聚丙烯腈紡絲工藝介紹

(一)濕法紡絲

聚丙烯腈濕法紡絲工藝 采用與制備原液相同的溶劑一一水溶液作凝固浴，紡絲原液由噴絲頭上小孔噴出成細(xì)流狀進(jìn)人凝固浴,表層首先與凝固浴接觸,凝固成皮層,隨著凝固浴中水透過皮層向細(xì)流內(nèi)部擴散和細(xì)流內(nèi)部溶劑通過皮層向凝固浴擴散,使細(xì)流中溶劑濃度不斷降低，當(dāng)達(dá)到臨界濃度時,均相的聚丙烯腈共聚物溶液發(fā)生相分離,聚合物從溶液中沉淀析出，凝固成具皮芯結(jié)構(gòu)的初生纖維(凍膠體)。此法是目前腈綸生產(chǎn)的主要方法，約占總產(chǎn)能的82%。

(二)干法紡絲

聚丙烯腈干法紡絲工藝 采用易揮發(fā)的有機溶劑(DMF、丙酮等)制備原液，紡絲時預(yù)先加熱原液,并將原液從噴絲板小孔噴入具有夾套加熱的紡絲甬道中,與通人甬道的熱氮氣并流前進(jìn),原液細(xì)流中溶劑被熱的氮氣加熱而蒸發(fā),并被流動的熱氣流帶走,在冷凝器中冷凝回收，原液細(xì)流中聚合物因脫溶劑而凝固成初生纖維。

(三)干濕法紡絲

干濕法紡絲工藝 紡絲原液從噴絲板小孔擠出,先經(jīng)10～30mm空氣層,然后進(jìn)入凝固浴，經(jīng)脫溶劑而制得初生纖維。由于出噴絲孔后原液細(xì)流脹大區(qū)在空氣層中,處于未凝固狀態(tài),無溶劑減少故液流體積無變化,細(xì)流脹大截面比濕法或干法大幾倍,可經(jīng)受較大噴頭的正拉伸,噴頭正拉伸使高聚物大分子獲得初步取向,為進(jìn)行高速紡絲和經(jīng)受高倍拉伸制高強度纖維創(chuàng)造了條件。目前,該法的最高紡速達(dá)1000~2000m/min,所產(chǎn)纖維強度超過7cN/dtex。產(chǎn)品主要用作碳纖原絲。

(四)凍膠法紡絲

凍膠法紡絲工藝 用于制備高強高模聚丙烯腈纖維,將大于50萬的超高相對分子質(zhì)量聚丙烯腈溶液在高溫下擠出噴絲板,原液細(xì)流先被冷卻固化成含有溶劑的聚合物凍膠絲,再經(jīng)脫溶劑與高倍拉伸制得高強高模纖維。如將相對分子質(zhì)量 100萬的聚丙烯腈，以DMF為溶劑配成濃度6%~8%的溶液(45℃時黏度 100Pa·s)加熱到90~100℃,經(jīng)10mm空氣層后進(jìn)入0~5℃、75%DMF凝固浴,由于迅速冷卻形成了穩(wěn)定的凍膠絲;制得的凍膠絲中含有與紡絲原液中相近濃度的溶劑,經(jīng)萃取浴脫除溶劑,干燥去除萃取劑,再經(jīng)多級高倍拉伸(總拉伸15~20倍),可制得強度12cN/dtex、模量 222cN/dtex的高強高模聚丙烯腈長絲。產(chǎn)品可望用作優(yōu)質(zhì)碳纖原絲,傳動帶、復(fù)合材料中增強纖維等。

(五)熔融紡絲

聚丙烯腈熔融紡絲工藝從腈綸產(chǎn)業(yè)化開始就受到合纖界的廣泛關(guān)注,已進(jìn)行的研究可歸納為兩大類,即外增塑法熔融紡絲和增塑法熔融紡絲。由于熔融紡絲可以少用、不用溶劑,減少了污染,縮短了工序,節(jié)省了能源,為腈綸持續(xù)發(fā)展增加了競爭力。

1.外增塑法熔融紡絲

采用丙烯腈共聚物 83.2份,加水 16.8份,在單桿擠壓機中加熱制得熔體,在167℃通過直徑為85m的小孔進(jìn)行紡絲,絲條在充滿88.4kPa水蒸氣的固化區(qū)固化成絲條,在熱水噴淋下經(jīng)第一拉伸區(qū)2.4倍拉第二拉伸區(qū)21.2倍拉可制得線密度1.1dtex、強度7.0cN/dtex、斷裂伸長率27%、鉤結(jié)強度5cN/dtex的聚丙烯腈長絲。

2.內(nèi)增塑法熔融紡絲

內(nèi)增塑的措施有:

(1) 降低共聚物中氰基含量,采用加入8%~17%其他乙烯基單體共聚,降低一CN的作用力,使玻璃化溫度在77~110℃。

(2) 閉合強極性 一CN,削弱 一CN間作用力。

(3) 改變聚丙烯腈超分子結(jié)構(gòu),將結(jié)晶度控制在 20%~30%。

(4) 加入穩(wěn)定劑(RX)抑制環(huán)化。

(5) 降低相對分子質(zhì)量。

(6) 改變共聚物序列,調(diào)整共聚物中單體的分布。