[发明专利]芳纶Ⅲ纤维在线热处理工艺及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种芳纶Ⅲ纤维热处理工艺和装置，属于特种纤维技术领域。

背景技术

芳纶Ⅲ纤维在线热处理工艺及其装置事装备及民用各领域。杜邦公司在上世纪六十年代开发出的Kevlar系列产品就是其中一种，它由对苯二胺和对苯二甲酰氯经缩聚、纺丝而成。随后，俄罗斯在上世纪八十年代开发出了性能更加优良的Apmoc纤维。我国也于上世纪九十年代研制出与Apmoc类似的纤维，该纤维称为芳纶Ⅲ纤维。

芳纶Ⅲ纤维由对苯二胺、5（6）-氨基-2-(对氨基苯基)苯并咪唑和对苯二甲酰氯共缩聚的芳纶Ⅲ树脂溶液经湿法纺丝而成。湿法纺丝所获的原丝强度不高，仅为1.5GPa，需要进一步热处理来提高强度。经热处理的纤维强度可达4.5GPa，模量可达150GPa。因而，热处理的工艺条件和设备对获得高强度芳纶Ⅲ纤维至关重要。

目前，国内对芳纶Ⅲ原丝束热处理工艺有两种：间歇式真空热处理和单一烘道连续式热处理。间歇式真空热处理是将纺丝工序收卷的丝筒放入多工位热处理釜中，于真空条件下，升温至300℃～400℃热处理30分钟以上，降温充氮，开釜取得成品丝筒。该方法具有处理能力大的优点，但是由于该工艺生产过程不连续，芳纶Ⅲ原丝筒上缠绕的原丝束在热处理釜中的受热均匀性难以保证，影响了纤维的成品率，其成品率仅为70～80%。单一烘道连续热处理方法是在一定张力、氮气气氛中，芳纶Ⅲ丝束连续地在一定温度下通过加热炉，该方法可以获得质量稳定的纤维，而且成品率很高，可达95%。但是该方法所获得的纤维机械性能不太理想，纤维强度为4.5GPa，难以进一步提高；另外，单一烘道连续热处理方法对纤维的处理量小，很难满足大规模生产的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中芳纶Ⅲ纤维热处理所存在的纤维结晶度不高、纤维结晶取向度较差导致纤维强度难以进一步提高的不足，提供一种改进的芳纶Ⅲ纤维在线热处理方法，该方法可获得强度、弹性模量更高的纤维。本发明还提供了一种可以同时处理多束纤维，效率更高的芳纶Ⅲ纤维在线热处理方法。本发明的另一目的是提供对多束芳纶Ⅲ纤维进行在线热处理的装置。本发明的芳纶Ⅲ纤维在线热处理方法可以获得质量稳定的芳纶Ⅲ纤维，并且可以同时对多束丝束进行热处理。

本发明通过下述技术方案来实现发明目的：

一种芳纶Ⅲ纤维在线热处理工艺，包括以下步骤：

（1）、预热拉伸处理：芳纶Ⅲ纤维原丝束从纺丝烘干段出来后，直接绕上第一张力辊，从第一张力辊引出的丝束导入第一隧道炉（预热拉伸炉），从第一隧道炉出来的芳纶Ⅲ纤维绕上第二张力辊，向炉内通入N₂，升温至150～350℃，

调节第二张力辊的转速大于第一张力辊，使第一隧道炉内丝束产生1～8%拉伸比的张力，丝束以0.5～20m/min的速度通过第一隧道炉；

所述芳纶Ⅲ纤维原丝束可以是一束或多束；

（2）、热结晶处理：从第二张力辊引出的丝束导入第二隧道炉，从第二隧道炉引出的丝束绕上第三张力辊，向炉内通入N₂或空气，升温至360℃～550℃；

所述第三张力辊的速度与第二张力辊相同，炉内丝束以0.5～20m/min的速度通过第二隧道炉；

（3）、后处理：从第三张力辊导出的丝束，经上油、干燥、收卷为成品，或者送往捻丝装置进行加捻合股成产品。

本发明的芳纶Ⅲ纤维在线热处理工艺中，所述预热拉伸处理的温度优选190～320℃。

第一隧道炉内丝束产生的张力优选2～5%拉伸比。

热结晶处理的温度范围最好为380～450℃。

丝束的通过第一隧道炉、第二隧道炉的速度最好为5～15m/min。

本发明的芳纶Ⅲ纤维在线热处理工艺中，所述芳纶Ⅲ纤维原丝束为2-10束。

一种芳纶Ⅲ纤维在线热处理装置，包括依次排列的第一张力辊、第一隧道炉、第二张力辊、第二隧道炉、第三张力辊、上油机和干燥机，所述第一隧道炉、第二隧道炉均为管式加热炉，所述第一、第二隧道炉上分别设置有气体入口和热媒入口。

利用该芳纶Ⅲ在线热处理装置对芳纶Ⅲ纤维进行在线热处理时，调节第二张力辊的转速大于第一张力辊，第三张力辊的转速与第二张力辊相同，使两个隧道炉之间的第二张力辊得以平衡丝束在第一隧道炉内产生张力以及在第二隧道炉内不产生张力，第一隧道炉的气体入口用以通入N₂，以确保纤维在无氧状态下被拉伸加热，第二隧道炉的气体入口用以通入N₂或空气，使纤维在无氧状态或有氧状态下被加热，以获得不同的产品。