CN110835786A - 一种扁平形腈纶纤维的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种扁平形腈纶纤维的制备方法，其特征在于依次包括如下步骤：纺丝凝固成形；将聚丙烯腈共聚物含量为10～13.5wt％的聚合物原液由特殊处理的矩形孔喷丝板挤出至凝固浴中，经双扩散凝固成形制得初生纤维；水洗和牵伸后进行干燥致密化：然后进行热定型；上油、卷曲与烘干：热处理后的纤维先后经过浸渍上油和卷曲，赋予纺织后加工性能。得到扁平形腈纶纤维。与现有矩形孔喷丝板相比，通过对钽金属喷丝板的表面渗氮、渗硅处理改进，使聚合物原液在喷板内与凝固浴的温度差由处理前的△45～50℃提高到△55～60℃，原液在喷孔出口的接触角提高了30°，改善原液的流变性能，确保扁平纤维生产稳定和品质提高。

Description

一种扁平形腈纶纤维的制备方法

技术领域

本发明涉及一种腈纶纤维的制备方法，特别是涉及一种由特殊处理的矩形孔喷丝板纺制的扁平形腈纶纤维的制备方法。

背景技术

腈纶是一种量大面广的纺织纤维原料，扁平腈纶是其中一类在后纺毛皮、长毛绒产品以及毛毯等领域应用广泛的功能性纤维，腈纶特有的使用性能加上扁平状的纤维截面使织物在光泽、弹性、抗起球性、蓬松性、手感以及仿真效果等方面都具有其他合成纤维不可替代的独有风格。

扁平形腈纶纤维的生产路线有多种，其中，以NaSCN为溶剂的湿法工艺路线是腈纶产能较高和应用范围较广的一种工业生产路线，利用NaSCN法生产的腈纶具有后纺加工性好，纤维手感丰满，染色鲜艳，残存溶剂含量极低等特点。但是，不同的工艺路线由于纺丝溶剂的不同影响纤维的凝固成形历程，致使纤维截面形状差异较大。NaSCN湿法工艺常规纤维截面呈圆形，这种湿法纺丝法严重的孔口膨化效应和高聚物溶液表面张力作用，使腈纶截面扁平化难度非常高。要获得扁平形纤维通常需要将聚合物原液由矩形孔组成的喷丝板挤出成形，并对纺丝工艺进行相应的调整，如日本专利JP2018-145538A、02-169712和“合成纤维”2006年第7期张伟等所著《系列扁平腈纶的开发》、“炼油与化工”2010年第4期鹿晓波等所著《细旦扁平腈纶纤维生产的工艺优化》等。

在实际生产中多采用矩形孔的钽金属喷丝板，钽材比重轻，抗腐蚀性能好，但硬度较低。因此对此类喷丝板的研究仅聚焦于通过渗氮工艺提高硬度，如“中国有色金属学报”2002年5月第12卷专辑1中张德元等所著《钽低温离子渗氮工艺参数对渗氮层物相的影响》，对喷丝板材质本身包括表面改性对扁平纤维生产的影响没有报道。而在扁平腈纶纤维生产中，一方面由于金属导热快，喷丝头中接近喷孔的原液受凝固浴低温影响，粘性和弹性增大，出喷孔的挤出胀大比增大，不利于加快成形的条件控制。另一方面，原液出喷丝孔时与钽材表面的界面张力较小，原液与喷丝板之间的接触角较小，易漫流，也不利于初生纤维保持与孔口一致的矩形截面，不利于扁平度的提高。因此，日本东洋纺为减小NaSCN纺丝原液挤出时的巴勒斯效应对纤维扁平度的影响，专门采用了矩形孔的塑料喷丝板。但缺陷是这种喷丝板承压差、喷孔数少，产量低，经济效益低，不适合产品的应用推广。

因此，通过研究金属喷丝板表面处理改性方法，使其既满足矩形孔喷丝板的孔数增加的要求，又能够改善原液出喷孔的流变行为，对制备扁平形腈纶纤维具有十分重要的意义。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种扁平形腈纶纤维的制备方法，以克服现有技术中纤维扁平化难度大导致其质量不稳定的技术问题。

本发明提供一种扁平形腈纶纤维的制备方法，该方法包括如下步骤：

步骤1、纺丝凝固成形

将聚丙烯腈共聚物含量为10～13.5wt％的聚合物原液由经过渗氮和渗硅加工处理的钽金属材料制成的矩形孔喷丝板挤出至含纺丝溶剂的凝固浴中，经双扩散凝固成形制得初生纤维；

其中：供纺温度为60～75℃，凝固浴温度为-3～5℃，凝固浴浓度为12.0～16wt％；

渗氮处理条件为610℃×1.5hr，渗硅处理条件为1000℃×3hr；

步骤2、水洗和牵伸

将初生纤维在温度为45～65℃的条件下中进行水洗，洗去纺丝溶剂后进行倍数为2.5～5.0倍的牵伸，获得牵伸后纤维；

步骤3、干燥致密化

牵伸后纤维经干燥机进行致密化工序，致密化湿球温度为55～80℃；

步骤4、热定型

致密化后的纤维进入定型机，热定型压力为0.15～0.45MPa；

步骤5、上油、卷曲与烘干

热处理后的纤维先后经过浸渍上油和卷曲，赋予纺织后加工性能；

其中：上油时控制油槽浓度为1.0～3.0wt％，卷曲压力为0.2～0.3MPa，烘干温度为100～130℃，得到扁平形腈纶纤维。

进一步，所述聚丙烯腈共聚物是丙烯腈单体与第二共聚单体及第三共聚单体的共聚物；所述第二共聚单体是丙烯酸甲酯或醋酸乙烯酯中的一种，所述第三单体为甲基丙烯磺酸钠。

进一步，所述共聚物在聚合时第二单体的用量为共聚物重量百分比的8～10wt％，所述第三单体的用量为共聚物重量百分比的0.3～0.4wt％。

进一步，所述纺丝溶剂具体为硫氰酸钠溶液。

进一步，所述步骤1中聚丙烯腈共聚物具体由用量为90.7wt％的丙烯腈、用量为9.0wt％的丙烯酸甲酯和用量为0.3wt％的甲基丙烯磺酸钠共聚而成的聚丙烯腈共聚物；聚合物原液浓度为13.0wt％，供纺温度为72℃，凝固浴温度为-2℃，凝固浴中硫氰酸钠浓度为15.0wt％；

所述步骤2中水洗温度为60℃，牵伸倍数为4.65倍；

所述步骤3中干燥致密化湿球温度为65℃；

所述步骤4中热定型压力为0.21MPa；

所述步骤5中油槽浓度为1.2wt％，卷曲压力为0.25MPa，烘干温度为120℃。

本发明相比于现有技术具有以下优点：

通过对钽金属材料矩形孔喷丝板进行渗氮、渗硅工艺表面处理，提高了喷丝板表面的疏水性，使聚丙烯腈原液出矩形孔时与板材间的界面张力增大，接触角增大，更好地保持初生纤维出喷孔时的扁平形状。同时，降低板材导热性能，减小凝固浴低温对出喷孔前原液的粘弹性影响，降低原液细流的巴勒斯效应。本发明对喷丝板的改进不仅满足扁平纤维产能提高的需要，更有利于纤维扁平度的提高和稳定，使纤维品质得到保障

通过对钽金属喷丝板的表面处理，在提高了板材硬度的前提下，进一步提高了板材表面的疏水性能，降低了板材的导热性能。相对于塑料喷丝板和现有的金属矩形喷丝板而言，本发明较好地兼顾了扁平腈纶生产时产能和纤维品质的要求。既满足了矩形喷丝板孔数的增加对板材强度的要求，同时又改善了原液出喷孔的流变性能，更好地确保纤维扁平度的提高。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

一种扁平形腈纶纤维的制备方法，依次包括如下步骤：

纺丝凝固成形：将聚丙烯腈共聚物含量为10～13.5wt％的聚合物原液由特殊处理的矩形孔喷丝板挤出至凝固浴中，经双扩散凝固成形制得初生纤维。供纺温度为65～75℃，凝固浴温度为-3～0℃，凝固浴浓度为14.0～15.5wt％。

水洗和牵伸：将初生纤维洗去纺丝溶剂后完成牵伸。其中水洗温度为45～65℃，牵伸倍数为3.0～5.0倍。

干燥致密化：牵伸后纤维经干燥机完成致密化工序，控制致密化湿球温度为55～80℃。

热定型：致密化后的纤维进入定型机，热定型压力为0.2～0.25MPa。

上油、卷曲与烘干：热处理后的纤维先后经过浸渍上油和卷曲，赋予纺织后加工性能。控制油槽浓度为1.0～3.0wt％，卷曲压力为0.2～0.3MPa，烘干温度为100～130℃，得到扁平形腈纶纤维。

在本实施例中，以下为最优方案：

步骤a中聚丙烯腈共聚物中丙烯腈用量为90.7wt％，丙烯酸甲酯用量为9.0wt％，甲基丙烯磺酸钠用量为0.3wt％；聚合物原液浓度为13.0wt％，供纺温度为72℃，凝固浴温度为-2℃，凝固浴中硫氰酸钠浓度为15.0wt％；

步骤b中水洗温度为60℃，牵伸倍数为4.65倍；

步骤c中干燥致密化湿球温度为65℃；

步骤d中热定型压力为0.21MPa；

步骤e中油槽浓度为1.2wt％，卷曲压力为0.25MPa，烘干温度为120℃。

钽金属喷丝板是经过渗氮和渗硅加工处理，渗氮处理条件为610℃×1.5hr，渗硅处理条件为1000℃×3hr。采用处理后喷丝板纺丝时，使聚合物原液在喷板内与凝固浴的温度差由处理前的△45～50℃提高到△55～60℃，原液在喷孔出口的接触角提高了30°。

Claims (5)

1.一种扁平形腈纶纤维的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1、纺丝凝固成形

将聚丙烯腈共聚物含量为10～13.5wt％的聚合物原液由经过渗氮和渗硅加工处理的钽金属材料制成的矩形孔喷丝板挤出至含纺丝溶剂的凝固浴中，经双扩散凝固成形制得初生纤维；

其中：供纺温度为60～75℃，凝固浴温度为-3～5℃，凝固浴浓度为12.0～16wt％；

渗氮处理条件为610℃×1.5hr，渗硅处理条件为1000℃×3hr；

步骤2、水洗和牵伸

将初生纤维在温度为45～65℃的条件下中进行水洗，洗去纺丝溶剂后进行倍数为2.5～5.0倍的牵伸，获得牵伸后纤维；

步骤3、干燥致密化

牵伸后纤维经干燥机进行致密化工序，致密化湿球温度为55～80℃；

步骤4、热定型

致密化后的纤维进入定型机，热定型压力为0.15～0.45MPa；

步骤5、上油、卷曲与烘干

热处理后的纤维先后经过浸渍上油和卷曲，赋予纺织后加工性能；

其中：上油时控制油槽浓度为1.0～3.0wt％，卷曲压力为0.2～0.3MPa，烘干温度为100～130℃，得到扁平形腈纶纤维。

2.根据权利要求1所述的一种扁平形腈纶纤维的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯腈共聚物是丙烯腈单体与第二共聚单体及第三共聚单体的共聚物；所述第二共聚单体是丙烯酸甲酯或醋酸乙烯酯中的一种，所述第三单体为甲基丙烯磺酸钠。

3.根据权利要求2所述的一种扁平形腈纶纤维的制备方法，其特征在于，所述共聚物在聚合时第二单体的用量为共聚物重量百分比的8～10wt％，所述第三单体的用量为共聚物重量百分比的0.3～0.4wt％。

4.根据权利要求1所述的一种扁平形腈纶纤维的制备方法，其特征在于，所述纺丝溶剂具体为硫氰酸钠溶液。

5.一种如权利要求1～4中任一项所述的扁平形腈纶纤维的制备方法，其特征是：

所述步骤1中聚丙烯腈共聚物具体由用量为90.7wt％的丙烯腈、用量为9.0wt％的丙烯酸甲酯和用量为0.3wt％的甲基丙烯磺酸钠共聚而成的聚丙烯腈共聚物；聚合物原液浓度为13.0wt％，供纺温度为72℃，凝固浴温度为-2℃，凝固浴中硫氰酸钠浓度为15.0wt％；

所述步骤2中水洗温度为60℃，牵伸倍数为4.65倍；

所述步骤3中干燥致密化湿球温度为65℃；

所述步骤4中热定型压力为0.21MPa；

所述步骤5中油槽浓度为1.2wt％，卷曲压力为0.25MPa，烘干温度为120℃。