[发明专利]一种由芳纶1414废丝短纤维制备纱线的方法

说明书

技术领域

本发明属于纺织染整技术领域，涉及一种芳纶废丝的纺纱工艺，具体地涉及一种由芳纶1414废丝短纤维制备芳纶纱线的方法。

背景技术

对位芳纶简称对位芳香族聚酰胺纤维，其中的聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA）纤维，即芳纶1414，由于表现出溶致液晶性，是一种重要的主链型高分子液晶。高分子液晶的工业化是对位芳纶的另一个差别化产品浆粕纤维，它具有长度短（小于等于4mm）、毛羽丰富、长径比高、比表面积大（可达7～9m²/g）等优点，可以更好地分散于基体中制成性能优良的各向同性复合材料，其良好的耐热性、耐腐蚀性和好的机械性能，在摩擦密封复合材料（代替石棉）中得到了更好的应用。某些国家浆粕的应用高达芳纶用量的96％。

美国杜邦公司1972年投产的PPTA纤维（商品名Kevlar）系列为先导的。该纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐酸碱、耐大多数有机溶剂腐蚀的特性，且Kevlar纤维尺寸稳定性也非常好。因此，对位芳纶的特点使得它在航天工业、轮船、帘子线、通信电缆及增强复合材料等方面得到了广泛的应用。

我国的清华大学、东华大学、晨光化工研究院、上海合成纤维研究所及巴陵石化有限责任公司等单位先后开展过PPTA的合成及纺丝研究工作。“七五”期间，国家在南通投资兴建了30吨/年的PPTA合成中试装置，但由于存在一些技术上的问题，已于1991年停运。最近几年来，广东新会已开始试产PPTA纤维，设计能力为500吨/年，仍采用国外相近的传统生产方法，但其产品的性能及价格明显不如美国杜邦的Kevlar纤维，最近几年来仍处于中试阶段，对位芳纶由于一些关键的技术问题没有解决，仍没有实现国产化。加快其开发及产业化步伐，已成为促进我国国防军工及相关产业快速发展的迫切需要。

对位芳纶最突出的性能是其高强度、高模量和出色的耐热性。同时，它还具有适当的韧性可供纺织加工。标准PPTA芳纶的重量比拉伸强度是钢丝的6倍，玻纤的3倍，高强尼龙工业丝的2倍；其拉伸模量是钢丝的3倍，玻纤的2倍，高强尼龙工业丝的10倍；在200℃下经历100hr，仍能保持原强度的75％，在160℃下经历500hr，仍能保持原强度的95％。据此，对位芳纶大多被用作轻质、耐热的纺织结构材料或复合结构增强材料。对位芳纶性能的缺点是压缩强度和压缩模量较低、耐潮湿和耐紫外辐射性差、表面与基体复合粘合性差。为了适应不同的应用需要，厂商开发了不同型号的对位芳纶品种，据悉俄罗斯的芳纶性能最好，芳杂环共聚芳纶是俄罗斯的强项，但其产业化水平不高，在世界市场上所占份额很少。若按性能高低排序，几种俄罗斯芳纶依次为Terlon系列，其中系列是俄罗斯芳纶的最新品种。

对位芳纶的纺丝工艺主要有以下几种：

1、一步法制备工艺：

由于对位芳纶两步法纺丝过程复杂，生产成本较高，且硫酸有腐蚀性，对设备的要求很高，残存的浓硫酸会使纤维在纺丝过程中导致聚合物的降解，这就限制了纤维的强度和模量。为缩短流程、简化工艺，因此，人们探索出由聚合物原液直接纺丝制纤维的新工艺。

褚风奎等人的直接成纤工艺把缩聚后的聚合溶液不经纺丝，直接处理得到短纤维。该法中聚合物溶液由NMP、氯化锂、吡啶和PPTA构成，其中聚合物的浓度必须要能行成液晶态，以保证后续沉析过程的顺利进行。该工艺受搅拌速度的影响很大，一般搅拌速度增加会造成短纤维长径比增加。由该法获得的短纤维长度为1～50mm，直径为2～100μm。

2、两步法制备工艺

杜邦公司的Kevlar纤维用两步法工艺，其步骤如下：（1）溶解，将合成好的聚合物与冷冻浓硫酸混合，固含量约为19.4％；（2）熔融，将混合好的纺丝液加热到85℃的纺丝温度，此时形成液晶溶液；（3）挤出，纺丝液经过滤后用齿轮泵从喷丝口挤出；（4）拉伸，挤出液在一个被称为气隙的约为8mm的空气层，在气隙中进行约为6倍的拉伸；（5）凝固，液态丝条在温度为5～20℃质量分数为5％～20％硫酸的凝固浴中凝固成形；（6）水洗/中和/干燥，丝条从凝固浴出来后水洗，在160～210℃加热干燥；（7）卷绕，干的Kevlar纤维在卷筒上卷绕。此工艺的纺丝速度大于200m/min。