聚丙烯腈纖維的后處理紡絲工藝介紹

初生纖維是高聚物在溶劑中高度溶脹的凍膠體,大分子間作用力和取向度都很低,內(nèi)部包含大量溶劑(濕紡時(shí)還帶大量水),物理機(jī)械性能差,必須經(jīng)過(guò)系列后處理才能制得有實(shí)用價(jià)值的紡織纖維。腈綸（聚丙烯腈纖維）后處理包括拉伸、水洗、干燥致密化、卷曲、熱定型、上油、二次干燥、切斷、打包(裝箱)等工序。

1.拉伸

拉伸的目的是提高大分子沿纖維軸的取向度,使大分子鏈沿受力方向平行排列,初級(jí)沉積體構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)骨架發(fā)展成大分子鏈?zhǔn)M成的微纖。在拉伸過(guò)程中,初生纖維截面變小,微孔被拉長(zhǎng),微纖間距離縮小,大分子間引力加強(qiáng),使纖維強(qiáng)度上升,伸度下降,機(jī)械物理性能得到改善。腈綸生產(chǎn)中拉伸可一次完成，也可分幾次進(jìn)行。在無(wú)機(jī)溶劑濕法紡絲中,為提高初生纖維的抗拉性能，在高倍拉伸前，先在50℃左右的稀溶劑介質(zhì)中進(jìn)行1~3倍預(yù)拉伸,再進(jìn)一步脫除溶劑，使初生纖維中大分子預(yù)取向,以承受高倍拉伸,再在95~100℃的熱水或120℃蒸汽中進(jìn)行一次或多次拉伸，總拉伸倍數(shù)可達(dá)6~10倍。

2.水洗

水洗的目的是除去纖維中殘留的溶劑、低聚物等雜質(zhì),改善手感、白度與染色性。一般采用40~60℃脫鹽水在立式或長(zhǎng)槽式水洗機(jī)中完成。在一些工藝中,為提高白度,改善染色性,水洗后還用 Na₂SO₄—HNO₃溶液處理凝膠態(tài)絲束。

工業(yè)生產(chǎn)中拉伸工序與水洗工序設(shè)置因工藝路線不同而異。高倍拉伸設(shè)在水洗前,由于溶劑增塑作用,拉伸時(shí)大分子易滑移,拉伸能耗低,流程短,適合一步法工藝中相對(duì)分子質(zhì)量較高的聚合物相對(duì)分子質(zhì)量較低的聚合物或溶劑的毒性、腐蝕性較大時(shí),可采用先水洗后拉伸的方式,拉伸前絲束在較低行進(jìn)速度下水洗,便于洗凈殘留溶劑;因水增塑作用要小于溶劑增塑,拉伸需分幾次實(shí)施,故伸能耗較大,但對(duì)大分子伸展取向有利;先水洗后拉伸工藝流程中的高速區(qū)短,利于穩(wěn)定生產(chǎn),提高紡速,改善勞動(dòng)條件。干法紡絲中,水洗與拉伸在密閉的多輥水洗拉伸機(jī)中，以95℃熱水一次完成,洗下的DMF溶劑送往回收裝置,可降低溶劑損耗并減少對(duì)操作環(huán)境的污染。

3.干燥致密化

干燥致密化是對(duì)拉伸、水洗后聚丙烯腈初級(jí)溶脹纖維進(jìn)行熱處理的工序。經(jīng)拉伸、水洗的初級(jí)溶脹纖維皮芯層、截面間存在差異,纖維內(nèi)部呈多孔結(jié)構(gòu),在微孔、低序區(qū)與大分子表面帶有大量水分,纖維含水率高達(dá)150%~200%。纖維外觀泛白失透、染色后色澤不鮮艷，強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和鉤結(jié)強(qiáng)度等機(jī)械指標(biāo)低，不能滿足紡織要求。干燥致密化在高于聚丙烯腈玻璃化溫度、高含濕量的熱空氣(100~180℃)環(huán)境下進(jìn)行,以防止高溫下初級(jí)溶脹纖維內(nèi)部水分快蒸發(fā)而造成纖維表面紕裂。在高溫、高濕條件下,隨著水分的蒸發(fā),微孔因自由水脫除逐漸小,直至最終閉合消失;低序區(qū)的自由水與大分子上溶劑化水逐步脫除,微纖相互靠攏,隨大分子間新的次價(jià)鍵的建立,堆砌密度提高,有序區(qū)比例擴(kuò)大;纖維軸向與徑向發(fā)生收縮，皮芯層差異減少,內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得均勻密實(shí),物理機(jī)械性能得到改善。經(jīng)干燥致密化處理,纖維含水率低于2%,相對(duì)密度由初生纖維0.5升高到1.16以上，主要機(jī)械指標(biāo)已達(dá)到紡織加工要求。干燥密化對(duì)任何紡絲方法均是十分關(guān)鍵的后處理工序,其過(guò)程可以在張力式烘筒型、半松馳式圓網(wǎng)型、松弛式簾網(wǎng)或簾板型干燥機(jī)上實(shí)施。

4.熱定型

熱定型的目的是消除凝固成型、拉伸和干燥致密化過(guò)程中纖維內(nèi)遺留下的結(jié)構(gòu)不均勻和相應(yīng)的內(nèi)應(yīng)力不勻。在高于聚合體玻璃化溫度下對(duì)致密化后絲束進(jìn)行松弛熱處理,由于大分子熱運(yùn)動(dòng),大分子間作用力部分被削弱,過(guò)度伸展的大分子得到松弛,變得比較卷曲,使高倍拉伸時(shí)取向應(yīng)力所造成的不穩(wěn)定分子間作用力得到舒解,從而消除了內(nèi)應(yīng)力不勻,重建和加強(qiáng)了較穩(wěn)定的分子間作用力,使結(jié)構(gòu)均勻化。經(jīng)熱定型處理,纖維內(nèi)部準(zhǔn)晶區(qū)得到加強(qiáng),大分子序態(tài)適度降低,超分子結(jié)構(gòu)得到改善。定型過(guò)程中纖維縱向發(fā)生收縮,干強(qiáng)度、初始模量有一定程度的下降,但沸水收縮率、鉤結(jié)強(qiáng)度、鉤結(jié)伸長(zhǎng)率和染色性能得到大幅度改善。生產(chǎn)中,熱定型在熱空氣、熱水、蒸汽等介質(zhì)中進(jìn)行。常用設(shè)備有間歇式蒸汽定型鍋、連續(xù)蒸汽定型機(jī)、電熱定型板等。干法紡絲纖維致密化程度比濕法高,熱定型與干燥致密化在同一設(shè)備中完成。

5.上油

上油或稱柔軟處理的目的是改善纖維的摩擦因數(shù)，賦予纖維平滑、柔軟的手感和抗靜電性能,以便順利通過(guò)紡織加工。柔軟處理一般在水洗后干燥致密化前進(jìn)行,也有在干燥致密化以后進(jìn)行的。前者絲束呈凝膠態(tài),有較大比表面,油劑滲入能較好附著,但油劑必須耐溫?？梢园讶彳泟┡c抗靜電劑同浴加入，亦可分開施加。

6.卷曲、二次干燥

卷曲的目的是增加纖維間的抱合力、模仿天然纖維自然卷曲、改善腈綸的紡織加工性能。工業(yè)生產(chǎn)中，一般采用濕熱條件下,機(jī)械擠壓完成。采用蒸汽給濕、電熱板加熱的干卷曲工藝中，絲束卷曲后不需再烘干;用熱水加熱的濕卷曲工藝中,可將油浴作卷曲前的預(yù)熱浴,濕卷絲束需經(jīng)兩次干燥去除水分。

7.切斷

切斷的目的是將絲束按線密度與最終用途切成所需長(zhǎng)度，如1.65dtex棉型腈綸一般切成38mm,2.75dtex以上毛型腈綸切成65mm、100mm、130mm等。為減少性能差異,可將不同時(shí)間絲束相互搭配混切,并將切好的短纖維混合。

8.打包與裝箱

打包或裝箱工序是將成品短纖或絲束最后包裝,以便運(yùn)輸或儲(chǔ)存。