一种聚丙烯腈纤维的湿法纺丝方法及聚丙烯腈纤维技术

本发明专利技术是关于一种聚丙烯腈纤维的湿法纺丝方法及聚丙烯腈纤维。主要采用的技术方案为：一种聚丙烯腈纤维的湿法纺丝方法，包括如下步骤：喷丝：纺丝液经喷丝组件的喷丝孔挤出，得到纺丝细流；凝固成型：所述纺丝细流进入凝固浴中凝固成型，得到初生纤维；热牵伸处理：对所述初生纤维进行多级热牵伸处理；水洗处理：对热牵伸处理后的纤维进行水洗处理；干燥、热定型处理：对水洗后的纤维依次进行干燥、热定型处理，得到聚丙烯腈纤维。一种聚丙烯腈纤维由上述的聚丙烯腈纤维的湿法纺丝方法制备而成。本发明专利技术主要用于确保纺丝液在纺丝工序的可纺性，以及提高聚丙烯腈纤维的力学性能。

A wet spinning method of polyacrylonitrile fibers and polyacrylonitrile fibers

【技术实现步骤摘要】
一种聚丙烯腈纤维的湿法纺丝方法及聚丙烯腈纤维
本专利技术涉及一种聚丙烯腈纤维
，特别是涉及一种聚丙烯腈纤维的湿法纺丝方法及聚丙烯腈纤维。
技术介绍
聚丙烯腈纤维是世界三大合成纤维之一，具有弹性好、手感柔软、保暖性好等优点，有“合成羊毛”之称，因此被广泛应用在服装、装饰、室外纺织品等领域。但是聚丙烯腈纤维的极限氧指数LOI值仅为17～18.5％，是极易燃烧的合成纤维之一，在使用过程中容易引起火灾威胁人们的生命财产安全。因此，阻燃聚丙烯腈纤维也成为各国合成纤维工业的开发与研究热点。由于高分子化学改性法具有阻燃单体用量少、阻燃效果最持久、成本较低的优点，美国伊斯曼、英国考陶尔兹、日本钟渊等公司均使用此方法生产阻燃聚丙烯腈纤维。我国虽然20世纪60年代就开始研究阻燃腈纶纤维的生产技术，但由于生产技术与设备等问题发展缓慢，阻燃腈纶纤维的纺丝技术几近空白，至今未能大规模产业化。本专利技术的专利技术人发现，现有技术的研究基本着重于聚丙烯腈纤维的LOI(极限氧指数)的提高，但是，由此带来的纺丝液在纺丝工序可纺性差、以及制成的聚丙烯腈纤维力学性能的下降却较少兼顾。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种聚丙烯腈纤维的湿法纺丝方法及聚丙烯腈纤维，主要目的在于确保纺丝液在纺丝工序的可纺性，提高纤维的力学性能。为达到上述目的，本专利技术主要提供如下技术方案：一方面，本专利技术的实施例提供一种聚丙烯腈纤维的湿法纺丝方法，其包括如下步骤：喷丝：纺丝液经喷丝组件的喷丝孔挤出，得到纺丝细流；凝固成型：所述纺丝细流进入凝固浴中凝固成型，得到初生纤维；热牵伸处理：对所述初生纤维进行热牵伸处理；水洗处理：对热牵伸处理后的纤维进行水洗处理；干燥、热定型处理：对水洗后的纤维依次进行干燥、热定型处理，得到聚丙烯腈纤维。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。优选的，在所述热牵伸处理的步骤中，牵伸介质选用甘油；和/或所述热牵伸处理为多级热牵伸处理；其中，前一级热牵伸的温度低于后一级热牵伸的温度；优选的，所述热牵伸处理的温度为100～130℃。优选的，在所述热牵伸处理的步骤中，对所述初生纤维进行三级热牵伸处理；其中，第一级热牵伸的温度为100～105℃，第一级热牵伸的倍数为1.2～2倍；和/或第二级热牵伸的温度为110～120℃，第二级热牵伸的倍数为2～3倍；和/或第三级热牵伸的温度为125～130℃，第三级热牵伸的倍数为1.2～2倍。优选的，在所述水洗处理的步骤中：所述水洗处理的温度为50～70℃、水洗处理的时间为1～3min。优选的，所述干燥、热定型处理步骤中的干燥步骤为：对所述水洗处理后的纤维进行真空干燥处理；优选的，干燥处理的温度40～50℃，干燥处理的时间为12～24h；和/或所述干燥、热定型处理步骤中的热定型处理步骤包括：松弛热定型：对干燥后的纤维进行松弛热定型；优选的，所述松弛热定型的步骤中，负牵伸的介质选用甘油；优选的，所述松弛热定型的步骤中，温度为140～150℃，负牵伸率为-30％至-10％；水洗：对松弛热定型处理后的纤维进行水洗；优选的，所述水洗的温度60～80℃，所述水洗的时间为3～5min；干燥热定型：对水洗后的纤维进行干燥热定型；优选的，所述干燥热定型的温度为50～60℃、所述干燥热定型的时间为12～24h；优选的，所述干燥热定型在真空条件下进行。优选的，所述喷丝板的孔径为0.065～0.1mm。优选的，在所凝固成型的步骤中：所述凝固浴包括：一级凝固浴：所述一级凝固浴包括溶剂和水；其中，一级凝固浴中的溶剂选用二甲基亚砜、二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺中一种或多种；优选的，一级凝固浴中的溶剂含量为30～60％；优选的，一级凝固浴的温度为30～60℃；二级凝固浴：所述二级凝固浴包括溶剂和水；其中，二级凝固浴中的溶剂选用二甲基亚砜、二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺中一种或多种；优选的，二级凝固浴中的溶剂含量为15～25％；优选的，二级凝固浴的温度为60～80℃；其中，所述纺丝细流先进入一级凝固浴中凝固成型得到凝固丝条，所述凝固丝条再进入二级凝固浴中凝固成型。优选的，所述纺丝细流在一级凝固浴中的凝固时间为20～100s、负牵伸率为-50％至-20％；和/或所述凝固丝条在二级凝固浴中的凝固时间为30～120s、拉伸倍数为1.2～1.5倍。优选的，所述纺丝液是由主单体丙烯腈、共聚单体、溶剂及引发剂聚合反应制得；优选的，所述共聚单体选用卤元素含量大于氯乙烯中氯元素含量的卤代烯烃；优选的，所述共聚单体选用偏氯乙烯、二溴乙烯中的一种或两种；优选的，丙烯腈占总单体质量的40～60％，共聚单体占总单体质量的40～60％；其中，总单体质量为主单体和共聚单体的质量之和；优选的，所述溶剂为二甲基亚砜、二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺中一种或多种；优选的，所述引发剂为偶氮二异丁腈；优选的，所述聚合反应的转化率大于90％；优选的，所述纺丝液固含量为30～40％；优选的，所述纺丝液的使用温度为30～60℃。另一方面，本专利技术的实施例提供一种聚丙烯腈纤维，其中，所述聚丙烯腈纤维的纤度为1.7～2.2dtex；所述聚丙烯腈纤维的强度为2.2～3.2cN/dtex；所述聚丙烯腈纤维的伸长率为26～38％；优选的，所述聚丙烯腈纤维的极限氧指数LOI值为26.5～30％；优选的，所述聚丙烯腈纤维由上述任一项所述的聚丙烯腈纤维的湿法纺丝方法制备而成。与现有技术相比，本专利技术的聚丙烯腈纤维的湿法纺丝方法及聚丙烯腈纤维至少具有下列有益效果：1.本专利技术提出的聚丙烯腈纤维的湿法纺丝方法采用“先热牵伸再水洗的步骤”而不是现有技术中的“先水洗后牵伸的步骤”。本专利技术人发现采用现有技术中的“先水洗后牵伸的方法”，在热水牵伸和高温牵伸时纤维可牵伸性很差，即纺丝液使用现有纺丝工序会出现可纺性差的情况。而专利技术人首次提出在凝固成型后，先进行牵伸、后进行水洗；这样从凝固浴出来的初生纤维中溶剂含量较高，溶剂在纤维中会起到分子链间的增塑作用，有利于热牵伸的牵伸倍数的提高，从而解决了可纺性差的技术问题。2.本专利技术提出的聚丙烯腈纤维的湿法纺丝方法将现有技术工艺中的“热水牵伸”和“蒸汽牵伸”合二为一(即，热牵伸处理)。相对于现有技术降低了长工序过程中分子链松弛时间，提高了取向度，有利于提高纤维性能。进一步的，不同于现有技术的“蒸汽牵伸”，本申请采用三级热牵伸并使用甘油作为牵伸介质对纤维进行高温牵伸，分级牵伸可得到更高牵倍，同时相对于蒸汽牵伸设备要求低，可操作性强。3.本专利技术提出的聚丙烯腈纤维的湿法纺丝方法中的干燥处理步骤采用真空干燥，真空环境干燥有利于纤维中的微孔闭合，降低纤维缺陷进一步提高纤维性能，并且真空条件下干燥温度降低，可防止纤维过早氧化。4.本专利技术提出的聚丙烯腈纤维的湿法纺丝方法选择适宜的纺丝液使用温度及凝固浴温度、浓度等条件，大大提高了阻燃聚丙烯腈纺丝液的可纺性，同时在热牵伸工序中使用甘油介质进行多级高倍牵伸，提高了纤维的力学性能。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例详细说明如后。具体实施方式为更进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，以下结合较佳实施例，对依据本专利技术申请的具体实施方式、结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚丙烯腈纤维的湿法纺丝方法，其特征在于，其包括如下步骤：喷丝：纺丝液经喷丝组件的喷丝孔挤出，得到纺丝细流；凝固成型：所述纺丝细流进入凝固浴中凝固成型，得到初生纤维；热牵伸处理：对所述初生纤维进行热牵伸处理；水洗处理：对热牵伸处理后的纤维进行水洗处理；干燥、热定型处理：对水洗后的纤维依次进行干燥、热定型处理，得到聚丙烯腈纤维。

【技术特征摘要】
1.一种聚丙烯腈纤维的湿法纺丝方法，其特征在于，其包括如下步骤：喷丝：纺丝液经喷丝组件的喷丝孔挤出，得到纺丝细流；凝固成型：所述纺丝细流进入凝固浴中凝固成型，得到初生纤维；热牵伸处理：对所述初生纤维进行热牵伸处理；水洗处理：对热牵伸处理后的纤维进行水洗处理；干燥、热定型处理：对水洗后的纤维依次进行干燥、热定型处理，得到聚丙烯腈纤维。2.根据权利要求1所述的聚丙烯腈纤维的湿法纺丝方法，其特征在于，在所述热牵伸处理的步骤中，牵伸介质选用甘油；和/或所述热牵伸处理为多级热牵伸处理；其中，前一级热牵伸的温度低于后一级热牵伸的温度；优选的，所述热牵伸处理的温度为100～130℃。3.根据权利要求1或2所述的聚丙烯腈纤维的湿法纺丝方法，其特征在于，在所述热牵伸处理的步骤中，对所述初生纤维进行三级热牵伸处理；其中，第一级热牵伸的温度为100～105℃，第一级热牵伸的倍数为1.2～2倍；和/或第二级热牵伸的温度为110～120℃，第二级热牵伸的倍数为2～3倍；和/或第三级热牵伸的温度为125～130℃，第三级热牵伸的倍数为1.2～2倍。4.根据权利要求1-3任一项所述的聚丙烯腈纤维的湿法纺丝方法，其特征在于，在所述水洗处理的步骤中：所述水洗处理的温度为50～70℃、水洗处理的时间为1～3min。5.根据权利要求1-4任一项所述的聚丙烯腈纤维的湿法纺丝方法，其特征在于，所述干燥、热定型处理步骤中的干燥步骤为：对所述水洗处理后的纤维进行真空干燥处理；优选的，干燥处理的温度40～50℃，干燥处理的时间为12～24h；和/或所述干燥、热定型处理步骤中的热定型处理步骤包括：松弛热定型：对干燥后的纤维进行松弛热定型；优选的，所述松弛热定型的步骤中，负牵伸的介质选用甘油；优选的，所述松弛热定型的步骤中，温度为140～150℃，负牵伸率为-30％至-10％；水洗：对松弛热定型处理后的纤维进行水洗；优选的，所述水洗的温度60～80℃，所述水洗的时间为3～5min；干燥热定型：对水洗后的纤维进行干燥热定型；优选的，所述干燥热定型的温度为50～60℃、所述干燥热定型的时间为12～24h；优选的，所述干燥热定型在真空条件下进行。6.根据权利要求1-5任一项所述的聚丙烯腈纤维的湿...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕春祥，赵宇飞，李永红，
申请(专利权)人：中国科学院山西煤炭化学研究所，
类型：发明
国别省市：山西,14