專利名稱：一種制造芳綸Ⅲ的多級拉伸工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種芳綸III的紡絲工藝，更具體地說，本發明涉及一種制造高強高模芳綸III的紡絲過程中的多級拉伸工藝，屬于化學合成纖維技術領域。
背景技術：
芳綸III纖維類似于俄羅斯的APMOC纖維，由對苯二甲酰氯，對苯二胺，5 ￠)-胺基-2-(4-胺基苯基)苯并咪唑三種單體共聚而成。這種纖維的拉伸強度和拉伸模量分別比Dupont公司的Kevlar49纖維高出38%和20%。芳絕III纖維增強復合材料廣泛用于國防軍工，航空航天及民用高端材料領域。一般而言強度> 30cn/dtex,模量> 930cn/dtex的芳綸III叫做高強高模芳綸III纖維。實驗發現，在芳綸III標準品的基礎上，通過改變纖維成型加工過程中的拉伸工藝， 可進一步提高纖維的力學性能，相關技術在本領域未見公開報道與使用。申請號200880121667. X公開了采用干法紡絲過程制備聚間苯二甲酰間苯二胺纖維，其中提到利用多個拉伸步驟在O. 25至2克/旦尼爾的張力下拉伸所述纖維至少3倍的初始速度，其中每個拉伸步驟之間的停留時間為至少I秒鐘。該技術多級拉伸的每個步驟均采用塑化正拉伸，紡絲方法為干法紡絲。這種干法紡絲的多級正拉伸方法不能利用來制備芳綸III纖維。申請號201110133797. 9公開了采用干噴濕紡方法制備中模量聚對苯二甲酰對苯二胺纖維，其中提及對尚未干燥的濕紗進行多級拉伸工藝，即在初步洗滌、初步中和、二次洗滌、二次中和、三次洗滌及干燥前的任意兩個工序之間，或者在三次洗滌后與干燥前對濕紗實施I 5次拉伸操作，O <總拉伸度< 3%。同樣，該技術多級拉伸的每個步驟均采用塑化正拉伸，紡絲方法為干噴濕紡法紡絲。這種干濕紡絲的多級正拉伸方法不能利用來制備芳綸III纖維。
發明內容
本發明旨在解決現有拉伸工藝不適用于芳綸III纖維，無法使標準芳綸III纖維通過提高纖維的力學性能，制成高強高模芳綸III纖維的問題，提供一種芳綸III纖維紡絲過程中的拉伸工藝，使得在芳綸III標準品的基礎上，通過改變纖維成型加工過程中的拉伸工藝，進一步提高纖維的力學性能，得到高強高模芳綸III纖維。為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下
一種制造高強高模芳綸III的多級拉伸工藝，其特征在于包括如下工藝步驟
A、通過本領域常規工藝制備的紡絲原液經過噴絲頭擠出細流，細流在第一凝固浴中凝固，控制拉伸率為-75 -30%進行負拉伸處理；
B、在第一凝固浴中凝固以及負拉伸處理后的纖維進入第二凝固浴，控制拉伸率為90 150%進行增塑拉伸處理；
C、在第二凝固液中凝固、拉伸成形的纖維進入水洗機洗滌；D、將經過洗滌的纖維送入濕熱拉伸浴中再次進行增塑拉伸處理，使纖維進一歩充分取向，控制拉伸率為I 10%，得到產品高強高模芳綸III纖維。本發明采用的是常規濕法紡絲方法，其中用到的第一凝固浴、第二凝固浴以及濕熱拉伸浴都為濕法紡絲的常規凝固浴，具體為
第一凝固浴1、こ醇和水；2、甲基吡咯烷酮和水；3、ニ甲基こ酰胺和水；4、ニ甲基甲酰胺和水。配比水在混和液中的重量百分比為30 60%。第二凝固浴1、こ醇和水；2、甲基吡咯烷酮和水；3、ニ甲基こ酰胺和水；4、ニ甲基甲酰胺和水。配比水在混和液中的重量百分比為70 90%。 濕熱拉伸浴為去離子水。本發明步驟A中所述的第一凝固浴的溫度為10 35°C，拉伸時間為0. 5sec Imin0本發明步驟B中所述的第二凝固浴的溫度為20 70°C，拉伸時間為0. Isec Imin0本發明步驟C中所述的纖維進入水洗機洗滌，除去氯化氫與聚合溶劑，洗滌液為去離水，洗滌溫度為60 99°C，洗滌時間為2 20min。本發明步驟D中所述的濕熱拉伸浴的拉伸溫度為80 99°C，拉伸時間為Isec 50seco本發明步驟D中所述的拉伸率為3 7%。采用本發明的優點在于
I、采用本發明技術能顯著提高芳綸III纖維的力學性能，復絲拉伸強度由30cN/dteX，提高到32cN/dteX ;拉伸模量由850cN/dteX，提高到950cN/dteX。得到的高強度高模量纖維能夠應用于市場要求更高的應用領域。2、エ業成本低，效率高。本發明采用本領域常規エ藝設備，通過改進優化工藝步驟和エ藝參數制備高強高模芳綸III纖維，這種技術易于實現エ業化規模生產，生產成本與芳綸III標準品的生產成本相似，并不額外増加成本，得到的纖維產品質量穩定可靠。3、本發明采用的多級拉伸エ藝，使纖維生產過程易于穩定控制，并且使芳綸III纖維的取向度、結晶度更高，從而進一步提高了纖維性能。4、本發明拉伸溫度和拉伸時間的選擇既能使纖維充分凝固，避免纖維強度降低給后續生產エ序造成加工困難，又不會導致纖維由于凝固太快而形成嚴重的皮芯結構從而影響纖維強度，降低成本，提高效率。5、本發明洗滌溫度和洗滌時間的選擇能夠完全除去氯化氫與聚合溶劑，同時保證成本低,生產效率高。
具體實施例方式實施例I
一種制造高強高模芳綸III的多級拉伸エ藝，包括如下エ藝步驟
A、將紡絲原液經過噴絲頭擠出細流，細流在第一凝固浴中凝固，控制拉伸率為-75%進行負拉伸處理；
B、在第一凝固浴中凝固以及負拉伸處理后的纖維進入第二凝固浴，控制拉伸率為90%進行增塑拉伸處理；
C、在第二凝固液中凝固、拉伸成形的纖維進入水洗機洗滌；
D、將經過洗滌的纖維送入濕熱拉伸浴中再次進行增塑拉伸處理，控制拉伸率為1%，得到產品高強高模芳綸III纖維。 實施例2
一種制造高強高模芳綸III的多級拉伸工藝，包括如下工藝步驟
A、將紡絲原液經過噴絲頭擠出細流，細流在第一凝固浴中凝固，控制拉伸率為-30%進行負拉伸處理；
B、在第一凝固浴中凝固以及負拉伸處理后的纖維進入第二凝固浴，控制拉伸率為150%進行增塑拉伸處理；
C、在第二凝固液中凝固、拉伸成形的纖維進入水洗機洗滌；
D、將經過洗滌的纖維送入濕熱拉伸浴中再次進行增塑拉伸處理，控制拉伸率為10%，得到產品高強高模芳綸III纖維。實施例3
一種制造高強高模芳綸III的多級拉伸工藝，包括如下工藝步驟
A、將紡絲原液經過噴絲頭擠出細流，細流在第一凝固浴中凝固，控制拉伸率為52.5%進行負拉伸處理；
B、在第一凝固浴中凝固以及負拉伸處理后的纖維進入第二凝固浴，控制拉伸率為120%進行增塑拉伸處理；
C、在第二凝固液中凝固、拉伸成形的纖維進入水洗機洗滌；
D、將經過洗滌的纖維送入濕熱拉伸浴中再次進行增塑拉伸處理，控制拉伸率為5.5%，得到產品高強高模芳綸III纖維。實施例4
一種制造高強高模芳綸III的多級拉伸工藝，包括如下工藝步驟
A、將紡絲原液經過噴絲頭擠出細流，細流在第一凝固浴中凝固，控制拉伸率為-40%進行負拉伸處理；
B、在第一凝固浴中凝固以及負拉伸處理后的纖維進入第二凝固浴，控制拉伸率為90 150%進行增塑拉伸處理；
C、在第二凝固液中凝固、拉伸成形的纖維進入水洗機洗滌；
D、將經過洗滌的纖維送入濕熱拉伸浴中再次進行增塑拉伸處理，控制拉伸率為I 10%，得到產品高強高模芳綸III纖維。實施例5
在實施例I 4的基礎上，優選如下
在步驟A中所述的第一凝固浴的溫度為10°C，拉伸時間為O. 5sec。在步驟B中所述的第二凝固浴的溫度為20°C，拉伸時間為O. lsec。在步驟C中所述的纖維進入水洗機洗滌，除去氯化氫與聚合溶劑，洗滌液為去離水，洗滌溫度為60°C，洗滌時間為2min。
在步驟D中所述的濕熱拉伸浴的拉伸溫度為80°C，拉伸時間為lsec。在步驟D中所述的拉伸率為3%。實施例6
在實施例I 4的基礎上，優選如下
在步驟A中所述的第一凝固浴的溫度為35 °C，拉伸時間為lmin。在步驟B中所述的第二凝固浴的溫度為70°C，拉伸時間為lmin。在步驟C中所述的纖維進入水洗機洗滌，除去氯化氫與聚合溶劑，洗滌液為去離水，洗滌溫度為99°C，洗滌時間為20min。在步驟D中所述的濕熱拉伸浴的拉伸溫度為99°C，拉伸時間為50sec。在步驟D中所述的拉伸率為7%。實施例7
在實施例I 4的基礎上，優選如下
在步驟A中所述的第一凝固浴的溫度為22. 5°C，拉伸時間為30. 25sec0在步驟B中所述的第二凝固浴的溫度為45°C，拉伸時間為30. 05sec。在步驟C中所述的纖維進入水洗機洗滌，除去氯化氫與聚合溶劑，洗滌液為去離水，洗滌溫度為79. 5°C，洗滌時間為llmin。在步驟D中所述的濕熱拉伸浴的拉伸溫度為89. 5°C，拉伸時間為25. 5sec。在步驟D中所述的拉伸率為5%。實施例8
在實施例I 4的基礎上，優選如下
在步驟A中所述的第一凝固浴的溫度為30°C，拉伸時間為21sec。在步驟B中所述的第二凝固浴的溫度為66°C，拉伸時間為0. 7sec。在步驟C中所述的纖維進入水洗機洗滌，除去氯化氫與聚合溶劑，洗滌液為去離水，洗滌溫度為62°C，洗滌時間18min。在步驟D中所述的濕熱拉伸浴的拉伸溫度為83°C，拉伸時間為37sec。在步驟D中所述的拉伸率為4%。實施例9
利用對苯ニ甲酰氯，對苯ニ胺，5 (6)-胺基-2- (4-胺基苯基)苯并咪唑三種單體通過低溫溶液縮聚反應制備芳綸III聚合物樹脂，然后采用多級拉伸濕法紡絲技術紡制芳綸III纖維。多級拉伸エ藝為
a、纖維在一凝液中采用負拉伸，拉伸率為-55%，拉伸溫度20°C，拉伸時間為30sec。b、一凝液中凝固后的纖維進入ニ凝液進ー步凝固，纖維在ニ凝液中采用一次塑化拉伸，拉伸率為100%。拉伸溫度為50°C，拉伸時間為lOsec。C、在ニ凝液中充分凝固成形的纖維進入水洗機洗滌干凈。洗滌溫度為80°C。d、纖維進入濕熱拉伸浴中進行二次增塑拉伸，拉伸率為7%。拉伸溫度為90°C，拉伸時間為25sec。在其它エ藝條件相同的情況下，采用上述拉伸エ藝制備的芳綸III纖維拉伸強度為31. 5cN/dtex,拉伸模量為920cN/dtex,斷裂伸長率為3. 15%
實施例10采用與實施例I相同的方法制備芳綸III聚合物樹脂，然后采用多級拉伸濕法紡絲技術紡制芳綸III纖維。多級拉伸工藝為
a、纖維在一凝液中采用負拉伸，拉伸率為-60%，拉伸溫度20°C，拉伸時間為30sec。b、纖維在二凝液中采用一次塑化拉伸，拉伸率為110%。拉伸溫度為60°C，拉伸時間為IOsec。C、纖維在水洗機洗滌干凈。洗滌溫度為90°C。d、纖維在濕熱拉伸浴中進行二次增塑拉伸，拉伸率為5%。拉伸溫度為90°C，拉伸時間為25sec。在其它工藝條件相同的情況下，采用上述拉伸工藝制備的芳綸III纖維拉伸強度為32. 5cN/dtex,拉伸模量為990cN/dtex,斷裂伸長率為3. 05% 實施例11
采用與實施例I相同的方法制備芳綸III聚合物樹脂，然后采用多級拉伸濕法紡絲技術紡制芳綸III纖維。多級拉伸工藝為
a、纖維在一凝液中米用負拉伸，拉伸率為-65%,拉伸溫度25°C,拉伸時間為20sec。b、纖維在二凝液中采用一次塑化拉伸，拉伸率為120%。拉伸溫度為45°C，拉伸時間為IOsec。C、纖維在水洗機洗滌干凈。洗滌溫度為90°C。d、纖維在濕熱拉伸浴中進行二次增塑拉伸，拉伸率為3%。拉伸溫度為95°C，拉伸時間為20sec。在其它工藝條件相同的情況下，采用上述拉伸工藝制備的芳綸III纖維拉伸強度為32cN/dtex,拉伸模量為960cN/dtex,斷裂伸長率為3. 1%
實施例1權利要求
1.一種制造高強高模芳綸III的多級拉伸工藝，其特征在于包括如下工藝步驟 A、將紡絲原液經過噴絲頭擠出細流，細流在第一凝固浴中凝固，控制拉伸率為-75 -30%進行負拉伸處理； B、在第一凝固浴中凝固以及負拉伸處理后的纖維進入第二凝固浴，控制拉伸率為90 150%進行增塑拉伸處理； C、在第二凝固液中凝固、拉伸成形的纖維進入水洗機洗滌； D、將經過洗滌的纖維送入濕熱拉伸浴中再次進行增塑拉伸處理，控制拉伸率為I 10%，得到產品高強高模芳綸III纖維。
2.根據權利要求I所述的一種制造高強高模芳綸III的多級拉伸工藝，其特征在于在步驟A中所述的第一凝固浴的溫度為10 35°C,拉伸時間為0. 5sec lmin。
3.根據權利要求I所述的一種制造高強高模芳綸III的多級拉伸工藝，其特征在于在步驟B中所述的第二凝固浴的溫度為20 70°C，拉伸時間為0. Isec lmin。
4.根據權利要求I所述的一種制造高強高模芳綸III的多級拉伸工藝，其特征在于在步驟C中所述的纖維進入水洗機洗滌，除去氯化氫與聚合溶劑，洗滌液為去離水，洗滌溫度為60 99°C，洗滌時間為2 20min。
5.根據權利要求I所述的一種制造高強高模芳綸III的多級拉伸工藝，其特征在于在步驟D中所述的濕熱拉伸浴的拉伸溫度為80 99°C,拉伸時間為Isec 50sec。
6.根據權利要求I或5所述的一種制造高強高模芳綸III的多級拉伸工藝，其特征在于在步驟D中所述的拉伸率為3 7%。
全文摘要
本發明涉及一種制造芳綸Ⅲ的多級拉伸工藝，屬于化學合成纖維技術領域。本發明包括負拉伸工藝、增塑拉伸處理、水洗以及再次進行增塑拉伸處理得到最后產品。采用本發明技術能顯著提高芳綸Ⅲ纖維的力學性能，復絲拉伸強度由30cN/dtex,提高到32cN/dtex；拉伸模量由850cN/dtex,提高到950cN/dtex。得到的高強度高模量纖維能夠應用于市場要求更高的應用領域。
文檔編號D01D5/12GK102797061SQ20121029005
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月15日 優先權日2012年8月15日
發明者王鳳德, 劉克杰, 楊文良, 曹先軍, 陳超峰, 蘭江, 彭濤 申請人:中藍晨光化工研究設計院有限公司