[发明专利]一种聚丙烯腈纤维的拉伸方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚丙烯腈纤维的拉伸方法，属于聚丙烯腈纤维制备领域。

背景技术

聚丙烯腈纤维（PAN）是性能优良的合成纤维，是纺织和工业用的重要纤维原料。已经工业化的聚丙烯腈纤维的纺丝工艺包括湿法、干法和干喷湿法。湿法和干喷湿法纺丝过程中，凝固浴中凝固成型，水浴中水洗拉伸，大量水的淋洗，干燥热定型等重要工艺步骤，在高品质特殊用途的聚丙烯腈原丝的制备过程中往往需要对干燥后的纤维再进行高温蒸汽拉伸，以提高纤维结构的规整度的和力学性能。

公开号CN101270501A专利中提及了一种对湿法纺丝得到的聚丙烯腈纤维进行水洗拉伸方法，是将PAN纤维通过多个水槽进行拉伸同时达到水洗去除溶剂的效果，拉伸倍数达到6~7倍；公开号CN101067214A的专利提出对干喷湿纺得到的聚丙烯腈纤维进行喷淋水洗或常压水蒸汽水洗。

上述方法中专利公开的方法中，水洗拉伸或喷淋水洗需要用一个或多个水洗槽，需要大量的水去除纤维中的少量溶剂，并产生大量的含有纺丝溶剂的废液，且经过多道水洗后，纤维中的溶剂出去效果有限，仍残留有少量溶剂，影响纤维力学、热学等性能，进而影响纤维的品质；而采用常压水蒸汽去除溶剂，溶剂去除效果比用大量水去除的效果好，但是因为是在常压蒸汽中去除的，过程中没有施加拉伸增加去除效率，纤维中仍然有少量溶剂的残留。

碳纤维用原丝的PAN纤维的高倍拉伸是在蒸汽拉伸工艺段实现的，通常蒸汽拉伸需要在一定温度和压力下进行，现有的蒸汽拉伸通常需要蒸汽压力达到0.6MPa以上，因此需要蒸汽拉伸装置有较高的密封性，公开号CN101235568A的专利公开了一种蒸汽压密封装置，在水蒸汽拉伸室的两端采用与水蒸汽拉伸室的相同压力的高温气体密封室相连，来保证水蒸汽拉伸室内的温度和压力，达到聚丙烯腈纤维高倍拉伸的目的，专利号为02247164.2的实用新型专利采用在蒸汽室外再加一个蒸汽室，来提高蒸汽温度和压力以及装置的密封性，这些方法都是对蒸汽拉伸装置进行了进一步的改造来提高拉伸装置的密封性，这样虽然在一定程度上提高了拉伸效果但对装置改造工作量大，成本高，对设备耐高温高压能力要求较高，且为达到较高的蒸汽压，需要耗费大量能源。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种聚丙烯腈纤维的拉伸方法，是一种聚丙烯腈纤维在残留溶剂的增塑作用下，在多级蒸汽中达到高倍拉伸，并利用多级水蒸汽的清洗作用，达到去除聚丙烯腈纤维中残留溶剂的方法。该方法使得纤维在较低蒸汽压力下就可获得高倍拉伸，同时利用水蒸汽去除了纤维中的溶剂相，相比于喷淋水洗去除溶剂，效率高，去除彻底，用水量少，制得的聚丙烯腈纤维取向度高，力学性能良好，品质良好。该方法成本低，工艺步骤简单，去除溶剂效率高，水的使用量及产生的废液少，减少了环境污染，并且减少能耗，适合聚丙烯腈纤维的工业化生产。

本发明的一种聚丙烯腈纤维的拉伸方法，聚丙烯腈纺丝溶液经过挤出，经过或不经过空气层，进入凝固浴成型，经导辊进入拉伸浴，然后将经拉伸浴获得的聚丙烯腈纤维在饱和水蒸汽中进行多级拉伸，所述的多级拉伸为至少两级拉伸；

其中，

第一级蒸汽拉伸的蒸汽压力P₁保持在0.11~0.15±0.01MPa；

最后一级蒸汽拉伸的蒸汽压力P_N保持在0.40~0.43±0.01MPa；

介于第一级和最后一级之间的中间级第n级的压力P_n为：

P_n＝[P₁+(n-1)(P_N-P₁)/(N-1)]±0.01MPa

其中，n为当前级数，N为总级数。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种聚丙烯腈纤维的拉伸方法，所述的聚丙烯腈纤维在所述多级拉伸后总蒸汽拉伸倍数达到3.0～29.7倍，并且满足：

第一级拉伸的倍数DR₁为1.5～4.0倍；

其它级拉伸的倍数为DR_n为1.2～3.0倍。

如上所述的一种聚丙烯腈纤维的拉伸方法，所述的多级拉伸是指2～7级拉伸，所述的多级拉伸是连续的，相邻级之间不间断。

如上所述的一种聚丙烯腈纤维的拉伸方法，所述聚丙烯腈纤维的组分是30wt%~95wt%的聚丙烯腈、3wt%~40wt%的溶剂和余量水。