本發(fā)明屬于紡織
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體地說(shuō)，涉及一種纖維素纖維的制備方法。
背景技術(shù)：
：纖維素是一種最豐富的天然的可再生的高分子材料，由于植物的再生速度很快，纖維素材料對(duì)于我們的地球來(lái)說(shuō)是一種取之不盡、用之不竭的資源。纖維素材料的開(kāi)發(fā)利用非常重要，隨著石油資源的日益短缺，再生纖維素將作為石油代用品來(lái)滿足人類對(duì)紡織品的基本需求。液晶態(tài)是一種介于固態(tài)和液態(tài)之間的中間狀態(tài)，處于這種狀態(tài)的物質(zhì)，一方面具有像液體一樣的流動(dòng)性和連續(xù)性，另一方面又具有像晶體一樣的各向異性。在液晶態(tài)下，物質(zhì)仍保持著晶體的某種有序排列，從而在宏觀上表現(xiàn)出物理性質(zhì)的各向異性。液晶態(tài)的特征有序性引起溶液的低黏性、剪切變稀性和良好加工性，進(jìn)而賦予成型材料特殊的有序結(jié)構(gòu)，最終產(chǎn)生一系列優(yōu)越的性能。干濕法紡絲技術(shù)與干法紡絲技術(shù)相比，它能有效調(diào)節(jié)纖維結(jié)構(gòu)形成過(guò)程。與濕法紡絲技術(shù)相比，它增大了噴絲頭拉伸，提高了紡絲速度，提高生產(chǎn)率。雙螺桿擠出機(jī)具有優(yōu)良的喂料性能，混合性能、自潔性能和排氣性能，以及其停留時(shí)間可控、螺桿組件類型豐富、組合靈活多變等獨(dú)特的配混加工優(yōu)勢(shì)。申請(qǐng)?zhí)枮镃N201010216563.6的中國(guó)專利公開(kāi)了一種再生細(xì)菌纖維素纖維的制備方法，包括：(1)將磷酸和多聚磷酸混合；在30℃～40℃下攪拌，加入無(wú)水CuSO4粉末，攪拌震蕩后靜置，待混合液澄清后通過(guò)紫外分光光度計(jì)測(cè)試混合液的顏色，得無(wú)水磷酸溶劑體系；(2)將細(xì)菌纖維素溶解在無(wú)水磷酸溶劑體系中，過(guò)濾，靜置脫泡，得紡絲溶液；(3)將紡絲溶液經(jīng)噴絲孔噴出后固化成型，再經(jīng)過(guò)后處理制成成品。在紡絲工藝中，纖維素溶液的表面性能是一個(gè)關(guān)鍵的影響參數(shù)，其影響著所得纖維的質(zhì)量，而聚合度與表面性能有著緊密聯(lián)系，因此聚合度對(duì)纖維質(zhì)量有著重要影響。申請(qǐng)?zhí)枮镃N201010216563.6的中國(guó)專利提供的工藝方法采用細(xì)菌纖維素(聚合度為2000～8000)，試驗(yàn)證明，該聚合度的纖維素最終制得的纖維質(zhì)量不夠優(yōu)越。有鑒于此，特提出本發(fā)明。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種纖維素纖維的制備方法，本發(fā)明所得纖維指標(biāo)優(yōu)越且生產(chǎn)效率高。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括如下步驟：(1)將磷酸與纖維素通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)混合得到液晶態(tài)紡絲原液；(2)液晶態(tài)紡絲原液經(jīng)一次過(guò)濾、脫泡、二次過(guò)濾得到紡絲液；(3)紡絲液經(jīng)計(jì)量泵從噴絲頭噴出，經(jīng)過(guò)空氣間隙進(jìn)入凝固浴，再經(jīng)牽伸、洗滌紡絲工藝得到纖維素纖維。液晶態(tài)紡絲原液有良好的可紡性，通過(guò)合適的工藝條件可以制備出高強(qiáng)、高模纖維，而干濕法紡絲技術(shù)的成形速度較高，所得纖維具有結(jié)構(gòu)均勻，橫截面近似圓形，強(qiáng)度和彈性均有所提高，染色性和色澤性較好。本發(fā)明人將液晶態(tài)紡絲原液經(jīng)干濕法紡絲工藝得到了指標(biāo)優(yōu)越的纖維，所得纖維具有較低的纖度以及較高的干斷裂強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和模量，同時(shí)，所得纖維結(jié)構(gòu)均勻，橫截面近似圓形，染色性和色澤性較好。本發(fā)明人通過(guò)試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)采用雙螺桿擠出機(jī)制得的液晶態(tài)紡絲原液的性能更好，采用雙螺桿擠出機(jī)的主要原因如下：①通過(guò)調(diào)控剪切速率和溫度得到了適合的紡絲粘度。②通過(guò)改變螺桿轉(zhuǎn)速或螺桿組合增長(zhǎng)物料在雙螺桿擠出機(jī)中的停留時(shí)間滿足了紡絲原液溶解需求。③利用其排氣性能減少紡絲原液中的氣泡以及減小初生纖維內(nèi)部孔隙，進(jìn)一步減少紡絲過(guò)程中斷頭情況的出現(xiàn)以及提高所得纖維的質(zhì)量。④利用其自潔性能避免物料長(zhǎng)時(shí)間殘留在擠出機(jī)中發(fā)生熱降解。所得液晶態(tài)紡絲原液通過(guò)兩次過(guò)濾減少了噴絲頭堵塞情況的發(fā)生，提高了生產(chǎn)率，除此之外，還進(jìn)一步提高了液晶態(tài)紡絲原液的紡絲性能。步驟(1)中所述磷酸以P2O5計(jì)的濃度為72％～80％。步驟(1)中所述纖維素的聚合度為500～1000。步驟(1)中所述纖維素的含水量為1％～10％。步驟(1)中所述液晶態(tài)紡絲原液中的纖維素含量為4％～25％。上述制備條件下得到的液晶態(tài)紡絲原液性能好，最終制得的纖維的指標(biāo)優(yōu)越。步驟(2)中所述一次過(guò)濾和二次過(guò)濾的規(guī)格均為5～100μm，二次過(guò)濾的規(guī)格小于一次過(guò)濾的規(guī)格。步驟(3)中所述空氣間隙為3～50mm。步驟(3)中所述凝固浴的凝固劑為三組分的混合液，所述三組分為水、磷酸和有機(jī)溶劑，所述有機(jī)溶劑為丙酮、乙醇、正丙醇、異丙醇、乙酸乙酯或乙二醇中的一種。步驟(3)中所述牽伸工序的牽伸倍數(shù)為1～20。步驟(3)中所述紡絲工藝中的紡速為20～400m/min。上述工藝條件下制得的纖維的指標(biāo)優(yōu)越。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：(1)本發(fā)明采用的液晶態(tài)紡絲原液以及干濕法紡絲工藝最終制得的纖維具有較低的纖度以及較高的干斷裂強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和模量。(2)本發(fā)明采用的雙螺桿擠出機(jī)縮短了液晶態(tài)紡絲原液的制備時(shí)間，同時(shí)制得的液晶態(tài)紡絲原液的紡絲性能優(yōu)越，進(jìn)而得到指標(biāo)優(yōu)越的纖維。(3)本發(fā)明采用的聚合度為500-1000的纖維素制得了紡絲性能優(yōu)越的液晶態(tài)紡絲原液，進(jìn)而得到指標(biāo)優(yōu)越的纖維。具體實(shí)施方式為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面對(duì)實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例1(1)將以P2O5計(jì)濃度為72％的磷酸與聚合度為500、含水量為1％的纖維素通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)混合得到液晶態(tài)紡絲原液，其中，液晶態(tài)紡絲原液中的纖維素含量為4％；(2)液晶態(tài)紡絲原液經(jīng)規(guī)格為50μm的一次過(guò)濾、脫泡、規(guī)格為5μm的二次過(guò)濾得到紡絲液；(3)紡絲液經(jīng)計(jì)量泵從噴絲頭噴出，經(jīng)過(guò)3mm的空氣間隙進(jìn)入凝固浴，凝固劑為丙酮，再經(jīng)1倍牽伸、洗滌等紡絲工藝得到纖維素纖維，其中，紡速為20m/min。纖維指標(biāo)：纖度：2.3dtex；干斷裂強(qiáng)度：8.5cN/dtex；伸長(zhǎng)率：6.3％；模量：2.45。實(shí)施例2(1)將以P2O5計(jì)濃度為76％的磷酸與聚合度為800、含水量為5％的纖維素通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)混合得到液晶態(tài)紡絲原液，其中，液晶態(tài)紡絲原液中的纖維素含量為10％；(2)液晶態(tài)紡絲原液經(jīng)規(guī)格為50μm的一次過(guò)濾、脫泡、規(guī)格為20μm的二次過(guò)濾得到紡絲液；(3)紡絲液經(jīng)計(jì)量泵從噴絲頭噴出，經(jīng)過(guò)25mm的空氣間隙進(jìn)入凝固浴，凝固劑為丙酮，再經(jīng)10倍牽伸、洗滌等紡絲工藝得到纖維素纖維，其中，紡速為100m/min。纖維指標(biāo)：纖度：2.1dtex；干斷裂強(qiáng)度：9.0cN/dtex；伸長(zhǎng)率：4.9％；模量：4.05。實(shí)施例3(1)將以P2O5計(jì)濃度為76％的磷酸與聚合度為1000、含水量為10％的纖維素通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)混合得到液晶態(tài)紡絲原液，其中，液晶態(tài)紡絲原液中的纖維素含量為25％；(2)液晶態(tài)紡絲原液經(jīng)規(guī)格為100μm的一次過(guò)濾、脫泡、規(guī)格為50μm的二次過(guò)濾得到紡絲液；(3)紡絲液經(jīng)計(jì)量泵從噴絲頭噴出，經(jīng)過(guò)50mm的空氣間隙進(jìn)入凝固浴，凝固劑為丙酮，再經(jīng)20倍牽伸、洗滌等紡絲工藝得到纖維素纖維，其中，紡速為400m/min。纖維指標(biāo)：纖度：1.6dtex；干斷裂強(qiáng)度：8.1cN/dtex；伸長(zhǎng)率：9.5％；模量：3.85。實(shí)施例4～10其他條件與實(shí)施例1相同，區(qū)別僅在于步驟(1)中纖維素聚合度依次為200、400、500、700、1000、1200、1500。實(shí)施例11～17其他條件與實(shí)施例1相同，區(qū)別僅在于步驟(1)中液晶態(tài)紡絲原液中纖維素含量依次為2％、4％、10％、15％、20％、25％、30％。實(shí)施例18～24其他條件與實(shí)施例1相同，區(qū)別僅在于步驟(1)中纖維素含水量依次為0.5％、0.8％、1％、6％、10％、12％、15％。實(shí)施例25～31其他條件與實(shí)施例1相同，區(qū)別僅在于步驟(1)中磷酸以P2O5計(jì)的濃度依次為71％、72％、73％、75％、78％、80％、82％。實(shí)施例32～38其他條件與實(shí)施例1相同，區(qū)別僅在于步驟(3)中空氣間隙依次為2mm、3mm、10mm、20mm、50mm、60mm、70mm。實(shí)施例39～45其他條件與實(shí)施例1相同，區(qū)別僅在于步驟(3)中牽伸倍數(shù)依次為0.5、0.8、1、10、20、30、50。實(shí)施例46～52其他條件與實(shí)施例1相同，區(qū)別僅在于步驟(3)中紡絲工藝中的紡速依次為20m/min、40m/min、50m/min、300m/min、500m/min、600m/min、700m/min。對(duì)比例1其他條件與實(shí)施例1相同，區(qū)別僅在于將磷酸與纖維素依次通過(guò)攪拌溶解、捏合機(jī)混合。對(duì)比例2其他條件與實(shí)施例1相同，區(qū)別僅在于將磷酸與纖維素依次通過(guò)捏合機(jī)混合。對(duì)比例3依照申請(qǐng)?zhí)枮镃N201010216563.6的中國(guó)專利實(shí)施例1的方法制備纖維，對(duì)比例4將聚合度為500的纖維素采用CN201010216563.6的中國(guó)專利實(shí)施例1的工藝方法制備纖維。試驗(yàn)例1液晶態(tài)紡絲原液的制備1、本試驗(yàn)在其它條件相同的情況下(方法同實(shí)施例1)，考察了采用不同聚合度的纖維素制得的液晶態(tài)紡絲原液最終得到的纖維的指標(biāo)，結(jié)果見(jiàn)表1。表1由表1可知，纖維素聚合度低于500和纖維素聚合度高于1000時(shí)制得的液晶態(tài)紡絲原液最終得到的纖維的性能較差。為制得指標(biāo)優(yōu)異的纖維，本發(fā)明采用聚合度為500～1000的纖維素。2、本試驗(yàn)在其它條件相同的情況下(方法同實(shí)施例1)，考察了采用不同纖維素含量的液晶態(tài)紡絲原液最終得到的纖維的指標(biāo)，結(jié)果見(jiàn)表2。表2纖維素含量(％)纖度(dtex)干斷裂強(qiáng)度(cN/dtex)伸長(zhǎng)率(％)模量22.21.84.11.1242.15.14.42.23101.96.25.63.67151.97.85.84.39202.08.55.94.43252.36.04.13.20303.23.74.02.17由表2可知，纖維素含量低于4％和纖維素含量高于25％時(shí)的液晶態(tài)紡絲原液最終得到的纖維的性能較差。為制得指標(biāo)優(yōu)異的纖維，本發(fā)明制得的液晶態(tài)紡絲原液中的纖維素含量為4％～25％。3、本試驗(yàn)在其它條件相同的情況下(方法同實(shí)施例1)，考察了采用不同含水量的纖維素制得的液晶態(tài)紡絲原液最終得到的纖維的指標(biāo)，結(jié)果見(jiàn)表3。表3由表3可知，纖維素含水量低于1％和纖維素含水量高于10％時(shí)制得的液晶態(tài)紡絲原液最終得到的纖維的性能較差。為制得指標(biāo)優(yōu)異的纖維，本發(fā)明采用含水量為1～10％的纖維素。4、本試驗(yàn)在其它條件相同的情況下(方法同實(shí)施例1)，考察了采用以P2O5計(jì)不同濃度的磷酸制得的液晶態(tài)紡絲原液最終得到的纖維的指標(biāo)，結(jié)果見(jiàn)表4。表4磷酸濃度(％)纖度(dtex)干斷裂強(qiáng)度(cN/dtex)伸長(zhǎng)率(％)模量712.82.24.82.01722.34.55.02.48731.95.65.62.87751.78.76.04.45782.06.56.13.53802.25.15.22.12822.92.74.71.36由表4可知，磷酸以P2O5計(jì)的濃度低于72％和磷酸以P2O5計(jì)的濃度高于80％時(shí)制得的液晶態(tài)紡絲原液最終得到的纖維的性能較差。為制得指標(biāo)優(yōu)異的纖維，本發(fā)明采用以P2O5計(jì)的濃度為72～80％的磷酸。綜上所述，本發(fā)明將以P2O5計(jì)的濃度為72％～80％的磷酸和聚合度為500～1000、含水量為1％～10％的纖維素通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)混合得到液晶態(tài)紡絲原液，其中液晶態(tài)紡絲原液中的纖維素含量為4％～25％，此時(shí)得到的液晶態(tài)紡絲原液性能好。試驗(yàn)例2紡絲工藝參數(shù)的選擇1、本試驗(yàn)在其它條件相同的情況下(方法同實(shí)施例1)，考察了采用不同空氣間隙最終得到的纖維的指標(biāo)，結(jié)果見(jiàn)表5。表5空氣間隙(mm)纖度(dtex)干斷裂強(qiáng)度(cN/dtex)伸長(zhǎng)率(％)模量22.23.24.92.2132.17.35.23.48102.08.65.63.87202.18.76.14.15502.06.56.13.53602.24.15.32.11702.23.74.82.01由表5可知，空氣間隙低于3mm和空氣間隙高于50mm時(shí)最終得到的纖維的性能較差。為制得指標(biāo)優(yōu)異的纖維，本發(fā)明采用的空氣間隙為3～50mm。2本試驗(yàn)在其它條件相同的情況下(方法同實(shí)施例1)，考察了采用不同牽伸倍數(shù)最終得到的纖維的指標(biāo)，結(jié)果見(jiàn)表6。表6由表6可知，牽伸倍數(shù)低于1和牽伸倍數(shù)高于20時(shí)最終得到的纖維的性能較差。為制得指標(biāo)優(yōu)異的纖維，本發(fā)明采用的牽伸倍數(shù)為1～20。3、本試驗(yàn)在其它條件相同的情況下(方法同實(shí)施例1)，考察了采用不同紡速最終得到的纖維的指標(biāo)，結(jié)果見(jiàn)表7。表7由表7可知，紡速低于20m/min和紡速高于400m/min時(shí)最終得到的纖維的性能較差。為制得指標(biāo)優(yōu)異的纖維，本發(fā)明采用的紡速為20～400m/min。綜上所述，本發(fā)明所得紡絲液在空氣間隙為3～50mm，拉伸倍數(shù)為1～20，紡速為20～400m/min的紡絲工藝條件下制得的纖維指標(biāo)優(yōu)越。試驗(yàn)例3將對(duì)比例1、對(duì)比例2最終得到的纖維的指標(biāo)與實(shí)施例1所得纖維指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表8。表8纖度(dtex)干斷裂強(qiáng)度(cN/dtex)伸長(zhǎng)率(％)模量實(shí)施例12.38.56.32.45對(duì)比例13.57.35.22.23對(duì)比例23.17.65.42.27由表8可知，與雙螺桿擠出機(jī)相比，采用攪拌溶解及捏合機(jī)制得的液晶態(tài)紡絲原液最終得到的纖維的性能較差。試驗(yàn)例4將對(duì)比例3、對(duì)比例4最終得到的纖維的指標(biāo)與實(shí)施例1所得纖維指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表9。表9纖度(dtex)干斷裂強(qiáng)度(cN/dtex)伸長(zhǎng)率(％)模量實(shí)施例12.38.56.32.45對(duì)比例32.68.05.92.38對(duì)比例42.48.36.22.42由表9可知，與細(xì)菌纖維素相比，聚合度為500的纖維素最終得到的纖維的指標(biāo)更好，采用同樣的方法，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)聚合度為500～1000的纖維素最終得到的纖維的指標(biāo)均較好，且采用本發(fā)明的工藝方法最終得到的纖維的指標(biāo)更為優(yōu)越。以上所述僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本發(fā)明的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述提示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明方案的范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3