本發(fā)明涉及一種合成纖維的制備方法，屬于高分子材料制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
合成纖維具有強度高、成本低、化學穩(wěn)定性能好、耐酸堿、耐微生物、耐磨等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于建材、安全防護、航天航空、醫(yī)療、體育、電子、軍事等諸多領(lǐng)域。其基本的制備流程為合成樹脂的熔融紡絲或熔融擠出、冷卻、高溫牽伸、熱定型、纖維表面處理和收卷。
CN1401021A公開了一種高強度聚酯酰胺纖維的制造方法。其生產(chǎn)工藝是將聚酯酰胺共聚物熔體紡絲后，在20℃以下的溫度下冷卻，得到非結(jié)晶狀態(tài)的未拉伸長絲，之后通過一個或多個烘箱的70～110℃下的高溫拉伸，總拉伸比為4.5倍以上，得到高強度的纖維。
CN 1448546A公開了一種超高強度超高模量聚乙烯纖維的制備方法。其方法是將聚乙烯經(jīng)過熔融擠出、在紡絲箱進行噴絲后，在多個烘箱中分別進行多道高倍牽伸處理，牽伸總倍數(shù)為70倍以上。
CN 1515711A公開了一種高強度聚丙烯纖維的制備方法。其方法是將聚丙烯在熔融紡絲機上熔融擠出，進行卷繞，之后將卷繞絲在兩個烘箱中分別進行兩道牽伸和一道熱松弛。第一道常溫預牽伸，第二道牽伸溫度為90～140℃。
CN 101899722A公開了一種高強度高模量的聚乙烯醇粗旦纖維的制備方法。其方法是將聚乙烯醇經(jīng)過單螺桿擠出機熔融擠出后，在多個120～150℃的熱烘箱中進行多級拉伸至10～16倍后，進行高溫熱定型，從而得到纖維。
在整個纖維制備過程中，高溫牽伸提高纖維強度的關(guān)鍵步驟。高溫牽伸的熱烘箱長度通常較長，為4～7米，纖維在這段距離中，會發(fā)生大量的取向結(jié)晶，從而可以展示出優(yōu)異的力學性能。然而，當前的技術(shù)和所公開的專利中，所能增強的倍數(shù)有限，并不能達到非常理想的效果。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種高強度合成纖維的制備方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
一種一道高溫分段牽伸制備高強度合成纖維的方法，其特征在于包括以下步驟：合成樹脂熔融紡絲或熔融擠出、冷卻、分段高溫牽伸、熱定型，其中所述分段高溫牽伸為烘箱的前段和后段獨立調(diào)控溫度,且后段的溫度高于前段。
優(yōu)選的前段加熱溫度為30～200℃，后段加熱溫度為50～300℃。
優(yōu)選的牽伸倍率為1～50倍。
優(yōu)選的前段加熱與后段加熱的長度比例為1:5～5:1，進一步優(yōu)選的前段加熱與后段加熱的長度比例為1:3～3:1。
所述合成樹脂可以是聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯腈纖維、聚酯、聚酰胺、聚乙烯醇、聚乙烯醇縮甲醛、聚對苯二甲酸乙二酯、聚苯咪唑、聚四氟乙烯、聚對苯二甲酰對苯二胺、聚酰亞胺中的一種或一種以上混合物。
所述合成樹脂中可包括改性劑、改性樹脂或改性填料。
所述改性劑、改性樹脂或改性填料優(yōu)選為硅烷偶聯(lián)劑Si-69、KH570、KH550、KH151、硅膠抗粘連劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑、正硅酸乙酯(TEOS)、色母粒、增塑母粒、耐高溫母粒、防腐母粒、消泡母粒、無機物超細顆粒、馬來酸酐接枝聚丙烯、馬來酸酐接枝聚乙烯、聚乙二醇、聚己二酸丁二醇酯、聚己內(nèi)酯中的任一種或多種的混合物。
優(yōu)選的熱定型后進行纖維表面處理，所述纖維表面處理優(yōu)選為壓痕和/或表面改性。
本發(fā)明的技術(shù)效果如下：
本發(fā)明提出了一種一道高溫分段牽伸制備高強度合成纖維的方法來制備高強度的合成纖維，高溫牽伸過程中，采用一個烘箱進行一道高溫分段牽伸，烘箱的前段和后段可獨立調(diào)控溫度，溫度調(diào)控范圍為30～300℃。溫度的設(shè)置取決于合成樹脂的種類、牽伸速度。牽伸倍率由烘箱兩側(cè)的滾軸速度差來實現(xiàn)，牽伸時間則由則由烘箱的長度和牽伸速度來確定。
當纖維剛剛進入烘箱，處在烘箱的前段位置時，其自身溫度較低，需要一個加熱的過程，此時纖維的結(jié)晶度低，所吸收的熱量也較低，因此設(shè)置較低的溫度，實現(xiàn)一個較好的預熱，不會過度活化纖維的分子鏈，可以保證后續(xù)分子鏈的取向度。當纖維拉伸至烘箱的后段位置時，分子鏈會開始大量的取向結(jié)晶，此時需要較高的能量，因此設(shè)置較高的溫度，不會因吸熱不充足而導致結(jié)晶不充分。本發(fā)明根據(jù)纖維分子鏈的取向結(jié)晶情況在烘箱的不同位置進行相應(yīng)的溫度調(diào)整，纖維強度得到了大幅度的提升。
本發(fā)明可廣泛的應(yīng)用于多種纖維的制備，大大提高了纖維的使用性能。
附圖說明
圖1為本發(fā)明實施例裝置及流程示意圖。
具體實施方式
為了更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合具體實施方式和附圖對本發(fā)明進行進一步的解釋。
實施例1
本實施例應(yīng)用于制備高強度聚丙烯纖維，制備過程如圖所示，包括以下步驟：
將聚丙烯樹脂、馬來酸酐接枝聚丙烯、色母粒、耐高溫母粒、防腐母粒和消泡母粒充分混合均勻后，加入到單螺桿擠出機熔融擠出。纖維擠出后，立即在冷卻水中冷卻，得到非結(jié)晶狀態(tài)的未拉伸絲。纖維進行分段高溫牽伸，加熱烘箱總長度為6m，前段加熱板長度2m，溫度為140℃，后段加熱板長度4m，溫度為150℃，烘箱的兩端分別有一個滾軸，第一個滾軸的轉(zhuǎn)速為五米每分，第二個滾軸的轉(zhuǎn)速為50米每分，牽伸倍率為10倍。牽伸后的纖維，進行高溫熱定型，熱定型溫度為120℃，熱定型烘箱的滾軸與烘箱后端的滾軸轉(zhuǎn)速相同，也為50米每分。定型時間為40s。之后，對纖維進行壓痕、改性、包裝和切斷，制得成品。本實施例的聚丙烯纖維拉伸強度達到450MPa，拉伸模量達到7GPa，比使用常規(guī)方法制得的聚丙烯纖維強度提高25％。
實施例2
本實施例應(yīng)用于制備高強度聚酯酰胺纖維，制備過程包括以下步驟：
將尼龍6與聚己二酸丁二醇酯共聚后，加入到單螺桿擠出機熔融擠出。纖維擠出后，立即在冷卻水中冷卻，得到非結(jié)晶狀態(tài)的未拉伸絲。纖維進行分段高溫牽伸，加熱烘箱總長度為6m，前段加熱板長度3m，溫度為70℃，后段加熱板長度3m，溫度為80℃，牽伸倍率為10倍。速率控制方式同實施例1。牽伸后的纖維，進行熱定型、包裝和切斷，制得成品。本實施例的聚酯酰胺纖維拉伸強度達到800MPa，拉伸模量達到6GPa，比使用常規(guī)方法制得的聚酯酰胺纖維強度提高30％。
實施例3
本實施例應(yīng)用于制備高強度聚乙烯醇纖維，制備過程包括以下步驟：
將聚乙烯醇溶脹后加入到單螺桿擠出機熔融擠出。纖維擠出后，進行冷凍、醇解和中和處理。纖維進行分段高溫牽伸，加熱烘箱總長度為6m，前段加熱板長度4m，溫度為140℃，后段加熱板長度2m，溫度為150℃，牽伸倍率為8倍。速率控制方式同實施例1。牽伸后的纖維，在220℃下進行熱定型、包裝和切斷，制得成品。本實施例的聚乙烯醇纖維拉伸強度達到700MPa，拉伸模量達到25GPa，比使用常規(guī)方法制得的聚乙烯醇纖維強度提高15％。
以上所述僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，例如前后端溫度的具體調(diào)整，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準。