聚丙烯腈纤维的后处理纺丝工艺介绍

初生纤维是高聚物在溶剂中高度溶胀的冻胶体,大分子间作用力和取向度都很低,内部包含大量溶剂(湿纺时还带大量水),物理机械性能差,必须经过系列后处理才能制得有实用价值的纺织纤维。腈纶（聚丙烯腈纤维）后处理包括拉伸、水洗、干燥致密化、卷曲、热定型、上油、二次干燥、切断、打包(装箱)等工序。

1.拉伸

拉伸的目的是提高大分子沿纤维轴的取向度,使大分子链沿受力方向平行排列,初级沉积体构成的网络骨架发展成大分子链束组成的微纤。在拉伸过程中,初生纤维截面变小,微孔被拉长,微纤间距离缩小,大分子间引力加强,使纤维强度上升,伸度下降,机械物理性能得到改善。腈纶生产中拉伸可一次完成，也可分几次进行。在无机溶剂湿法纺丝中,为提高初生纤维的抗拉性能，在高倍拉伸前，先在50℃左右的稀溶剂介质中进行1~3倍预拉伸,再进一步脱除溶剂，使初生纤维中大分子预取向,以承受高倍拉伸,再在95~100℃的热水或120℃蒸汽中进行一次或多次拉伸，总拉伸倍数可达6~10倍。

2.水洗

水洗的目的是除去纤维中残留的溶剂、低聚物等杂质,改善手感、白度与染色性。一般采用40~60℃脱盐水在立式或长槽式水洗机中完成。在一些工艺中,为提高白度,改善染色性,水洗后还用 Na₂SO₄—HNO₃溶液处理凝胶态丝束。

工业生产中拉伸工序与水洗工序设置因工艺路线不同而异。高倍拉伸设在水洗前,由于溶剂增塑作用,拉伸时大分子易滑移,拉伸能耗低,流程短,适合一步法工艺中相对分子质量较高的聚合物相对分子质量较低的聚合物或溶剂的毒性、腐蚀性较大时,可采用先水洗后拉伸的方式,拉伸前丝束在较低行进速度下水洗,便于洗净残留溶剂;因水增塑作用要小于溶剂增塑,拉伸需分几次实施,故伸能耗较大,但对大分子伸展取向有利;先水洗后拉伸工艺流程中的高速区短,利于稳定生产,提高纺速,改善劳动条件。干法纺丝中,水洗与拉伸在密闭的多辊水洗拉伸机中，以95℃热水一次完成,洗下的DMF溶剂送往回收装置,可降低溶剂损耗并减少对操作环境的污染。

3.干燥致密化

干燥致密化是对拉伸、水洗后聚丙烯腈初级溶胀纤维进行热处理的工序。经拉伸、水洗的初级溶胀纤维皮芯层、截面间存在差异,纤维内部呈多孔结构,在微孔、低序区与大分子表面带有大量水分,纤维含水率高达150%~200%。纤维外观泛白失透、染色后色泽不鲜艳，强度、断裂伸长率和钩结强度等机械指标低，不能满足纺织要求。干燥致密化在高于聚丙烯腈玻璃化温度、高含湿量的热空气(100~180℃)环境下进行,以防止高温下初级溶胀纤维内部水分快蒸发而造成纤维表面纰裂。在高温、高湿条件下,随着水分的蒸发,微孔因自由水脱除逐渐小,直至最终闭合消失;低序区的自由水与大分子上溶剂化水逐步脱除,微纤相互靠拢,随大分子间新的次价键的建立,堆砌密度提高,有序区比例扩大;纤维轴向与径向发生收缩，皮芯层差异减少,内部结构变得均匀密实,物理机械性能得到改善。经干燥致密化处理,纤维含水率低于2%,相对密度由初生纤维0.5升高到1.16以上，主要机械指标已达到纺织加工要求。干燥密化对任何纺丝方法均是十分关键的后处理工序,其过程可以在张力式烘筒型、半松驰式圆网型、松弛式帘网或帘板型干燥机上实施。

4.热定型

热定型的目的是消除凝固成型、拉伸和干燥致密化过程中纤维内遗留下的结构不均匀和相应的内应力不匀。在高于聚合体玻璃化温度下对致密化后丝束进行松弛热处理,由于大分子热运动,大分子间作用力部分被削弱,过度伸展的大分子得到松弛,变得比较卷曲,使高倍拉伸时取向应力所造成的不稳定分子间作用力得到舒解,从而消除了内应力不匀,重建和加强了较稳定的分子间作用力,使结构均匀化。经热定型处理,纤维内部准晶区得到加强,大分子序态适度降低,超分子结构得到改善。定型过程中纤维纵向发生收缩,干强度、初始模量有一定程度的下降,但沸水收缩率、钩结强度、钩结伸长率和染色性能得到大幅度改善。生产中,热定型在热空气、热水、蒸汽等介质中进行。常用设备有间歇式蒸汽定型锅、连续蒸汽定型机、电热定型板等。干法纺丝纤维致密化程度比湿法高,热定型与干燥致密化在同一设备中完成。

5.上油

上油或称柔软处理的目的是改善纤维的摩擦因数，赋予纤维平滑、柔软的手感和抗静电性能,以便顺利通过纺织加工。柔软处理一般在水洗后干燥致密化前进行,也有在干燥致密化以后进行的。前者丝束呈凝胶态,有较大比表面,油剂渗入能较好附着,但油剂必须耐温。可以把柔软剂与抗静电剂同浴加入，亦可分开施加。

6.卷曲、二次干燥

卷曲的目的是增加纤维间的抱合力、模仿天然纤维自然卷曲、改善腈纶的纺织加工性能。工业生产中，一般采用湿热条件下,机械挤压完成。采用蒸汽给湿、电热板加热的干卷曲工艺中，丝束卷曲后不需再烘干;用热水加热的湿卷曲工艺中,可将油浴作卷曲前的预热浴,湿卷丝束需经两次干燥去除水分。

7.切断

切断的目的是将丝束按线密度与最终用途切成所需长度，如1.65dtex棉型腈纶一般切成38mm,2.75dtex以上毛型腈纶切成65mm、100mm、130mm等。为减少性能差异,可将不同时间丝束相互搭配混切,并将切好的短纤维混合。

8.打包与装箱

打包或装箱工序是将成品短纤或丝束最后包装,以便运输或储存。