一种飞碟型截面腈纶纤维及其生产方法与流程

本发明涉及一种腈纶纤维，具体涉及一种飞碟型截面腈纶纤维及其生产方法。

背景技术：

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℃，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。

现有的腈纶纤维制造过程中使用的喷丝板多为圆形喷丝孔的结构，生产出来的腈纶纤维截面为圆形实心结构，排列紧密，分子间缺少亲水结构，因此回潮率很小，吸湿性、易染性差，而且光线照射到纤维表面时容易形成漫反射，因此光泽较差；同时，存在手感较差、贴身舒适性较差等不足，难以满足人们的需要。另外，目前生产腈纶纤维采用干法纺丝、湿法纺丝或干湿法纺丝的方式，空气间隙小，可供高聚物分子链运动调整的时间短，再加上喷丝孔孔间距小，容易造成粘丝，从而纺制而成的纤维丝束很难保证均一性，由于工艺条件和设备状况等诸多问题，使得长周期高效稳定纺丝存在困难。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种飞碟型截面腈纶纤维，使用该飞碟型截面腈纶纤维制得的产品保暖性好、蓬松感挺立感好。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种飞碟型截面腈纶纤维，该飞碟型截面腈纶纤维主要包括如下质量百分比的成分：丙烯腈91-94％，醋酸乙烯6-9％，所述的飞碟型截面腈纶纤维通过喷丝板挤出得到，其截面长宽比为(6-9)：2。

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，本发明加入丙烯腈91-94％，醋酸乙烯6-9％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，柔软性和热弹性增强。

本发明的飞碟型截面腈纶纤维的截面为飞碟形状，腈纶纤维聚集体中的纤维间存在着空气，透气量明显低于普通腈纶，而静止空气的导热系数最小，因而形成一个良好的保温层，提高了纤维的蓬松性、覆盖性和保暖性。在相同覆盖率和保温效果条件下，可以少用纤维，减轻了织物的重量，符合现代人对服装轻暖的要求。本发明的飞碟型截面腈纶纤维间还存在着较大的毛细管区，具有良好的毛细效应及优越的水分吸收能力，因此回潮率要高于普通腈纶，使产品兼具吸湿排汗和保暖效果。飞碟型截面腈纶纤维的截面的长宽比是指其截面的最长处的长度和最宽处的宽度的比例，该比例为(6-9)：2时，飞碟型截面腈纶纤维的纤维聚集体中纤维间的空间最大，可以保存较多的空气，另外纤维间抱合力也较大，使用该腈纶纤维制得的产品的保暖性能好、覆盖性好、蓬松丰满、输水性强、干爽透气、穿着舒适。

作为优选，所述喷丝板包括板体，板体上设置有喷丝孔，喷丝孔包括导入段和成型段，成型段的横截面为长宽比为(6-9)：2的飞碟型。在该比例下，制得的腈纶纤维综合性能最佳。

作为优选，所述喷丝板为圆盘状或矩形，圆盘状的喷丝板直径为95-106mm，喷丝板上均布由8-12个布孔区，共有10000-40000个异型喷丝孔。具有上述数量喷丝孔的喷丝板大小适当，便于生产使用。

本发明通过喷丝板的设计制得具有特殊截面的飞碟型腈纶纤维，用该腈纶纤维生产的产品比普通的腈纶纤维生产的产品蓬松感挺立感好很多，并且保暖性能好、覆盖性好、输水性强、干爽透气。

作为优选，所述喷丝板划分为多个区域，每个区域单独供给纺丝原液，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，纤维的均一性较好。

作为优选，所述喷丝孔为进口大出口小的倒锥形通孔，喷丝孔的内侧壁与中心轴线的夹角为20-30°。

本发明将喷丝孔设计为进口大出口小的倒锥形通孔，有利于纺丝原液进入喷丝孔，并在喷丝孔内压力的作用下挤出形成紧密的丝状腈纶纤维，制得的腈纶纤维表面及内部都极少微孔，表面光滑，光泽性好。喷丝孔的内侧壁与中心轴线的夹角过大，纺丝原液在喷丝孔内流速减慢，压力增大，不利于快速挤出，该夹角过小，纺丝原液在喷丝孔内流速过快，形成的腈纶纤维单丝表面和内部容易形成微孔，结构不够紧致，影响最终产品的感官性能和使用性能。

作为优选，所述喷丝孔的导入段连接成型段，导入段的入口处即为喷丝孔的入口端，成型段的出口处即为喷丝孔的出口端。

作为优选，所述喷丝孔的导入段和成型段的长度比为(4-6)：1。导入段和成型段的长度在上述比例范围内时，纺丝原液在喷丝孔内流速和压力适当，能较快将纺丝原液挤出成型，所形成的腈纶纤维单丝结构紧致，表面光滑。

作为优选，所述成型段的内侧壁上纵向设有沟槽。

成型段的内侧壁上纵向设置的沟槽，使制得的腈纶纤维表面也具有纵向沟槽，增加了纤维之间的机械锁结，纤维紧密地聚集在一起，增大腈纶纤维间的抱合力，纤维不易滑脱，使制得的腈纶纤维产品更加结实耐用。

本发明的另一个目的在于提供一种上述飞碟型截面腈纶纤维的生产方法，该生产方法包括如下步骤：丙烯腈、醋酸乙烯共聚反应后在溶剂中形成纺丝原液；将纺丝原液加热至82-90℃从喷丝板中挤出，在凝固浴中形成初生纤维；初生纤维经过水洗、牵伸形成纤维丝束，纤维丝束经过上油、烘干、定型，制得飞碟型截面腈纶纤维。

本发明通过喷丝板的设计、纺丝工艺的调整、制得特殊截面飞碟型腈纶纤维，用该纤维用生产的产品比普通的腈纶纤维生产的产品蓬松感挺立感好很多，并且保暖性能好、手感柔滑爽、覆盖性好、输水性强、干爽透气、光泽柔和。

作为优选，所述纺丝原液的制备过程为：将质量百分比为丙烯腈91-94％，醋酸乙烯6-9％共聚反应制得聚丙烯腈干粉，将聚丙烯腈干粉溶解在二甲基乙酰胺溶剂中形成质量百分比浓度为23-26％的纺丝原液。

纺丝原液中聚丙烯腈含量高，需脱除的溶剂少，容易成型，纤维密度增大，容易保持形状。若纺丝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，难以形成腈纶纤维。

作为优选，所述聚丙烯腈干粉的分子量为60000-100000。

所述纺丝原液加热至82-90℃后从喷丝板中挤出。

纺丝原液温度影响着其粘弹性能，温度适当升高可以降低纺丝原液的粘度和弹性，减少喷丝孔挤出胀大，提高扁平腈纶的异型度。但纺丝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，影响腈纶纤维的物理性能，在上述温度下，纺丝原液粘度适当，更容易从喷丝板中挤出，并且能形成较好的纺丝。

作为优选，所述纺丝原液进入凝固浴时的温度为80-90℃，凝固浴温度为30-40℃，凝固浴中溶剂二甲基乙酰胺的浓度为45-55％，循环量为30-34kL/h。

凝固浴浓度太高时，双扩散过程过慢，造成凝固成型困难，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，纺丝原液与凝固浴温差过大，双扩散过程加快，使纤维表层的凝固过于激烈，在纺丝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。

作为优选，所述水洗、牵伸的具体过程为：将上述初生纤维水洗后使用牵伸机进行牵伸形成纤维丝束，水洗温度为86-92℃，水洗流量为2800-3200L/h，牵伸倍数为3-6倍。

本发明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。若牵伸倍数过低，纤维的断裂强度尤其是线密度得不到保证，经不起高倍拉伸而产生单丝断裂，不能获得较好的收缩率。牵伸倍数为3-6倍时，纤维的断裂伸长率和断裂强度将大大提高。当水洗温度过低，牵伸过程中易发生脆性断裂；水洗温度过高，纤维塑性形变显著，这部分形变在烘干时不能恢复，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86-92℃。

作为优选，所述上油、烘干、定型的具体过程为：将水洗、牵伸后的纤维丝束上油剂，将上油后的纤维丝束在130-150℃下通过热辊烘干，将烘干后的纤维丝束冷却卷曲，然后送入定型锅内，在100-130℃、150-250KPa下进行热定型处理。

热辊烘干时若温度过高，会使大分子在一定时间内获得能量而过分收缩，这部分收缩不能恢复，会导致纤维弹性下降。若烘干温度过低又会提高回潮率，给后纺加工带来困难，因此本发明将烘干温度控制在130-150℃。

与普通腈纶纤维相比本发明采用了更高的热处理压力。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。要达到相同延伸度，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，从而提高腈纶纤维的收缩性。

作为优选，所述的油剂为非离子与阳离子表面活性剂的复配物，所述油剂中还包括防止粘结的阳离子表面活性剂，所述防止粘结的结阳离子表面活性剂为季铵盐类阳离子表面活性剂。

普通的油剂处理的纤维就十分容易板结，发硬，收缩率不高，本发明通过增加季铵盐类阳离子表面活性剂，使腈纶纤维蓬松滑爽，收缩率良好。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：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；通过调整纺丝原液的浓度、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；通过对喷丝板的合理设计，使生产的工艺流程顺畅，制得的腈纶纤维保暖性能好、手感柔软挺爽、覆盖性好、蓬松丰满、输水性强、干爽透气、穿着舒适、光泽柔和。

附图说明

图1为本发明中喷丝板的一实施例结构示意图。

图2为本发明中喷丝板的喷丝孔的剖视图。

图3为本发明中喷丝孔的成型段的横截面示意图。

图中，1为喷丝板，2为喷丝孔。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，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。

所述的喷丝板1为圆盘状或矩形，圆盘状的喷丝板直径为95-106mm，喷丝板上均布由8-12个布孔区，所述喷丝板1包括板体，板体上设置有喷丝孔2，喷丝孔设计为进口大出口小的倒锥形通孔，有利于纺丝原液进入喷丝孔，喷丝孔的内侧壁与中心轴线的夹角为20-30°，易于挤出形成紧密的丝状腈纶纤维。

下面通过具体实施例对本发明中的作进一步解释。

实施例1

生产飞碟型截面腈纶纤维的方法包括如下步骤：

S1：纺丝成型：将质量百分比为91％的丙烯腈和质量百分比为9％的醋酸乙烯共聚反应制得分子量为60000-80000的聚丙烯腈干粉，将聚丙烯腈干粉溶解在二甲基乙酰胺溶剂中形成质量百分比浓度为23％的纺丝原液，纺丝原液加热至82℃后从喷丝板的孔中挤出，在凝固浴中经双扩散形成初生纤维；

其中，纺丝原液进入凝固浴时的温度为85℃，凝固浴温度为30℃，凝固浴中二甲基乙酰胺溶剂的浓度为45％，循环量为30kL/h；

喷丝板为矩形板或圆形板，采用合金、不锈钢等材质制成，喷丝孔的数量为10000-20000，喷丝孔成型段的横截面为长宽比为7：2的飞碟形。

S2、水洗、牵伸：将上述初生纤维水洗后使用牵伸机进行牵伸形成纤维丝束，水洗温度为86℃，水洗流量为2800L/h，牵伸倍数为3倍。

S3、上油：将水洗、牵伸后的纤维丝束上油剂；油剂为非离子与阳离子表面活性剂的复配物，油剂中还包括防止粘结的季铵盐类阳离子表面活性剂，油剂添加量为纤维丝束总量的0.38％。

S4、烘干、定型：将上油后的纤维丝束在130℃下通过热辊烘干，将烘干后的纤维丝束冷却卷曲，然后送入定型锅内，在100℃、150KPa下进行热定型处理，制得飞碟型截面腈纶纤维。

实施例2

生产飞碟型截面腈纶纤维的方法包括如下步骤：

S1：纺丝成型：将质量百分比为92％的丙烯腈和质量百分比为9％的醋酸乙烯共聚反应制得分子量为70000-90000的聚丙烯腈干粉，将聚丙烯腈干粉溶解在二甲基乙酰胺溶剂中形成质量百分比浓度为24％的纺丝原液，纺丝原液加热至84℃后从喷丝板的孔中挤出，在凝固浴中经双扩散形成初生纤维；

其中，纺丝原液进入凝固浴时的温度为80℃，凝固浴温度为32℃，凝固浴中二甲基乙酰胺溶剂的浓度为48％，循环量为31kL/h；

喷丝板为矩形板或圆形板，采用合金、不锈钢等材质制成，喷丝孔成型段的横截面为长宽比为8：2的飞碟形。

S2、水洗、牵伸：将上述初生纤维水洗后使用牵伸机进行牵伸形成纤维丝束，水洗温度为88℃，水洗流量为2900L/h，牵伸倍数为4倍。

S3、上油：将水洗、牵伸后的纤维丝束上油剂；油剂为非离子与阳离子表面活性剂的复配物，油剂中还包括防止粘结的季铵盐类阳离子表面活性剂，油剂添加量为纤维丝束总量的0.42％。

S4、烘干、定型：将上油后的纤维丝束在140℃下通过热辊烘干，将烘干后的纤维丝束冷却卷曲，然后送入定型锅内，在110℃、180KPa下进行热定型处理，制得飞碟型截面腈纶纤维。

实施例3

生产飞碟型截面腈纶纤维的方法包括如下步骤：

S1：纺丝成型：将质量百分比为93％的丙烯腈和质量百分比为8％的醋酸乙烯共聚反应制得分子量为80000-100000的聚丙烯腈干粉，将聚丙烯腈干粉溶解在二甲基乙酰胺溶剂中形成质量百分比浓度为25％的纺丝原液，纺丝原液加热至86℃后从喷丝板的孔中挤出，在凝固浴中经双扩散形成初生纤维；

其中，纺丝原液进入凝固浴时的温度为87℃，凝固浴温度为36℃，凝固浴中二甲基乙酰胺溶剂的浓度为50％，循环量为33kL/h；

喷丝板为矩形板或圆形板，采用合金、不锈钢等材质制成，喷丝孔成型段的横截面为长宽比为9：2的飞碟形。

S2、水洗、牵伸：将上述初生纤维水洗后使用牵伸机进行牵伸形成纤维丝束，水洗温度为90℃，水洗流量为3000L/h，牵伸倍数为5倍。

S3、上油：将水洗、牵伸后的纤维丝束上油剂；油剂为非离子与阳离子表面活性剂的复配物，油剂中还包括防止粘结的季铵盐类阳离子表面活性剂，油剂添加量为纤维丝束总量的0.49％。

S4、烘干、定型：将上油后的纤维丝束在140℃下通过热辊烘干，将烘干后的纤维丝束冷却卷曲，然后送入定型锅内，在130℃、200KPa下进行热定型处理，制得飞碟型截面腈纶纤维。

对比例1

所使用的喷丝板为普通的圆孔型喷丝板，其余均与实施例1相同。

将本发明实施例1-3中制得的腈纶纤维的性能与对比例1中的腈纶纤维进行比较，比较结果如表1所示。

表1：实施例1-3中的腈纶纤维与对比例1中的腈纶纤维的比较

手感评分为10人小组通过测试后按1-5分评分后各组的得分平均值，5分为满分。

从表1可知，本发明的飞碟型截面腈纶纤维的收缩率高，手感柔软爽滑，不易倒伏，利用该纤维生产的毛绒产品具有蓬松性好、挺立感好的特点。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。