一种高收缩扁平腈纶纤维及其生产方法
【专利摘要】本发明涉及一种高收缩扁平腈纶纤维，该高收缩扁平腈纶纤维由如下质量百分比的成分组成：丙烯腈91-94%，醋酸乙烯6-9%，所述的高收缩扁平腈纶纤维的长宽比为2-13：1，收缩率为26-30%。其生产方法包括：将丙烯腈和醋酸乙烯共聚反应制得聚丙烯腈干粉，并溶解在溶剂中，加热后从喷丝板的矩形孔中挤出，双扩散形成初生纤维；将初生纤维水洗后牵伸；然后上油剂；并烘干、定型；最后拉伸制得高收缩扁平腈纶纤维。本发明通过调整共聚物中丙烯腈和醋酸乙烯的含量、共聚物的分子量以及特定的工艺流程，使制得的高收缩扁平腈纶纤维的手感佳，既能增加纤维的柔软性，又能保证纤维的高收缩性、回弹性、疏水性、可纺性，且腈纶纤维易上色。
【专利说明】一种高收缩扁平腈纶纤维及其生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种扁平腈纶纤维，具体涉及一种高收缩扁平腈纶纤维及其生产方法。
【背景技术】
[0002]腈纶纤维(聚丙烯腈纤维)有人造羊毛之称，具有柔软、膨松、易染、色泽鲜艳、耐光、抗菌、不怕虫蛀等优点。弹性好，伸长20%时回弹率仍可保持65%，蓬松卷曲而柔软，保暖性比羊毛高15%，强度为1.8-4.5cN/dtex,比羊毛高1-2.5倍。耐晒性能优良，露天曝晒一年，强度仅下降20%。纤维软化温度190-230°C，能耐酸、耐氧化剂和一般有机溶剂，但耐碱性较差。根据不同的用途要求可纯纺或与天然纤维混纺，其纺织品被广泛运用于服装、装饰等领域。而扁平腈纶纤维是一种截面为矩形或接近于矩形的腈纶纤维，扁平腈纶纤维具有特殊的光泽、蓬松性和抗起球性能，并具有良好的后加工效果。手感酷似触摸羽毛和动物毛皮，因此主要用作人造毛皮、绒毛玩具、室内装饰及轿车内的装饰材料等。
[0003]而高收缩扁平腈纶纤维以其自有潜在的高收缩性能与常规扁平纤维混纺可以制成多种织物，具有手感柔软、织物厚实、丰满、保暖性好等特点，制成的仿真毛皮挺立感好、具有层次感，还可产生奇异的光泽效果。因此，高收缩扁平腈纶产品的市场需求日趋看好。现在国内还未见生产有高收缩扁平腈纶的技术，相关产品多为为国外进口。而完全采用生产高收缩普通腈纶的技术生产高收缩扁平纤维，纤维容易拉断，收缩率不匀，收缩率只能达到24%以下。若收缩率偏低，成品手感不丰满、露底，产品风格不好，多次拉伸的剩余变形较大，腈纶针织的袖口、领口等易变性，不能满足用户要求。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于针对现有技术中存在的上述不足，提供一种收缩率高、超逼真仿动物高毛的高收缩扁平腈纶纤维。
[0005]本发明的上述目的通过以下技术方案实现:一种高收缩扁平腈纶纤维，该高收缩扁平腈纶纤维由如下质量百分比的成分组成:丙烯腈91-94%，醋酸乙烯6-9%，所述的高收缩扁平腈纶纤维的长宽比为2-13:1，收缩率为26-30%。
[0006]不含第二单体的聚丙烯腈大分子倾向于紧密堆砌，横向高度有序，这种结构使纤维缺少弹性、质地发脆，纤维成型时不能进行高倍拉伸。对此，本发明加入6-9%的醋酸乙烯与91-94%的丙烯腈共聚，破坏了聚丙烯腈大分子链的规整性，使其结构发生一定程度的无序化。同时醋酸乙烯的加入减弱了氰基间的偶极效应，降低聚丙烯腈共聚体的结晶度，使聚丙烯腈大分子的柔性增强，聚合体的玻璃化温度降低，柔软性、热弹性、收缩率增强。
[0007]本发明的另一个目的在于提供一种上述高收缩扁平腈纶纤维的生产方法，该生产方法包括如下步骤:
[0008]S1、纺丝成型:将91-94%的丙烯腈和6_9%的醋酸乙烯在过硫酸盐和亚硫酸盐的催化作用下进行共聚反应制得聚丙烯腈干粉，将聚丙烯腈干粉溶解在溶剂二甲基乙酰胺中形成原液，经加热器将原液加热至82-90°C，将加热后的原液从喷丝板的矩形孔中挤出，在凝固浴中经双扩散形成初生纤维；
[0009]S2、水洗、牵伸:将上述初生纤维水洗后经牵伸机牵伸，水洗时水槽温度为80-90°C，水洗流量为3000L/h，牵伸机的牵伸倍数为3_6倍，速度为30-60m/min ；
[0010]S3、上油:将水洗牵伸后的丝束上油剂、平滑剂，上油槽内油剂溶液中油剂的加入量占丝束总质量的0.25-0.55% ；
[0011]S4、烘干、定型:将上油后的丝束在120-150°c下通过热辊干燥，热辊数量为46_50个，将丝束冷却卷曲，然后将丝束送入定型锅内，在100-150°C、300-400KPa下进行热定型处理 30-50min ；
[0012]S5、高收缩:将定型后的丝束通过蒸汽箱，在拉伸比率为1.2-1.8:1的条件下对丝束进行拉伸，制得产品高收缩扁平腈纶纤维。
[0013]本发明步骤S2中初生纤维经水洗牵伸后，纤维的形态结构和超分子结构发生了变化，随着牵伸倍数的增加，大分子取向度增加，纤维断裂强度提高，延伸度下降。现有技术中一般的纤维，其水洗牵伸倍数长选择4.5-6，纤维的断裂强度为2.5-3.0CN/Dtex。若牵伸倍数低于2.0时，纤维的断裂强度尤其是线密度得不到保证，纤维的强度只有1.0CN/Dtex,经不起高倍拉伸而产生单丝断裂，不能获得较好的收缩率。经实验研究得选择牵伸倍数3-6倍，纤维的断裂伸长率和断裂强度将大大提高。而当水洗牵伸的温度过低时，牵伸过程中易发生脆性断裂；若水洗牵伸的温度过高，纤维塑性形变越来越显著，这部分形变在烘干时便不能恢复，从而减低纤维的断裂伸长率，降低纤维的收缩率。因此，本发明将水洗牵伸的温度控制在80-90°C。
[0014]与普通腈纶纤维相比高收缩纤维采用了更高的热处理压力，普通的油剂处理的纤维就十分容易板结，发硬，收缩率不高，通过增加分散性良好的平滑剂上面的问题得到了很好的解决，收缩率良好。
[0015]步骤S4中的烘干、定型对生产高收缩扁平腈纶纤维起着关键性的作用，烘干后还包括卷曲步骤。若烘干温度过高，会使大分子在一定时间内获得能量而充分收缩，甚至会导致缩率损失大半以上。若烘干温度过低又会使回潮太高，给后纺加工带来困难，因此本发明将烘干温度控制在120-150°C。而腈纶纤维在热定型过程中发生序态和取向变化。丙烯腈共聚物大分子间主要的作用力是氰基之间的偶极子力，在玻璃化温度以上松弛的护理可以舒解结构内因高弹拉伸的取向应力引起的一些不稳定的偶极分子力，使纤维内应力消失，大分子得以较自由地卷缩，链段更富柔曲性热定型后的取向度有所降低。实践证明.要达至IJ相同延伸度时，热定型温度高的纤维需要的拉伸应力就小，而拉伸应力小，则表明链段容易产生运动，因此适当提高热定型的蒸汽压力和定型温度，有利于产生以高弹形变为主的伸长，可使大分子充分收缩，从而提高扁平腈纶纤维的收缩性。
[0016]步骤S5中的拉伸比对纤维的收缩率也有一定的影响。若拉伸比小于1.2，纤维大分子不能完全伸展开，不能最大限度地获得收缩率。
[0017]上述各方面对收缩率的影响互相联系又相互制约，不是相对独立的。只有这五方面协调一致，才能得到理想的，收缩率高的，断裂强度高的，其他性能都达标的高收缩扁平腈纶纤维。
[0018]在上述高收缩扁平腈纶纤维的生产方法中，步骤SI中所述聚丙烯腈干粉的分子量为 60000-100000。
[0019]在上述高收缩扁平腈纶纤维的生产方法中，步骤SI中所述的过硫酸盐为过硫酸铵、过硫酸钾中的一种，所述的亚硫酸盐为焦亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、亚硫酸钠中的一种。
[0020]在上述高收缩扁平腈纶纤维的生产方法中，步骤SI中所述的原液中聚丙烯腈干粉占总质量的20-25%。
[0021]原液中聚合物含量高，需脱除的溶剂就少，容易成型，纤维密度增大，容易保持形状。若原液中聚合物含量太低，会减少大分子间的接触几率，无法凝固成型，难以形成扁平腈纶纤维。本发明将原液中聚丙烯腈干粉的浓度控制在20-25%之间，一方面有利于提高产量，另一方面有利于提高扁平腈纶纤维的异型度。此外，原液温度影响着原液的粘弹性能，温度适当升高可以降低原液的粘度和弹性，减少喷丝孔挤出胀大，提高扁平腈纶的异型度。但原液温度过高又会造成扁平腈纶纤维成形过于激烈，纺丝细流产生皮芯层结构，影响扁平腈纶纤维的物理性能，因此，本发明经加热器将原液加热至82-90°C。
[0022]在上述高收缩扁平腈纶纤维的生产方法中，步骤SI中所述喷丝板的矩形孔长宽比为2-13:1，喷丝板的孔数为10000-40000。
[0023]本发明经大量实验研究发现，将喷丝板的矩形孔长宽比控制在2-13:1，喷丝板的孔数为10000-40000，这样的喷丝板可使制得的扁平腈纶纤维与哑铃状相比，其质量均匀性更好，仿真性更高，柔软性更佳，回弹性更好，从而提高了纤维的手感和收缩率。分区分布有利于凝固浴均匀进入喷丝板内部和纤维成型，内外均匀一致，纤维的均匀性也较好。而喷丝板的空疏太多，造成凝固浴分布不均，纤维成型不均匀，影响纤维质量；孔数太少，产量低，成本高。
[0024]在上述高收缩扁平腈纶纤维的生产方法中，步骤SI中进入凝固浴时原液的温度为80-90°C，凝固浴温度为30-45°C，凝固浴溶剂浓度为30_50%，循环量为28_35kL/h。
[0025]凝固浴浓度太高时，双扩散过程过慢，造成凝固成型困难，不易绳头，成型不充分，断丝增多，纤维表面凝固不好，形成并丝，纤维手感粗硬，强度降低。但当凝固浴浓度过低时，双扩散过程加快，使纤维表层的凝固过于激烈，在原液细流外层形成脆硬的皮层，纤维的可拉伸性下降，造成纤维产生空洞，易断裂而产生毛丝，手感粗硬，色泽泛白，轻度和伸度都下降。
[0026]同样的，凝固浴的温度影响着凝固剂和溶剂的扩散速度，从而影响成型过程。经试验研究，当凝固浴温度为30-45°C之间，随着凝固浴温度的降低，凝固速度下降，凝固成型比较均匀，强度升高。当凝固浴的温度过大时，扩散系数增大，凝固过程加速，容易形成硬皮层，产生毛丝，使腈纶纤维的强度下降。
[0027]在纤维成型过程中，由于原液温度比凝固浴高，造成浴温升高，而凝固浴温度和浓度直接影响纤维的成型效果，所以，必须不断地循环，保证凝固浴浓度和温度在一定的范围内相对稳定，才能保证腈纶纤维的质量。凝同浴流量太小时，会使凝固浴中不同部位的浓度和温度梯度差异增大，腈纶纤维成形不均，严重时会造成断丝。
[0028]综上所述，本发明通过不断的试验得出凝固浴的温度为30_45°C，凝固浴溶剂浓度为30-50%，循环量为28-35kL/h时，扁平腈纶纤维的成型佳，性能好。
[0029]进一步优选，所述进入凝固浴时原液的温度为80_85°C，凝固浴温度为30-40°C，凝固浴溶剂浓度为30-45%，循环量为30-32kL/h。[0030]在上述高收缩扁平腈纶纤维的生产方法中，步骤S3中所述的上油槽内油剂溶液中油剂的加入量占丝束总质量的0.3-0.5%。所述的油剂为非离子表面活性剂与阳离子表面活性剂的复配物，所述非离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、平滑剂的摩尔比为1:(1-3):(0.1-0.5)。其中，所述非离子表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚、月旨肪酸聚氧乙烯酯中的一种，所述的阳离子表面活性剂为季铵盐类阳离子表面活性剂，如烷基三甲基铵盐型表面活性剂、二烷基二甲基铵盐型表面活性剂、烷基二甲基苄基铵盐型表面活性剂、吡啶鎗盐型表面活性剂、烷基异喹啉铵型表面活性剂、氯苄铵鎗盐型表面活性剂中的一种或多种，所述的平滑剂为阳离子性石蜡乳液。
[0031]众所周知，化学合成纤维的吸湿性能较差，腈纶在温度为20°C，相对湿度为65%时，回潮率只有1.2%-2%，质量比电阻为1014Q*g/cm2，由于腈纶大分子链中含亲水性基团羧基的数目极少，所以纤维的吸水性能较差，导电能力较差。腈纶表面没有油脂，纤维中氰基极性较强，故纤维表面分子间作用力较大，摩擦系数较大。当纤维与纤维之间或纤维与机械之间摩擦时就会产生不同程度的带电现象，使其在后加工中蓬松、混乱，有时还会吸附在设备上，发生缠绕，加工困难。为减少摩擦力和静电效应，现有技术一般在纤维施加油剂或抗静电剂，而本发明在添加油剂时选用的油剂为非离子表面活性剂与阳离子表面活性剂的复配物，同时加入阳离子性石蜡乳液的平滑剂，可防止纤维与纤维间的粘着，使腈纶纤维具有柔软和平滑的手感，改善弹性，提高抗静电效果，并在一定程度上增加纤维之间的抱合力，提高纤维的收缩率，使纤维后加工能顺利进行。
[0032]在上述高收缩扁平腈纶纤维的生产方法中，步骤S5中所述的蒸汽箱内温度为100-150。。。
[0033]与现有技术相比，本发明具有如下优点:
[0034]1、本发明通过调整共聚物中丙烯腈和醋酸乙烯的含量以及共聚物的分子量，降低纤维的玻璃化温度，增强纤维的柔软性和热弹性，提高纤维的收缩性，使腈纶纤维较易上色。
[0035]2、本发明通过调整原液的浓度、温度，凝固液的浓度、温度、循环量，合理调整水洗温度、牵伸倍数，并控制烘干、定型的温度、压力，以及高收缩的拉伸比等工艺参数，使本发明扁平腈纶纤维的收缩性高，手感柔软，刚性强，回弹性、蓬松性、覆盖性、疏水性、可纺性佳。
[0036]3、本发明合理设计了喷丝板，使生产的工艺流程顺畅，扁平腈纶纤维的仿真性高，使制得的扁平腈纶纤维的手感佳，既能增加纤维的柔软性和手感，又能保证纤维的收缩性和回弹性。
具体实施例
[0037]以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
[0038]实施例1:制备3D高收缩扁平纤维
[0039]纺丝成型:将91-94%的丙烯腈和6-9%的醋酸乙烯在过硫酸盐和亚硫酸盐的催化作用下进行共聚反应制成分子量为60000-100000的聚丙烯腈干粉，将聚丙烯腈干粉溶解在溶剂二甲基乙酰胺中形成浓度为20-25%的原液，经加热器将原液加热至82-90°C，将加热后的原液从喷丝板的矩形孔中挤出，在凝固浴中经双扩散形成初生纤维；其中，进入凝固浴时原液的温度为80-90°C，凝固浴的温度为30-45°C，凝固浴中溶剂二甲基乙酰胺的浓度为30-50%，循环量为28-35kL/h。所述喷丝板为长113mm、宽55mm的矩形板，矩形喷丝孔孔长为0.20mm,孔宽为0.020mm,喷丝板的孔数为38000-40000孔。
[0040]水洗和牵伸:将上述初生纤维水洗后经牵伸机牵伸，水槽温度为80-100°C，水洗流量为3000L/h，牵伸机的牵伸倍数为3-6倍，纤维丝束速度为30-60m/min。
[0041]上油:将水洗牵伸后的丝束上油剂和平滑剂；其中，所述上油槽内油剂溶液中油剂的加入量占丝束总质量的0.35%，所述油剂为非离子与阳离子表面活性剂的复配物，所述非离子表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚，所述的阳离子表面活性剂为烷基三甲基铵盐型表面活性剂，所述的平滑剂为阳离子性石蜡乳液，所述非离子表面活性剂、阳离子表面活性齐U、平滑剂的摩尔比为1:2:0.5。
[0042]烘干、定型:将上油后的丝束在130°C下通过热辊干燥15min，热辊数量为50个，将丝束冷却卷曲,然后将丝束送入定型锅内，在370KPa下进行热定型处理30min。
[0043]高收缩:将热定型后的丝束通过温度为120°C的蒸汽箱，在拉伸比率为1.6:1的条件下对丝束进行拉伸，卷曲后处理得最终产品高收缩扁平腈纶纤维。
[0044]实施例2:制备高收缩扁平纤维
[0045]纺丝成型:将91-94%的丙烯腈和6-9%的醋酸乙烯在过硫酸盐和亚硫酸盐的催化作用下进行共聚反应制成分子量为60000-100000的聚丙烯腈干粉，将聚丙烯腈干粉溶解在溶剂二甲基乙酰胺中形成浓度为20-25%的原液，经加热器将原液加热至82-90°C，将加热后的原液从喷丝板的矩形孔中挤出，在凝固浴中经双扩散形成初生纤维；其中，进入凝固浴时原液的温度为80-90°C，凝固浴的温度为30-45°C，凝固浴中溶剂二甲基乙酰胺的浓度为30-50%，循环量为28-35kL/h。所述喷丝板为长113mm、宽55mm的矩形板，矩形喷丝孔孔长为0.275mm,孔宽为0.025mm,喷丝板的孔数为20000-28000孔。
[0046]水洗和牵伸:将上述初生纤维水洗后经牵伸机牵伸，水槽温度为80-100°C，水洗流量为3000L/h，牵伸机的牵伸倍数为3-6倍，纤维丝束速度为30-60m/min。
[0047]上油:将水洗牵伸后的丝束上油剂和平滑剂；其中，所述上油槽内油剂溶液中油剂的加入量占丝束总质量的0.35%，所述油剂为非离子与阳离子表面活性剂的复配物，所述非离子表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚，所述的阳离子表面活性剂为烷基三甲基铵盐型表面活性剂，所述的平滑剂为阳离子性石蜡乳液，所述非离子表面活性剂、阳离子表面活性齐U、平滑剂的摩尔比为1:2:0.5。
[0048]烘干、定型:将上油后的丝束在130°C下通过热辊干燥5min，热辊数量为50个，将丝束冷却卷曲,然后将丝束送入定型锅内，在390KPa下进行热定型处理30min。
[0049]高收缩:将热定型后的丝束通过温度为130°C的蒸汽箱，在拉伸比率为1.8:1的条件下对丝束进行拉伸，卷曲后处理得最终产品高收缩扁平腈纶纤维。
[0050]选取实施例1-2中制得的高收缩扁平腈纶纤维进行性能测试，测试结果如表I所
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[0051]表1:实施例1-2中高收缩扁平腈纶纤维的性能测试结果
[0052]
【权利要求】
1.一种高收缩扁平腈纶纤维，其特征在于，该高收缩扁平腈纶纤维由如下质量百分比的成分组成:丙烯腈91-94%，醋酸乙烯6-9%，所述的高收缩扁平腈纶纤维的长宽比为2-13:I，收缩率为26-30%。
2.一种如权利要求1所述的高收缩扁平腈纶纤维的生产方法，其特征在于，该生产方法包括如下步骤: 51、纺丝成型:将91-94%的丙烯腈和6-9%的醋酸乙烯在过硫酸盐和亚硫酸盐的催化作用下进行共聚反应制得聚丙烯腈干粉，将聚丙烯腈干粉溶解在溶剂二甲基乙酰胺中形成原液，经加热器将原液加热至82-90°C，将加热后的原液从喷丝板的矩形孔中挤出，在凝固浴中经双扩散形成初生纤维； 52、水洗、牵伸:将上述初生纤维水洗后经牵伸机牵伸，水洗时水槽温度为80-90°C，水洗流量为3000L/h，牵伸机的牵伸倍数为3-6倍，速度为30-60m/min ； 53、上油:将水洗牵伸后的丝束上油剂和平滑剂，上油槽内油剂溶液中油剂的加入量占丝束总质量的0.25-0.55% ； 54、烘干、定型:将上油后的丝束在120-150°C下通过热辊干燥，热辊数量为46-50个，将丝束冷却卷曲，然后将丝束送入定型锅内，在100-150°C、300-400KPa下进行热定型处理30_50min ； 55、高收缩:将定型后的丝束通过蒸汽箱，在拉伸比率为1.2-1.8:1的条件下对丝束进行拉伸，制得产品高收缩扁平腈纶纤维。
3.根据权利要求2所述的高收缩扁平腈纶纤维的生产方法，其特征在于，步骤SI中所述聚丙烯腈干粉的分子量为60000-100000。
4.根据权利要求2所述的高收缩扁平腈纶纤维的生产方法，其特征在于，步骤SI中所述的过硫酸盐为过硫酸铵、过硫酸钾中的一种，所述的亚硫酸盐为焦亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、亚硫酸钠中的一种。
5.根据权利要求2所述的高收缩扁平腈纶纤维的生产方法，其特征在于，步骤SI中所述的原液中聚丙烯腈干粉占总质量的20-25%。
6.根据权利要求2所述的高收缩扁平腈纶纤维的生产方法，其特征在于，步骤SI中所述喷丝板的矩形孔长宽比为2-13:1，喷丝板的孔数为10000-40000。
7.根据权利要求2所述的高收缩扁平腈纶纤维的生产方法，其特征在于，步骤SI中进入凝固浴时原液的温度为80-90°C，凝固浴温度为30-45°C，凝固浴溶剂浓度为30_50%，循环量为 28-35kL/h。
8.根据权利要求2或7所述的高收缩扁平腈纶纤维的生产方法，其特征在于，步骤SI中进入凝固浴时原液的温度为80-85°C，凝固浴温度为30-40°C，凝固浴溶剂浓度为30-45%，循环量为 30-32kL/h。
9.根据权利要求2所述的高收缩扁平腈纶纤维的生产方法，其特征在于，步骤S3中所述的上油槽内油剂溶液中油剂的加入量占丝束总质量的0.3-0.5%。
10.根据权利要求2所述的高收缩扁平腈纶纤维的生产方法，其特征在于，步骤S5中所述的蒸汽箱内温度为100-150°C。
【文档编号】D01D10/06GK103882545SQ201410068671
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年2月27日 优先权日:2014年2月27日
【发明者】邱海昌, 张娟, 韩顺利, 孙晓波, 李滨 申请人:宁波中新腈纶有限公司