專利名稱：一種非圓形截面的異型間位芳香族聚酰胺纖維的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種異型間位芳香族聚酰胺(MPIA)纖維的加工制作方法， 更準(zhǔn)確地說是涉及一種具有非圓形截面的異型間位芳香族聚酰胺纖維的加工 制作方法，屬于化學(xué)纖維加工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
間位芳香族聚酰胺纖維又名芳綸1313纖維，具有優(yōu)異的耐熱性、耐火焰 性和良好的電絕緣性能，在消防服裝，絕緣和耐高溫產(chǎn)業(yè)具有廣泛的應(yīng)用， 也可以用于制作芳綸紙。
現(xiàn)有的纖維制作方法是采用界面聚合后分離得到聚合體，并將聚合體重 新溶解再紡絲(如美國專利3640970)，低溫溶液聚合，聚合溶液直接進(jìn)行干 法紡絲(如美國專利3063966)或進(jìn)行濕法紡絲(如中國專利200610043660.3)， 這些方法取得的纖維截面均為圓形，圓形截面纖維的比表面積比較小，因此 這些纖維的物理性能受到較大的限制，由于比表面積比較小，因此表現(xiàn)為染 色性能較差，同樣由于比較面積比較小，造紙時(shí)由于纖維與漿粕之間接觸面 較小，所造紙張的強(qiáng)度也不夠好。從而使纖維的應(yīng)用受到較大的限制，而目 前關(guān)于非圓形截面的文獻(xiàn)則鮮有報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的提供一種異型間位芳香族聚酰胺纖維的制作方法，以改變 現(xiàn)有間位芳香族聚酰胺纖維的紡絲成形工藝，不改變整個(gè)紡絲工藝流程和紡 絲設(shè)備，在基本不增加投資的情況下，通過改變形成條件，使取得的芳綸1313 纖維在保持原有纖維優(yōu)異的耐熱性、耐火焰性和良好的電絕緣性能的基礎(chǔ)上， 改變其截面形狀，增大其比表面積，適應(yīng)應(yīng)用的要求，并能在很大程度上拓 展纖維的應(yīng)用領(lǐng)域。
苯發(fā)明提供的制作方法特征在于將間苯二甲酰氯和間苯二胺分別溶解在酰胺類極性溶劑中，并將兩種溶液分別降溫至0。C至-15"C，根據(jù)反應(yīng)物間苯 二甲酰氯和間苯二胺等摩爾比的原則，兩種溶液通過計(jì)量泵進(jìn)入反應(yīng)器中， 在反應(yīng)器中發(fā)生聚合取得聚合紡絲原液，同時(shí)產(chǎn)生HC1，取得的聚合溶液經(jīng) 過等當(dāng)量的CaO混合后中和并經(jīng)過800 — 1000目過濾介質(zhì)，去除其中的不溶 解顆粒，然后紡絲原液經(jīng)噴絲板或噴絲帽的噴絲孔，直接擠在含有表面活性 劑的低溫凝固浴中，紡絲成形后的初生絲經(jīng)熱水拉伸，水洗，干熱拉伸得到 非圓形截面的MPIA纖維。
所述的酰胺類極性溶劑為N'， N'-二甲基甲酰胺或N'-甲基吡絡(luò)垸酮。
所述的凝固浴特征在于凝固浴由水，N， N-二甲基乙酰胺，氯化鈣間位 芳綸低聚物和表面活性劑組成，以重量百分計(jì)含有N， N-二甲基乙酰胺 15-65%，間位芳綸低聚物(分子量小于10,000) 0.5-5%，表面活性劑0. 5-5%， CaCl2含量3-20y。，余量為水。
紡絲時(shí)該凝固浴的溫度低于25°C，優(yōu)選為低于18°C，最優(yōu)選為0。C-16 。C。根據(jù)該凝固浴配方，擠壓出噴絲孔的紡絲原液表面首先形成疏松的固體 層，其內(nèi)部逐步凝固，并利用內(nèi)部溶劑逐步進(jìn)入凝固浴，體積縮小的過程， 使纖維的圓形截面變形，取得較大的纖維比表面積。
由于不斷有絲條中的溶劑進(jìn)入凝固浴，因此凝固浴必須不斷補(bǔ)充新液以 保持凝固浴的配比在工藝需求的范圍內(nèi)，補(bǔ)充的新凝固浴從噴絲板側(cè)面進(jìn)入 凝固浴槽，凝固浴不斷補(bǔ)充并不斷溢流，保持凝固浴槽內(nèi)凝固浴流動(dòng)和液面 的穩(wěn)定，凝固浴流向與纖維運(yùn)動(dòng)方向一致。
為了保證凝固浴有足夠的能力稀釋紡絲原液釋放的溶劑，凝固浴流量必 須根據(jù)紡絲漿液擠出量而定，一般為5-100克凝固浴/克紡絲漿液，優(yōu)選為7-80 克凝固浴/克紡絲槳液，最優(yōu)選為9-50克凝固浴/克紡絲漿液。
凝固浴中的表面活性劑有效地隔離了每根纖維，使其表面不至于相互粘 連，所采用的表面活性劑可以是陰離子型、陽離子型或其他類型的表面活性 劑，也可以是兩種或兩種以上表面活性劑的組合物。
紡絲過程中所采用的噴絲板/帽為特殊加工的部件，根據(jù)本發(fā)明提供的方 法，噴絲板或噴絲帽(噴絲板/帽)上的噴絲孔可以采用異型截面也可以采用圓形截面，但孔的密度應(yīng)比較適中，過稀不利于提高生產(chǎn)能力，過密則可能 使紡絲過程中的纖維成形受到嚴(yán)重的影響，因此，孔的密度一般為2-20孔/
平方毫米，優(yōu)選為3-16孔/平方毫米，最優(yōu)選為4-12孔/平方毫米。
噴絲板/帽上噴絲孔的直徑為0.04-0.1毫米(對(duì)于非圓形空而言，其孔的 面積為0.0012-0.008mm2)，噴絲孔的長徑比(對(duì)于非圓形孔而言以當(dāng)量直徑 計(jì)算，即(4*孔面積/圓周率)1/2)小于5: 1，優(yōu)選為小于3: 1。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明內(nèi)容作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的實(shí)施方法并不 限于以下的實(shí)施方案。
實(shí)施例1:
將108克間苯二胺溶解在1000克N， N-二甲基乙酰胺中，冷卻該溶液 至-15。C，并保持?jǐn)嚢瑁瑢?03克間苯二甲酰氯溶解在200克N， N-二甲基乙 酰胺中，冷卻至-15。C，兩者混合后繼續(xù)攪拌30分鐘取得含有HC1的聚合體 溶液，即制成紡絲原液，然后加入74克經(jīng)研磨的Ca (OH) 2，進(jìn)一步攪拌 30分鐘使中和完全，并過IOOO目篩取得紡絲原液。該紡絲原液經(jīng)計(jì)量泵擠 壓進(jìn)入噴絲帽，該噴絲帽上打有直徑為0.04毫米的噴絲孔，孔的密度為15 孔/平方毫米，孔的長徑比為3.5: 1，通過噴絲孔的漿液與周圍的凝固浴接觸， 凝固浴中含水49%， N， N-二甲基乙酰胺37.6%，間位芳綸低聚物(分子量 小于10,000) 2%，表面活性劑0.4% ， CaCl2含量11%。新鮮凝固浴補(bǔ)充量 為78克凝固浴/克紡絲漿液，新鮮凝固浴從噴絲帽側(cè)面進(jìn)入凝固浴槽，初生 纖維凝固后經(jīng)水洗，干燥，拉伸后取得成品纖維，纖維截面為腰圓形，強(qiáng)度 為3.5cN/dtex，斷裂伸長46%。 實(shí)施例2:
將108克間苯二胺溶解在800克N， N-二甲基乙酰胺中，203克間苯二 甲酰氯溶解在200克N， N-二甲基乙酰胺中，分別冷卻該溶液至-5。C，并保 持?jǐn)嚢?，將兩種溶液混合繼續(xù)攪拌30分鐘取得含有HC1的聚合體溶液，然 后加入74克經(jīng)研磨的Ca(OH)2，進(jìn)一步攪拌30分鐘使中和完全，并過1000 目篩取得紡絲原液。該紡絲原液經(jīng)計(jì)量泵擠壓進(jìn)入噴絲板，該噴絲板上打有直徑為0.02*0.6毫米的長形噴絲孔，孔的密度為5孔/平方毫米，孔的長徑比 為2: 1，通過噴絲孔的漿液與周圍的凝固浴接觸，凝固浴中含水56%， N， N-二甲基乙酰胺33。/。，表面活性劑2X，間位芳綸低聚物(分子量小于10,000) 1%， CaCl2含量8。/。。新鮮凝固浴補(bǔ)充量為45克凝固浴/克紡絲槳液，新鮮凝 固浴從噴絲帽側(cè)面進(jìn)入凝固浴槽，初生纖維凝固后經(jīng)水洗，干燥，拉伸后取 得成品纖維，纖維截面為腰圓形，強(qiáng)度為3.1cN/dtex，斷裂伸長36%。 實(shí)施例3:
將108克間苯二胺溶解在800克N， N-二甲基乙酰胺中，203克間苯二
甲酰氯溶解在2oo克N， N-二甲基乙酰胺中，分別冷卻該溶液至-rc，并保
持?jǐn)嚢?，將兩種溶液混合繼續(xù)攪拌30分鐘取得含有HC1的聚合體溶液，然 后加入74克經(jīng)研磨的Ca (OH) 2，進(jìn)一步攪拌30分鐘使中和完全，并過800 目篩取得紡絲原液。該紡絲原液經(jīng)計(jì)量泵擠壓進(jìn)入噴絲帽，該噴絲帽上打有 直徑為0.09毫米的噴絲孔，孔的密度為6孔/平方毫米，孔的長徑比為2: 1， 通過噴絲孔的漿液與周圍的凝固浴接觸，凝固浴中含水35%， N， N-二甲基 乙酰胺50%，間位芳綸低聚物(分子量小于10,000) 5%，表面活性劑4%， CaCl2含量6。/。。新鮮凝固浴補(bǔ)充量為15克凝固浴/克紡絲漿液，新鮮凝固浴 從噴絲帽側(cè)面進(jìn)入凝固浴槽，初生纖維凝固后經(jīng)水洗，干燥，拉伸后取得成 品纖維，纖維截面為腰圓形，強(qiáng)度為3.25cN/dtex，斷裂伸長51%。
權(quán)利要求
1. 一種制備非圓形截面的異型間位芳香族聚酰胺短纖維的方法，其特征在于(1)首先，將間苯二甲酰氯和間苯二胺分別溶解在酰胺類極性溶劑中，降至0～-15℃；按間苯二胺和間苯二甲酰氯等摩爾比進(jìn)行聚合，得到紡絲原液；(2)將步驟(1)得到的紡絲原液與等摩爾比的CaO混合后中和，并經(jīng)過濾；(3)然后，紡絲原液經(jīng)噴絲板或噴絲帽上的噴絲孔，直接擠在含有表面活性劑的低溫凝固浴中，稀釋紡絲原液所釋放的溶劑，使纖維的圓形截面變形；(4)最后，將成形后的初生絲經(jīng)水拉伸、水洗、干熱拉伸得到非圓形截面的纖維。
2、 按權(quán)利要求1所述的制備非圓形截面的異型間位芳香族聚酰胺短纖維 的方法，其特征在于步驟(1)中所述的酰胺類極性溶劑為N'， N'-二甲基甲 酰胺或N'-甲基吡絡(luò)垸酮。
3、 按權(quán)利要求1所述的制備非圓形截面的異型間位芳香族聚酰胺短纖維 的方法，其特征在于所述低溫凝固浴的溫度低于25。C，凝固浴質(zhì)量百分組成 為N， N-二甲基甲酰胺或N'-甲基吡絡(luò)垸酮15-65%，分子量小于10,000的 間位芳綸低聚物0.5-5%,表面活性劑0.5-15%， CaCl2含量3-20%，余量為 水。
4、 按權(quán)利要求1或3所述的制備非圓形截面的異型間位芳香族聚酰胺短 纖維的方法，其特征在于凝固浴系從噴絲板或噴絲帽側(cè)面進(jìn)入凝固浴槽補(bǔ)充 的，凝固浴不斷補(bǔ)充和不斷溢流，凝固浴流向與纖維運(yùn)動(dòng)方向一致。
5、 按權(quán)利要求4所述的制備非圓形截面的異型間位芳香族聚酰胺短纖維 的方法，其特征在于凝固浴的流量為5 100克凝固浴/克紡絲原液。
6、 按權(quán)利要求5所述的制備非圓形截面的異型間位芳香族聚酰胺短纖維 的方法，其特征在于凝固浴的流量為9 50克凝固浴/克紡絲原液。
7、 按權(quán)利要求1所述的制備非圓形截面的異型間位芳香族聚酰胺短纖維 的方法，其特征在于所述的表面活性劑為陰離子型表面活性劑、陽離子型表 面活性劑或是它們的組合。
8、 按權(quán)利要求1所述的制備非圓形截面的異型間位芳香族聚酰胺短纖維 的方法，其特征在于噴絲板或噴絲帽上的噴絲孔為異型截面或圓形截面。
9、 按權(quán)利要求8所述的制備非圓形截面的異型間位芳香族聚酰胺短纖維 的方法，其特征在于噴絲孔的密度為2—20孔/平方毫米；噴絲孔直徑為0.04 一O.l毫米。
10、 按權(quán)利要求9所述的制備非圓形截面的異型間位芳香族聚酰胺短纖 維的方法，其特征在于噴絲孔的密度為4_12孔/平方毫米。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備具有非圓形截面的異型間位芳香族聚酰胺(MPIA)纖維的方法。間位芳香族聚酰胺溶液經(jīng)過中和和過濾，直接擠在含有表面活性劑的低溫凝固浴中，紡絲成形后的初生絲經(jīng)熱水拉伸，水洗，干熱拉伸得到成品非圓形截面的MPIA纖維。根據(jù)本方法取得的非圓形截面MPIA纖維具有比較大的比表面積，紡織加工性能更加優(yōu)良，更適應(yīng)制作耐高溫合成纖維紙。
文檔編號(hào)D01D5/00GK101302649SQ20081003566
公開日2008年11月12日 申請(qǐng)日期2008年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月3日
發(fā)明者胡祖明, 洲 鐘, 蕾 陳 申請(qǐng)人:圣歐(蘇州)安全防護(hù)材料有限公司;東華大學(xué)