本發(fā)明涉及一種對位芳綸低旦纖維長絲的制備方法，屬于化纖紡絲技術領域。

背景技術：

對位芳綸纖維是一種具有高強高模、耐高溫、耐酸堿以及重量輕等優(yōu)異性能的高性能材料,在國防、航空航天以及眾多民用領域都有廣泛的應用。對位芳綸纖維常用的制備過程包括原液制備和紡絲。原液制備是將紡絲用樹脂聚對苯二甲酰對苯二胺(PPTA)在濃硫酸中溶解，然后在線連續(xù)過濾、脫泡，最后利用增壓泵輸送到紡絲系統(tǒng)進行計量紡絲。對位芳綸纖維紡絲原理是干噴濕紡。即經過精確計量的紡絲原液經過噴絲孔壓縮擠出，然后經過一段空氣層二次拉伸取向后進入凝固浴凝固成有一定力學強度的初生絲。再經過徹底的洗滌和干燥后，上油卷繞成筒完成紡絲過程。

對位芳綸低旦(25-100D)纖維和對位芳綸普通纖維紡絲流程相同，唯一的差異是低旦纖維絲束中纖維根數少，或者單根纖維直徑更小。因此，紡制對位芳綸低旦長絲的關鍵在于確保紡絲過程不產生斷絲和毛絲。斷絲會中斷紡絲過程，嚴重影響生產穩(wěn)定性和纖維質量；而毛絲會使纖維絲束力學性能產生明顯波動并為后續(xù)加工帶來隱患。從對位芳綸紡絲過程及原理可以看出，要確保對位芳綸低旦纖維不斷絲，必須提高紡絲原液的質量，包括溶解效果、脫泡和過濾效果。專利201110457622.3描述了一種紡制對位芳綸低旦絲需用的樹脂溶解、脫泡及精密過濾的方法。但是只有這些手段不足以確保紡制出質量穩(wěn)定的對位芳綸低旦絲。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的是提出一種對位芳綸低旦纖維長絲的制備方法，重點解決紡絲過程后端的問題，包括低旦絲紡絲過程中噴絲帽、洗滌和烘干的工藝參數，洗滌、烘干機卷繞等一套完整的配套紡絲工藝，通過工藝的配合實現對位芳綸低旦纖維長絲的穩(wěn)定高質量生產。

本發(fā)明提出的對位芳綸低旦纖維長絲的制備方法，包括以下步驟：

(1)將比濃對數粘度在6.0-6.5之間、含水率小于0.5％的對位芳綸樹脂溶解在濃度為99.5-100.5％的濃硫酸中，溶解后得到第一紡絲原液，第一紡絲原液的質量百分比濃度為18-21％，在溫度為80-90℃、真空度為-0.09～-0.1MPa條件下，對第一紡絲原液進行脫泡處理2-5小時，對脫泡處理后的第一紡絲原液采用2-3級逐級過濾方式進行過濾，過濾網規(guī)格為5-30um，得到第二紡絲原液；

(2)用上述步驟(1)得到的第二紡絲原液進行紡絲，紡絲用噴絲帽的噴絲孔直徑為50-100um，噴絲孔的長徑比為2-4，噴絲帽上噴絲孔之間的距離大于2mm，噴絲速度為40-80m/min，噴絲壓力為10-100公斤，噴絲帽擠出后的液流通過高度為5-20mm的空氣層，進行二次拉伸取向，得到絲束，絲束進入液面穩(wěn)定無紊流的凝固浴中脫除硫酸，凝固浴中硫酸的質量百分比濃度為5-15％，凝固浴的溫度為0-10℃，絲束在凝固浴中的停留時間為1-2秒，絲束經過凝固浴硬化，得到初生絲；

(3)將上述步驟(2)制備的初生絲放在質量百分比濃度為0.1-1％的堿液中進行堿洗，堿液溫度為0-10℃，堿液中停留時間為0.1-2秒，將經過堿洗的絲束進入牽伸系統(tǒng)，牽伸比為4-6，紡絲速度為200-500m/min，將經過牽伸后的絲束進入水洗系統(tǒng)，絲束在水洗系統(tǒng)采用S形平鋪方式洗滌，使洗滌后絲束中硫酸根離子含量低于100ppm；

(4)使上述步驟(3)洗滌后的絲束經過三輥濾水，然后進入干燥系統(tǒng)，采用S形平鋪方式干燥絲束，保持輥面溫度為90-140℃，使絲束含水率低于4％。

本發(fā)明提出的對位芳綸低旦纖維長絲的制備方法，其優(yōu)點是：

本發(fā)明方法中使用了大長徑比噴絲孔道結構的噴絲帽，用于降低芳綸紡絲原液擠出漫流并絲的風險；將合適濃度的堿液用于初生絲束洗滌，從而快速中和硫酸，提高絲束強度；本發(fā)明方法中采用平鋪式洗滌和溫和干燥方式，降低洗滌干燥環(huán)節(jié)斷絲的風險。利用本發(fā)明的制備方法，對位芳綸低旦絲的紡絲過程不僅穩(wěn)定易于操作，而且得到的纖維力學性能優(yōu)異，質量穩(wěn)定。用萬能力學試驗機測試本發(fā)明方法紡制的對位芳綸低旦纖維長絲，其拉伸強度穩(wěn)定在2.5GPa以上，彈性模量超過60GPa，說明本發(fā)明方法制備的對位芳綸低旦纖維長絲，完全可以滿足一些特殊領域的要求，采用的測試標準為GB/T 19975-2005。

具體實施方式

本發(fā)明提出的對位芳綸低旦纖維長絲的制備方法，包括以下步驟：

(1)將比濃對數粘度在6.0-6.5之間、含水率小于0.5％的對位芳綸樹脂溶解在濃度為99.5-100.5％的濃硫酸中，溶解后得到第一紡絲原液，第一紡絲原液的質量百分比濃度為18-21％，在溫度為80-90℃、真空度為-0.09～-0.1MPa條件下，對第一紡絲原液進行脫泡處理2-5小時，對脫泡處理后的第一紡絲原液采用2-3級逐級過濾方式進行過濾，過濾網規(guī)格為5-30um，得到第二紡絲原液；過濾精度自前向后逐級提高。脫泡和過濾過程中保持溫度不變。經過脫泡和過濾處理后的第二紡絲原液用高壓輸送泵輸送到紡絲箱體中。所有紡位保溫確保溫度不變。

(2)用上述步驟(1)得到的第二紡絲原液進行紡絲，紡絲用噴絲帽的噴絲孔直徑為50-100um，噴絲孔的長徑比為2-4，噴絲帽上噴絲孔之間的距離大于2mm，噴絲速度為40-80m/min，噴絲壓力為10-100公斤，噴絲帽擠出后的液流通過高度為5-20mm的空氣層，進行二次拉伸取向，得到絲束，絲束進入液面穩(wěn)定無紊流的凝固浴中脫除硫酸，凝固浴中硫酸的質量百分比濃度為5-15％，凝固浴的溫度為0-10℃，絲束在凝固浴中的停留時間為1-2秒，絲束經過凝固浴硬化，得到初生絲；

(3)將上述步驟(2)制備的初生絲放在質量百分比濃度為0.1-1％的堿液中進行堿洗，堿液溫度為0-10℃，堿液中停留時間為0.1-2秒，將經過堿洗的絲束進入牽伸系統(tǒng)，牽伸比為4-6，紡絲速度為200-500m/min，將經過牽伸后的絲束進入水洗系統(tǒng)，絲束在水洗系統(tǒng)采用S形平鋪方式洗滌，使洗滌后絲束中硫酸根離子含量低于100ppm；

(4)使上述步驟(3)洗滌后的絲束經過三輥濾水，然后進入干燥系統(tǒng)，采用S形平鋪方式干燥絲束，保持輥面溫度為90-140℃，使絲束含水率低于4％。

從牽伸輥開始到烘干輥，所有輥面都經過鍍陶瓷處理，要求輥面粗糙度控制在0.2-1.2Ra之間。干燥后的絲束經過上油后進行卷繞。卷繞機采用低張力卷繞機，卷繞張力自動控制，確保不會在卷繞過程中產生斷絲現象。

下面通過實例對本發(fā)明進行進一步說明，但并不因此而限制本發(fā)明的內容。

實施例1：

將比濃對數粘度6.0，含水率0.2％的對位芳綸樹脂溶解在濃度99.5％的濃硫酸中。溶解后得到的紡絲原液質量濃度為19.2％，保持原液溫度85℃。然后在真空度-0.09MPa條件下脫泡5h。然后進行過濾。過濾采用2級逐級過濾方式，過濾網規(guī)格分別為20um和10um。脫泡和過濾過程中保持原液溫度不變。經過脫泡和過濾處理后的紡絲原液用高壓輸送泵輸送到紡絲箱體中。所有紡位保溫確保紡絲原液溫度不變。

經過計量泵連續(xù)計量后紡絲原液被輸送到紡絲組件進行紡絲。紡絲用的噴絲帽噴絲孔直徑為70um，長徑比為3，孔數30，噴絲孔間距平均3mm。噴絲速度60m/min,紡絲壓力穩(wěn)定在30公斤。噴絲帽擠出后的液流通過一段空氣層進行二次拉伸取向，然后進入凝固浴脫除硫酸?？刂瓶諝鈱痈叨仍?0mm?？刂颇淘∫好娣€(wěn)定無紊流，凝固浴中硫酸濃度在5％，溫度8℃。絲束經過凝固浴硬化變成初生絲。

將初生絲先用堿液洗滌。堿液用NaOH調配而成，控制堿液濃度在0.1％，堿液溫度5℃，堿液中停留時間1s。經過堿洗的絲束被帶到牽伸系統(tǒng)?？刂茽可毂葹?，紡絲速度為300m/min。經過牽伸后的絲束進入水洗系統(tǒng)。絲束在水洗系統(tǒng)采用S形平鋪方式洗滌，洗滌后絲束中硫酸根離子含量為50ppm。

洗滌后的絲束經過三輥濾水后進入干燥系統(tǒng)。采用S形平鋪方式干燥絲束，保持輥面溫度在100℃±2℃。干燥后的絲束含水率約3％。干燥后的絲束經過上油后進行卷繞。利用該工藝得到的對位芳綸絲束線密度45D，力學性能為拉伸強度2.7GPa，拉伸模量75GPa。

配套該工藝的設備有雙螺桿擠出機，由哈氏合金材質制造，長徑比為68；脫泡裝置為外帶加熱保溫裝置的靜態(tài)脫泡桶；過濾裝置為外帶加熱保溫裝置的管道過濾器；計量泵為變頻電機驅動的齒輪計量泵，材質為斯坦利合金；噴絲帽為鉭材，厚度1mm；升降系統(tǒng)為電動絲桿螺旋升降機；牽伸系統(tǒng)由四個牽伸輥組成，轉速一致；水洗機由24個水洗輥組成，水洗輥的速度獨立可調，以不對絲束產生阻礙和牽伸效果為準。同時控制水壓將洗滌水以噴霧的方式噴射到絲束與輥面接觸區(qū)域以及非接觸區(qū)域增強水對絲束的潤滑性和洗滌效果。；干燥機由8個直徑350mm的蒸汽干燥輥組成。從牽伸輥開始到烘干輥，所有輥面都經過鍍陶瓷處理，輥面粗糙度控制在0.5Ra左右。干燥后的絲束經過上油后進行卷繞。卷繞機采用低張力卷繞機，卷繞張力自動控制，確保不會在卷繞過程中產生斷絲現象。

實施例2：

將比濃對數粘度6.5，含水率0.3％的對位芳綸樹脂溶解在濃度99.5％的濃硫酸中。溶解后得到的紡絲原液質量濃度為19.8％，保持原液溫度90℃。然后在真空度-0.095MPa條件下脫泡3h。然后進行過濾。過濾采用3級逐級過濾方式，過濾網規(guī)格分別為20、10和5um。脫泡和過濾過程中保持原液溫度不變。經過脫泡和過濾處理后的紡絲原液用高壓輸送泵輸送到紡絲箱體中。所有紡位保溫確保紡絲原液溫度不變。

經過計量泵連續(xù)計量后紡絲原液被輸送到紡絲組件進行紡絲。紡絲用的噴絲帽噴絲孔直徑為63um，長徑比為2.5，孔數20，噴絲孔間距平均4mm。噴絲速度50m/min,紡絲壓力穩(wěn)定在50公斤。噴絲帽擠出后的液流通過一段空氣層進行二次拉伸取向，然后進入凝固浴脫除硫酸?？刂瓶諝鈱痈叨仍?0mm。控制凝固浴液面穩(wěn)定無紊流，凝固浴中硫酸濃度在10％，溫度0℃。絲束經過凝固浴硬化變成初生絲。

將初生絲先用堿液洗滌。堿液用NaOH調配而成，控制堿液濃度在0.5％，堿液溫度10℃，堿液中停留時間0.5s。經過堿洗的絲束被帶到牽伸系統(tǒng)?？刂茽可毂葹?，紡絲速度為200m/min。經過牽伸后的絲束進入水洗系統(tǒng)。絲束在水洗系統(tǒng)采用S形平鋪方式洗滌，洗滌后絲束中硫酸根離子含量約80ppm。

洗滌后的絲束經過三輥濾水后進入干燥系統(tǒng)。采用S形平鋪方式干燥絲束，保持輥面溫度在120℃±2℃。干燥后的絲束含水率約2％。干燥后的絲束經過上油后進行卷繞。利用該工藝得到的對位芳綸絲束線密度28D，力學性能為拉伸強度2.9GPa，拉伸模量65GPa。

配套該工藝的設備有雙螺桿擠出機，由哈氏合金材質制造，長徑比為60；脫泡裝置為外帶加熱保溫裝置的槳葉攪拌式脫泡桶，攪拌速度20rpm；過濾裝置為外帶加熱保溫裝置的連續(xù)旋轉過濾器；計量泵為變頻電機驅動的齒輪計量泵，材質為表面鍍陶瓷的哈氏合金；噴絲帽為鉭材，厚度3mm；升降系統(tǒng)為液壓控制升降機；牽伸系統(tǒng)由四個牽伸輥組成，轉速一致；水洗機由16個水洗輥組成，水洗輥的速度獨立可調，以不對絲束產生阻礙和牽伸效果為準。同時控制水壓將洗滌水以噴霧的方式噴射到絲束與輥面接觸區(qū)域以及非接觸區(qū)域增強水對絲束的潤滑性和洗滌效果；干燥機由6個直徑220mm的電磁干燥輥組成。從牽伸輥開始到烘干輥，所有輥面都經過鍍陶瓷處理，輥面粗糙度控制在1.2Ra左右。干燥后的絲束經過上油后進行卷繞。卷繞機采用低張力卷繞機，卷繞張力自動控制，確保不會在卷繞過程中產生斷絲現象。

實施例3：

將比濃對數粘度6.3，含水率0.05％的對位芳綸樹脂溶解在濃度100.0％的濃硫酸中。溶解后得到的紡絲原液質量濃度為20％，保持原液溫度87℃。然后在真空度-0.098MPa條件下脫泡2h。然后進行過濾。過濾采用3級逐級過濾方式，過濾網規(guī)格分別為30、20和10um。脫泡和過濾過程中保持原液溫度不變。經過脫泡和過濾處理后的紡絲原液用高壓輸送泵輸送到紡絲箱體中。所有紡位保溫確保紡絲原液溫度不變。

經過計量泵連續(xù)計量后紡絲原液被輸送到紡絲組件進行紡絲。紡絲用的噴絲帽噴絲孔直徑為100um，長徑比為3，孔數50，噴絲孔間距平均3mm。噴絲速度80m/min,紡絲壓力穩(wěn)定在20公斤。噴絲帽擠出后的液流通過一段空氣層進行二次拉伸取向，然后進入凝固浴脫除硫酸?？刂瓶諝鈱痈叨仍?5mm?？刂颇淘∫好娣€(wěn)定無紊流，凝固浴中硫酸濃度在5％，溫度10℃。絲束經過凝固浴硬化變成初生絲。

將初生絲先用堿液洗滌。堿液用NaOH調配而成，控制堿液濃度在1％，堿液溫度10℃，堿液中停留時間1.5s。經過堿洗的絲束被帶到牽伸系統(tǒng)?？刂茽可毂葹?，紡絲速度為480m/min。經過牽伸后的絲束進入水洗系統(tǒng)。絲束在水洗系統(tǒng)采用S形平鋪方式洗滌，洗滌后絲束中硫酸根離子含量約60ppm。

洗滌后的絲束經過三輥濾水后進入干燥系統(tǒng)。采用S形平鋪方式干燥絲束，保持輥面溫度在135℃±2℃。干燥后的絲束含水率約3.7％。干燥后的絲束經過上油后進行卷繞。利用該工藝得到的對位芳綸絲束線密度80D，力學性能為拉伸強度2.96GPa，拉伸模量90GPa。

配套該工藝的設備有雙螺桿擠出機，由316L材質制造，長徑比為58；脫泡裝置為外帶加熱保溫裝置的槳葉攪拌式脫泡桶，攪拌速度30rpm；過濾裝置為外帶加熱保溫裝置的管道過濾器；計量泵為變頻電機驅動的齒輪計量泵，材質為表面鍍陶瓷的316L；噴絲帽為黃鉑金材質，厚度1mm；升降系統(tǒng)為液壓控制升降機；牽伸系統(tǒng)由四個牽伸輥組成，轉速一致；水洗機由20個水洗輥組成，水洗輥的速度獨立可調，以不對絲束產生阻礙和牽伸效果為準。同時控制水壓將洗滌水以噴霧的方式噴射到絲束與輥面接觸區(qū)域以及非接觸區(qū)域增強水對絲束的潤滑性和洗滌效果；干燥機由8個直徑250mm的電磁干燥輥組成。從牽伸輥開始到烘干輥，所有輥面都經過鍍陶瓷處理，輥面粗糙度控制在0.8Ra左右。干燥后的絲束經過上油后進行卷繞。卷繞機采用低張力卷繞機，卷繞張力自動控制，確保不會在卷繞過程中產生斷絲現象。

實施例4：

將比濃對數粘度6.5，含水率0.1％的對位芳綸樹脂溶解在濃度100.5％的濃硫酸中。溶解后得到的紡絲原液質量濃度為18％，保持原液溫度80℃。然后在真空度-0.093MPa條件下脫泡4h。然后進行過濾。過濾采用2級逐級過濾方式，過濾網規(guī)格分別為20和10um。脫泡和過濾過程中保持原液溫度不變。經過脫泡和過濾處理后的紡絲原液用高壓輸送泵輸送到紡絲箱體中。所有紡位保溫確保紡絲原液溫度不變。

經過計量泵連續(xù)計量后紡絲原液被輸送到紡絲組件進行紡絲。紡絲用的噴絲帽噴絲孔直徑為50um，長徑比為2，孔數80，噴絲孔間距平均3mm。噴絲速度40m/min,紡絲壓力穩(wěn)定在90公斤。噴絲帽擠出后的液流通過一段空氣層進行二次拉伸取向，然后進入凝固浴脫除硫酸?？刂瓶諝鈱痈叨仍?0mm?？刂颇淘∫好娣€(wěn)定無紊流，凝固浴中硫酸濃度在15％，溫度0℃。絲束經過凝固浴硬化變成初生絲。

將初生絲先用堿液洗滌。堿液用NaOH調配而成，控制堿液濃度在0.5％，堿液溫度0℃，堿液中停留時間1s。經過堿洗的絲束被帶到牽伸系統(tǒng)?？刂茽可毂葹?，紡絲速度為200m/min。經過牽伸后的絲束進入水洗系統(tǒng)。絲束在水洗系統(tǒng)采用S形平鋪方式洗滌，洗滌后絲束中硫酸根離子含量約80ppm。

洗滌后的絲束經過三輥濾水后進入干燥系統(tǒng)。采用S形平鋪方式干燥絲束，保持輥面溫度在120℃±2℃。干燥后的絲束含水率約3.5％。干燥后的絲束經過上油后進行卷繞。利用該工藝得到的對位芳綸絲束線密度90D，力學性能為拉伸強度3.0GPa，拉伸模量70GPa。

配套該工藝的設備有雙螺桿擠出機，由哈氏合金材質制造，長徑比為68；脫泡裝置為外帶加熱保溫裝置的靜態(tài)脫泡桶；過濾裝置為外帶加熱保溫裝置的管道過濾器；計量泵為變頻電機驅動的齒輪計量泵，材質為表面鍍陶瓷的316L；噴絲帽為黃鉑金材質，厚度3mm；升降系統(tǒng)為液壓控制升降機；牽伸系統(tǒng)由四個牽伸輥組成，轉速一致；水洗機由24個水洗輥組成，水洗輥的速度獨立可調，以不對絲束產生阻礙和牽伸效果為準。同時控制水壓將洗滌水以噴霧的方式噴射到絲束與輥面接觸區(qū)域以及非接觸區(qū)域增強水對絲束的潤滑性和洗滌效果；干燥機由16個直徑450mm的蒸汽干燥輥組成。從牽伸輥開始到烘干輥，所有輥面都經過鍍陶瓷處理，輥面粗糙度控制在0.5Ra左右。干燥后的絲束經過上油后進行卷繞。卷繞機采用低張力卷繞機，卷繞張力自動控制，確保不會在卷繞過程中產生斷絲現象。

實施例5：

將比濃對數粘度6.0，含水率0.5％的對位芳綸樹脂溶解在濃度99.8％的濃硫酸中。溶解后得到的紡絲原液質量濃度為19.5％，保持原液溫度90℃。然后在真空度-0.095MPa條件下脫泡3h。然后進行過濾。過濾采用3級逐級過濾方式，過濾網規(guī)格分別為30、20和10um。脫泡和過濾過程中保持原液溫度不變。經過脫泡和過濾處理后的紡絲原液用高壓輸送泵輸送到紡絲箱體中。所有紡位保溫確保紡絲原液溫度不變。

經過計量泵連續(xù)計量后紡絲原液被輸送到紡絲組件進行紡絲。紡絲用的噴絲帽噴絲孔直徑為100um，長徑比為4，孔數30，噴絲孔間距平均4mm。噴絲速度40m/min,紡絲壓力穩(wěn)定在40公斤。噴絲帽擠出后的液流通過一段空氣層進行二次拉伸取向，然后進入凝固浴脫除硫酸。控制空氣層高度在15mm。控制凝固浴液面穩(wěn)定無紊流，凝固浴中硫酸濃度在5％，溫度10℃。絲束經過凝固浴硬化變成初生絲。

將初生絲先用堿液洗滌。堿液用NaOH調配而成，控制堿液濃度在1％，堿液溫度10℃，堿液中停留時間1.5s。經過堿洗的絲束被帶到牽伸系統(tǒng)?？刂茽可毂葹?，紡絲速度為200m/min。經過牽伸后的絲束進入水洗系統(tǒng)。絲束在水洗系統(tǒng)采用S形平鋪方式洗滌，洗滌后絲束中硫酸根離子含量約80ppm。

洗滌后的絲束經過三輥濾水后進入干燥系統(tǒng)。采用S形平鋪方式干燥絲束，保持輥面溫度在100℃±2℃。干燥后的絲束含水率約4％。干燥后的絲束經過上油后進行卷繞。利用該工藝得到的對位芳綸絲束線密度80D，力學性能為拉伸強度2.7GPa，拉伸模量80GPa。

配套該工藝的設備有雙螺桿擠出機，由哈氏合金材質制造，長徑比為58；脫泡裝置為外帶加熱保溫裝置的靜態(tài)脫泡桶；過濾裝置為外帶加熱保溫裝置的管道過濾器；計量泵為變頻電機驅動的齒輪計量泵，材質為斯坦利合金；噴絲帽為哈氏合金材質，厚度1mm；升降系統(tǒng)為液壓控制升降機；牽伸系統(tǒng)由四個牽伸輥組成，轉速一致；水洗機由16個水洗輥組成，水洗輥的速度獨立可調，以不對絲束產生阻礙和牽伸效果為準。同時控制水壓將洗滌水以噴霧的方式噴射到絲束與輥面接觸區(qū)域以及非接觸區(qū)域增強水對絲束的潤滑性和洗滌效果；干燥機由16個直徑220mm的電磁干燥輥組成。從牽伸輥開始到烘干輥，所有輥面都經過鍍陶瓷處理，輥面粗糙度控制在0.8Ra左右。干燥后的絲束經過上油后進行卷繞。卷繞機采用低張力卷繞機，卷繞張力自動控制，確保不會在卷繞過程中產生斷絲現象。