CN112281223B - 一种高强高韧型对位芳纶纤维及其制造方法 - Google Patents

一种高强高韧型对位芳纶纤维及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112281223B
CN112281223B CN201910681373.2A CN201910681373A CN112281223B CN 112281223 B CN112281223 B CN 112281223B CN 201910681373 A CN201910681373 A CN 201910681373A CN 112281223 B CN112281223 B CN 112281223B
Authority
CN
China
Prior art keywords
para
spinning
toughness
fiber
aramid fiber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910681373.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112281223A (zh
Inventor
李兰英
林志娇
林勇
周万立
何鑫业
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhonglan Chenguang Chemical Co ltd
Original Assignee
Zhonglan Chenguang Chemical Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhonglan Chenguang Chemical Co ltd filed Critical Zhonglan Chenguang Chemical Co ltd
Priority to CN201910681373.2A priority Critical patent/CN112281223B/zh
Publication of CN112281223A publication Critical patent/CN112281223A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112281223B publication Critical patent/CN112281223B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/04—Dry spinning methods
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D1/00—Treatment of filament-forming or like material
    • D01D1/06—Feeding liquid to the spinning head
    • D01D1/09—Control of pressure, temperature or feeding rate
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D10/00—Physical treatment of artificial filaments or the like during manufacture, i.e. during a continuous production process before the filaments have been collected
    • D01D10/06—Washing or drying
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/06—Wet spinning methods

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Artificial Filaments (AREA)

Abstract

本发明公开了高强高韧型对位芳纶纤维及其制造方法，所述高强高韧型对位芳纶纤维断裂伸长率为4.0～4.7%，纤维断裂强度≥3.3GPa。制造步骤包括：对位芳纶纺丝原液经过喷丝板进入空气层，然后进入凝固浴形成初生纤维，初生纤维依次通过洗涤、干燥、上油、卷绕，制成成品。其中纺丝原液经过喷丝板的温度为70～79℃，凝固浴温度为0‑20℃，洗涤、干燥采用低张力控制。通过该发明制得的对位芳纶纤维具有高强度、高韧性的特性，可满足防弹背心、防弹装甲更高级别的减重需求，填补国内空白。

Description

一种高强高韧型对位芳纶纤维及其制造方法
技术领域
本发明属于人造纤维技术领域，具体涉及一种高强高韧型对位芳纶纤维及其制造方法。
背景技术
对位芳纶纤维（聚对苯二甲酰对苯二胺纤维，也称芳纶1414或芳纶Ⅱ）是上世纪六十年代由美国杜邦公司率先研发成功的一种具有高强度、高模量、耐高温等特性的高性能合成纤维，于1972年实现工业化，商品名为Kevlar®。经过几十年的发展，杜邦开发出了Kevlar® 29、Kevlar® 49、Kevlar® 119、Kevlar® 129、Kevlar® AP、Kevlar® KM2等多个牌号，其中Kevlar® 29、Kevlar® 129、Kevlar® KM2为抗弹系列对位芳纶产品，表1列出这几个牌号的力学及防弹性能，其中防弹性能采用防弹效能系数（U*）1/3这一经验参数评价。
Figure 953243DEST_PATH_IMAGE002
式（1）
式中，σ为断裂强度，ε为断裂伸长率，ρ为纤维密度，E为杨氏模量。可以看出Kevlar® KM2因其具有高强度、高伸长率，是抗弹性能最优异的Kevlar纤维。但目前该牌号纤维作为战略物资，核心技术由美国掌握，并对全球其他国家长期实行技术封锁并禁售。
表1 抗弹系列对位芳纶力学及抗弹性能表
Figure DEST_PATH_IMAGE003
国产对位芳纶的研制可追溯至上世纪八十年代，因技术、原材料、生产装备及其它因素的滞约，直至2011年，中蓝晨光及泰和新材才相继宣布对位芳纶产业化装置投产成功。随着近几年产业化开发及装置升级，国产对位芳纶的性能不断提升，基本达到杜邦Kevlar®29水平，中蓝晨光还具有Kevlar® 129级别对位芳纶小批量供货能力，但目前国内仍未实现Kevlar® KM2级别对位芳纶纤维的技术突破。申请号为CN 201611176604.7，一种高断裂伸长率聚对苯二甲酰对苯二胺纤维的制造方法，以对数粘度4.5-7.5dl/g的聚对苯二甲酰对苯二胺聚合物为原料，以96-100%浓硫酸为溶液，制成纺丝原液后，采用干喷湿纺工艺，通过喷丝板形成初生丝条，然后进入凝固浴凝固成形，凝固成形的纤维经过洗涤、中和、干燥以及上油，卷绕成产品，其中在洗涤、中和、干燥、上油以及卷绕的过程中，丝条张力控制在0.5g/d以下。该方法主要通过低张力控制，减小纤维在洗涤及干燥过程中的拉伸作用，实现纤维的高伸长率，但该方法制备的纤维强度大部分都在21-24g/d（2.7-3.0GPa），不能同时实现纤维的高强度及高伸长率性能。
随着国产型号武器对设备减重要求的不断提升，军工领域对高强、高韧型对位芳纶的需求尤为迫切。因此开发Kevlar® KM2级别的对位芳纶不仅可以实现严峻的军用系统减重目标，还可以解决关键原材料受制于人的隐患。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中国产对位芳纶纤维不能同时实现高强度、高断裂伸长率的问题，提供一种高强高韧型对位芳纶及其制造方法，该方法制得的对位芳纶纤维，可满足防弹背心、防弹装甲更高级别的减重需求，填补国内空白。
为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现：
一种高强高韧型对位芳纶纤维及其制造方法，将对位芳纶聚合物与浓硫酸在双螺杆混合器中混合形成纺丝原液，出双螺杆混合器的纺丝原液的温度控制为80-85℃，然后将纺丝原液进行脱泡、过滤后输送至纺丝计量泵，纺丝原液经纺丝计量泵挤出至喷丝板，之后纺丝原液经过喷丝板喷入空气层，然后进入凝固浴形成初生纤维，初生纤维依次通过洗涤、干燥、上油、卷绕，制成成品，纺丝原液在脱泡、过滤、输送及纺丝计量泵段温度保持在80-85℃，在计量泵出口至喷丝板进口段将纺丝原液降温使纺丝原液在进喷丝板时的温度为70～79℃。为保证生产稳定性，降温段为直管线，不存在弯头，无浆料死角，安装冷却装置，对喷丝板进口点温度与冷却液流量进行联锁控制。
所述凝固浴温度为0-20℃，优选5-12℃。
所述洗涤、干燥张力控制在0～1g/d之间，优选0.1-0.6g/d。
所述洗涤、干燥设备线速度波动≤1‰。
所述高强高韧型对位芳纶纤维单纤纤度为0.5-1.5D，优选1.0-1.5D。
所述高强高韧型对位芳纶纤维断裂伸长率为4.0～4.7%，纤维断裂强度≥3.3GPa。
本发明具有以下有益效果
1、现有技术中对位芳纶聚合树脂溶解于浓硫酸形成纺丝原液，纺丝原液在脱泡、输送及喷丝之前均需维持在80-85℃，温度过高会加速浆料降解，温度过低浆料不能充分溶解，本发明保持脱泡、输送过程中原液温度在80-85℃之间，仅将纺丝计量泵后至喷丝板段原液温度降至70-79℃，该方法可减小浆料在出喷丝板后的挤出胀大效应，使浆料保持高取向度，形成高强度的初生纤维，并能保持生产稳定性。
2、现有技术中对位芳纶纺丝过程凝固浴温度通常为0-5℃，本发明凝固浴温度为0-20℃，优选为5-12℃，在确保纤维充分凝固成形的条件下，适当提高凝固浴温度能增大纤维内部孔隙率，提高纤维断裂伸长率。
3、本发明在洗涤、干燥过程中保持0-1g/d低张力拉伸，优选地保持0.1-0.6g/d低张力拉伸，避免高拉伸降低纤维断裂伸长率，使纤维保持高韧性。
4、本发明中洗涤、干燥设备线速度波动≤1‰，能够确保低张力条件下生产稳定性，同时减小纤维性能差异。
5、本发明中高强高韧型对位芳纶纤维单纤纤度为0.5-1.5D，优选地1.0-1.5D，在喷丝板孔径保持不变的情况下，纤维单丝纤度越大，喷丝头拉伸比越小，则初生纤维强度越小，而单丝纤度越小，喷丝头拉伸比越大，初生纤维强度越大，但喷丝头拉伸比过大会使纤维内部缺陷增大，影响生产稳定性，本发明单纤纤度范围能在确保获得高强高韧对位芳纶纤维的条件下保持生产稳定性。
附图说明
图1为本发明的对位芳纶纤维纺丝工艺流程图；
上述附图的附图标记为：1-双螺杆混合器；2-脱泡釜；3-输送泵；4-过滤器；5-输送泵；6-纺丝计量泵；7-喷丝板；8-凝固浴；9-导丝辊；10-牵引辊；11-洗涤装置；12-干燥机；13-上油机；14-卷绕机；15-热水系统Ⅰ；16-热水系统Ⅱ。
具体实施方式
下面结合具体实施方式详细说明本发明
对位芳纶聚合物树脂参照申请号为CN200910216761.X，一种聚对苯二甲酰对苯二胺纤维及其制备方法制备。
纤维力学性能参照ASTM D7269，Standard Test Methods for Tensile Testingof Aramid Yarns测试。
如图1所示，一种高强高韧型对位芳纶纤维及其制造方法，将对位芳纶聚合物与浓硫酸在双螺杆混合器1中混合形成纺丝原液，出双螺杆混合器1的纺丝原液的温度控制为80-85℃，然后将纺丝原液进入脱泡釜2进行脱泡，脱泡后由输送泵3输送至过滤器过滤4，过滤后通过输送泵输3送至纺丝计量泵6，纺丝原液经纺丝计量泵6挤出至喷丝板7，之后纺丝原液经过喷丝板7喷入空气层，然后进入凝固浴8形成初生纤维，初生纤维依次通过导丝辊9和牵引辊10的作用下进入洗涤装置11进行洗涤、干燥机12中干燥、上油机13上油，最后经卷绕机14卷绕，制成成品，纺丝原液在脱泡、过滤、输送及纺丝计量泵6段设置有冷热水系统Ⅰ，使该段温度保持在80-85℃，在纺丝计量泵6出口至喷丝板7进口段设置冷热水系统Ⅱ将纺丝原液降温使纺丝原液在进喷丝板7时的温度为70～79℃。
实施例1
将比浓对数黏度为6.3dl/g的对位芳纶聚合物树脂溶解于100%浓硫酸中，制成固含量为19.3%的纺丝浆料，之后经过脱泡、过滤，输送至纺丝计量泵，通过计量输送至喷丝板，喷丝进入空气层，随后进入凝固浴形成初生纤维，初生纤维依次通过洗涤、干燥、上油、卷绕，制成成品。其中脱泡、过滤、输送段浆料温度为82℃，纺丝计量泵至喷丝板段浆料温度为75℃，凝固浴温度为5℃，洗涤及干燥张力为0.5g/d，纤维单纤纤度为1.5D。
实施例2
该系列实施例验证脱泡、过滤、输送段浆料温度条件的影响。
实施例2-1
本实施例与实施例1的区别在于，脱泡、过滤、输送段浆料温度为80℃。
实施例2-2
本实施例与实施例1的区别在于，脱泡、过滤、输送段浆料温度为85℃。
实施例2-3
本实施例与实施例1的区别在于，脱泡、过滤、输送段浆料温度为78℃。
实施例2-4
本实施例与实施例1的区别在于，脱泡、过滤、输送段浆料温度为88℃。
实施例3
该系列实施例验证纺丝计量泵至喷丝板段浆料温度的影响。
实施例3-1
本实施例与实施例1的区别在于，纺丝计量泵至喷丝板段浆料温度为70℃。
实施例3-2
本实施例与实施例1的区别在于，纺丝计量泵至喷丝板段浆料温度为79℃。
实施例3-3
本实施例与实施例1的区别在于，纺丝计量泵至喷丝板段浆料温度为68℃。
实施例3-4
本实施例与实施例1的区别在于，纺丝计量泵至喷丝板段浆料温度为81℃。
实施例4
该系列实施例验证凝固浴温度的影响。
实施例4-1
本实施例与实施例1的区别在于，凝固浴温度为2℃。
实施例4-2
本实施例与实施例1的区别在于，凝固浴温度为20℃。
实施例4-3
本实施例与实施例1的区别在于，凝固浴温度为25℃。
实施例5
该系列实施例验证纺丝张力的影响。
实施例5-1
本实施例与实施例1的区别在于，纺丝张力为0.1g/d。
实施例5-2
本实施例与实施例1的区别在于，纺丝张力为1g/d。
实施例5-3
本实施例与实施例1的区别在于，纺丝张力为1.5g/d。
实施例6
该系列实施例验证纤维单纤纤度的影响。
实施例6-1
本实施例与实施例1的区别在于，纤维单纤纤度为1D。
实施例6-2
本实施例与实施例1的区别在于，纤维单纤纤度为1.2D。
实施例6-3
本实施例与实施例1的区别在于，纤维单纤纤度为0.8D。
实施例6-4
本实施例与实施例1的区别在于，纤维单纤纤度为2D。
上述实施例得到的对位芳纶纤维力学性能及生产稳定性列于表2。
表2
Figure 683433DEST_PATH_IMAGE004

Claims (6)

1.一种高强高韧型对位芳纶纤维的制造方法，将对位芳纶聚合物与浓硫酸在双螺杆混合器中混合形成纺丝原液，纺丝原液出双螺杆混合器，温度控制为80-85℃，然后将纺丝原液进行脱泡、过滤后输送至纺丝计量泵，纺丝原液经纺丝计量泵挤出至喷丝板，之后纺丝原液经过喷丝板喷入空气层，然后进入凝固浴形成初生纤维，初生纤维依次通过洗涤、干燥、上油、卷绕，制成成品，其特征在于：其中纺丝原液在脱泡、过滤、输送及纺丝计量泵段温度保持在80-85℃，在计量泵出口至喷丝板进口段将纺丝原液降温使纺丝原液在进喷丝板时的温度为70～79℃；
所述洗涤、干燥张力控制在0～1g/d之间；
所述高强高韧型对位芳纶纤维断裂伸长率为4.0～4.7%，纤维断裂强度≥3.3GPa。
2.根据权利要求1所述高强高韧型对位芳纶纤维的制造方法，其特征在于：所述凝固浴温度为0-20℃。
3.根据权利要求1或2所述高强高韧型对位芳纶纤维的制造方法，其特征在于：所述凝固浴温度为5-12℃。
4.根据权利要求1所述高强高韧型对位芳纶纤维的制造方法，其特征在于：所述洗涤、干燥张力控制在0.1-0.6g/d。
5.根据权利要求1所述高强高韧型对位芳纶纤维的制造方法，其特征在于：所述洗涤、干燥设备线速度波动≤1‰。
6.根据权利要求1所述高强高韧型对位芳纶纤维的制造方法，其特征在于：所述高强高韧型对位芳纶纤维单纤纤度为1.0-1.5D。
CN201910681373.2A 2019-07-26 2019-07-26 一种高强高韧型对位芳纶纤维及其制造方法 Active CN112281223B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910681373.2A CN112281223B (zh) 2019-07-26 2019-07-26 一种高强高韧型对位芳纶纤维及其制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910681373.2A CN112281223B (zh) 2019-07-26 2019-07-26 一种高强高韧型对位芳纶纤维及其制造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112281223A CN112281223A (zh) 2021-01-29
CN112281223B true CN112281223B (zh) 2022-03-15

Family

ID=74419269

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910681373.2A Active CN112281223B (zh) 2019-07-26 2019-07-26 一种高强高韧型对位芳纶纤维及其制造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112281223B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113136629A (zh) * 2021-04-14 2021-07-20 中芳特纤股份有限公司 一种高强度、高伸长率对位芳纶纤维的制备工艺
CN114351276A (zh) * 2021-12-23 2022-04-15 烟台泰和新材料股份有限公司 一种高强度对位芳纶纤维及其制备方法
CN115182060B (zh) * 2022-07-29 2024-01-26 上海化工研究院有限公司 一种超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法与应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106591996A (zh) * 2016-12-19 2017-04-26 中蓝晨光化工研究设计院有限公司 一种高断裂伸长率聚对苯二甲酰对苯二胺纤维的制造方法
CN106967371A (zh) * 2016-01-07 2017-07-21 科络普拉斯特弗里茨米勒有限公司 耐高温并且耐火的有色胶带、一种基材用于制备该胶带的用途以及具有这种胶带的电缆束

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106967371A (zh) * 2016-01-07 2017-07-21 科络普拉斯特弗里茨米勒有限公司 耐高温并且耐火的有色胶带、一种基材用于制备该胶带的用途以及具有这种胶带的电缆束
CN106591996A (zh) * 2016-12-19 2017-04-26 中蓝晨光化工研究设计院有限公司 一种高断裂伸长率聚对苯二甲酰对苯二胺纤维的制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112281223A (zh) 2021-01-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112281223B (zh) 一种高强高韧型对位芳纶纤维及其制造方法
CN101619503B (zh) 一种高强度超低热收缩锦纶66纤维及其生产方法
CN103290497B (zh) 一种产业用功能型锦纶66纤维及其制备方法
EP0201114B2 (en) Process for the manufacture of polyester industrial yarn and cord made from said yarn and elastomeric objects reinforced with said cord
CN102517680B (zh) 一种多孔超细旦聚酰胺6 poy/fdy交络复合纤维、制备方法及其设备
CN104963009B (zh) 一种有色涤纶工业丝的生产方法
CN104141175B (zh) 超细旦fdy纺丝设备及工艺
CN100357505C (zh) 高强低伸型特粗旦丙纶丝及其生产方法
CN103290507B (zh) 一种聚合微量改性大有光聚酯纤维的制备方法
TWI616566B (zh) 尼龍６６中空纖維、其製造方法及其生產設備
US4016236A (en) Process for manufacturing aromatic polymer fibers
CN104988588B (zh) 一种改性高强涤纶工业丝的生产方法
CN112695390A (zh) 一种高伸长低模量对位芳纶纤维及其制备方法
CN107988646A (zh) 一种半消光锦纶66工业丝及其制备方法
CN107075743A (zh) 聚苯硫醚单丝及其制造方法、以及卷装体
CN104480556A (zh) 一种高速纺潜在卷缩涤纶长丝的生产工艺
US4560743A (en) Poly(P-phenyleneterephthalamide) fibers
CN106544748A (zh) 一种高伸长对位芳纶长丝工业生产方法
US20140106167A1 (en) Method for hybrid dry-jet gel spinning and fiber produced by that method
CN106591996A (zh) 一种高断裂伸长率聚对苯二甲酰对苯二胺纤维的制造方法
CN102787383A (zh) 1、2-丙二醇改性涤纶全牵伸丝
CN109881271B (zh) 纺丝的方法和装置
JPS62231014A (ja) 高強力ポリメタフエニレンイソフタラミド系繊維及びその製造方法
CN103305941A (zh) 一种超细涤纶扁平长丝及其制备工艺
JP2006138055A (ja) 産業用セルロース繊維

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant