专利名称：一种对位芳纶细旦纤维及其制备方法
技术领域：
本发明属于纺织领域，具体涉及一种对位芳纶细旦纤维及其制备方法。
背景技术：
芳纶纤维是一种高科技特种纤维，在高强度轮胎及橡胶工业、防弹材料和防护服装、摩擦密封绝缘材料、航天航空结构件、高强度耐冲击耐磨损复合材料、高强度耐腐蚀耐热绳缆等领域具有广阔的应用前景。随着芳纶纤维制备工艺的进步，生产的逐步扩大，以及芳纶纤维良好的绝缘性和抗腐蚀性，使得它在纤维增强绳缆、通讯电子器材等方面的应用也迅速扩大，尤其是通讯电子器材方面对芳纶细旦纤维的需求日益增加。现有技术中，制备对位芳纶纤维(即芳纶1414)最主要的工艺方法是采用对苯二甲酰氯和对苯二胺，以N-甲基吡咯烷酮/氯化钙为溶剂体系进行低温溶液缩聚得到对位芳纶聚合体；该对位芳纶聚合体再经水洗、过滤、硫酸溶解、过滤、脱泡、纺丝、洗涤、干燥和收卷得到对位芳纶纤维。这种生产方法存在着如下一些不足1)对位芳纶聚合体溶解在浓硫酸等强酸体系中时溶解不均勻，会有凝胶粒子，这些凝胶粒子会影响纺丝效果，甚至使不能正常纺丝；2)芳纶聚合体在浓硫酸中随溶解时间增加、溶解温度的提高而降解加剧，这很容易影响成品纤维的物理性能；3)由于溶液粘度高脱泡困难，残留气泡会造成毛丝和断头，甚至使无法正常生产，这对于细旦纤维的影响尤为明显。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种改进的对位芳纶细旦纤维的制备方法。为解决以上技术问题，本发明采取如下技术方案一种对位芳纶细旦纤维的制备方法，包括如下步骤
(1)、使强酸和对位芳纶聚合体相混合，所得混合料再送入高剪切双螺杆挤出机中溶解，溶解时间在15 30分钟之间，得到对位芳纶聚合体溶液；
(2)、使步骤(1)所得溶液先经滤网精度为50(Γ800目的过滤器进行第一次过滤，再经滤网精度为100(Γ1500目的过滤器进行第二次过滤；
(3)、将步骤(2)第二次过滤得到的滤液送入连续薄膜脱泡装置进行脱泡；
(4)、将经过步骤(3)脱泡后所得的溶液再送入滤网精度为150(Γ2500目的过滤器进行第三次过滤；
(5)、将经过步骤(4)第三次过滤后得到的滤液送入纺丝组件进行喷丝、拉伸，再送入冷却凝固槽进行冷却凝固，形成纤维；控制喷丝时喷丝帽温度在88、5°C之间，拉伸时空气层高度在5 16毫米之间、拉伸倍数为4. 5、倍；
(6)、步骤(5)冷却凝固后所得纤维再经碱洗、水洗、干燥和收卷，制得所述的对位芳纶细旦纤维成品。优选地，步骤(1)中，所述对位芳纶聚合体占对位芳纶聚合体溶液的质量分数为18 21%。作为本发明的优选方式，步骤(1)中所使用的高剪切双螺杆挤出机是如下结构的双螺杆挤出机两根相互啮合的双螺杆的前半部分是由各种正向螺纹套、不同旋向的捏合块以及少量的反向螺纹套组合而成，其中捏合块的总长度占该部分长度的30%以上，更为优选地，双螺杆的后半部分由沿出口方向螺距逐渐减小的螺纹套组成。具体可选择专利号为ZL 200510030946.3的专利中所使用的双螺杆挤出机。本发明中，为防止对位芳纶聚合体随溶解时间增加、溶解温度提高而在强酸中的降解加剧，采用高剪切双螺杆挤出机并严格控制溶解时间，使对位芳纶聚合体能够实现快速溶解，最终提高纤维制品的强度。作为本发明的另一优选方式，所述连续薄膜脱泡装置的结构如下由带夹套的料桶、设置于料桶内并与料桶内壁间留有间隙的扇形面、用于驱动扇形面旋转的传动装置，以及指向扇形面的进料口构成；且扇形面在旋转过程中能够与料桶内壁在360°方向上形成漏斗，使得从所述进料口进入所述料桶内的物料能够在扇形面上在旋转离心力作用下形成薄膜。具体可选择专利号为ZL 200720066149. 5的专利中所述的制造均一性聚对苯二甲酰对苯二胺纤维的连续脱泡装置。本发明使用这种连续薄膜脱泡装置能够使纺丝原液中气泡的逸出行程大大缩短，实现高真空度的作用下快速脱泡，同时纺丝原液脱泡后的纯净度也更高。另外，步骤(5)中喷丝帽上喷孔之间的距离优选是喷孔直径的5 10倍。在对位芳纶细旦纤维的制备过程中，由于纤维直径细、喷丝孔数少，所以纺丝前浆料的均勻性和纯净度对制品的影响很大，本发明在纺丝前采用至少三道过滤工序，提高了对位芳纶聚合体溶液的均勻性和纯净度，保证了纤维成品的质量。由于对位芳纶聚合体溶液的粘度高、脱泡困难，残留气泡会造成毛丝、断头。普通纤维每束中孔数(即根数)多达几百，出现少量毛丝、断头影响不大，但对于细旦纤维每束中孔数很少，最低只有20孔，所以一旦出现一个毛丝、断头就会导致无法正常生产。因此，脱泡过程对于细旦纤维的生产也是至关重要的，本发明采用连续薄膜脱泡装置对溶液进行脱泡，能够实现快速脱泡；喷丝时选用一定高温，适当降低溶液粘度，能够防止因液滴型挤出而断丝；另外，控制拉伸工艺条件，使纤维拉出时比表面积增大，冷却凝固均勻，能够保证纺丝时每根纤维都均勻良好地纺出；大大减少纺丝过程中的毛丝和断头现象。由于以上技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点
本发明制备方法通过采用专用高剪切双螺杆挤出机和专用连续薄膜脱泡装置，通过多道过滤工序，严格控制纺丝过程中的喷丝温度、拉伸条件等，进行了工艺步骤和工艺条件的整体优化，容易实施，可操作性强，具体优点有1)脱泡效率高，脱泡彻底完全；2)纺丝原液过滤性好，纯净度高，过滤阻塞值KwS 150 ；3)有效避免了纺丝过程中的毛丝和断头现象。本发明制得的对位芳纶细旦纤维强度高、质量好，具有优良的物理性能；纤维纤度范围在3(Γ100旦之间，拉伸强度彡22CN/dtex,断裂伸长率彡2. 5%，初始模量彡550CN/dtex0
具体实施例方式下面结合具体的实施例对本发明做进一步详细的说明，但不限于这些实施例。实施例1本实施例的对位芳纶细旦纤维的制备方法，具体过程如下
(1)、在IOL捏和机中加入6L质量浓度为99. 98%的浓硫酸，搅拌下往其中加入对位芳纶聚合体，使两者相混合，然后将混合料送入专用的高剪切双螺杆挤出机(专利号ZL200510030946. 3)中溶解20min，得到对位芳纶聚合体溶液，本例中，对位芳纶聚合体的质量分数占该溶液的18. 5%。(2)、将步骤(1)得到的对位芳纶聚合体溶液压入滤网800目的过滤器1进行第一次过滤，然后再经过滤网1500目的过滤器2进行第二次过滤；
(3)、将经过步骤(2)两次过滤得到的滤液送入专用的连续薄膜脱泡装置(专利号ZL200720066149. 5)脱除气泡；
(4)、将经过步骤(3)脱泡后所得的溶液再送入滤网精度为2500目的过滤器3进行第三次过滤，并取样测Kw值为110 ；
(5)、将经过步骤(4)第三次过滤后得到的滤液送入纺丝组件，滤液经计量从喷丝帽挤出，喷丝孔间距为0. 8毫米，喷丝帽温度控制在88°C ；喷出的丝经过一高度在10毫米的空气隙进行拉伸，拉伸倍数为8倍左右；然后进入冷却凝固槽，进行冷却凝固，形成纤维；
(6)、步骤(5)冷却凝固后所得纤维再经碱洗、水洗、干燥和收卷，制得纤度为30旦的对位芳纶细旦纤维成品。测得该纤维的拉伸强度> 23CN/dtex ；断裂伸长率2. 5% ；初始模量彡 600 CN/dtex。由于对位芳纶聚合体溶解性非常差，所以只能溶解在浓硫酸等强酸体系中，且溶解得是否均勻对纺丝非常重要，若溶解不均勻透彻，则会有凝胶粒子，这些凝胶粒子太多会严重影响纺丝以及纤维产品的质量。本发明中采用黏胶纺丝检测标准方法来测对位芳纶聚合体溶液的过滤阻塞值(Kw值)，用Kw值来表征对位芳纶聚合体溶液的过滤性能。Kw值的计算公式如下
Kw = IO5X [ (2 - P2 / P1) / (P1 + P2)]式中P1 =恒压下20min后通过过滤介质的溶液量。P2 =同一试验中继续测定40min后通过规定过滤介质的溶液量。Kw值越小，则表明溶液的过滤性能越好、凝胶粒子越少。本实施例中，经过第三次过滤后的聚合体溶液的Kw值为110，而一般同类细旦纤维制备时的Kw值都在200左右，这说明本实施例的纺丝浆液具有很好的过滤性，对于纺丝十分有利。实施例2
本实施例的对位芳纶细旦纤维的制备方法，具体过程如下
(1)、在IOL捏和机中加入5L质量浓度为99. 98%的浓硫酸，搅拌下往其中加入对位芳纶聚合体，使两者相混合，然后将混合料送入专用的高剪切双螺杆挤出机(专利号ZL200510030946. 3)中溶解25min，得到对位芳纶聚合体溶液，本例中，对位芳纶聚合体的质量分数占该溶液的19. 5%。(2)、将步骤(1)得到的对位芳纶聚合体溶液压入滤网600目的过滤器1进行第一次过滤，然后再经过滤网1200目的过滤器2进行第二次过滤；
(3)、将经过步骤(2)两次过滤得到的滤液送入专用的连续薄膜脱泡装置(专利号200720066149. 5)脱除气泡；(4)、将经过步骤(3)脱泡后所得的溶液再送入滤网精度为2500目的过滤器3进行第三次过滤，并取样测Kw值为120 ；
(5)、将经过步骤(4)第三次过滤后得到的滤液送入纺丝组件，滤液经计量从喷丝帽挤出，喷丝孔间距为0. 6毫米，喷丝帽温度控制在89°C ；喷出的丝经过一高度在14毫米的空气隙进行拉伸，拉伸倍数为6倍左右；然后进入冷却凝固槽，进行冷却凝固，形成纤维；
(6)、步骤(5)冷却凝固后所得纤维再经碱洗、水洗、干燥和收卷，制得纤度为50旦的对位芳纶细旦纤维成品。测得该纤维的拉伸强度》23CN/dtex ；断裂伸长率》2. 5% ；初始模量彡 550CN/dtex。实施例3
本实施例的对位芳纶细旦纤维的制备方法，具体过程如下
(1)、在IOL捏和机中加入5L质量浓度为99. 98%的浓硫酸，搅拌下往其中加入对位芳纶聚合体，使两者相混合，然后将混合料送入专用的高剪切双螺杆挤出机(专利号ZL200510030946. 3)中溶解30min，得到对位芳纶聚合体溶液，本例中，对位芳纶聚合体的质量分数占该溶液的20%。(2)、将步骤(1)得到的对位芳纶聚合体溶液压入滤网700目的过滤器1进行第一次过滤，然后再经过滤网1500目的过滤器2进行第二次过滤；
(3)、将经过步骤(2)两次过滤得到的滤液送入专用的连续薄膜脱泡装置(专利号200720066149. 5)脱除气泡；
(4)、将经过步骤(3)脱泡后所得的溶液再送入滤网精度为2500目的过滤器3进行第三次过滤，并取样测Kw值为110 ；
(5)、将经过步骤(4)第三次过滤后得到的滤液送入纺丝组件，滤液经计量从喷丝帽挤出，喷丝孔间距为0. 4毫米，喷丝帽温度控制在88°C ；喷出的丝经过一高度在10毫米的空气隙进行拉伸，拉伸倍数为8倍左右；然后进入冷却凝固槽，进行冷却凝固，形成纤维；
(6)、步骤(5)冷却凝固后所得纤维再经碱洗、水洗、干燥和收卷，制得纤度为100旦的对位芳纶细旦纤维成品。测得该纤维的拉伸强度> 22CN/dtex ；断裂伸长率2. 5% ；初始模量彡550 CN/dtex。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。
权利要求
1.一种对位芳纶细旦纤维的制备方法，其特征在于包括如下步骤(1)、使强酸和对位芳纶聚合体相混合，所得混合料再送入高剪切双螺杆挤出机中溶解，溶解时间在15 30分钟之间，得到对位芳纶聚合体溶液；(2)、使步骤(1)所得溶液先经滤网精度为50(Γ800目的过滤器进行第一次过滤，再经滤网精度为100(Γ1500目的过滤器进行第二次过滤；(3)、将步骤(2)第二次过滤得到的滤液送入连续薄膜脱泡装置进行脱泡；(4)、将经过步骤(3)脱泡后所得的溶液再送入滤网精度为150(Γ2500目的过滤器进行第三次过滤；(5)、将经过步骤(4)第三次过滤后得到的滤液送入纺丝组件进行喷丝、拉伸，再送入冷却凝固槽进行冷却凝固，形成纤维；控制喷丝时喷丝帽温度在88、5°C之间，拉伸时空气层高度在5 16毫米之间、拉伸倍数为4. 5、倍；(6)、步骤(5)冷却凝固后所得纤维再经碱洗、水洗、干燥和收卷，制得所述的对位芳纶细旦纤维成品。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中，所述对位芳纶聚合体占对位芳纶聚合体溶液的质量分数为If 21%。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中，所述高剪切双螺杆挤出机中两根相互啮合的双螺杆的前半部分是由各种正向螺纹套、不同旋向的捏合块以及少量的反向螺纹套组合而成，其中捏合块的总长度占该部分长度的30%以上。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述高剪切双螺杆挤出机中双螺杆的后半部分由沿出口方向螺距逐渐减小的螺纹套组成。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述连续薄膜脱泡装置是由带夹套的料桶、设置于料桶内并与料桶内壁间留有间隙的扇形面、用于驱动扇形面旋转的传动装置，以及指向扇形面的进料口构成；且扇形面在旋转过程中能够与料桶内壁在360°方向上形成漏斗，使得从所述进料口进入所述料桶内的物料能够在扇形面上在旋转离心力作用下形成薄膜。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(5)中，喷丝帽上喷孔之间的距离是喷孔直径的5 10倍。
7.用权利要求广6中任一项所述的制备方法制备而成的对位芳纶细旦纤维，其特征在于所述对位芳纶细旦纤维的纤度范围在3(Γ100旦之间，拉伸强度> 22CN/dtex,断裂伸长率≥2. 5%，初始模量≥550CN/dtex。
8.权利要求7所述的对位芳纶细旦纤维在通讯电子器材领域的应用。
全文摘要
本发明涉及一种对位芳纶细旦纤维及其制备方法。该方法包括对位芳纶聚合体在强酸中的溶解、两次过滤、脱泡、第三次过滤、喷丝、拉伸、冷却凝固以及水洗、干燥和收卷，最后制得纤维成品。本发明制备方法采用高剪切双螺杆挤出机和连续薄膜脱泡装置，通过多道过滤工序，严格控制过滤精度(用过滤阻塞值Kw表征，本发明Kw值≤150)、脱泡纯净度以及喷丝温度、拉伸条件等，进行了工艺步骤和工艺条件的整体优化，容易实施，可操作性强，能够制得具有优良物理性能的对位芳纶细旦纤维。本发明对位芳纶细旦纤维强度高、质量好，纤度范围在30~100旦之间，拉伸强度≥22CN/dtex，断裂伸长率≥2.5%，初始模量≥550CN/dtex。
文档编号D01F6/90GK102560700SQ20111045762
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者刘兆峰, 吴清基, 杨拯, 胡盼盼 申请人:苏州兆达特纤科技有限公司