一種一道高溫分段牽伸製備高強度合成纖維的方法與流程
2023-06-17 18:32:21
本發明涉及一種合成纖維的製備方法，屬於高分子材料製備領域。
背景技術：
合成纖維具有強度高、成本低、化學穩定性能好、耐酸鹼、耐微生物、耐磨等優點，被廣泛應用於建材、安全防護、航天航空、醫療、體育、電子、軍事等諸多領域。其基本的製備流程為合成樹脂的熔融紡絲或熔融擠出、冷卻、高溫牽伸、熱定型、纖維表面處理和收卷。
CN1401021A公開了一種高強度聚酯醯胺纖維的製造方法。其生產工藝是將聚酯醯胺共聚物熔體紡絲後，在20℃以下的溫度下冷卻，得到非結晶狀態的未拉伸長絲，之後通過一個或多個烘箱的70～110℃下的高溫拉伸，總拉伸比為4.5倍以上，得到高強度的纖維。
CN 1448546A公開了一種超高強度超高模量聚乙烯纖維的製備方法。其方法是將聚乙烯經過熔融擠出、在紡絲箱進行噴絲後，在多個烘箱中分別進行多道高倍牽伸處理，牽伸總倍數為70倍以上。
CN 1515711A公開了一種高強度聚丙烯纖維的製備方法。其方法是將聚丙烯在熔融紡絲機上熔融擠出，進行卷繞，之後將卷繞絲在兩個烘箱中分別進行兩道牽伸和一道熱鬆弛。第一道常溫預牽伸，第二道牽伸溫度為90～140℃。
CN 101899722A公開了一種高強度高模量的聚乙烯醇粗旦纖維的製備方法。其方法是將聚乙烯醇經過單螺杆擠出機熔融擠出後，在多個120～150℃的熱烘箱中進行多級拉伸至10～16倍後，進行高溫熱定型，從而得到纖維。
在整個纖維製備過程中，高溫牽伸提高纖維強度的關鍵步驟。高溫牽伸的熱烘箱長度通常較長，為4～7米，纖維在這段距離中，會發生大量的取向結晶，從而可以展示出優異的力學性能。然而，當前的技術和所公開的專利中，所能增強的倍數有限，並不能達到非常理想的效果。
技術實現要素：
為了解決上述問題，本發明提供一種高強度合成纖維的製備方法。
本發明的技術方案如下：
一種一道高溫分段牽伸製備高強度合成纖維的方法，其特徵在於包括以下步驟：合成樹脂熔融紡絲或熔融擠出、冷卻、分段高溫牽伸、熱定型，其中所述分段高溫牽伸為烘箱的前段和後段獨立調控溫度,且後段的溫度高於前段。
優選的前段加熱溫度為30～200℃，後段加熱溫度為50～300℃。
優選的牽伸倍率為1～50倍。
優選的前段加熱與後段加熱的長度比例為1:5～5:1，進一步優選的前段加熱與後段加熱的長度比例為1:3～3:1。
所述合成樹脂可以是聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯腈纖維、聚酯、聚醯胺、聚乙烯醇、聚乙烯醇縮甲醛、聚對苯二甲酸乙二酯、聚苯咪唑、聚四氟乙烯、聚對苯二甲醯對苯二胺、聚醯亞胺中的一種或一種以上混合物。
所述合成樹脂中可包括改性劑、改性樹脂或改性填料。
所述改性劑、改性樹脂或改性填料優選為矽烷偶聯劑Si-69、KH570、KH550、KH151、矽膠抗粘連劑、鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑、正矽酸乙酯(TEOS)、色母粒、增塑母粒、耐高溫母粒、防腐母粒、消泡母粒、無機物超細顆粒、馬來酸酐接枝聚丙烯、馬來酸酐接枝聚乙烯、聚乙二醇、聚己二酸丁二醇酯、聚己內酯中的任一種或多種的混合物。
優選的熱定型後進行纖維表面處理，所述纖維表面處理優選為壓痕和/或表面改性。
本發明的技術效果如下：
本發明提出了一種一道高溫分段牽伸製備高強度合成纖維的方法來製備高強度的合成纖維，高溫牽伸過程中，採用一個烘箱進行一道高溫分段牽伸，烘箱的前段和後段可獨立調控溫度，溫度調控範圍為30～300℃。溫度的設置取決於合成樹脂的種類、牽伸速度。牽伸倍率由烘箱兩側的滾軸速度差來實現，牽伸時間則由則由烘箱的長度和牽伸速度來確定。
當纖維剛剛進入烘箱，處在烘箱的前段位置時，其自身溫度較低，需要一個加熱的過程，此時纖維的結晶度低，所吸收的熱量也較低，因此設置較低的溫度，實現一個較好的預熱，不會過度活化纖維的分子鏈，可以保證後續分子鏈的取向度。當纖維拉伸至烘箱的後段位置時，分子鏈會開始大量的取向結晶，此時需要較高的能量，因此設置較高的溫度，不會因吸熱不充足而導致結晶不充分。本發明根據纖維分子鏈的取向結晶情況在烘箱的不同位置進行相應的溫度調整，纖維強度得到了大幅度的提升。
本發明可廣泛的應用於多種纖維的製備，大大提高了纖維的使用性能。
附圖說明
圖1為本發明實施例裝置及流程示意圖。
具體實施方式
為了更好的理解本發明，下面結合具體實施方式和附圖對本發明進行進一步的解釋。
實施例1
本實施例應用於製備高強度聚丙烯纖維，製備過程如圖所示，包括以下步驟：
將聚丙烯樹脂、馬來酸酐接枝聚丙烯、色母粒、耐高溫母粒、防腐母粒和消泡母粒充分混合均勻後，加入到單螺杆擠出機熔融擠出。纖維擠出後，立即在冷卻水中冷卻，得到非結晶狀態的未拉伸絲。纖維進行分段高溫牽伸，加熱烘箱總長度為6m，前段加熱板長度2m，溫度為140℃，後段加熱板長度4m，溫度為150℃，烘箱的兩端分別有一個滾軸，第一個滾軸的轉速為五米每分，第二個滾軸的轉速為50米每分，牽伸倍率為10倍。牽伸後的纖維，進行高溫熱定型，熱定型溫度為120℃，熱定型烘箱的滾軸與烘箱後端的滾軸轉速相同，也為50米每分。定型時間為40s。之後，對纖維進行壓痕、改性、包裝和切斷，製得成品。本實施例的聚丙烯纖維拉伸強度達到450MPa，拉伸模量達到7GPa，比使用常規方法製得的聚丙烯纖維強度提高25％。
實施例2
本實施例應用於製備高強度聚酯醯胺纖維，製備過程包括以下步驟：
將尼龍6與聚己二酸丁二醇酯共聚後，加入到單螺杆擠出機熔融擠出。纖維擠出後，立即在冷卻水中冷卻，得到非結晶狀態的未拉伸絲。纖維進行分段高溫牽伸，加熱烘箱總長度為6m，前段加熱板長度3m，溫度為70℃，後段加熱板長度3m，溫度為80℃，牽伸倍率為10倍。速率控制方式同實施例1。牽伸後的纖維，進行熱定型、包裝和切斷，製得成品。本實施例的聚酯醯胺纖維拉伸強度達到800MPa，拉伸模量達到6GPa，比使用常規方法製得的聚酯醯胺纖維強度提高30％。
實施例3
本實施例應用於製備高強度聚乙烯醇纖維，製備過程包括以下步驟：
將聚乙烯醇溶脹後加入到單螺杆擠出機熔融擠出。纖維擠出後，進行冷凍、醇解和中和處理。纖維進行分段高溫牽伸，加熱烘箱總長度為6m，前段加熱板長度4m，溫度為140℃，後段加熱板長度2m，溫度為150℃，牽伸倍率為8倍。速率控制方式同實施例1。牽伸後的纖維，在220℃下進行熱定型、包裝和切斷，製得成品。本實施例的聚乙烯醇纖維拉伸強度達到700MPa，拉伸模量達到25GPa，比使用常規方法製得的聚乙烯醇纖維強度提高15％。
以上所述僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，例如前後端溫度的具體調整，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求書的保護範圍為準。