筒水洗，纤维丝束水洗后再经碱液洗涤以进一步中和纤维中的硫酸。经过碱液洗涤后再次经过一水洗装置洗去纤维表面多余的碱液。纤维经过水洗、碱液洗涤、再次水洗后进入一脱水装置脱水，脱出纤维表面或纤维丝束外部的水。脱水装置可以通过压缩空气吹扫纤维丝束或用经过抛光的陶瓷杆轻压纤维丝束以达到脱水的目的。

欧洲专利EP2053147A1公布了一种对位芳纶纺丝、水洗和回收硫酸的方法，其过程为：对位芳纶的纺丝浆液从喷丝板喷出后经凝固浴凝固成形，形成的湿的纤维丝束经多级逆流洗涤，所设计的水洗过程采用的是水进行多级逆流清洗纤维，清洗完成后形成质量百分比浓度为0.5～20％的稀硫酸水溶液，然后对该稀硫酸经过多级蒸发浓缩形成质量百分比浓度为20～98％的硫酸，然后再配制成成品酸返回纺丝工段。该专利涉及的水洗过程全部采用水直接清洗纤维而并没有提及采用碱液作为中和剂来清洗含酸纤维丝条。

由上述说明可知，对位芳纶纺丝过程中需要使用诸如硫酸等的强氧化性酸作为溶剂，而在纺丝完成后，纤维中的残留硫酸会导致纤维大分子分解，而纤维大分子的分解对成品对位芳纶纤维的强度、色泽的均匀性和力学性能的均匀性以及模量等均会产生影响。因而在对对位芳纶纤维丝束洗涤的过程中，为了尽可能高效地洗除纤维内部的硫酸，水洗过程往往伴随有碱液洗涤，而在碱液洗涤后又需洗除残留于纤维丝束表面及内部的碱液，因为过多的碱液残留同样会导致纤维大分子的分解，最终影响成品纤维的力学性能及成品纤维的色泽不均匀性。但是，由于目前对位芳纶的纺丝速度通常达到400-800m/min，甚至更高，因而，如何在如此高的纺丝速度下快速地将纤维内部的残留硫酸清洗掉并且同时确保残留于成品纤维中的酸和碱的含量既趋于平衡又尽可能低的问题成了业界长期的关注同时期望解决的技术问题。

发明专利申请公布号CN105839211A推荐的“对位芳纶纤维丝束的清洗方法”介绍了初次洗涤并且脱水；当含有稀硫酸的对位芳纶丝束途经水洗辊时采用去离子水对其洗涤，在行出水洗辊后对其脱水；碱液清洗并脱水：当经过初次洗涤并脱水的对位芳纶纤维丝束进入碱液洗涤辊时采用碱液(质量％比浓度为0.8-2％的碱液)，行出碱液洗涤辊后对其脱水；稀碱液清洗并脱水：当经过碱液洗涤并脱水的对位芳纶纤维丝束进入稀碱液洗涤辊的工位时进行稀碱液洗涤(质量％比浓度为0.01-0.03％的稀碱液)，行出稀碱液洗涤辊后对其脱水。该专利申请方案可归纳为一次水洗(去离子水)和两次碱液洗涤，得到的成品对位芳纶具有说明书最后一段所述的技术效果并且同时具有在不影响纺丝速度以及清洗时间的前提下获得优异的清洗效果。但是对于提高清洗效率、清洗效果并且在清洗过程中对纤维无损而藉以增进对位芳纶纤维的力学性能的均匀性以及色泽的均匀性等仍有探索的空间和提升的必要，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

发明内容

本发明的任务在于提供一种制备对位芳纶纤维的方法，该方法有助于提高清洗效率、有利于改善清洗效果并且能使制备的对位芳纶纤维丝束具有更为优异的力学性能均匀性和色泽均匀性。

本发明的任务是这样来完成的，一种制备对位芳纶纤维的方法，包括清洗工序，所述清洗工序包括以下步骤：

A)纯水清洗，将出自纺丝凝固浴的含酸纤维丝束引入盛有纯水并且配有第一超声波发生器的水洗槽进行纯水超声波清洗，出水洗槽，得到纯水清洗的纤维丝束；

B)浓碱液洗涤，将出自步骤A)的所述水洗槽的所述纯水清洗的纤维丝束引入盛有浓碱液并且配有第二超声波发生器的浓碱液洗涤槽进行浓碱液超声波洗涤，出浓碱液洗涤槽，得到待稀碱液洗涤的纤维丝束；

C)稀碱液洗涤，将出自步骤B)的所述浓碱液洗涤槽的所述待稀碱液洗涤的纤维丝束引入盛有稀碱液并且配有第三超声波发生器的稀碱液洗涤槽进行稀碱液超声波洗涤，出稀碱液洗涤槽，得到待烘干纤维丝束；

D)烘干，将由步骤C)得到的待烘干纤维丝束引入烘干箱内，由烘干箱内的一对热辊烘干，出烘干箱依次经上油和卷绕，得到对位芳纶纤维。

在本发明的一个具体的实施例中，步骤A)中所述的含酸纤维丝束自进入所述水洗槽至行出水洗槽的时间为0.5-2S。

在本发明的另一个具体的实施例中，步骤A)中所述的第一超声波发生器发出超声波的频率为30-150KHz。

在本发明的又一个具体的实施例中，步骤B)中所述纯水清洗的纤维丝束自进入所述浓碱注洗涤槽至行出浓碱液洗涤槽的时间为0.5-2S。

在本发明的再一个具体的实施例中，步骤B)中所述的浓碱液的质量％比浓度为0.5-1.5％，所述第二超声波发生器发出的超声波的频率为30-150KHz。

在本发明的还有一个具体的实施例中，步骤C)中所述的待稀碱液洗涤的纤维丝束自进入所述稀碱液洗涤槽至行出稀碱液洗涤槽的时间为0.5-2S。

在本发明的更而一个具体的实施例中，步骤C)中所述的稀碱液的质量％比浓度为0.01-0.2％；所述第三超声波发生器发出超声波的频率为30-150KHz。

在本发明的进而一个具体的实施例中，所述的碱为氢氧化钠。

在本发明的又更而一个具体的实施例中，步骤D)中所述的待烘干纤维丝束在所述烘干箱内的一对热辊上绕复10至20圈，并且待烘干纤维丝束自进入烘干箱至行出烘干箱的时间为6-12S。

在本发明的又进而一个具体的实施例中，所述烘干箱的温度为120-150℃。

本发明提供的技术方案的技术效果在于：通过将纤维浸入到水洗槽中，并通过超声波的作用加快纤维中残留硫酸的扩散速度，提高清洗效率并改善清洗效果；由于纤维是浸没在水洗槽的纯水中的，因而纤维与作为水洗液的纯水接触非常充分，同时通过超声波的“空化”作用，纤维内部的酸分子产生振动，使液体与纤维接触表面更新速度快，有助于纤维内部硫酸快速扩散到清洗液中；由于在浓碱液洗涤槽和稀碱液洗涤槽中同样采用了超声波的加快清洗速度，因而最终纤维中残留的酸和碱都是非常少的；由于经过稀碱液洗涤后的纤维丝束在烘干箱内通过一对热辊多圈绕丝的方式进行烘干，因而纤维在烘干箱内停留时间较长，于是相对于现有技术可降低烘干温度，不仅可以节能，而且能够有效避免纤维中氨基基团的氧化而获得较好的纤维色泽，同时采用较低的烘干温度有助于减小纤维内部的内应力，使纤维的力学性能更加均匀。

具体实施方式

实施例1：

本发明制备对位芳纶纤维的方法包括清洗工序，该清洗工序以下步骤：

A)纯水清洗，将出自纺丝凝固浴(凝固内配有强酸性溶液如稀硫酸溶液)的含酸纤维丝束引入盛有纯水并且配有第一超声波发生器的水洗槽进行纯水超声波清洗，出水洗槽，得到纯水清洗的纤维丝束，本步骤中所述的纯水为符合中国国家标准GB1146.1-89至GB1146.1-89(168)中的Ⅰ级至Ⅴ级的水，所述第一超声波发生器发出的超声波频率为30KHz，含酸纤维丝束自进入水洗槽至行出水洗槽的时间为2S，并且含酸纤维丝束是以浸没于纯水中的状态途经水洗槽的；

B)浓碱液洗涤，将出自步骤A)所述的水洗槽的所述纯水清洗的纤维丝束引入盛有质量％比浓度为1.5％的浓碱液如NaOH溶液并且配有第二超声波发生器的浓碱液洗涤槽进行浓碱液超声波清洗，出浓碱液洗涤槽，得到待稀碱液洗涤的纤维丝束，本步骤中所述的第二超声波发生器发出的超声波频率为30KHz，所述纯水清洗的纤维丝束自进入浓碱液洗涤槽至行出浓碱液洗涤槽的时间为2S，并且纯水清洗的纤维丝束是以浸没于浓碱液的状态途经浓碱液洗涤槽的；

C)稀碱液洗涤，将出自步骤B)的所述浓碱液洗涤槽的所述待稀碱液洗涤的纤维丝束引入盛有质量％比浓度为0.01％的稀碱液如NaOH溶液并且配有第三超声波发生器的稀碱液洗涤槽进行稀碱液超声波洗涤，出稀碱液洗涤槽，得到待烘干纤维丝束，本步骤中所述的第三超声波发生器发出的超声波频率为30KHz，所述待稀碱液洗涤的纤维丝束自进入稀碱液洗涤槽至行出稀碱液洗涤槽的时间为2S，并且待稀碱液洗涤的纤维丝束是以浸没于稀碱液的状态途经稀碱液洗涤槽的；

D)烘干，将由步骤C)得到的待烘干纤维丝束引入烘干箱内，由烘干箱内的一对热辊烘干，并且待烘干纤维丝束在一对热辊上缠绕(绕复)复数圈例如绕复20圈，出烘干箱，依次经上油和卷绕，得到对位芳纶纤维，本步骤中所述烘干箱的温度即一对热辊的温度为120℃，待烘干纤维丝束自进入烘干箱至行出烘干箱的时间为12S。

实施例2：

本发明制备对位芳纶纤维的方法包括清洗工序，该清洗工序以下步骤：

A)纯水清洗，将出自纺丝凝固浴(凝固内配有强酸性溶液如稀硫酸溶液)的含酸纤维丝束引入盛有纯水并且配有第一超声波发生器的水洗槽进行纯水超声波清洗，出水洗槽，得到纯水清洗的纤维丝束，本步骤中所述的纯水为符合中国国家标准GB1146.1-89至GB1146.1-89(168)中的Ⅰ级至Ⅴ级的水，所述第一超声波发生器发出的超声波频率为150KHz，含酸纤维丝束自进入水洗槽至行出水洗槽的时间为1S，并且含酸纤维丝束是以浸没于纯水中的状态途经水洗槽的；

B)浓碱液洗涤，将出自步骤A)所述的水洗槽的所述纯水清洗的纤维丝束引入盛有质量％比浓度为1％的浓碱液如NaOH溶液并且配有第二超声波发生器的浓碱液洗涤槽进行浓碱液超声波清洗，出浓碱液洗涤槽，得到待稀碱液洗涤的纤维丝束，本步骤中所述的第二超声波发生器发出的超声波频率为150KHz，所述纯水清洗的纤维丝束自进入浓碱液洗涤槽至行出浓碱液洗涤槽的时间为1S，并且纯水清洗的纤维丝束是以浸没于浓碱液的状态途经浓碱液洗涤槽的；

C)稀碱液洗涤，将出自步骤B)的所述浓碱液洗涤槽的所述待稀碱液洗涤的纤维丝束引入盛有质量％比浓度为0.2％的稀碱液如NaOH溶液并且配有第三超声波发生器的稀碱液洗涤槽进行稀碱液超声波洗涤，出稀碱液洗涤槽，得到待烘干纤维丝束，本步骤中所述的第三超声波发生器发出的超声波频率为150KHz，所述待稀碱液洗涤的纤维丝束自进入稀碱液洗涤槽至行出稀碱液洗涤槽的时间为1S，并且待稀碱液洗涤的纤维丝束是以浸没于稀碱液的状态途经稀碱液洗涤槽的；

D)烘干，将由步骤C)得到的待烘干纤维丝束引入烘干箱内，由烘干箱内的一对热辊烘干，并且待烘干纤维丝束在一对热辊上缠绕(绕复)复数圈例如绕复10圈，出烘干箱，依次经上油和卷绕，得到对位芳纶纤维，本步骤中所述烘干箱的温度即一对热辊的温度为150℃，待烘干纤维丝束自进入烘干箱至行出烘干箱的时间为6S。

实施例3：

本发明制备对位芳纶纤维的方法包括清洗工序，该清洗工序以下步骤：

A)纯水清洗，将出自纺丝凝固浴(凝固内配有强酸性溶液如稀硫酸溶液)的含酸纤维丝束引入盛有纯水并且配有第一超声波发生器的水洗槽进行纯水超声波清洗，出水洗槽，得到纯水清洗的纤维丝束，本步骤中所述的纯水为符合中国国家标准GB1146.1-89至GB1146.1-89(168)中的Ⅰ级至Ⅴ级的水，所述第一超声波发生器发出的超声波频率为100KHz，含酸纤维丝束自进入水洗槽至行出水洗槽的时间为0.5S，并且含酸纤维丝束是以浸没于纯水中的状态途经水洗槽的；

B)浓碱液洗涤，将出自步骤A)所述的水洗槽的所述纯水清洗的纤维丝束引入盛有质量％比浓度为0.5％的浓碱液如NaOH溶液并且配有第二超声波发生器的浓碱液洗涤槽进行浓碱液超声波清洗，出浓碱液洗涤槽，得到待稀碱液洗涤的纤维丝束，本步骤中所述的第二超声波发生器发出的超声波频率为100KHz，所述纯水清洗的纤维丝束自进入浓碱液洗涤槽至行出浓碱液洗涤槽的时间为0.5S，并且纯水清洗的纤维丝束是以浸没于浓碱液的状态途经浓碱液洗涤槽的；

C)稀碱液洗涤，将出自步骤B)的所述浓碱液洗涤槽的所述待稀碱液洗涤的纤维丝束引入盛有质量％比浓度为0.05％的稀碱液如NaOH溶液并且配有第三超声波发生器的稀碱液洗涤槽进行稀碱液超声波洗涤，出稀碱液洗涤槽，得到待烘干纤维丝束，本步骤中所述的第三超声波发生器发出的超声波频率为100KHz，所述待稀碱液洗涤的纤维丝束自进入稀碱液洗涤槽至行出稀碱液洗涤槽的时间为0.5S，并且待稀碱液洗涤的纤维丝束是以浸没于稀碱液的状态途经稀碱液洗涤槽的；

D)烘干，将由步骤C)得到的待烘干纤维丝束引入烘干箱内，由烘干箱内的一对热辊烘干，并且待烘干纤维丝束在一对热辊上缠绕(绕复)复数圈例如绕复13圈，出烘干箱，依次经上油和卷绕，得到对位芳纶纤维，本步骤中所述烘干箱的温度即一对热辊的温度为130℃，待烘干纤维丝束自进入烘干箱至行出烘干箱的时间为8S。

实施例4：

本发明制备对位芳纶纤维的方法包括清洗工序，该清洗工序以下步骤：

A)纯水清洗，将出自纺丝凝固浴(凝固内配有强酸性溶液如稀硫酸溶液)的含酸纤维丝束引入盛有纯水并且配有第一超声波发生器的水洗槽进行纯水超声波清洗，出水洗槽，得到纯水清洗的纤维丝束，本步骤中所述的纯水为符合中国国家标准GB1146.1-89至GB1146.1-89(168)中的Ⅰ级至Ⅴ级的水，所述第一超声波发生器发出的超声波频率为120KHz，含酸纤维丝束自进入水洗槽至行出水洗槽的时间为1.2S，并且含酸纤维丝束是以浸没于纯水中的状态途经水洗槽的；

B)浓碱液洗涤，将出自步骤A)所述的水洗槽的所述纯水清洗的纤维丝束引入盛有质量％比浓度为1.2％的浓碱液如NaOH溶液并且配有第二超声波发生器的浓碱液洗涤槽进行浓碱液超声波清洗，出浓碱液洗涤槽，得到待稀碱液洗涤的纤维丝束，本步骤中所述的第二超声波发生器发出的超声波频率为120KHz，所述纯水清洗的纤维丝束自进入浓碱液洗涤槽至行出浓碱液洗涤槽的时间为1.2S，并且纯水清洗的纤维丝束是以浸没于浓碱液的状态途经浓碱液洗涤槽的；

C)稀碱液洗涤，将出自步骤B)的所述浓碱液洗涤槽的所述待稀碱液洗涤的纤维丝束引入盛有质量％比浓度为0.04％的稀碱液如NaOH溶液并且配有第三超声波发生器的稀碱液洗涤槽进行稀碱液超声波洗涤，出稀碱液洗涤槽，得到待烘干纤维丝束，本步骤中所述的第三超声波发生器发出的超声波频率为120KHz，所述待稀碱液洗涤的纤维丝束自进入稀碱液洗涤槽至行出稀碱液洗涤槽的时间为1.2S，并且待稀碱液洗涤的纤维丝束是以浸没于稀碱液的状态途经稀碱液洗涤槽的；

D)烘干，将由步骤C)得到的待烘干纤维丝束引入烘干箱内，由烘干箱内的一对热辊烘干，并且待烘干纤维丝束在一对热辊上缠绕(绕复)复数圈例如绕复16圈，出烘干箱，依次经上油和卷绕，得到对位芳纶纤维，本步骤中所述烘干箱的温度即一对热辊的温度为140℃，待烘干纤维丝束自进入烘干箱至行出烘干箱的时间为10S。

由上述实施例1至4得到的对位芳纶纤维经测试具有下表所示的技术指标：

纤维色泽均匀性表征的测试方法：通过色度计对同一卷装纤维连续20次测定纤维的Lab值，与标准样的LAB值进行对比，平均偏差ΔL、Δa、Δb越小越好；纤维力学性能均匀性表征的测试方法：通过对同一卷装纤维连续20次测定纤维强度和模量，以强度不匀率CV值和模量不匀率CV值表征纤维力学性能的均匀性。不匀率Cv值越小表面纤维力学性能均匀性越好。

Claims (10)

1.一种制备对位芳纶纤维的方法，包括清洗工序，其特征在于所述清洗工序包括以下步骤：

A)纯水清洗，将出自纺丝凝固浴的含酸纤维丝束引入盛有纯水并且配有第一超声波发生器的水洗槽进行纯水超声波清洗，出水洗槽，得到纯水清洗的纤维丝束；

B)浓碱液洗涤，将出自步骤A）的所述水洗槽的所述纯水清洗的纤维丝束引入盛有浓碱液并且配有第二超声波发生器的浓碱液洗涤槽进行浓碱液超声波洗涤，出浓碱液洗涤槽，得到待稀碱液洗涤的纤维丝束；

C)稀碱液洗涤，将出自步骤B）的所述浓碱液洗涤槽的所述待稀碱液洗涤的纤维丝束引入盛有稀碱液并且配有第三超声波发生器的稀碱液洗涤槽进行稀碱液超声波洗涤，出稀碱液洗涤槽，得到待烘干纤维丝束；

D)烘干，将由步骤C）得到的待烘干纤维丝束引入烘干箱内，由烘干箱内的一对热辊烘干，出烘干箱依次经上油和卷绕，得到对位芳纶纤维。

2.根据权利要求1所述的制备对位芳纶纤维的方法，其特征在于步骤A）中所述的含酸纤维丝束自进入所述水洗槽至行出水洗槽的时间为0.5-2S。

3.根据权利要求1所述的制备对位芳纶纤维的方法，其特征在于步骤A）中所述的第一超声波发生器发出超声波的频率为30-150KHz。

4.根据权利要求1所述的制备对位芳纶纤维的方法，其特征在于步骤B）中所述纯水清洗的纤维丝束自进入所述浓碱注洗涤槽至行出浓碱液洗涤槽的时间为0.5-2S。

5.根据权利要求1所述的制备对位芳纶纤维的方法，其特征在于步骤B）中所述的浓碱液的质量%比浓度为0.5-1.5%，所述第二超声波发生器发出的超声波的频率为30-150KHz。

6.根据权利要求1所述的制备对位芳纶纤维的方法，其特征在于步骤C）中所述的待稀碱液洗涤的纤维丝束自进入所述稀碱液洗涤槽至行出稀碱液洗涤槽的时间为0.5-2S。

7.根据权利要求1所述的制备对位芳纶纤维的方法，其特征在于步骤C）中所述的稀碱液的质量%比浓度为0.01-0.2%；所述第三超声波发生器发出超声波的频率为30-150KHz。

8.根据权利要求1或4至7任一权利要求所述的制备对位芳纶纤维的方法，其特征在于所述的碱为氢氧化钠。

9.根据权利要求1所述的制备对位芳纶纤维的方法，其特征在于步骤D）中所述的待烘干纤维丝束在所述烘干箱内的一对热辊上绕复10至20圈，并且待烘干纤维丝束自进入烘干箱至行出烘干箱的时间为6-12S。

10.根据权利要求1或9所述的制备对位芳纶纤维的方法，其特征在于所述烘干箱的温度为120-150℃。