一种高强粘胶纤维及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明是一种高强粘胶纤维及其制备方法和应用，具体涉及高强粘胶短纤维品种 及其制备方法的工艺控制和产业应用，属于粘胶短纤维及纤维素纤维生产技术领域的创 新。
【背景技术】
[0002] 目前纺织纤维原料主要分为以棉、麻等为代表的天然纤维原料，以涤纶、腈纶等为 代表的石油基纤维原料，以及以天然纤维素材料为原料再生而成的粘胶纤维等生物基纤维 原料。目前，随着土地资源的稀缺及人力资源的紧张，棉花种植面积呈逐年下降趋势，棉花 产品将不能满足人们生活水平日益增长的需要；而随着石油储量的日渐减少和人们对纺织 品舒适性、功能性、环保型意识的不断增强，以可再生性资源为原料生产的粘胶纤维越来越 多的受到重视。对于粘胶纤维而言，作为天然再生纤维，它既有天然纤维的品质，又具有优 良的可加工性，其结构组成与棉相似，不仅具有吸湿性高、透气性好、穿着舒适、易染色、耐 高温性强等多种特性，同时，又具有棉花所没有的悬垂性和柔软性，当然，由于粘胶纤维具 备的这些优异性能，近年来发展十分迅速，特别是普通品种的粘胶纤维规模正在急剧的膨 胀，这一现象造成了原材料供应紧张，市场恶性竞争激烈，与此同时，更限制了下游新型纺 织品的开发和产业升级。
[0003] 基于上述情况，为促进粘胶纤维行业的持续发展，生产差别化、功能化的粘胶纤维 已成为目前行业新标。专利文献CN102296373A (-种超细高强高模粘胶纤维的生产方法， 2011. 12. 28)公开了一种结构均匀、纤维强度和模量高出常规品种50%以上的一种粘胶纤 维，制得的粘胶纤维的纤维强度为0. 44~0. 78dtex、干强彡3. lcN/dtex (厘牛/分特)、湿 强多 2. lcN/dtex、湿模量多 0? 5cN/dtex、白度多 82. 0%〇
[0004] 专利文献CN100359050C (-种高白强力细旦粘胶短纤维及其生产工艺， 2005. 06. 29)公开了一种纤度细、强度高的粘胶短纤，由其加工的服装面料较普通粘胶纤维 而言具有强度高、耐磨性强、手感细腻、抗褶皱性、耐多次变形等优点，还可用于纺织高支纱 织制品。
[0005] 专利文献CN102251301A(-种超细旦高强粘胶纤维生产工艺，2011. 11. 23)公开了 一种纤度低、强度高的粘胶纤维的制备方法，可获得纤度为1. 11分特和强度大于2. 9 cN/ dtex的粘胶纤维。
[0006] 仅上述公开的专利文献可以获知，为制得差别化、功能化的粘胶纤维，现有技术均 是通过改变生产工艺的方式来实现的，其中，涉及有原材料、粘胶成型及其工艺参数的改变 等等，获得的粘胶纤维较普通粘胶纤维均在纤度和强度上进行了适当优化，但对于日益激 烈的市场竞争来说，差别化的粘胶纤维并没有更大限度的满足下游新型纺织品的开发和产 业升级，尤其是同样以天然纤维素材料为原料再生而成的天丝、莫代尔、铜氨纤维等纤维原 料的发展，使得粘胶纤维的市场占有率日趋降低。如：专利文献CN101130885 (麻材粘胶纤 维的制备方法及制备的麻材粘胶纤维，2008. 02. 27)公开了一种利用麻材植物生产的粘胶 纤维及其制备工艺，工艺简单，物料消耗低，而且生产的麻材粘胶纤维具有优良的白度、强 度和纤维伸长等性能，通过该工艺制备获得的麻材粘胶纤维满足干断裂强度多1.820 cN/ dtex，湿断裂强度彡1. 12 cN/dtex，干断裂伸长率彡15. 4%，线密度偏差率±6. 00%，长度 偏差率±6.00%，超长纤维率彡1.0%，倍长纤维彡18.0mg/100g，疵点彡llmg/100g，残硫 18.0mg/100g〇
[0007] 以莫代尔纤维为例，我们知道，莫代尔纤维是以欧洲榉木为原料，制成木质浆液 后经过专门的纺丝工艺制作而成的，与棉一样同属天然纤维原料，莫代尔纤维的整个生产 过程中没有任何污染，它的干强接近于涤纶，湿强要比普通粘胶纤维提高了许多，不论是光 泽、柔软性、吸湿性、染色性、染色牢度均优于纯棉产品，用它所做成的面料，不仅展示了一 种丝面光泽，更具有宜人的柔软触摸感觉和悬垂感以及极好的耐穿性能，是一种理想的环 保型纤维素纤维。但由于莫代尔纤维纺织技术成本昂贵，市面上流通的莫代尔基本上属于 莫代尔和棉混纺，或者直接拿粘胶(人棉）纤维来冒充莫代尔。
[0008] 为此，我们需要找到一种区别于天然纤维原料和石油基纤维原料，性能又优于差 别化粘胶纤维的新型粘胶纤维，不仅能满足人们对天然产品(如：莫代尔纤维）的要求，还能 适用于工业化的持续生产，为企业带来较大的经济效益，当然，这也是粘胶纤维行业能持续 发展的必然趋势。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的在于提供一种高强粘胶纤维，该粘胶纤维有别于传统粘胶纤维产品 和棉纤，是通过技术创新而实现的新型纤维品种，具有区别于普通粘胶纤维和莫代尔纤维 的指标体系，其产品本身具有次低伸的纤维特征，同时又表现出了莫代尔纤维高强的纤维 特征，具有较棉纤更强的亲肤性，能有效地替代现有的差别化粘胶纤维，在提高粘胶纤维下 游工序加工性能的同时，还能促进下游新型纺织品的开发和产业升级，具有良好的社会效 益。
[0010] 本发明的另一目的在于提供一种高强粘胶纤维的制备方法，本制备方法以浆柏原 料作为生产原料，通过粘胶制备、纺丝工艺和后处理后制得粘胶纤维，生产过程中，仍保留 了二次反应显微镜截面积，且该界面的内外层面积比例明显区别于莫代尔纤维和普通粘胶 纤维的二次反应痕迹，确保了该产品具有高强、次低伸的特点，同时还具有适当的吸水性以 及显著的纤维亲肤性。
[0011] 本发明的另一目的在于提供一种高强粘胶纤维的应用，主要运用于紧密赛络纺领 域，生产高捻、高支纱产品，以产品强度高适用于高捻等领域需求为特征。
[0012] 本发明通过下述技术方案实现：一种高强粘胶纤维及其制备方法和应用，所述的 粘胶纤维满足： 干断裂强度彡3. 15 cN/dtex，湿断裂强度彡1. 70cN/dtex， 湿状态下产生5%伸长率所需的强度多0. 60cN/dtex， 干断裂伸长率15. 0~19. 0%，湿断裂伸长率18. 0~21. 0%， 结晶度40. 0~45. 0%，径向水膨润度22~26%。
[0013] 本发明涉及的粘胶纤维的纤度在0. 80~1. 50D之间，属于高强次低伸型粘胶纤维 产品，具有高强、次低伸的产品特性，同时还具有高吸水特性，赋予了产品具有很强的亲肤 性，远优于莫代尔，略优于天然棉，是粘胶短纤维及纤维素纤维生产技术领域的重大创新。
[0014]进一步的，所述的高强粘胶纤维还满足： 线密度偏差率彡±2. 0%，白度彡83%， 残硫彡7. 0mg/100g，长度偏差率彡±3. 0%， 超长纤维率< 0? 5%，倍长纤维< 1. 0mg/100g， 疵点彡1.0mg/100g，干断裂强力异变系数彡12%。
[0015]本发明还提出了一种高强粘胶纤维的制备方法， A :将浆柏原料用碱液浸渍，再经研磨、压榨、粉碎、揉搓后制成浆粥； B :将浆粥与碱液混合后送入反应器，降聚后获得碱纤维素； C :使用溶剂溶解碱纤维素与二硫化碳反应得到的纤维素磺酸酯，获得纤维素磺酸酯溶 液； D :将纤维素磺酸酯溶液经过滤、脱泡、熟成后制得纺丝液，再将获得的纺丝液经纺丝牵 伸和后处理后制得高强粘胶纤维。
[0016]在产品的生产过程中，纤维内部成型结构留下了明显的二次反应痕迹特征，仍保 留了二次反应显微镜截面积，将本发明涉及的粘胶纤维染色后做纤维切片，在与普通粘胶 纤维和莫代尔纤维的染色切片对比时，可以发现，其反应痕迹清晰可见，界面比例适中，确 保了该产品具有高强、次低伸的特点，同时还具有适当的吸水性，纤维亲肤性具有显著优 势。
[0017] 上述二次反应显微镜界面是根据纤维横截面对染料吸色能力不同而成的，即纤维 的皮层、芯层。皮层对染料吸色少，染色偏浅；芯层对染料吸色能力大，颜色偏深。皮层具 有较高的取向度，皮层多，断裂强度高，而芯层多，水膨润度高，从本发明涉及的粘胶纤维而 言，其纤维皮层更多，从而能有效的提高纤维强度。
[0018]在所述的步骤A中，聚合度为650~1200的浆柏原料用浓度110~240g/L的氢 氧化钠溶液浸渍50~90min，再经研磨、压榨、粉碎、揉搓后制成浆粥，浆粥的浓度为30~ 40% 〇
[0019]所述的浆柏原料包括棉浆、竹浆、木浆、麻浆中的一种或者两种及以上的组合，在 实际应用时，棉浆、竹浆、木浆、麻浆可按任意比例进行混合。
[0020] 所述的研磨时间为10~40s，压榨温度为57~63°C、压榨倍数为2. 2~2. 8,粉碎 度为 120 ~180g/L。
[0021] 步骤A具体可概括如下： 1) 聚合度为650~1200的浆柏原料首先放在喂机柏上，设定一定的投料速度后，如 40kg/min，再加入至装有碱液(浓度110~240g/L的氢氧化钠溶液)的浸渍桶中，浸渍50~ 90min，由研磨机研磨10~40s后制成浓度为3~6%的浆粥，研磨的目的是通过机械作用 对纤维进行进行开松和分散，从而提高纤维素的碱化速度及碱化率； 2) 3~6%的浆粥被送至压榨机，经压榨后送至粉碎机进行粉碎，获得甲纤含量为29~ 31%、碱含量为15~17%的碱纤维素，在该步骤中，压榨机能除去多余的碱液，压榨机的压榨 温度为57~63°C、压榨倍数为2. 2~2. 8,粉碎机的粉碎度为120~180g/L，碱液中半纤含 量控制在l〇g/L内，与传统粘胶纤维制备碱纤维素数据比较，本发明制得的碱纤维素半纤 低，产品强度高，该碱液的处理方式是使用滤网60~120目、真空度-0.4~-0.1 MPa的过 滤机去除碱液中多余的半纤维素后回收碱纤维童，揉搓机使用双螺杆设备，可使纤维分丝、 帚化，达到破坏纤维素纤维细胞壁的作用，去除纤维素中的小分子，从而提高纤维素反应性 能，提高纤维素结合碱含量，达到6~8% (质量百分比）； 3)将该碱纤维素送至揉搓机，处理后获得浓度为30~40%的浆粥。
[0022] 在所述的步骤B中，衆粥与浓度为140~200g/L的氢氧化钠溶液混合后送入反应 器，使用纯氧降聚后获得聚合度为400~600的碱纤维素，反应器中纯氧的加入量为2~ 10%，降聚反应时间控制在30~60min。
[0023] 在步骤B中，加入纯氧的目的是氧化降聚，经降聚后，碱纤维素聚合度由650~ 1200降为400~600,甲纤纯度为98. 0~98. 5%，甲纤纯度较高，比传统工艺可提高2~3%， 定向降聚比传统老成降聚减少甲纤损失3~5%，分子降聚更加均匀、充分。
[0024] 在所述的步骤C中，所述的溶剂包括浓度为25~45 g/L氢氧化钠溶液和浓度为 5~10 g/L的亚硫酸钠水溶液；二硫化碳的加入量为步骤B制得的碱纤维素中甲纤含量的 25~37%，获得的纤维素磺酸酯溶液的浓度为9. 0~10. 0%。
[0025] 步骤C具体可概括如下： 1) 步骤B制得的碱纤维素被送至黄