專利名稱：一種丙烯酸類纖維及其制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適于織物應(yīng)用的丙烯酸類纖維，該纖維可用于制造衣服和家庭服飾用品、特別是絨面織物。
背景技術(shù)：
適合制造衣服的丙烯酸類纖維在強(qiáng)度、延伸性和著色力三方面要求有好的綜合性能。丙烯酸類纖維一般用濕法紡絲制成，為得到高強(qiáng)度、高取向性的纖維，傳統(tǒng)的方法是在凝固浴中通過提高凝固纖絲的抽伸速度和紡絲料液在毛細(xì)噴絲嘴出口的線速度的比率，或者在隨后的工序中提高抽伸速度來實現(xiàn)。但是，提高凝固纖絲的抽伸速度和紡絲料液在毛細(xì)噴絲嘴出口的線速度的比率，即，提高凝固纖絲的抽伸速度，意味著縮短了凝固纖絲的凝固時間，在凝固浴中凝固和抽伸同時發(fā)生，結(jié)果凝固紡絲形成皮層，導(dǎo)致在纖維內(nèi)部的溶劑不能充分置換。
所以，在纖維的表面有高度纖維化和高度取向性的結(jié)構(gòu)，而其內(nèi)部則有非纖維化粗糙結(jié)構(gòu)。在以高的抽伸比率抽伸時，制成的纖維延伸性差，以這種纖維織成的布手感較硬。而且，纖維的表面和內(nèi)部具有不均勻的取向性，這樣的纖維彈性差，用這種纖維織成的布產(chǎn)生排斥性差。
具有高度取向性表面的纖維著色能力差，因為在染色過程中，高取向性的表面阻止了染料的分散。
日本專利JP-A 61-199707報道了一種紡絲工藝，該工藝使用的凝固浴采用非常高的濃度范圍，該濃度范圍下不能形成纖維皮層。但是，當(dāng)使用有機(jī)溶劑的水溶液作為凝固浴時，不能形成纖維皮層的濃度范圍非常高，結(jié)果凝固的速度太慢以至于不能提高凝固紡絲的抽伸速度，這就導(dǎo)致纖維的產(chǎn)量非常低，而且制得的纖維不規(guī)則，纖維之間有溶接的現(xiàn)象。
在家庭服飾用品的應(yīng)用方面，特別是用于制造高絨毛性織物或女用圍巾等時，纖維的橫截面被經(jīng)過處理，以得到接近動物毛發(fā)的手感。在這些應(yīng)用場合，纖維需要有好的梳理效果、高柔韌性和柔軟性等。當(dāng)纖維表面的摩擦力較小時，梳理效果較好。已知添加一種消光材料，其中加入了用以提高光澤的添加劑，如二氧化鈦，能很好地改善梳理效果。但是，從技術(shù)上說，添加物損害了丙烯酸類纖維的顯色能力。
專利JP-A 11-21769報道的技術(shù)在表觀光澤和纖維顯色性方面進(jìn)行了適當(dāng)?shù)倪x擇，其中加入有機(jī)多分子硅醚可使纖維表面具有類似動物毛發(fā)的滑膩的手感。從技術(shù)上說，當(dāng)強(qiáng)調(diào)滑膩的手感時，纖維的柔軟性和顯色力會較差。具有低光澤、好的顯色性能和好的梳理效果的丙烯酸類纖維在制造絨毛性織物或女用圍巾時，必須通過纖維表面的波紋化使其表面不平滑，但這樣纖絲之間的接觸面積小。為了手感好，在強(qiáng)度和手感方面必須得到很好的平衡，考慮到這些條件，日本專利JP-A 64-33210報道了一種通過纖維表面波紋化制造具有較自然光澤的干丙烯酸類纖維的工藝，但是，在這種工藝中，噴絲嘴要求具有特定的形狀，以使纖維表面波紋化，所以纖維表面的波紋化受到很大的限制。
在女用圍巾或高絨毛織布的應(yīng)用上，韌性和柔軟性可通過混合幾種纖維使之具有不同的橫截面來實現(xiàn)，已知典型的平的或Y形的丙烯酸類纖維的橫截面對實現(xiàn)上述特性很有效果。特別是具有Y形橫截面的丙烯酸類纖維，纖維絲的頂端分叉使其具有柔軟的手感，而纖維絲的根部保留Y形橫截面，使其具有好的柔韌性。
專利JP-A 10-251915報道的丙烯酸類纖維，如圖7所示，單纖20有大體的Y形橫截面，三個放射性伸展的矩型臂21以120°角結(jié)合。在臂21的結(jié)合部位，開口K1或者孔K2用來調(diào)節(jié)使結(jié)合部的長度c滿足寬度d的30-95％。這種結(jié)構(gòu)可使單纖很容易沿縱向分叉，以得到柔軟的手感。這個專利報道的丙烯酸類纖維，由于在結(jié)合部形成的開口K1或孔K2，單纖可在拋光工序前分叉，由此導(dǎo)致一些不好的效果，如在紡絲過程中形成許多毛刺。而且，由于開口K1或孔K2中有水滯留，纖維不易干燥，導(dǎo)致紡絲過程中干燥時間過長，生產(chǎn)效率降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于制造衣物的丙烯酸類纖維，這種纖維表面和內(nèi)部具有均勻的取向性，纖維絲有充分的彈性，使用纖維織成的布有排斥力，同時這種纖維有很好的物理性能，如強(qiáng)度、延展性和著色力，通過改變其表面形狀，可使這種纖維有很好的柔軟性。
本發(fā)明的另一目的是提供一種用于家居服飾用品的丙烯酸類合成纖維，這種纖維顯色性好，光澤度低和梳理效果好。這種纖維獨(dú)有的特點(diǎn)是，沿徑向方向，從中心軸放射狀伸展出許多扁平臂，在制成絨毛狀產(chǎn)品時纖維的頂部可在機(jī)械力的作用下分叉。
本發(fā)明的再一目的是提供一種簡便易行的丙烯酸類纖維的制造工藝，用該工藝制造的丙烯酸類纖維具有纖維表面和內(nèi)部取向均勻，強(qiáng)度、延伸性、著色能力很好的性能。該工藝是在制造凝固纖絲過程中通過控制凝固纖絲皮層的厚度，使纖維從外向里均勻的凝固，以防止纖維內(nèi)部的溶劑分散不充分，及在漂洗過程中防止溶劑被快速分散。
本發(fā)明的第一個方面是提供一種丙烯酸類纖維，該纖維應(yīng)(a)由含丙烯腈單體80-95wt％的丙烯腈聚合物制成，(b)該纖維的單纖干態(tài)強(qiáng)度(monofilament dry strength)為2.5-4.0cN/dtex，(c)單纖干態(tài)斷裂延伸(monofilament dry elongation，)百分比為35-50％，(d)在張力測試中，在張力斷裂后的橫截面上，纖維中心沿軸線方向可觀察到25μm或更長的裂縫。
本發(fā)明的第二個方面是提供一種丙烯酸類纖維，該纖維應(yīng)(a)其表面有波紋，(b)在垂直纖維軸的橫截面上，相鄰的波紋具有15-20°的平均傾角。(c)波紋的頂部和底部之間最大的水平距離(level difference)在0.15-0.35μm。(d)纖維束表面通過45°鏡面光澤度測試法測得的光澤度為10-20％。
本發(fā)明的第二個方面的實施例是該丙烯酸類纖維(e)是由含丙烯腈單體80-95wt％的丙烯腈聚合物制成，(f)這種纖維的單纖干態(tài)強(qiáng)度是2.5-4.0cN/dtex，(g)單纖干態(tài)斷裂延展百分比是15-40％，(h)張力測試中，在張力斷裂后的橫截面上，纖維中心沿軸線方向可觀察到250μm或更長的裂縫。
本發(fā)明的第三個方面提供一種丙烯酸類纖維，該纖維應(yīng)(a)有許多從中心沿徑向放射狀伸展的平臂，(b)在張力測試中，在張力斷裂后的橫截面上，纖維中心沿軸線方向可觀察到200μm或更長的裂縫。
本發(fā)明的第三個方面的實施例是，該丙烯酸類纖維(c)是由含丙烯腈單體80-95wt％的丙烯腈聚合物制成，(d)單纖干態(tài)強(qiáng)度是2.5-4.0cN/dtex，(e)單纖干態(tài)斷裂延展百分比是15-40％。
本發(fā)明提供了一種丙烯酸類纖維的制造工藝，包括以下步驟在有機(jī)溶劑中，含丙烯腈單體80-95wt％的丙烯腈聚合物的紡絲料液進(jìn)入第一凝固浴形成凝固纖絲。其中，第一凝固浴中是一種有機(jī)溶劑的水溶液，溫度為30-50℃，該有機(jī)溶劑濃度為20-70wt％，可以和紡絲料液的有機(jī)溶劑相同或不同。然后在第一凝固浴中以0.3-2.0倍的紡絲料液出口線速度抽伸纖絲，在第二凝固浴(即預(yù)熱浴)中以1.1-2.0倍的紡絲料液出口線速度抽伸纖絲。其中，第二凝固浴中是一種有機(jī)溶劑的水溶液，溫度為30-50℃，該有機(jī)溶劑濃度為20-70wt％，可以和紡絲料液和第一凝固浴的有機(jī)溶劑相同或不同。接著完成纖絲的第三次或更多次濕熱抽伸。
以上制造工藝的一個實施例是，第一凝固浴中有機(jī)溶劑的濃度為40-70％，第一凝固浴中的抽伸速度是紡絲料液出口線速度的0.3-0.6倍。第二凝固浴中有機(jī)溶劑的濃度為40-70％。
以上制造工藝的另一實施例是，第一凝固浴中有機(jī)溶劑的濃度是20-60％，第一凝固浴中的抽伸速度是紡絲料液出口線速度的0.6-2.0倍。第二凝固浴中有機(jī)溶劑的濃度為20-60％。
本發(fā)明的優(yōu)選工藝參數(shù)為，紡絲料液中的有機(jī)溶劑以及第一、第二凝固浴中的有機(jī)溶劑優(yōu)選二甲基乙酰胺，且第一、第二凝固浴具有相同的溫度和組成。


圖1是xy平面的視圖，表示以下方程得出的直線Y＝-x+105 (等式1)
Y＝-(1/2)X+77.5 (等式2)Y＝-4X+315(等式3)這里Y是凝固浴的溫度(℃)，X是有機(jī)溶劑的濃度(wt％)圖2示意地表示張力測試中，單纖張力斷裂的側(cè)表面形成的裂縫位置的，這里標(biāo)示的裂縫是相對長度。
圖3示意地表示張力測試中，單纖張力斷裂的側(cè)表面形成的裂縫位置的電子顯微鏡掃描圖像，這里標(biāo)示的裂縫是相對長度。
圖4是部分纖維表面形狀的示意圖，其中，(a)是傾角(平均傾角是通過測量每個波紋的傾角，取平均確定)，(b)是水平距離(最大水平距離是波紋高低部分的高度差)。
圖5(a)是光澤度測定的儀器示意圖，圖5(b)顯示的是測定光澤度時的樣本模型。
圖6是本發(fā)明中使用的毛細(xì)管噴嘴的嘴型正視圖。
圖7示意地顯示了傳統(tǒng)丙烯酸類纖維的橫截面。
圖8(a)是實施例1所述纖維的斜視圖的電子顯微鏡掃描圖像，圖8(b)是實施例1所述纖維在張力測試中斷裂時，所得到的纖維側(cè)表面的電子顯微鏡照片。
圖9(a)是對比實施例1中所述纖維的斜視圖，圖9(b)是對比實施例1中所述纖維在張力測試中斷裂時，所得到的纖維側(cè)表面的電子顯微鏡照片。
圖10是實施例3中所述纖維的斜視圖的電子顯微鏡掃描照片。
圖11是實施例5中所述纖維的斜視圖的電子顯微鏡掃描照片。
圖12(a)是實施例7中所述纖維的斜視圖的電子顯微鏡掃描照片。
圖12(b)是實施例7中所述纖維表面的電子顯微鏡掃描照片。
圖13(a)是實施例6中所述纖維的斜視圖的電子顯微鏡掃描照片。
圖13(b)是實施例6中所述纖維表面的電子顯微鏡掃描照片。
圖14(a)是實施例9中所述纖維的斜視圖的電子顯微鏡掃描照片。
圖14(b)對比實施例9中所述纖維在張力測試中斷裂時，所得到的纖維側(cè)表面的電子顯微鏡照片。
圖15(a)是實施例11中所述纖維的斜視圖的電子顯微鏡掃描照片。
圖15(b)對比實施例11中所述纖維在張力測試中斷裂時，所得到的纖維側(cè)表面的電子顯微鏡照片。
最佳實施方式本發(fā)明所涉及的丙烯酸類纖維主要應(yīng)用于衣物(如毛線衫)和家居服飾用品(如絨面織物)。在濕法紡絲的纖維化過程中，考慮到聚合物的流動性和紡絲料液的穩(wěn)定性，優(yōu)選含相對少量的丙烯腈單元，也就是說，作為纖維材料，丙烯腈的含量低于95wt％。如果在作為纖維材料的丙烯腈聚合物中丙烯腈的含量太低，該丙烯酸類纖維應(yīng)用于制造諸如毛衣或絨面織物時，將達(dá)不到類似毛料的手感。因此，丙烯腈的含量最好不小于80wt％。
該纖維材料可以是一種丙烯腈聚合物的混合物，其中丙烯腈的含量在至少為80wt％而且低于95wt％。
該丙烯腈聚合物是丙烯腈與一種可與丙烯腈共聚的單體共聚而成。這類單體包括(甲基)丙烯酸酯類單體，如(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸丁酯和(甲基)丙烯酸己酯；乙烯的鹵化物，如氯乙烯、溴乙烯和二氯乙烯；具有可聚合雙鍵的羧酸及其鹽，如(甲基)丙烯酸、衣康酸和巴豆酸；順丁烯二酰亞胺；N-苯基馬來酰亞胺；(甲基)丙烯酰胺；苯乙烯；α-甲基苯乙烯；醋酸乙烯酯；含硫可聚合不飽和單體，如乙烯基苯磺酸鈉，烯丙基磺酸鈉，β-乙烯基苯磺酸鈉，甲基烯丙基磺酸鈉；以及含吡啶可聚合不飽和單體，如2-乙烯基吡啶和2-甲基-5-乙烯基吡啶。
作為纖維材料用的丙烯腈單體可以采用下列聚合方法用水作溶劑的氧化還原聚合，非均相體系中的懸浮聚合，使用分散劑的乳液聚合等等，以及其它適宜的聚合方法。
本發(fā)明所述纖維的一個具體實例是，該纖維的單纖干態(tài)強(qiáng)度是2.5-4.0cN/dtex，單纖干態(tài)斷裂延展百分比是35-50％。單纖斷裂時，在張力斷裂后的橫截面上，纖維中心沿軸線方向可觀察到20μm或更長的裂縫。
如果該纖維的單纖干態(tài)強(qiáng)度小于2.5cN/dtex或者單纖干態(tài)斷裂延展百分比大于50％，在紡絲過程中，纖絲易斷裂而形成許多毛刺(fluff)，明顯降低了纖維的紡絲性能。
如果該丙烯酸纖維的單纖干態(tài)強(qiáng)度大于4.0cN/dtex或者單纖干態(tài)斷裂延展百分比小于35％，那么制成的纖維就缺少毛線衫和絨毛制品所必需的毛織品的手感。
張力測試時，沿纖維軸向形成的裂紋的長度是反映纖維表面和內(nèi)部取向性差別的指標(biāo)。本發(fā)明所述丙烯酸類纖維，在張力測試中斷裂時，所得到的單纖側(cè)表面出現(xiàn)20μm或更長的裂紋。這一現(xiàn)象表明纖維的表面和內(nèi)部的取向是一致的。
圖2顯示的是一種斷裂丙烯酸類纖維，該纖維在張力測試中表現(xiàn)為表面和內(nèi)部取向均勻。這種纖維從外向內(nèi)都取向均勻，也就是說在纖維表面和內(nèi)部取向都是均勻的，在張力斷裂測試中，纖維束的張力斷裂部分形成許多斷裂點(diǎn)，所以，在張力斷裂的側(cè)表面沿纖維軸線方向形成一條長的裂紋。如圖2所示，如果從裂紋的底部B到頂部S的長度L是20μm或更長，則表明纖維具有表面和內(nèi)部取向均勻的結(jié)構(gòu)。
另一方面，圖3顯示的是一種斷裂丙烯酸類纖維，其在張力斷裂測試中，表面是取向的結(jié)構(gòu)，而內(nèi)部是粗糙的結(jié)構(gòu)。這種纖維在張力斷裂部分只有一個斷裂點(diǎn)，所以在張力斷裂側(cè)表面沿單纖軸向不能形成裂紋，即使形成裂紋，裂紋的長度也很短。如圖3所示，從裂紋的底部B到頂部S的長度L是小于20μm的。這種纖維構(gòu)成的纖維束缺乏彈性，織成的布沒有很好的排斥力，也沒有用于衣料，如毛衣和家庭服飾用品所要求的手感。
在溫度為23℃和相對濕度為50％RH的條件下，以100％/min的破壞率斷裂單纖形成斷裂面，可觀察到單纖張力斷裂側(cè)表面的情況。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，考慮到纖維的紡絲性能、顯色力和類似羊毛制品的彈性，這種丙烯酸類纖維的橫截面最好是完美的環(huán)形或者是大體上完美的環(huán)形。特別地，纖維橫截面的長短軸的比率為1.0-2.0，最好是1.0-1.2，即意味著可形成完美的環(huán)形。具有這種橫截面的纖維適合制作毛線衣類的衣服。
下面描述本發(fā)明的第二個方面的丙烯酸類纖維。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，該丙烯酸類纖維在其表面有類似皺折的細(xì)波紋。在垂直纖維軸向的橫截面上，相鄰皺折狀波紋的平均傾角(以下簡稱為平均傾角)為15-20°。波紋底部到頂部的最大距離(皺折底部到頂部的最大距離，以下簡稱為最大距離)為0.15-0.35μm。
如果該丙烯酸類纖維具有15-20°的平均傾角和0.15-0.35μm的最大距離，可縮小纖維之間的接觸面積，提高梳理效果，制成毛線制品或圍巾后有很好的柔軟性，而且纖維表面的波紋可控制纖維的光澤。如果平均傾角小于15°，那么波紋或皺折的數(shù)目增加，纖維間的接觸面積增加，結(jié)果損害了梳理效果。如果平均傾角大于25°，那么波紋或皺折的數(shù)目減少，也導(dǎo)致纖維間的接觸面積增加。
如果最大距離小于0.15μm，梳理效果很差，滑膩的感覺會對手感起負(fù)面作用。另一方面，如果大于0.35μm，纖維可能會分叉，帶來工藝問題，如紡絲性能的問題。
根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，該丙烯酸類纖維具有(d)纖維束表面45°鏡面光澤度測試法測得的光澤度為10-20％。如果光澤度太高，制成的絨面制品或圍巾的色調(diào)不深；如果光澤度太低，則會影響顯色能力，所以上述范圍是適合的。
根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，該丙烯酸類纖維還具有(e)由丙烯腈單體含量為80-95wt％的丙烯腈聚合物制成。(f)該纖維的單纖干態(tài)強(qiáng)度是2.5-4.0cN/dtex，(g)單纖干態(tài)斷裂延伸百分比是15-40％，(h)張力測試中，在張力斷裂后的橫截面上，纖維中心沿軸線方向可觀察到20μm或更長的裂縫。
根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，如果這種丙烯酸類纖維的單纖干態(tài)強(qiáng)度小于2.5cN/dtex或者單纖干態(tài)斷裂延伸百分比大于40％，則在紡絲過程中單纖因易于斷裂而形成許多毛刺，影響了整個工藝流程(processpassage)，而且由于纖維延展性變差，導(dǎo)致制成的圍巾或毛線制品手感差。
如果該丙烯酸類纖維的單纖干態(tài)強(qiáng)度大于4.0cN/dtex或者單纖干態(tài)斷裂延伸百分比小于40％，就得不到衣物或絨面制品所必須的類似羊毛制品的手感。
如上所述，該丙烯酸類纖維在張力測試中，在張力斷裂后的橫截面上，纖維中心沿軸線方向可觀察到20μm或更長的裂縫，這一現(xiàn)象表明，纖維具有表面和內(nèi)部取向均勻的結(jié)構(gòu)。所以，這種纖維織成的布有很好的排斥力，可以滿足衣服(如毛線衣)和家居服飾用品(如絨面織物)的要求。
根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，作為家庭服飾用品，如絨面織物和圍巾，考慮到家庭服飾用品的手感和彈性方面的要求，該丙烯酸類纖維的橫截面(平直度，flatness)的長/短軸的比率為5-15較合適。如果制成圍巾后平直度小于5，則彈性不好；如果平直度大于15，則纖維容易分叉而引起皮膚過敏。
下面介紹本發(fā)明的第三個方面。
根據(jù)本發(fā)明的第三個方面，該丙烯酸類纖維具有許多從中心沿徑向放射狀伸展的平臂，也就是說，單纖的橫截面有從中心放射狀伸展的分支形狀，如典型的Y形和十字形。相鄰的平臂形成的角度可以相同或不同。例如，典型的Y形，三個平臂以120°相互伸展，每個平臂構(gòu)成的單纖的橫截面(沿軸向的長和寬)相互之間可以相同或不同。不同的橫截面可產(chǎn)生多種多樣的手感。
具有許多從中心沿徑向放射狀伸展的平臂的單纖，可制成有滿意的彈性和柔軟度的絨毛狀的產(chǎn)品。特別地，纖絲最好是有三個或四個平臂的Y型或十字形，這樣，當(dāng)纖絲頂端分叉時，纖絲的底部可保證有充分的彈性。平臂數(shù)目的增加會降低紡絲性能，同時，在纖絲的平臂根部會殘留水分而影響干燥的效果。優(yōu)化選擇具有三個平臂的Y型單纖。
根據(jù)本發(fā)明的第三個方面，該丙烯酸類纖維在張力測試中，在張力斷裂后的橫截面上，纖維中心沿軸線方向可觀察到200μm或更長的裂縫。在溫度為23℃，相對濕度為50％RH時，以變形率100％/min斷裂單纖，形成斷裂面，可觀察到單纖絲張力斷裂側(cè)表面的情況。
在這方面，在張力斷裂側(cè)表面沿軸向形成的裂紋也說明纖維的表面和內(nèi)部有均勻取向的結(jié)構(gòu)。然而，根據(jù)本發(fā)明的第三個方面，該纖維有平臂且平臂從中間分叉，所以至少20μm的裂縫是不夠的，必須形成從纖維中心出發(fā)的至少200μm長的裂縫。
該纖維表現(xiàn)出很好的柔軟性，因為單纖頂部被分開足夠長，而纖絲的根部沒被分開，纖維保留了很好的彈性。過度分叉可提高柔軟性但降低彈性，纖維也沒有所需的手感。所以，張力測試中形成的裂縫長度最好小于1000μm。
根據(jù)本發(fā)明的第三個方面，該丙烯酸類纖維具有(c)由含丙烯腈單體80-95wt％的丙烯腈聚合物制成。(d)該纖維的單纖干態(tài)強(qiáng)度為2.0-4.0cN/dtex，(e)單纖干態(tài)斷裂延伸百分比為15-40％。
在本發(fā)明的第三個方面，如果單纖干態(tài)強(qiáng)度小于2.0cN/dtex或者單纖干態(tài)斷裂延伸百分比大于40％，則在紡絲過程中因單纖易于斷裂而產(chǎn)生大量毛刺，影響了整個工藝流程，而且由于單纖干態(tài)延展性變差，在制圍巾和絨面織物的拋光工藝中，造成頂端分叉能力的下降。
如果單纖干態(tài)強(qiáng)度大于4.0cN/dtex或單纖干態(tài)斷裂伸展百分比小于15％，制成的纖維缺少衣服或家庭服飾用品所需的羊毛制品的手感。
在本發(fā)明的第三個方面，該纖維的楊氏模量取5800N/mm2或更高，因為太低的楊氏模量會使織成的絨面的布缺乏排斥力，從而影響彈性。考慮到絨面的手感，楊氏模量取7000-12000N/mm2較合適，這樣可同時得到滿意的彈性和手感。
另外，根據(jù)本發(fā)明的第三個方面，該丙烯酸類纖維的a/b比取2.0-10.0，這里a和b分別指單纖中心到頂端的長度和平臂的寬度。a/b比太低會導(dǎo)致彈性不好；如果a/b比太高，則彈性太大，以致于即使纖絲的頂端分叉也不能得到很好的柔軟度。
下面介紹本發(fā)明的制造工藝。
本發(fā)明提供了一種丙烯酸類纖維的制造工藝，包括以下步驟在有機(jī)溶劑中，含丙烯腈單體80-95wt％的丙烯腈聚合物的紡絲料液進(jìn)入第一凝固浴形成凝固纖絲。其中，第一凝固浴中是一種有機(jī)溶劑的水溶液，溫度為30-50℃，該有機(jī)溶劑濃度為20-70wt％，可以和紡絲料液的有機(jī)溶劑相同或不同。然后在第一凝固浴中以0.3-2.0倍的紡絲料液出口線速度抽伸纖絲，在第二凝固浴(即預(yù)熱浴)中以1.1-2.0倍的紡絲料液出口線速度抽伸纖絲。其中，第二凝固浴中是一種有機(jī)溶劑的水溶液，溫度為30-50℃，該有機(jī)溶劑濃度為20-70wt％，可以和紡絲料液和第一凝固浴的有機(jī)溶劑相同或不同。接著完成纖絲的第三次或更多次濕熱抽伸。
可用于本發(fā)明工藝的有機(jī)溶劑可溶解丙烯腈聚合物，如二甲基乙酰胺，二甲基亞砜和二甲基甲酰胺。其中優(yōu)選二甲基乙酰胺，既不受水解的影響，又有很好的紡絲性能。
為制得取向好的丙烯酸類纖維，第一凝固浴的條件、第二凝固浴的條件及在第二凝固浴中的抽伸都是很重要的。
形成凝固纖絲的過程中，為使凝固均勻，建議兩個凝固浴的有機(jī)溶劑濃度基本相同。特別地，兩個凝固浴的有機(jī)溶劑濃度的差別在5wt％以內(nèi)，優(yōu)選在3wt％以內(nèi)。
形成凝固纖絲的過程中，為使凝固均勻，建議在兩個凝固浴采用基本相同的溫度。兩個凝固浴的溫度的差別在5℃以內(nèi)，優(yōu)選在3℃以內(nèi)。
建議兩個凝固浴采用相同的有機(jī)溶劑，優(yōu)選是紡絲料液、第一凝固浴和第二凝固浴都采用相同的有機(jī)溶劑，這樣在形成凝固纖絲時，凝固均勻，也便于準(zhǔn)備和回收溶劑。
所以，最適條件是紡絲料液、第一凝固浴和第二凝固浴都采用二甲基乙酰胺作為溶劑。特別優(yōu)選的是，三種溶液都以二甲基乙酰胺為溶劑，具有基本相同的溫度，并且第一和第二凝固浴中的溶液具有基本相同的組成。
根據(jù)本發(fā)明所述的丙烯酸類纖維制造工藝，從第一凝固浴抽伸出來的凝固纖絲處于一種半凝固狀態(tài)，由于凝固纖絲內(nèi)部的有機(jī)溶劑濃度高于第一凝固浴中的有機(jī)溶劑濃度，所以只是纖絲的表面凝結(jié)。這種纖絲在下一步工序中很容易被抽伸。從第一凝固浴中抽出的含凝固液的膨脹凝固纖絲可在空氣里抽伸，但是，優(yōu)選在第二凝固浴中抽伸，這樣可加速纖絲的凝固，也容易控制抽伸工序的溫度。
若在第二凝固浴中抽伸比小于1.1，則單纖取向不均；若抽伸比大于2.0，則導(dǎo)致單纖斷裂，降低了紡絲性能，損害了隨后濕熱抽伸工序中的抽伸性能。
本發(fā)明所述的制造工藝的一個實施例是，第一凝固浴的有機(jī)溶劑濃度為40-70％，第一凝固浴的抽伸速度是紡絲料液出口線速度的0.3-0.6倍。第二凝固浴的有機(jī)溶劑濃度為40-70％。在這些條件中，第一凝固浴的抽伸速度是特定的。它可使第一凝固浴中抽出的凝固纖絲的皮層厚度在0.05-0.15μm之間調(diào)節(jié)。皮層厚度小于0.05μm，會導(dǎo)致纖絲粘合，在凝固浴中凝固不規(guī)則，以致纖維不再具有類似棉花的特性；皮層厚度大于0.15μm，則會阻止纖絲凝固，使纖絲內(nèi)部變得粗糙，使纖絲表面高度取向。
在本發(fā)明所述的工藝中，優(yōu)選第一和第二凝固浴采用相同的溫度和相同的組成，坐標(biāo)(x，y)在被下列方程(1)-(3)所表示的直線所限定的區(qū)域內(nèi)Y＝-X+105 (等式1)Y＝-(1/2)X+77.5 (等式2)Y＝-4X+315(等式3)這里，Y是凝固浴的溫度(℃)，X是有機(jī)溶劑的濃度(wt％)。
如圖1所示，這三條線限定的區(qū)域在XY軸上是三角形。取三角形內(nèi)的坐標(biāo)點(diǎn)可制出很好的環(huán)形橫截面的合成纖維，使制得的纖維更適合織布。特別優(yōu)選第一凝固浴的抽伸速度是紡絲料液出口線速度的0.3-0.6倍。
在本發(fā)明所述的制造工藝的另一方面，第一凝固浴中的有機(jī)溶劑的濃度是20-60％，第一凝固浴的抽伸速度是紡絲料液出口線速度的0.6-2.0倍。第二凝固浴中的有機(jī)溶劑的濃度為20-60％。在這些條件中，第一凝固浴的抽伸速度也是特定的。高的抽伸速度導(dǎo)致快速凝固，所以，這種工藝適合制造具有伸展的平臂，如Y型結(jié)構(gòu)的纖維，或具有成銳角橫截面的扁平纖維。
為得到具有從單纖中心放射狀伸展的平臂結(jié)構(gòu)(如Y形或十字形結(jié)構(gòu))的纖維，最好使用毛細(xì)管狀噴嘴，其A/B值在2.0-10.0之間。這里，“A”，“B”分別為從噴嘴的中心放射狀伸展的開口臂的長度和寬度。
為制得扁平纖維，該纖維在其橫截面具有較大的長短軸比率(平直度)，應(yīng)使用毛細(xì)管噴嘴，該噴嘴的長短軸比率(平直度)為5.0-15.0。
在本發(fā)明所述的制造工藝中，在第二凝固浴抽伸后，為改善纖維的取向，需進(jìn)行三次以上的濕法抽伸。濕法抽伸可在第二凝固浴抽伸之后，接著抽伸膨脹的纖維，同時用水清洗，或者在熱水中抽伸。為提高產(chǎn)率，優(yōu)選在熱水中抽伸。最好是纖維被抽伸的同時水洗，接著在熱水中抽伸。如果濕熱抽伸的抽伸比小于3，纖維的取向不會得到明顯的改善。濕熱抽伸的抽伸比應(yīng)選擇大于3，但是一般在8左右或小于8。在第二凝固浴中抽伸的纖維抽伸前一般應(yīng)先干燥，但是，干燥后抽伸易產(chǎn)生靜電，影響纖維束的傳輸性。而要避免纖維束的傳輸性能受影響，可根據(jù)本發(fā)明所述的工藝，在第二凝固浴抽伸后采用濕熱抽伸。
根據(jù)本發(fā)明所述的制造丙烯酸類纖維的工藝，干燥前，濕熱抽伸后，優(yōu)選調(diào)整膨脹纖維的膨脹度為70wt％或更小。
干燥前，濕熱抽伸后，膨脹的纖維的膨脹度為70wt％或更小，表明纖維表面和內(nèi)部的取向一致。通過減少凝固纖絲的抽伸速度/毛細(xì)管噴嘴的出口線速度的比率，可在第一凝固浴中形成凝固纖絲。纖絲可在第二凝固浴中抽伸，以制備內(nèi)部取向均勻的纖維。所以，干燥前，濕熱抽伸后，膨脹的纖維的膨脹度可調(diào)整在70wt％以下。
另一方面，(第一凝固浴中凝固纖絲的抽伸速度)/(毛細(xì)管噴嘴的出口線速度)的比率增加時，由于在第一凝固浴中纖絲的凝固和抽伸同時發(fā)生，纖絲的凝固是不均勻的，所以，即使在第二凝固浴中抽伸是均勻的，纖維的膨脹度在濕熱抽伸后，干燥前仍是高的。這就意味著得到的纖維從外向內(nèi)取向不均勻。干燥前的纖維的膨脹度可通過下列公式算出膨脹度(％)＝(W-W0)×100/W0這里，W是指離心分離(3000轉(zhuǎn)/分，15分鐘)除去附著液體后纖維的重量，W0指離心后的纖維在熱空氣干燥器中110℃干燥2小時后纖維的重量。
如上所述，經(jīng)過第二凝固浴抽伸及隨后的濕熱抽伸后，纖維按照已知的工藝進(jìn)行干燥，從而得到了滿意的丙烯酸類纖維。
下面將結(jié)合具體實施例對本發(fā)明所述的制造工藝進(jìn)行說明。張力斷裂實驗(Tension rupture test)
UTM-11張力測試儀，在溫度為23℃和相對濕度為50％RH的實驗條件下，將樣品制成20mm長，變形速度設(shè)定為100％/min，準(zhǔn)備實驗樣品。先把測試樣品的外表面粘在掃描電子顯微鏡(SEM)的樣品板上，然后，在其表面鍍上一層約10nm的金。再在7.00kV的加速電壓和31mm的工作距離條件下用XL20掃描電子顯微鏡(PHILIPS公司制造)觀察樣品。纖維橫截面的長/短軸比的確定，“a”表示平臂從中心到頂端的長度，“b”表示平臂寬度。
纖維橫截面的長/短軸比是這樣測定的將待測丙烯酸類纖維插入到一根內(nèi)徑為1mm的氯乙烯樹脂管中，用刀子將其切成環(huán)狀，制成測試樣品。再把樣品粘在掃描電子顯微鏡的樣品板上，纖維橫截面朝上，然后在其表面鍍上一層約10nm的金。在7.00kV的加速電壓和31mm的工作距離下用XL20掃描電子顯微鏡(PHILIPS公司制造)觀察樣品。平臂從中心到它頂端的長度“a”和平臂寬度“b”也用相同方法測定。平均傾角和最大水平距離的測定用雙面膠將纖維松弛地粘在光滑玻璃板上，在小尺寸桌式探針顯微鏡Nanopics(Seiko Instruments Inc.公司制造)下觀察。平均傾角和最大水平距離通過下述方法測定。如圖4所示，纖維表面用波浪線表示，選擇通過波紋槽底的線作為基線。橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)分別是纖維外皮波紋的高度和長度。在橫坐標(biāo)上，畫出間隔為0.015μm的垂線，將垂線與波浪線的交叉點(diǎn)連接起來，由這條線和垂線形成的所有小于90度的角(a)給出一個平均傾角。最高凸起處和最低凹處之間的距離即為最大水平距離(b)。
測試條件測試模式阻尼模式最小精度4μm掃描速度90秒/幀圖像分辨率512像素×256線45°鏡面光澤度測量法測定纖維束的光澤度如圖5(a)和5(b)所示，將150-200支的纖維束(紡紗粗繩)3，緊緊地不重迭地纏繞在寬為50mm、厚為3mm的丙烯酸樹脂板上，制成寬為40mm的樣品。使用VGS-300A測試儀(NIPPON DENSHOKU公司制造)，調(diào)整入射光源1垂直樣品纖維軸線方向入射，進(jìn)一步，將入射光源2的光線入射角和接受器的接收角調(diào)整為與垂線成45度角。這樣就可以根據(jù)JIS-Z-8741標(biāo)準(zhǔn)，用45°鏡面光澤度測定法測定纖維束的光澤度。
凝結(jié)單纖皮層厚度的測定從第一凝固浴抽出的凝固單纖浸泡在有機(jī)溶劑的水溶液中，該溶液與第一凝固浴中溶液的組分相同。隨后，室溫條件下，單纖依次浸泡在添加不同比例乙醇的有機(jī)溶劑水溶液中，逐漸改變水溶液和酒精的比例，最終浸入的是完全的乙醇液。接著將單纖浸泡在乙醇和Spurr樹脂(一種封裝電子顯微鏡樣品的環(huán)氧樹脂)的混合液中，逐漸改變兩者比例，最后為完全的Spurr樹脂液。然后，單纖被隔夜放置，讓環(huán)氧樹脂聚合，將樣品封裝。用切片機(jī)切成環(huán)狀，在40kV的加速電壓下，用透射電子顯微鏡(Transmission electron microscope)觀察樣品，測定凝固單纖皮層的厚度。
實施例1組成為丙烯腈92wt％和醋酸乙烯8wt％的單體懸浮聚合，用過硫酸鈉的亞硫酸氫銨水溶液(ammonium persulfate-sodium hydrogen sulfite)作溶劑，制成平均分子量為130,000的丙烯腈聚合物。該聚合物溶解在二甲基乙酰胺中，制成濃度為24wt％的紡絲料液。
這種紡絲料液流到含二甲基乙酰胺50wt％水溶液的第一凝固浴中，在溫度為40℃條件下，用具有40,000個噴絲孔，孔徑為60μm的噴絲嘴噴出冷凝單纖。凝固單纖從第一凝固浴中抽出，抽出速度為紡絲料液出口線速度的0.4倍。然后，將單纖浸入到含二甲基乙酰胺50wt％水溶液的第二凝固浴中，在溫度為40℃時，單纖以1.5倍速度抽伸。水中洗滌時，以2.7倍速度抽伸，熱水中則以1.9倍速度抽伸。然后上油，150℃熱輥干燥，卷曲，加熱，并被切斷成單纖厚度為3.3dtex的人造絲。
上述工藝中，透射電子顯微鏡觀察從第一凝固浴中抽出的冷凝單纖的橫截面，測得皮層厚度為0.1μm。單纖干態(tài)強(qiáng)度為2.5-4.0cN/dtex，單纖干態(tài)斷裂延伸百分比為35-50％，纖維表現(xiàn)出很好的光澤度和手感。
用掃描電子顯微鏡觀察單纖橫截面及其張力斷裂側(cè)面。單纖橫截面是一個長/短軸比為1.8的橢圓。在張力斷裂側(cè)面沿軸線方向，觀察到四條裂縫，長度分別為25μm、20μm、20μm和18μm。
實施例2如實施例1所述的單纖旦數(shù)為3.3dtex的人造絲，區(qū)別在于第一和第二凝固浴的溫度變?yōu)?6℃，有機(jī)溶劑水溶液的濃度變?yōu)?0wt％。
上述工藝中，從第一凝固浴中抽出的冷凝單纖的皮層厚度為0.08μm。單纖干態(tài)強(qiáng)度為3.5cN/dtex，單纖干態(tài)斷裂延伸百分比為37％，纖維表現(xiàn)出很好的光澤度和手感。
單纖橫截面是一個長/短軸比為1.1的橢圓。在張力斷裂側(cè)面沿軸線方向，觀察到五條裂縫，長度分別為25μm、24μm、20μm、18μm和15μm。
實施例3如實施例1所述的紡絲料液，流到含二甲基乙酰胺67wt％水溶液的第一凝固浴中，在溫度為40℃條件下，用具有40,000個噴絲孔，孔徑為60μm的噴絲嘴噴出冷凝單纖。凝固單纖從第一凝固浴中抽出，抽出速度為紡絲料液出口線速度的0.3倍。然后，將單纖浸入到含二甲基乙酰胺67wt％水溶液的第二凝固浴中，在溫度為40℃時，單纖以1.5倍速度抽伸。水中洗滌時，以2.7倍速度抽伸，熱水中則以1.9倍速度抽伸。然后上油，150℃熱輥干燥，卷曲，加熱，并被切斷成單纖厚度為2.2dtex的人造絲。
上述工藝中，透射電子顯微鏡觀察從第一凝固浴中抽出的冷凝單纖的橫截面，測得皮層厚度為0.07μm。單纖干態(tài)強(qiáng)度為3.4cN/dtex，單纖干態(tài)斷裂延伸百分比為40％，纖維表現(xiàn)出很好的光澤度和手感。
用掃描電子顯微鏡觀察單纖橫截面及其張力斷裂側(cè)面。單纖橫截面是一個長/短軸比為1.05的橢圓。在張力斷裂側(cè)面沿軸線方向，觀察到六條裂縫，長度分別為30μm、26μm、22μm、21μm、18μm和15μm。
實施例4如實施例3所述的單纖旦數(shù)為2.2 dtex的人造絲，區(qū)別在于第一和第二凝固浴的溫度變?yōu)?6℃，有機(jī)溶劑水溶液的濃度變?yōu)?0wt％。
上述工藝中，從第一凝固浴中抽出的冷凝單纖的皮層厚度為0.09μm。單纖干態(tài)強(qiáng)度為2.9cN/dtex，單纖干態(tài)斷裂延伸百分比為37％，纖維表現(xiàn)出很好的光澤度和手感。
單纖橫截面是一個長/短軸比為1.1的橢圓。在張力斷裂側(cè)面沿軸線方向，觀察到三條裂縫，長度分別為26μm、24μm和21μm。
實施例5如實施例3所述的單纖旦數(shù)為2.2dtex的人造絲，區(qū)別在于第一和第二凝固浴的溫度變?yōu)?5℃，有機(jī)溶劑水溶液的濃度變?yōu)?8wt％。
上述工藝中，從第一凝固浴中抽出的冷凝單纖的皮層厚度為0.1μm。單纖干態(tài)強(qiáng)度為2.8 cN/dtex，單纖干態(tài)斷裂延伸百分比為37％，纖維表現(xiàn)出很好的光澤度和手感。
單纖橫截面是一個長/短軸比為1.2的橢圓。在張力斷裂側(cè)面沿軸線方向，觀察到兩條裂縫，長度分別為25μm和20μm。
實施例6如實施例3所述的單纖旦數(shù)為2.2dtex的人造絲，區(qū)別在于第一和第二凝固浴的溫度變?yōu)?8℃，有機(jī)溶劑水溶液的濃度變?yōu)?5wt％。
上述工藝中，從第一凝固浴中抽出的冷凝單纖的皮層厚度為0.06μm。單纖干態(tài)強(qiáng)度為3.3cN/dtex，單纖干態(tài)斷裂延伸百分比為39％，纖維表現(xiàn)出很好的光澤度和手感。
單纖橫截面是一個長/短軸比為1.15的橢圓。在張力斷裂側(cè)面沿軸線方向，觀察到五條裂縫，長度分別為31、27μm、23μm、20μm和18μm。
實施例7組成為丙烯腈92wt％和醋酸乙烯8wt％的單體懸浮聚合，用過硫酸鈉的亞硫酸氫銨水溶液作溶劑，制成平均分子量為130,000的丙烯腈聚合物。該聚合物溶解在二甲基乙酰胺中，制成濃度為24wt％的紡絲料液。
這種紡絲料液流到含二甲基乙酰胺30wt％水溶液的第一凝固浴中，在溫度為40℃條件下，用具有10,000個噴絲孔，孔徑為0.035mm×0.3mm的噴絲嘴噴出冷凝單纖。凝固單纖從第一凝固浴中抽出，抽出速度5.0m/min，為紡絲料液出口線速度的0.73倍。然后，將單纖浸入到具有相同濃度二甲基乙酰胺的第二凝固浴中，在相同溫度下，單纖以1.6倍速度抽伸。水中洗滌時，以3.0倍速度抽伸，熱水中則以1.67倍速度抽伸。然后上油，150℃熱輥干燥，卷曲，加熱，并被切斷成單纖旦數(shù)為5.5dtex的人造絲。結(jié)果如表1所示。
實施例8如實施例7所述的丙烯酸類纖維，區(qū)別在于凝固單纖從第一凝固浴中抽出，抽出速度6.0m/min，為紡絲料液出口線速度的0.98倍。然后，將單纖浸入到具有相同濃度二甲基乙酰胺的第二凝固浴中，在相同溫度下，單纖以1.2倍速度抽伸。結(jié)果如表1所示。
實施例9組成為丙烯腈92wt％和醋酸乙烯8wt％的單體懸浮聚合，用過硫酸鈉的亞硫酸氫銨水溶液作溶劑，制成平均分子量為130,000的丙烯腈聚合物。該聚合物溶解在二甲基乙酰胺中，制成濃度為24wt％的紡絲料液。
這種紡絲料液通過具有6,000個噴絲孔的噴絲嘴流到第一凝固浴中。噴絲嘴的噴絲孔10為Y型結(jié)構(gòu)，有三個從中心放射狀伸展的開口11，如圖6所示。A/B比為120μm/40μm(＝3.0)，其中“A”為每一個伸展的開口臂11從中心到頂端的長度，“B”為伸展臂的寬度。第一凝固浴中二甲基乙酰胺水溶液的濃度為30wt％，在溫度為40℃條件下，凝固單纖從第一凝固浴中抽出，抽出速度為紡絲料液出口線速度的1.6倍。
然后，將單纖浸入到二甲基乙酰胺濃度為30wt％水溶液的第二凝固浴中，在溫度為40℃時，單纖以1.5倍速度抽伸。水中洗滌時，以2.7倍速度抽伸，熱水中則以1.9倍速度抽伸。然后上油，150℃熱輥干燥，卷曲，加熱，并被切斷成單纖厚度為6.6dtex的人造絲。
單纖的楊氏模量為6370N/mm2，纖維束表現(xiàn)出好的光澤和手感。
觀察單纖的橫截面，測得從中心到平臂尖端的長度“a”和平臂寬度“b”，a/b比為5.0。
用張力斷裂測試檢驗該丙烯酸類纖維，觀察單纖張力斷裂側(cè)面。在張力斷裂側(cè)面沿軸線方向，觀察到長度為200μm的裂縫。
該實施例的丙烯酸類纖維，裂縫長度為200μm，纖維表面和內(nèi)部都取向均勻。該丙烯酸類纖維制成絨面織物，表現(xiàn)出很好的柔軟性、彈性和手感，這是因為絲束的尖端完全分叉，而根部并不分叉。
實施例10如實施例9所述的橫截面為Y型的人造絲，區(qū)別在于第二凝固浴中以1.8倍速度抽伸。所得單纖的楊氏模量為6900N/mm2，表現(xiàn)出很好的光澤和手感。
如實施例9所述方法，觀察單纖的橫截面和單纖張力斷裂側(cè)面，a/b比為4.0，其中，“a”，“b”分別為單纖從中心到平臂尖端的長度和平臂的寬度。在張力斷裂側(cè)面，纖維中心沿軸線方向可觀察到250μm長的裂縫。
如實施例9所述，本實施例中的丙烯酸類纖維制成絨面織物，表現(xiàn)出良好的手感，既具有柔軟性，又具有足夠的彈性，這是因為絲束的尖端完全分叉，而根部并不分叉。
對比實施例1如實施例1所述的紡絲料液，噴入到第一凝固浴中形成冷凝單纖，第一凝固浴中二甲基乙酰胺水溶液的濃度為50wt％，在溫度為40℃條件下，用具有40,000個噴絲孔，孔徑為60μm的噴絲嘴噴出冷凝單纖。凝固單纖從第一凝固浴中抽出，抽出速度與紡絲料液出口線速度相同。水中洗滌時，以2.7倍速度抽伸，熱水中則以1.9倍速度抽伸。然后上油，150℃熱輥干燥，卷曲，加熱，并被切斷成單纖旦數(shù)為3.3dtex的人造絲。
上述工藝中，從第一凝固浴中抽出的冷凝單纖的皮層厚度為0.4μm。單纖干態(tài)強(qiáng)度為2.4cN/dtex，單纖干態(tài)斷裂延伸百分比為45％，然而，該纖維的光澤度和手感都較差。
單纖橫截面是一個長/短軸比為1.8的橢圓。在張力斷裂側(cè)面沿軸線方向，觀察不到20μm及以上的裂縫。
對比實施例2如對比實施例1所述的人造絲，厚度為3.3dtex，區(qū)別在于熱水抽伸后，以1.2倍速度干熱抽伸。
上述工藝中，從第一凝固浴中抽出的冷凝單纖的皮層厚度為0.4μm。單纖干態(tài)強(qiáng)度為3.2cN/dtex，單纖干態(tài)斷裂延伸百分比為30％，纖維表現(xiàn)出很好的光澤度和手感。
對比實施例3如實施例3所述的人造絲，區(qū)別在于第一凝固浴中抽出速度為紡絲料液出口線速度的1.2倍，由于在第一凝固浴中絲束大量斷裂，抽絲過程不穩(wěn)定。
對比實施例4如實施例1所述的紡絲料液，噴入到第一凝固浴中形成冷凝單纖，第一凝固浴中二甲基乙酰胺水溶液的濃度為67wt％，在溫度為40℃條件下，用具有40,000個噴絲孔，孔徑為60μm的噴絲嘴噴出冷凝單纖。凝固單纖從第一凝固浴中抽出，抽出速度為紡絲料液出口線速度的0.8倍。然后，絲束在空氣中熱干抽伸，但由于絲束大量斷裂，抽伸過程不穩(wěn)定。
對比實施例5如實施例1所述的紡絲料液，噴入到第一凝固浴中形成冷凝單纖，第一凝固浴中二甲基乙酰胺水溶液的濃度為50wt％，在溫度為40℃條件下，用具有40,000個噴絲孔，孔徑為60μm的噴絲嘴噴出冷凝單纖。凝固單纖從第一凝固浴中抽出，抽出速度為紡絲料液出口線速度的0.9倍。接著凝固單纖浸入到第二凝固浴中，第二凝固浴中二甲基乙酰胺水溶液的濃度為50wt％，在溫度為40℃條件下，凝固單纖從第二凝固浴中抽出，抽出速度為紡絲料液出口線速度的1.05倍。水中洗滌時，以2.7倍速度抽伸，熱水中則以1.9倍速度抽伸。然后上油，150℃熱輥干燥，卷曲，加熱，并被切斷成單纖旦數(shù)為3.3dtex的人造絲。
上述工藝中，從第一凝固浴中抽出的冷凝單纖的皮層厚度為0.3μm。單纖干態(tài)強(qiáng)度為2.5cN/dtex，單纖干態(tài)斷裂延伸百分比為45％。
單纖橫截面為寬扁豆型，長/短軸比為1.8。在張力斷裂側(cè)面沿軸線方向，觀察不到20μm及以上的裂縫。
該人造絲表現(xiàn)出彈性不足，應(yīng)用于制造諸如毛衣或絨面織物時，將達(dá)不到所要求的手感。
對比實施例6
如實施例7所述的一種丙烯酸類纖維，區(qū)別在于凝固單纖從第一凝固浴的抽出速度為8.0m/min，為紡絲料液出口線速度的1.18倍。第二凝固浴沒有被使用。水中洗滌時，以3.0倍速度抽伸，熱水中則以1.64倍速度抽伸。結(jié)果如表1所示。
對比實施例7如實施例7所述的一種丙烯酸類纖維，區(qū)別在于凝固單纖第一凝固浴的抽出速度為10.0m/min，為紡絲料液出口線速度的1.47倍。第二凝固浴沒有被使用。水中洗滌時，以3.0倍速度抽伸，熱水中則以1.33倍速度抽伸。結(jié)果如表1所示。
對比實施例8如對比實施例6所述的一種丙烯酸類纖維，區(qū)別在于紡絲料液中加入了TiO2，含量為聚合物含量的0.5％。結(jié)果如表1所示。
對比實施例9如實施例7所述的一種丙烯酸類纖維，區(qū)別在于凝聚單纖抽出速度為4.0米/分，從第一凝固浴中抽出速度與紡絲溶液從噴嘴毛細(xì)管放出的線速度之比為0.59。然后，絲束在第二凝固浴中的抽伸倍率為2.0倍，其中第二凝固浴的溫度和濃度與第一凝固浴相同。結(jié)果如表1所示。
如實施例7所述的一種丙烯酸類纖維，區(qū)別在于凝固單纖第一凝固浴的抽出速度為4.0m/min，為紡絲料液出口線速度的0.59倍。纖從第二凝固浴中抽出的抽出速度為紡絲料液出口線速度的2.0倍，第二凝固浴與第一凝固浴具有相同的二甲基乙酰胺水溶液濃度和溫度。結(jié)果如表1所示。
對比實施例10如實施例7所述的一種丙烯酸類纖維，區(qū)別在于凝固單纖第一凝固浴的抽出速度為11.4m/min，為紡絲料液出口線速度的1.68倍。從第二凝固浴中抽出的抽出速度為紡絲料液出口線速度的1.5倍，第二凝固浴與第一凝固浴具有相同的二甲基乙酰胺水溶液濃度和溫度。水中洗滌時，以2.0倍速度抽伸，熱水中則以1.16倍速度抽伸。結(jié)果如表1所示。
對比實施例11如實施例9所述的紡絲料液，噴入到第一凝固浴中形成冷凝單纖，噴絲嘴條件同實施例9。凝固單纖從第一凝固浴中抽出，抽出速度為紡絲料液出口線速度的1.6倍。第二凝固浴中未被抽伸。水中洗滌時，以2.7倍速度抽伸，熱水中則以1.9倍速度抽伸。如實施例9所述上油，150℃熱輥干燥，卷曲，加熱，并被切斷成橫截面為Y型，單纖旦數(shù)為6.6dtex的人造絲。
單纖的楊氏模量低至5400N/mm2，并且排斥力極差如實施例9所述的方法觀察單纖的橫截面，測得從中心到平臂尖端的長度“a”和平臂寬度“b”，a/b比為6.0。
用張力斷裂測試檢驗該丙烯酸類纖維，觀察單纖張力斷裂側(cè)面。在張力斷裂側(cè)面沿軸線方向，觀察到長度為150μm的裂縫。
該實施例的丙烯酸類纖維，單纖尖端沒有完全分叉，裂縫長度為150μm，表明纖維表面和內(nèi)部取向不完全均勻，所以單纖不太軟。由于楊氏模量只有5400N/mm2，該丙烯酸類纖維制成絨面織物，表現(xiàn)出排斥力和柔韌性都差。
表1

注從噴嘴的抽出速度與紡絲料液出口線速度的比值。
○ 表示 滿意 × 表示 不好然后，一些通過上述實施例和對比實施例所得到的丙烯酸類纖維放到掃描電子顯微鏡(SEM)下觀察。結(jié)果如圖8至15所示。
實施例1所得纖維的斜視圖見圖8(a)。張力測試中斷裂橫截面的電子顯微鏡圖像見圖8(b)。張力斷裂后側(cè)表面沿軸線方向可觀察到20μm或更長的裂縫。
對比實施例1所得纖維的斜視圖見圖9(a)。張力測試中斷裂橫截面的電子顯微鏡圖像見圖9(b)。張力斷裂后側(cè)表面沿軸線方向只能觀察到短裂縫。
實施例3所得纖維的斜視圖見圖10。如圖所示，可觀察到單纖橫截面為圓形。
對比實施例5所得纖維的斜視圖見圖11。如圖所示，可觀察到不同于實施例3，對比實施例5所得單纖橫截面為寬扁豆型。
實施例7所得纖維的斜視圖見圖12(a)。本實施例中所得的纖維橫截面為扁平狀。如圖12(b)所示，纖維表面能觀察到很大的波紋。
對比實施例6所得纖維的斜視圖見圖13(a)。同實施例7，本實施例中所得的纖維橫截面也為扁平狀。如圖13(b)所示，不同于實施例7，本實施例纖維表面觀察到的波紋很小，表面比較平整。
實施例9所得纖維的斜視圖見圖14(a)。本實施例中所得的纖維橫截面為Y型。如圖14(b)所示，在張力斷裂后的側(cè)表面上，纖維中心沿軸線方向可觀察到200μm或更長的裂縫。
對比實施例11所得纖維的斜視圖見圖15(a)。同實施例9，本實施例中所得的纖維橫截面也為Y型。如圖15(b)所示，不同于實施例9，本實施例在張力斷裂后的側(cè)表面上，纖維中心沿軸線方向只觀察到很短的裂縫。
工業(yè)應(yīng)用總之，根據(jù)本發(fā)明所得的丙烯酸類纖維表面和內(nèi)部都取向均勻；干態(tài)強(qiáng)度、干態(tài)斷裂延伸百分比和染色力均明顯改善；具有類似于羊毛的手感；并且作為合成纖維，非常適合于各種織物應(yīng)用，可用于制造衣服(如毛線衣)和家庭服飾用品，如絨面織物。
根據(jù)本發(fā)明制造丙烯酸類纖維的工藝，凝聚單纖皮層厚度被很好的控制，以使單纖內(nèi)部均勻凝固。特別地，單纖內(nèi)部避免使用擴(kuò)散不充分的溶劑，以防止溶劑擴(kuò)散太快，造成水洗時單纖表面和內(nèi)部取向不均勻。由此就可以制造出一種干態(tài)強(qiáng)度、斷裂延伸百分?jǐn)?shù)和染色力都顯著改善的丙烯酸類纖維。
權(quán)利要求
1.制造丙烯酸類纖維的工藝包括下列步驟配制一種紡絲溶劑，在具有丙烯腈聚合物的有機(jī)溶劑中，丙烯腈單體含量為80-95wt％，在第一凝固浴中，含有一種有機(jī)溶劑，溫度在30-50℃之間，其中含有20-70wt％的有機(jī)溶劑，可以與紡絲料液組分相同，也可以不同，形成凝固單纖；第一凝固浴抽出速度是紡絲料液出口線速度的0.3-2.0倍；在第二凝固浴中，含有一種有機(jī)溶劑的水溶液，溫度在30-50℃之間，其中含有20-70wt％的有機(jī)溶劑，與紡絲料液和第一凝固浴中有機(jī)溶劑組分可以相同，也可以各不相同。第二凝固浴抽出速度是紡絲料液出口線速度的1.1-2.0倍；隨后，濕熱抽伸絲束三次或三次以上。
2.如權(quán)利要求1所述的制造工藝，第一凝固浴中有機(jī)溶劑的濃度為40-70％；第一凝固浴抽出速度為紡絲料液出口線速度的0.3-0.6倍；第二凝固浴中有機(jī)溶劑的濃度為40-70wt％。
3.如權(quán)利要求1所述的制造工藝，第一凝固浴中有機(jī)溶劑的濃度為20-60％；第一凝固浴抽出速度為紡絲料液出口線速度的0.6-2.0倍；第二凝固浴中有機(jī)溶劑的濃度為20-60wt％。
4.如權(quán)利要求1所述的制造工藝，紡絲料液、第一凝固浴和第二凝固浴中的有機(jī)溶劑都為二甲基乙酰胺，并且，第一凝固浴和第二凝固浴具有相同的溫度和相同的組分。
5.如權(quán)利要求2所述的制造工藝，第一凝固浴和第二凝固浴具有相同的溫度和組分，并且，(x，y)的坐標(biāo)位于下列等式(1)和(3)所表示的直線所確定的區(qū)域范圍之內(nèi)Y＝-X+105 (等式1)Y＝-(1/2)X+77.5(等式2)Y＝-4X+315 (等式3)其中，Y是凝固浴中的溫度(℃)，X是有機(jī)溶劑的濃度(wt％)。
6.如權(quán)利要求15所述的制造工藝，其中，所用噴絲嘴孔徑的A/B比為2.0-10.0，A、B分別為每一個放射線伸展的開口臂從中心到尖端的長度和開口臂的寬度。
7.如權(quán)利要求3所述的制造工藝，其中，所用噴絲嘴孔徑的平直度為5.0-15.0。
8.如權(quán)利要求1所述的制造工藝，其中，纖維拉伸后，干燥前的膨脹度為70wt％或更低。
全文摘要
本發(fā)明涉及制造丙烯酸類纖維的工藝，包括下列步驟配制紡絲溶劑，其是具有丙烯腈聚合物的有機(jī)溶劑中，其中，丙烯腈單體含量為80－95wt％；在第一凝固浴中，上述紡絲溶劑形成凝固單纖，該凝固浴含有含有20－70wt％的有機(jī)溶劑，可以與紡絲料液組分相同，也可以不同，溫度在30℃－50℃之間，并且第一凝固浴抽出速度是紡絲料液出口線速度的0.3－2.0倍；在第二凝固浴中，含有一種有機(jī)溶劑的水溶液，溫度在30℃－50℃之間，其中含有20－70wt％的有機(jī)溶劑，與紡絲料液和第一凝固浴中有機(jī)溶劑組分可以相同，也可以各不相同。第二凝固浴抽出速度是紡絲料液出口線速度的1.1－2.0倍；隨后，濕熱抽伸絲束三次或三次以上。
文檔編號D01F6/38GK1532309SQ200410004519
公開日2004年9月29日 申請日期2000年6月23日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月25日
發(fā)明者笠坊行生, 池田勝彥, 越智亮, 藤井泰行, 三品義彥, 彥, 行 申請人:三菱麗陽株式會社