CN113862805B - 一种芳香族聚噁二唑纤维的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种芳香族聚噁二唑纤维的生产方法，先将纺丝液经凝固浴凝固、拉伸后形成初生纤维，再将初生纤维清洗后利用揉纤机使初生纤维蓬松，最后对经过揉纤机蓬松后的初生纤维进行干燥处理即得芳香族聚噁二唑纤维。本发明利用揉纤机使初生纤维蓬松后再进行干燥，不仅缩短了干燥时间、提升了干燥效率，同时生产出的芳香族聚噁二唑纤维回潮率低、性能更好；本发明中的揉纤机通过在揉纤元件上设置向外凸出的凸部以及通过转动揉纤元件、固定揉纤元件的设置，能够在在不损伤纤维的情况下使纤维获得高的蓬松度。

Description

一种芳香族聚噁二唑纤维的生产方法

技术领域

本发明涉及一种芳香族聚噁二唑纤维的生产方法。

背景技术

芳香族聚噁二唑（POD）是一种芳杂环高分子材料，具有良好耐热性、阻燃性、电绝缘性，可广泛应用于特种服装、防护制品、过滤材料、电绝缘材料、摩擦材料等领域。

芳香族聚噁二唑纤维由纺丝液进入凝固浴，经凝固、拉伸形成初生纤维，再经洗涤除去溶剂和杂质后烘干制得。由于芳香族聚噁二唑是由刚性链组成的分子键，其凝固拉伸而形成的初生纤维结构比较致密，纤维内部的水分极易被包裹而无法充分干燥。

现有技术中，虽然能够通过压榨的方式去除初生纤维内部的部分水，再通过增加干燥温度、干燥时间尽可能去除初生纤维中的水分。但此种方式处理效率低、成本大，且通过压榨的方式虽然能够压出纤维内部的部分水分，但是单纯压榨的话会使纤维团聚而使纤维更加致密，导致其更难干燥，使得制成的纤维性能不佳。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种蓬松度高的芳香族聚噁二唑纤维的生产方法，通过增加纤维的蓬松度以使纤维能够更好地被干燥。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供一种芳香族聚噁二唑纤维的生产方法，使纺丝液经凝固浴凝固、拉伸后形成初生纤维，再经清洗、干燥后制得所述芳香族聚噁二唑纤维，所述生产方法还包括在将所述初生纤维干燥前先利用揉纤机使所述初生纤维蓬松的步骤；其中，所述揉纤机包括多个揉纤元件，每个所述揉纤元件包括本体、多个形成在所述本体的表面且向外凸出的凸部，所述凸部的延伸方向与所述本体的延伸方向一致。

优选地，利用所述揉纤机使所述初生纤维蓬松的方法为牵引所述初生纤维以使所述初生纤维相对所述揉纤元件运动。

进一步优选地，控制所述牵引速度为10~50m/min，进一步为10~40m/min，更进一步为10~25m/min。

优选地，所述初生纤维的延伸方向与所述揉纤元件的轴心线垂直。

优选地，多个所述揉纤元件上下错位排列在所述揉纤机的机架上，多个所述揉纤元件中至少一部分能够绕着其轴心线转动。

进一步优选地，位于上排的所述揉纤元件的轴心线位于第一平面，位于下排的所述揉纤元件的轴心线位于第二平面，所述第一平面与所述第二平面相平行。

进一步优选地，所述揉纤元件的个数为8~15个，其中至少有6~12个揉纤元件与所述机架相转动连接且能够在所述初生纤维的带动下绕着自身轴心线转动，剩余的所述揉纤元件与所述机架相固定连接且无法在所述揉纤元件的带动下转动。

更进一步优选地，与所述机架相固定连接的揉纤元件相邻地排列在同一平面上。

优选地，所述初生纤维依次交错绕设在上下两排所述揉纤元件上。

进一步优选地，所述初生纤维依次交错绕设的方式为沿着所述初生纤维的牵引方向，所述初生纤维沿位于下排的第一个揉纤元件绕至位于上排的第一个揉纤元件，再绕至位于下排的第二个揉纤元件，然后依次绕至最后一个揉纤元件并从其中牵引出来；或者，所述初生纤维沿位于上排的第一个揉纤元件绕至位于下排的第一个揉纤元件，再绕至位于上排的第二个揉纤元件，然后依次绕至最后一个揉纤元件并从其中牵引出来。

进一步优选地，若第一个揉纤元件位于上排，所述初生纤维沿位于下排的第一个揉纤元件开始绕设；若第一个揉纤元件位于下排，所述初生纤维沿位于上排的第一个揉纤元件开始绕设。

根据一些优选的实施方式，所述凸部的外端部呈圆弧状。

进一步优选地，多个所述凸部在所述揉纤元件的圆周上间隔设置，相邻两个所述凸部之间的本体表面向着所述本体的内部凹陷；在所述揉纤元件的横截面上，所述凸部和所述凹陷的本体在圆周方向上形成周期排列的峰、谷。

优选地，所述生产方法还包括在所述初生纤维经揉纤机蓬松后，将其通入干燥设备在200~400℃下干燥0.5~1.5min以获得所述芳香族聚噁二唑纤维的步骤。

进一步优选地，控制干燥的温度为200~300℃，更进一步为200~250℃。

进一步优选地，控制干燥的时间为1~1.5min。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

本发明利用揉纤机使初生纤维蓬松后再进行干燥，不仅缩短了干燥时间、提升了干燥效率，同时生产出的芳香族聚噁二唑纤维回潮率低、性能更好；

本发明中的揉纤机通过在揉纤元件上设置向外凸出的凸部以及通过转动揉纤元件、固定揉纤元件的设置，能够在在不损伤纤维的情况下使纤维获得高的蓬松度。

附图说明

附图1为本发明中的一种揉纤机的结构示意图；

附图2为本发明中的一种揉纤机的主视图；

附图3为本发明中的一种本体的结构示意图；

附图4为本发明中的一种本体的主视图；

附图5为本发明中的初生纤维的一种绕设方式的结构示意图；

附图6为本发明中的初生纤维的另一种绕设方式的结构示意图；

以上附图中：1、揉纤元件；11、本体；12、转轴；13、凸部；14、峰；15、谷；2、机架；21、通槽；3、轴承组件；31、第一轴承；32、第二轴承。

具体实施方式

纤维的回潮率是衡量纤维性能的一项指标，芳香族聚噁二唑纤维的生产过程中往往会经过水洗步骤，而由于芳香族聚噁二唑纤维比较致密其内部的水分难以被干燥，虽然能够通过压榨再烘干的方式去除水洗后的芳香族聚噁二唑纤维的部分水分，但是此方式制备得到的芳香族聚噁二唑纤维的回潮率仍然不能满足实际使用要求。

本发明人首次想到在芳香族聚噁二唑纤维进行干燥前，先增加其蓬松度以使其能够更好地被干燥，芳香族聚噁二唑纤维蓬松度的增加不仅能够有效、快速地去除其内部的水分，而且蓬松度高的芳香族聚噁二唑纤维更容易进行混棉，制成均匀度更好的面料，能够满足某些特殊领域如特种服装、防护制品领域等的要求，本发明还为此设置了用于使芳香族聚噁二唑纤维蓬松的揉纤机。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。

一种生产芳香族聚噁二唑纤维的方法，其主要包括：

先使纺丝液经凝固浴凝固、拉伸后形成初生纤维，再将经过清洗后的所述初生纤维利用揉纤机使其蓬松，最后对经过揉纤机蓬松后的所述初生纤维进行干燥处理即获得所述芳香族聚噁二唑纤维。

本申请中的初生纤维的制备方法为本领域的常规手段，例如可以使用中国专利CN2015102636571中的制备方法制得。

进一步地，在清洗结束后，通过牵引所述初生纤维以使所述初生纤维相对所述揉纤元件运动从而使所述初生纤维蓬松。通过牵引初生纤维，利用初生纤维的移动带动揉纤元件的转动，能够有效降低初生纤维的摩擦损坏；通过转动揉纤元件、固定揉纤元件的设置以及揉纤元件上向外凸起的凸部的设置，能够在在不损伤纤维的情况下使纤维获得高的蓬松度。

进一步地，控制所述牵引速度为10~50m/min。牵引速度的增加虽然能够增加纤维的生产效率，但是，牵引速度越大也越容易打滑使纤维的蓬松度降低，本申请将牵引速度控制在10~50m/min内能够在获得最佳的蓬松度下使纤维的生产效率最高。

进一步地，所述初生纤维依次交错绕设在上下两排所述揉纤元件上。

具体地，沿着所述初生纤维的牵引方向，所述初生纤维沿位于下排的第一个揉纤元件绕至位于上排的第一个揉纤元件，再绕至位于下排的第二个揉纤元件，然后依次绕至最后一个揉纤元件并从其中牵引出来；或者，所述初生纤维沿位于上排的第一个揉纤元件绕至位于下排的第一个揉纤元件，再绕至位于上排的第二个揉纤元件，然后依次绕至最后一个揉纤元件并从其中牵引出来。

图5、图6示例性地展示了揉纤元件的排列方式以及纤维的绕设方式，为了更好地进行说明，将各个揉纤元件进行命名，沿着初生纤维的牵引方向，位于下排的揉纤元件依次为第一揉纤元件、第三揉纤元件、第五揉纤元件、第七揉纤元件；位于上排的揉纤元件为第二揉纤元件、第四揉纤元件、第六揉纤元件、第八揉纤元件。初生纤维沿第一揉纤元件绕至第二揉纤元件，再绕至第三揉纤元件，然后分别绕至第四揉纤元件、第五揉纤元件、第六揉纤元件、第七揉纤元件、第八揉纤元件上，并从第八揉纤元件上牵引出来。当然，初生纤维也可以沿第二揉纤元件绕至第一揉纤元件，再绕至第四揉纤元件，然后分别绕至第三揉纤元件、第六揉纤元件、第五揉纤元件、第八揉纤元件、第七揉纤元件上，并从第七揉纤元件上牵引出来。

由于揉纤元件的排列方式、初生纤维的缠绕方式会影响制得的纤维的性能以及蓬松度，作为优选，若第一个揉纤元件位于上排，所述初生纤维沿位于下排的第一个揉纤元件开始绕设；若第一个揉纤元件位于下排，所述初生纤维沿位于上排的第一个揉纤元件开始绕设。根据揉纤元件的排列方式而调整纤维的缠绕方式不仅能够提高纤维的处理效率，还能够提高纤维的蓬松度。

进一步地，控制所述干燥的温度为200~400℃。合适的干燥温度不仅能够去除纤维内的水分，还能够提高纤维的致密度、消除内应力以及提升纤维强度。干燥温度越高，将纤维干燥所需要的时间越短，但是当温度超过400℃，纤维会出现焦化影响纤维质量；干燥温度越低，将纤维干燥所需要的时间越长，并且当干燥温度低于200℃，纤维的致密度以及强度会大幅度降低。

更进一步地，控制所述干燥的时间为0.5~1.5min。

进一步地，上述生产方法中使用的揉纤机包括机架2、设置在机架2上且能够使芳香族聚噁二唑纤维蓬松的揉纤组件。

揉纤组件包括多个与机架2相连接的揉纤元件1，揉纤元件1的个数为8~15个。揉纤元件1的个数越多，对芳香族聚噁二唑纤维的刮擦越多，使得生产得到的芳香族聚噁二唑纤维越蓬松进而越容易被干燥，但是刮擦越多也越容易造成纤维损伤；而揉纤元件1个数越少，对芳香族聚噁二唑纤维的刮擦就越少，生产得到的芳香族聚噁二唑纤维的蓬松度越小进而越不容易被干燥。本申请通过研究将揉纤元件1的个数设定在8~15个，能够在不损伤纤维的情况下获得最高的蓬松度。

多个揉纤元件1上下错位排列在机架2上，位于上排的揉纤元件1的轴心线位于第一平面上，位于下排的揉纤元件1的轴心线位于第二平面上，第一平面与第二平面相平形。多个揉纤元件1中至少一部分能够绕着其轴心线转动。将芳香族聚噁二唑纤维依次上下错位绕设在揉纤元件1上，通过拉动纤维，在纤维与揉纤元件1之间摩擦力的作用下，部分揉纤元件1能够随着纤维的移动而转动，揉纤元件1与机架2相转动连接的设置，能够避免纤维与揉纤元件1之间摩擦过大而对纤维造成损伤。

作为优选，揉纤组件中至少有6~12个揉纤元件1（转动揉纤元件）与机架2相转动连接，从而在纤维的带动下揉纤元件1能够绕着自身轴心线转动，进而减小对纤维的刮擦损伤；剩余的揉纤元件1（固定揉纤元件）与机架2相固定连接，从而在纤维的带动下揉纤元件1无法转动，进而提高纤维与揉纤元件1的摩擦力以提高纤维的蓬松度。为了尽可能在获得更高蓬松度的情况下减少刮擦纤维的损伤，本申请中能够转动的揉纤元件1的个数大于不能够转动的揉纤元件1的个数，不能够转动的揉纤元件1优选为2~5个。

与机架2相固定连接的揉纤元件1依次相邻排列在同一水平面上。作为一种优选的示例，揉纤组件中揉纤元件1的数量为13个，其中7个揉纤元件1位于第一排且其轴心线位于第一平面上，剩余6个揉纤元件1位于第一排上方的第二排且其轴心线位于第二平面上，第一排与第二排的揉纤元件1分别错位排列且第一平面与第二平面相平行。在13个揉纤元件1中有两个揉纤元件1与机架2相固定连接，剩余的揉纤元件1与机架2相转动连接，两个与机架2相固定连接的揉纤元件1位于第一排且相邻设置，位于最左侧且与机架2相固定连接的揉纤元件1的左侧还设有3个与机架2相转动连接的揉纤元件1。

揉纤元件1包括本体11、与本体11相连接的转轴12。

为了实现揉纤元件1与机架2的相转动连接，机架2上连接有多个与转轴12相配合的轴承组件3，通过轴承组件3与转轴12相转动连接使揉纤元件1在纤维的带动下能够绕着其轴心线转动。作为一种优选的示例，轴承组件3包括设置在机架2前侧的第一轴承31以及设置在机架2后侧的第二轴承32，其中，第一轴承31的轴心线与第二轴承32的轴心线相重合，转轴12穿过机架2分别与第一轴承31、第二轴承32相转动连接。为了便于转轴12穿过机架2，沿着机架2的前后方向开设有贯穿机架2的通槽21。

为了实现揉纤元件1与机架2的相固定连接，转轴12可以直接与机架2相固定连接从而使揉纤元件1无法随着纤维的移动而转动。例如，可以通过焊接、螺纹连接、插销连接的方式实现揉纤元件1与机架2的相固定连接。

揉纤元件1还包括形成在本体11的表面且向外凸出的多个凸部13，其中，凸部13的延伸方向与本体11的延伸方向一致。凸部的设置增加了揉纤元件与纤维之间的摩擦力，能够有效提高纤维的蓬松度。

作为一种优选的示例，凸部13的外端部呈圆弧状。将凸部13外端设置成圆弧状，能够在刮擦纤维的同时尽可能减少纤维的损伤。

本体11为圆柱形，多个凸部13在本体11的圆周上间隔设置，相邻两个凸部13之间的本体11表面向着所述本体11的内部凹陷。在揉纤元件1的横截面上，凸部13和凹陷的本体11在圆周方向上形成周期排列的峰14、谷15。

作为一种优选的示例，峰14的峰顶与其相邻的谷15的谷底之间的垂直距离H为3~6mm，相邻的两个谷15的谷底之间的水平距离W为6~10mm。通过峰14、谷15的尺寸设置，能够使生产的纤维的蓬松性更好。

下面结合实施例对本发明作进一步描述。但本发明并不限于以下实施例。实施例中采用的实施条件可以根据具体使用的不同要求做进一步调整，未注明的实施条件为本行业中的常规条件。本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

下述实施例中使用的揉纤机包括机架2、揉纤组件，如图2所示，揉纤组件包括十三个与机架2相连接的揉纤元件1，每个揉纤元件1的形状、大小相同，十三个揉纤元件1上下错位排列在机架2上。位于上排的揉纤元件1的个数为六个且依次等间距排列在第一平面上，位于下排的揉纤元件1的个数为七个且依次等间距排列在第二平面上，第一平面与第二平面平行。

揉纤组件中有十一个揉纤元件1（转动揉纤元件）与机架2相转动连接，有两个揉纤元件1（固定揉纤元件）与机架2相固定连接。两个与机架2相固定连接的揉纤元件1位于下排且相邻设置，位于左侧且与机架2相固定连接的揉纤元件1的左侧还设有三个与机架2相转动连接的揉纤元件1。

如图1所示，揉纤元件1包括本体11、与本体11相连接的转轴12。为了实现揉纤元件1与机架2的相转动连接，机架2上连接有多个与转轴12相配合的轴承组件3，轴承组件3包括设置在机架2前侧的第一轴承31以及设置在机架2后侧的第二轴承32，其中，第一轴承31的轴心线与第二轴承32的轴心线相重合，转轴12穿过机架2分别与第一轴承31、第二轴承32相转动连接。为了便于转轴12穿过机架2，沿着机架2的前后方向开设有贯穿机架2的通槽21。为了实现揉纤元件1与机架2的相固定连接，转轴12插销连接的方式实现揉纤元件1与机架2的相固定连接。

如图3、图4所示，揉纤元件1还包括形成在本体11的表面且向外凸出的多个凸部13，凸部13的延伸方向与本体11的延伸方向一致，凸部13的外端部呈圆弧状，多个凸部13在本体11的圆周上间隔设置，相邻两个凸部13之间的本体11表面向着所述本体11的内部凹陷，在揉纤元件1的横截面上，凸部13和凹陷的本体11在圆周方向上形成周期排列的峰14、谷15。其中，本体的直径为210mm，峰14的峰顶与其相邻的谷15的谷底之间的垂直距离H为5mm，相邻的两个谷15的谷底之间的水平距离W为8mm。

下述实施例以及对比例中的干燥设备为市售装置，其中干燥设备的干燥腔的长度为15m。

实施例1

（1）将含有芳香族聚噁二唑的纺丝液经脱泡后通入纺丝组件，经过喷丝头形成原液细流，原液细流进入硫酸凝固液中生成初生纤维，初生纤维经过拉伸后进行水洗；

（2）水洗结束后，利用揉纤机使其蓬松，其中初生纤维与揉纤机的连接关系为：将初生纤维沿上排的第一揉纤元件绕至下排的第一揉纤元件，再绕至上排的第二揉纤元件，并依次绕至最后一个揉纤元件并从其中牵引出来，初生纤维的牵引速度为10m/min；

（3）从揉纤机牵引出的初生纤维以10m/min的速度通过干燥设备后即可制得芳香族聚噁二唑纤维，其中，干燥的温度为200℃。

经测试，芳香族聚噁二唑纤维的回潮率为5.0%，强度为3.6cN/dtex，纤维蓬松度佳。

实施例2

与实施例1的区别在于，初生纤维的绕设方式不同，初生纤维沿下排的第一揉纤元件绕至上排的第一揉纤元件，再绕至下排的第二揉纤元件，然后依次绕至最后一个揉纤元件并从其中牵引出来。

经测试，芳香族聚噁二唑纤维的回潮率为5.5%，强度为3.5cN/dtex，纤维蓬松度佳。

实施例3

与实施例1的区别在于，初生纤维的牵引速度不同，本实施例中初生纤维的牵引速度为30m/min，通过干燥设备的速度为30m/min。

经测试，芳香族聚噁二唑纤维的回潮率为10%，强度为3.3cN/dtex，纤维蓬松度佳。

对比例1

与实施例1的区别在于，初生纤维水洗后直接以5m/min的速度通过干燥设备，其中，干燥的温度为200℃。

经测试，芳香族聚噁二唑纤维的回潮率为15%，强度为2.6cN/dtex，纤维蓬松度差。

对比例2

与实施例1的区别在于，干燥的温度为150℃，初生纤维通过干燥设备的速度为5m/min。

经测试，芳香族聚噁二唑纤维的回潮率为12%，强度为3.0cN/dtex，纤维蓬松度佳。

以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种芳香族聚噁二唑纤维的生产方法，使纺丝液经凝固浴凝固、拉伸后形成初生纤维，再经清洗、干燥后制得所述芳香族聚噁二唑纤维，其特征在于：所述生产方法还包括在将所述初生纤维干燥前先利用揉纤机使所述初生纤维蓬松的步骤；其中，所述揉纤机包括多个揉纤元件，每个所述揉纤元件包括本体、多个形成在所述本体的表面且向外凸出的凸部，所述凸部的延伸方向与所述本体的延伸方向一致，多个所述揉纤元件上下错位排列在所述揉纤机的机架上；利用所述揉纤机使所述初生纤维蓬松的方法为牵引所述初生纤维以使所述初生纤维相对所述揉纤元件运动，所述初生纤维依次交错绕设在上下两排所述揉纤元件上，所述初生纤维依次交错绕设的方式为沿着所述初生纤维的牵引方向，所述初生纤维沿位于下排的第一个揉纤元件绕至位于上排的第一个揉纤元件，再绕至位于下排的第二个揉纤元件，然后依次绕至最后一个揉纤元件并从其中牵引出来；或者，所述初生纤维沿位于上排的第一个揉纤元件绕至位于下排的第一个揉纤元件，再绕至位于上排的第二个揉纤元件，然后依次绕至最后一个揉纤元件并从其中牵引出来，若第一个揉纤元件位于上排，所述初生纤维沿位于下排的第一个揉纤元件开始绕设；若第一个揉纤元件位于下排，所述初生纤维沿位于上排的第一个揉纤元件开始绕设。

2.根据权利要求1所述的芳香族聚噁二唑纤维的生产方法，其特征在于：控制牵引速度为10~50m/min。

3.根据权利要求1所述的芳香族聚噁二唑纤维的生产方法，其特征在于：所述初生纤维的延伸方向与所述揉纤元件的轴心线垂直。

4.根据权利要求1所述的芳香族聚噁二唑纤维的生产方法，其特征在于：多个所述揉纤元件中至少一部分能够绕着其轴心线转动。

5.根据权利要求4所述的芳香族聚噁二唑纤维的生产方法，其特征在于：位于上排的所述揉纤元件的轴心线位于第一平面，位于下排的所述揉纤元件的轴心线位于第二平面，所述第一平面与所述第二平面相平行。

6.根据权利要求4所述的芳香族聚噁二唑纤维的生产方法，其特征在于：所述揉纤元件的个数为8~15个，其中至少有6~12个揉纤元件与所述机架相转动连接且能够在所述初生纤维的带动下绕着自身轴心线转动，剩余的所述揉纤元件与所述机架相固定连接且无法在所述揉纤元件的带动下转动。

7.根据权利要求6所述的芳香族聚噁二唑纤维的生产方法，其特征在于：与所述机架相固定连接的揉纤元件相邻地排列在同一平面上。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的芳香族聚噁二唑纤维的生产方法，其特征在于：所述初生纤维依次交错绕设在上下两排所述揉纤元件上。

9.根据权利要求1所述的芳香族聚噁二唑纤维的生产方法，其特征在于：所述凸部的外端部呈圆弧状。

10.根据权利要求1或9所述的芳香族聚噁二唑纤维的生产方法，其特征在于：多个所述凸部在所述揉纤元件的圆周上间隔设置，相邻两个所述凸部之间的本体表面向着所述本体的内部凹陷；在所述揉纤元件的横截面上，所述凸部和所述凹陷的本体在圆周方向上形成周期排列的峰、谷。

11.根据权利要求1所述的芳香族聚噁二唑纤维的生产方法，其特征在于：所述生产方法还包括在所述初生纤维经揉纤机蓬松后，将其通入干燥设备在200~400℃下干燥0.5~1.5min以获得所述芳香族聚噁二唑纤维的步骤。

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