聚丙烯腈纺丝工艺介绍

(一)湿法纺丝

聚丙烯腈湿法纺丝工艺 采用与制备原液相同的溶剂一一水溶液作凝固浴，纺丝原液由喷丝头上小孔喷出成细流状进人凝固浴,表层首先与凝固浴接触,凝固成皮层,随着凝固浴中水透过皮层向细流内部扩散和细流内部溶剂通过皮层向凝固浴扩散,使细流中溶剂浓度不断降低，当达到临界浓度时,均相的聚丙烯腈共聚物溶液发生相分离,聚合物从溶液中沉淀析出，凝固成具皮芯结构的初生纤维(冻胶体)。此法是目前腈纶生产的主要方法，约占总产能的82%。

(二)干法纺丝

聚丙烯腈干法纺丝工艺 采用易挥发的有机溶剂(DMF、丙酮等)制备原液，纺丝时预先加热原液,并将原液从喷丝板小孔喷入具有夹套加热的纺丝甬道中,与通人甬道的热氮气并流前进,原液细流中溶剂被热的氮气加热而蒸发,并被流动的热气流带走,在冷凝器中冷凝回收，原液细流中聚合物因脱溶剂而凝固成初生纤维。

(三)干湿法纺丝

干湿法纺丝工艺 纺丝原液从喷丝板小孔挤出,先经10～30mm空气层,然后进入凝固浴，经脱溶剂而制得初生纤维。由于出喷丝孔后原液细流胀大区在空气层中,处于未凝固状态,无溶剂减少故液流体积无变化,细流胀大截面比湿法或干法大几倍,可经受较大喷头的正拉伸,喷头正拉伸使高聚物大分子获得初步取向,为进行高速纺丝和经受高倍拉伸制高强度纤维创造了条件。目前,该法的最高纺速达1000~2000m/min,所产纤维强度超过7cN/dtex。产品主要用作碳纤原丝。

(四)冻胶法纺丝

冻胶法纺丝工艺 用于制备高强高模聚丙烯腈纤维,将大于50万的超高相对分子质量聚丙烯腈溶液在高温下挤出喷丝板,原液细流先被冷却固化成含有溶剂的聚合物冻胶丝,再经脱溶剂与高倍拉伸制得高强高模纤维。如将相对分子质量 100万的聚丙烯腈，以DMF为溶剂配成浓度6%~8%的溶液(45℃时黏度 100Pa·s)加热到90~100℃,经10mm空气层后进入0~5℃、75%DMF凝固浴,由于迅速冷却形成了稳定的冻胶丝;制得的冻胶丝中含有与纺丝原液中相近浓度的溶剂,经萃取浴脱除溶剂,干燥去除萃取剂,再经多级高倍拉伸(总拉伸15~20倍),可制得强度12cN/dtex、模量 222cN/dtex的高强高模聚丙烯腈长丝。产品可望用作优质碳纤原丝,传动带、复合材料中增强纤维等。

(五)熔融纺丝

聚丙烯腈熔融纺丝工艺从腈纶产业化开始就受到合纤界的广泛关注,已进行的研究可归纳为两大类,即外增塑法熔融纺丝和增塑法熔融纺丝。由于熔融纺丝可以少用、不用溶剂,减少了污染,缩短了工序,节省了能源,为腈纶持续发展增加了竞争力。

1.外增塑法熔融纺丝

采用丙烯腈共聚物 83.2份,加水 16.8份,在单杆挤压机中加热制得熔体,在167℃通过直径为85m的小孔进行纺丝,丝条在充满88.4kPa水蒸气的固化区固化成丝条,在热水喷淋下经第一拉伸区2.4倍拉第二拉伸区21.2倍拉可制得线密度1.1dtex、强度7.0cN/dtex、断裂伸长率27%、钩结强度5cN/dtex的聚丙烯腈长丝。

2.内增塑法熔融纺丝

内增塑的措施有:

(1) 降低共聚物中氰基含量,采用加入8%~17%其他乙烯基单体共聚,降低一CN的作用力,使玻璃化温度在77~110℃。

(2) 闭合强极性 一CN,削弱 一CN间作用力。

(3) 改变聚丙烯腈超分子结构,将结晶度控制在 20%~30%。

(4) 加入稳定剂(RX)抑制环化。

(5) 降低相对分子质量。

(6) 改变共聚物序列,调整共聚物中单体的分布。