一种高收缩超细腈纶纤维及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种高收缩超细腈纶纤维及其制备方法，该高收缩超细腈纶纤维由91-94%的丙烯腈和6-9%的醋酸乙烯组成，其纤度为0.8-1.2dtex，收缩率为18%-30%。其制备方法包括：纺丝成型、水洗、牵伸、上油、烘干、定型和高收缩处理。本发明制备得到的超逼真的仿羊绒性的高收缩超细腈纶纤维强度、伸长率、收缩率、染色性、弹性、光泽度、透气性等性能良好。
【专利说明】一种高收缩超细腈纶纤维及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种腈纶纤维及其制备方法，尤其涉及一种高收缩超细腈纶纤维及其制备方法。
【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。
[0003]超细腈纶纤维具有手感柔软，强度高，光泽柔和，吸湿性比普通腈纶高等特性。超细腈纶纤维又以其直径小，弯曲刚度大、其织物具有真丝的天然手感，轻薄柔软，透气性、悬垂性能良好等诸多优点，穿着舒适而令世人瞩目。但是中国多数腈纶厂目前只能生产
1.65dtex、3.33dtex、6.66dtex等常规腈绝纤维,超细腈绝纤维的规模生产在国内还属空白。
[0004]另外，高收缩纤维以其自有潜在的高收缩性能与常规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，还可产生奇异的光泽效果。因此，高收缩腈纶产品的市场需求日趋看好。
[0005]目前国内生产的高收缩腈纶主要以纤度大于3.33dtex的纤维为主，超细旦腈纶纤维也主要从日本及欧洲进口。因此我们将超细旦腈纶的性能与高收缩腈纶的性能结合起来，开发了带有较高缩率的超细旦腈纶纤维，满足人们对高收缩超细旦腈纶纤维性能的要求。
【发明内容】
[0006]本发明针对现有技术中存在的上述问题，提供一种超逼真仿羊绒性的高收缩超细腈纶纤维。
[0007]本发明的目的可通过下列技术方案来实现:一种高收缩超细腈纶纤维，所述高收缩超细腈纶纤维由以下质量百分比的成分组成:丙烯腈91-94%，醋酸乙烯6-9%，所述的高收缩超细腈纶纤维的纤度为0.8-1.2dtex，收缩率为18-30%。
[0008]本发明腈纶纤维纤度非常小，属于超细纤维，而且本发明腈纶纤维收缩率较高，具有手感柔软、强度高、光泽柔和、吸湿性较高、弯曲刚度大、透气性和悬垂性能良好等诸多优点，符合市场需求。
[0009]本发明的另一个目的在于提供上述一种高收缩超细腈纶纤维的制备方法，所述制备方法包括以下步骤:
[0010]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中形成原液，原液经加热器加热至82-90°C，将加热后的原液从喷丝板的孔中挤出，在凝固浴中经双扩散形成初生纤维；
[0011]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2500-3500L/h，牵伸机的牵伸倍数为3_6倍，速度为30-60m/min ；
[0012]S3、上油:将水洗牵伸后的丝束上油剂，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% ；
[0013]S4、烘干、定型:将上油后的丝束在120-150°C下通过热辊干燥5_20min，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110-150°C、100-400KPa下进行热定型处理20_40min ；
[0014]S5、高收缩:将定型后的丝束通过100_150°C的蒸汽箱，在拉伸比率为(1.1-1.8):I的条件下对丝束进行拉伸，制得产品高收缩超细腈纶纤维。
[0015]本发明高收缩超细腈纶纤维的制备方法中，为增加纤维的延伸度(抗断裂能力)，首先称取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。然后将制得的聚丙烯腈干粉溶于溶剂中形成聚合物原液，同时将原液经加热器加热到82-90°C，提高聚合物原液脱泡及过滤效果，减少纤维断丝、断头发生的几率。然后将加热后的原液从喷丝板的孔中挤出，在凝固浴中经双扩散形成初生纤维。并将初生纤维在水槽温度为80-90°C，流量为2500-3500L/h的条件下水洗，这是因为纤维含有一定量的溶剂，如果不把这部分溶剂去除，不仅会使纤维手感粗硬，且色泽灰暗，加工中纤维发黏，不易梳分，干燥和定型时纤维容易发黄。水洗之后将纤维经牵伸机牵伸，牵伸倍数为3-6倍，速度为30-60m/min，通过低倍数的牵伸，使纤维结构变得紧密，纤维取向得到提高，强度增大。之后将纤维上油，油剂的加入量占纤维总重量的0.25-0.55%，防止纤维与纤维间的粘着，同时实现集束性与平滑性、抱合性与分纤性的统一。然后将上油后的纤维先在温度为120-150°C条件下热辊干燥5-20min，冷却后在110_150°C、100_400KPa的定型锅内热定型处理20-40min，通过水的增塑作用和较高热能，大分子链作相应旋转和位移，大分子得以较自由地发生卷缩，使纤维产生一定程度的收缩，从而使绝大部分内应力得到消除，提高了纤维的形状稳定性，进一步改善纤维的机械性能，特别是钩强、钩伸等机械性能。最后将纤维通过高收缩处理，先对纤维进行预热，使纤维内结构单元间的作用力(物理交联点)得到加强，从而有利于牵伸，也有利于提高取向效果。腈纶纤维通过高收缩处理后，使腈纶纤维高沸水收缩率得到了很大的提升，也提高了纤维的强度和其他机械性能得到最终产品高收缩超细腈纶纤维。
[0016]作为优选，步骤SI中所述聚丙烯干粉的分子量为60000-100000。如果聚丙烯腈干粉分子量太低，分子链间的纠结性较差，纤维的强度下降，纤维易被拉断。但是如果相对分子质量太高，分子链间的纠结性就会增强，在喷丝板孔口处易产生孔口胀大效应，难以拉伸出超细纤维；另外相对分子质量太高也给输送过滤带来困难，造成纺前压力增高。因此，本发明将聚丙烯干粉的分子量控制在60000-100000之间。
[0017]作为优选，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。
[0018]作为优选，步骤SI中所述的溶剂为二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、硫氰酸钠、氯化锌、碳酸乙烯酯、硝酸中的一种。本发明所采用的溶剂溶解聚合体形成原液，所得原液可直接用于纺丝。
[0019]作为优选，步骤SI中所述的原液中聚丙烯腈干粉占总质量的20-25%。聚丙烯腈干粉的浓度不能太低，如果浓度太低会造成凝固成型困难，而且原液细流中的溶剂扩散后，易在初生纤维内部形成大孔洞，使初生纤维难以承受高倍的拉伸。因此本发明将聚丙烯干粉浓度控制在20-25%，
[0020]作为优选，步骤SI中所述的喷丝板的材料为合金或者不锈钢，喷丝板的孔数为90000-110000。喷丝板作为纺丝机不可缺少的精密部件，它的材质对其机械性能、使用寿命和周期有很大影响。由于喷丝板常暴露在高温或有腐蚀性的试剂环境中，本发明选择合金或者不锈钢作为喷丝板的材料，其耐高温、耐腐蚀及机械性能较为良好，而且加工简单。而且，本发明根据腈纶纤维的纤度、制备工艺等条件，将喷丝板的孔数设定为90000-110000。
[0021]作为优选，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30-60%，循环量为28_35KL/h。在原液纺丝成形过程中，凝固浴的浓度、温度及循环量对成形起着至关重要的作用。
[0022]如果凝固浴浓度过低，由于超细腈纶纤维的纤度比常规纤维低，会使比表面积增大，在凝固浴中与溶剂进行双扩散的速度就会比常规纤维快，不仅会使表面的凝固过于激烈，且很快在原液外层形成缺乏弹性而脆硬的皮层，这不仅导致纤维的可拉伸性下降，而且形成的这种硬皮层阻碍了内层原液和凝固浴之间的双扩散，使内层凝固变慢，因而进一步加大皮芯层结构的差异。这样的初生纤维拉伸时，易断裂而产生毛丝，干燥后手感发硬，色泽泛白，强度和伸度都很差。因此，在保证表面凝固良好的前提下，采取缓和而均匀的凝固浴条件，凝固浴浓度控制在30-60%。
[0023]凝固浴温度直接影响浴中凝固剂和溶剂的扩散速度，从而影响成形过程。随着浴温的降低，凝固速度下降，凝固过程比较均匀，初生纤维结构紧密，成品的强度和钩接强度上升。本发明在生产高收缩超细腈纶时，将凝固浴温度控制在本发明范围内。
[0024]凝固浴循环量是为了保证凝固浴浓度及温度在工艺要求的范围内波动，以确保所得纤维的质量。如果凝固浴循环量太大时，会在纺丝线周围形成流体力学状态不稳定，从而可能造成毛丝。因此，本发明控制凝固浴循环量在28-35KL/h的范围内。
[0025]作为优选，步骤S3中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，并在复配物中加入平滑剂，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): (0.3-1)。由于超细腈纶纤维纤度非常小，接触面积很大，相互间粘着性大，这就需要纤维的上油率必须较低，从而防止纤维与纤维间的粘着。因此，在纤维上油率较低的情况下，为实现集束性与平滑性、抱合性与分纤性的统一，本发明通过非离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、平滑剂的合理复配，使得到的油剂能赋予本发明高收缩超细腈纶纤维良好的柔软性、抗静电性能，能使纤维丝束具有良好的抱合性、平滑性，减少因抱合性差而出现的毛丝和断头，防止纤维与金属、橡胶等部件摩擦而损伤纤维，并且纤维与纤维之间的摩擦系数适中，同时使纤维具有优良的耐热性能，在纤维拉伸、定型过程中不发生发烟现象，热稳定性强。而且油剂与纤维不会发生化学反应，也不会影响纤维的染色性能。
[0026]作为优选，所述的平滑剂为阳离子性石蜡乳液。将阳离子型石蜡乳液复配于油剂中，用于本发明高收缩超细纤维上，能使纤维具有较高的光泽，更深更鲜明的颜色，以及较高的弹性和抗张强度。同时能赋予本发明高收缩超细纤维柔软的手感，优良的平滑度及光泽度等。
[0027]本发明具有以下优点:
[0028]1.本发明一种高收缩超细腈纶纤维的制备方法中，严格控制各步骤的操作参数，得到纤度为0.8-1.2dtex，收缩率为18-30%的超逼真的仿羊绒性的高收缩超细腈纶纤维。
[0029]2.本发明一种高收缩超细腈纶纤维的制备方法中，聚丙烯干粉的分子量为60000-100000，可以制备出超细腈纶纤维，而且纤维强度较好。
[0030]3.本发明一种高收缩超细腈纶纤维的制备方法中，油剂为非离子表面活性剂、阳离子表面活性剂和平滑剂合理复配得到，能赋予本发明高收缩超细腈纶纤维良好的性能。[0031 ] 4.本发明制备得到的高收缩超细腈纶纤维的强度、伸长率、收缩率、染色性、弹性、光泽度、透气性等性能良好。
【具体实施方式】
[0032]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。
[0033]实施例1:
[0034]将91%的丙烯腈和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60000-70000的聚丙烯干粉，将聚丙烯干粉溶解在溶剂二甲基甲酰胺中形成浓度为20%的原液，经加热器将原液加热至82°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°C，凝固浴的温度为30°C，凝固浴浓度为30%，循环量为28KL/h。喷丝板孔数为90000。
[0035]水洗和牵伸: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°C，水洗流量为2500L/h，牵伸机牵伸倍数为3倍，纤维丝束速度为30m/min。
[0036]上油: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，并在复配物中加入平滑剂，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1:1:1。
[0037]烘干、定型:将上油后的丝束在120°C下通过热辊干燥8min，热辊数量为46个，将丝束冷却卷曲，然后将丝束送入定型锅内，在110°C、IOOKPa下进行热定型处理40min。
[0038]高收缩:将定型后的丝束通过100°C的蒸汽箱，在拉伸比率为1.1:1的条件下对丝束进行拉伸，制得产品高收缩超细腈纶纤维。
[0039]实施例2:
[0040]将92%的丙烯腈和8%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70000-80000的聚丙烯干粉，将聚丙烯干粉溶解在溶剂二甲基甲酰胺中形成浓度为22%的原液，经加热器将原液加热至84°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82°C，凝固浴的温度为35°C，凝固浴浓度为38%，循环量为30KL/h。喷丝板孔数为100000。
[0041]水洗和牵伸:将上述初生纤维水洗后经牵伸机牵伸，水洗时水槽温度为85°C，水洗流量为2800L/h，牵伸机牵伸倍数为4倍，纤维丝束速度为40m/min。
[0042]上油: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，并在复配物中加入平滑剂，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1:2:0.5。
[0043]烘干、定型:将上油后的丝束在130°C下通过热辊干燥lOmin，热辊数量为48个，将丝束冷却卷曲，然后将丝束送入定型锅内，在125°C、200KPa下进行热定型处理28min。
[0044]高收缩:将定型后的丝束通过120°C的蒸汽箱，在拉伸比率为1.4:1的条件下对丝束进行拉伸，制得产品高收缩超细腈纶纤维。
[0045]实施例3:
[0046]将93%的丙烯腈和7%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80000-90000的聚丙烯干粉，将聚丙烯干粉溶解在溶剂二甲基甲酰胺中形成浓度为23%的原液，经加热器将原液加热至88°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88°C，凝固浴的温度为40°C，凝固浴浓度为50%，循环量为32KL/h。喷丝板孔数为100000。
[0047]水洗和牵伸:将上述初生纤维水洗后经牵伸机牵伸，水洗时水槽温度为88°C，水洗流量为3000L/h，牵伸机牵伸倍数为5倍，纤维丝束速度为50m/min。
[0048]上油: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，并在复配物中加入平滑剂，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1:2:0.8。
[0049]烘干、定型:将上油后的丝束在140°C下通过热辊干燥15min，热辊数量为48个，将丝束冷却卷曲，然后将丝束送入定型锅内，在138°C、300KPa下进行热定型处理38min。
[0050]高收缩:将定型后的丝束通过140°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，制得产品高收缩超细腈纶纤维。
[0051]实施例4:
[0052]将94%的丙烯腈和6%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90000-100000的聚丙烯干粉，将聚丙烯干粉溶解在溶剂二甲基甲酰胺中形成浓度为25%的原液，经加热器将原液加热至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90°C，凝固浴的温度为45°C，凝固浴浓度为60%，循环量为35KL/h。喷丝板孔数为110000。
[0053]水洗和牵伸:将上述初生纤维水洗后经牵伸机牵伸，水洗时水槽温度为90°C，水洗流量为3500L/h，牵伸机牵伸倍数为6倍，纤维丝束速度为60m/min。
[0054]上油: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，并在复配物中加入平滑剂，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1:3:1。
[0055]烘干、定型:将上油后的丝束在150°C下通过热辊干燥20min，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150°C、400KPa下进行热定型处理20min。
[0056]高收缩:将定型后的丝束通过150°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，制得产品高收缩超细腈纶纤维。
[0057]将本发明实施例1-4制得的高收缩超细腈纶纤维进行性能测试，测试结果如表I所示。
[0058]表I实施例1-4制得的高收缩超细腈纶纤维测试结果
[0059]实施倒1实*倒2实施例31^施例4
【权利要求】
1.一种高收缩超细腈纶纤维，其特征在于，所述高收缩超细腈纶纤维由以下质量百分比的成分组成:丙烯腈91-94%，醋酸乙烯6-9%;所述的高收缩超细腈纶纤维的纤度为0.8-1.2dtex,收缩率为 18%_30%。
2.一种如权利要求1所述的高收缩超细腈纶纤维的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤: 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中形成原液，原液经加热器加热至82-90°C，将加热后的原液从喷丝板的孔中挤出，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2500-3500L/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，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5-20min，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110-150°C、100_400KPa下进行热定型处理20-40min ； 55、高收缩:将定型后的丝束通过100-150°C的蒸汽箱，在拉伸比率为(1.1-1.8):1的条件下对丝束进行拉伸，制得产品高收缩超细腈纶纤维。
3.根据权利要求2所述的高收缩超细腈纶纤维的制备方法，其特征在于，步骤SI中所述聚丙烯干粉的分子量为60000-100000。
4.根据权利要求2所述的高收缩超细腈纶纤维的制备方法，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所述的高收缩超细腈纶纤维的制备方法，其特征在于，步骤SI中所述的溶剂为二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、硫氰酸钠、氯化锌、碳酸乙烯酯、硝酸中的一种。
6.根据权利要求2所述的高收缩超细腈纶纤维的制备方法，其特征在于，步骤SI中所述的原液中聚丙烯干粉占总质量的20-25%。
7.根据权利要求2所述的高收缩超细腈纶纤维的制备方法，其特征在于，步骤SI中所述的喷丝板的材料为合金或者不锈钢，喷丝板的孔数为90000-110000。
8.根据权利要求2所述的高收缩超细腈纶纤维的制备方法，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_60%，循环量为 28-35KL/h。
9.根据权利要求2所述的高收缩超细腈纶纤维的制备方法，其特征在于，步骤S3中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，并在复配物中加入平滑剂，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): (0.3-1)。
10.根据权利要求9所述的高收缩超细腈纶纤维的制备方法，其特征在于，所述的平滑剂为阳离子性石蜡乳液。
【文档编号】D01F11/06GK103882546SQ201410069934
【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】孙晓波, 邱海昌, 韩顺利, 张娟, 李滨, 赵巍 申请人:宁波中新腈纶有限公司