初生纖維是高聚物在溶劑中高度溶脹的凍膠體,大分子間作用力和取向度都很低,內部包含大量溶劑(濕紡時(shí)還帶大量水),物理機械性能差,必須經(jīng)過(guò)系列后處理才能制得有實(shí)用價(jià)值的紡織纖維。腈綸(聚丙烯腈纖維)后處理包括拉伸、水洗、干燥致密化、卷曲、熱定型、上油、二次干燥、切斷、打包(裝箱)等工序。
1.拉伸
拉伸的目的是提高大分子沿纖維軸的取向度,使大分子鏈沿受力方向平行排列,初級沉積體構成的網(wǎng)絡(luò )骨架發(fā)展成大分子鏈束組成的微纖。在拉伸過(guò)程中,初生纖維截面變小,微孔被拉長(cháng),微纖間距離縮小,大分子間引力加強,使纖維強度上升,伸度下降,機械物理性能得到改善。腈綸生產(chǎn)中拉伸可一次完成,也可分幾次進(jìn)行。在無(wú)機溶劑濕法紡絲中,為提高初生纖維的抗拉性能,在高倍拉伸前,先在50℃左右的稀溶劑介質(zhì)中進(jìn)行1~3倍預拉伸,再進(jìn)一步脫除溶劑,使初生纖維中大分子預取向,以承受高倍拉伸,再在95~100℃的熱水或120℃蒸汽中進(jìn)行一次或多次拉伸,總拉伸倍數可達6~10倍。
2.水洗
水洗的目的是除去纖維中殘留的溶劑、低聚物等雜質(zhì),改善手感、白度與染色性。一般采用40~60℃脫鹽水在立式或長(cháng)槽式水洗機中完成。在一些工藝中,為提高白度,改善染色性,水洗后還用 Na2SO4—HNO3溶液處理凝膠態(tài)絲束。
工業(yè)生產(chǎn)中拉伸工序與水洗工序設置因工藝路線(xiàn)不同而異。高倍拉伸設在水洗前,由于溶劑增塑作用,拉伸時(shí)大分子易滑移,拉伸能耗低,流程短,適合一步法工藝中相對分子質(zhì)量較高的聚合物相對分子質(zhì)量較低的聚合物或溶劑的毒性、腐蝕性較大時(shí),可采用先水洗后拉伸的方式,拉伸前絲束在較低行進(jìn)速度下水洗,便于洗凈殘留溶劑;因水增塑作用要小于溶劑增塑,拉伸需分幾次實(shí)施,故伸能耗較大,但對大分子伸展取向有利;先水洗后拉伸工藝流程中的高速區短,利于穩定生產(chǎn),提高紡速,改善勞動(dòng)條件。干法紡絲中,水洗與拉伸在密閉的多輥水洗拉伸機中,以95℃熱水一次完成,洗下的DMF溶劑送往回收裝置,可降低溶劑損耗并減少對操作環(huán)境的污染。
3.干燥致密化
干燥致密化是對拉伸、水洗后聚丙烯腈初級溶脹纖維進(jìn)行熱處理的工序。經(jīng)拉伸、水洗的初級溶脹纖維皮芯層、截面間存在差異,纖維內部呈多孔結構,在微孔、低序區與大分子表面帶有大量水分,纖維含水率高達150%~200%。纖維外觀(guān)泛白失透、染色后色澤不鮮艷,強度、斷裂伸長(cháng)率和鉤結強度等機械指標低,不能滿(mǎn)足紡織要求。干燥致密化在高于聚丙烯腈玻璃化溫度、高含濕量的熱空氣(100~180℃)環(huán)境下進(jìn)行,以防止高溫下初級溶脹纖維內部水分快蒸發(fā)而造成纖維表面紕裂。在高溫、高濕條件下,隨著(zhù)水分的蒸發(fā),微孔因自由水脫除逐漸小,直至最終閉合消失;低序區的自由水與大分子上溶劑化水逐步脫除,微纖相互靠攏,隨大分子間新的次價(jià)鍵的建立,堆砌密度提高,有序區比例擴大;纖維軸向與徑向發(fā)生收縮,皮芯層差異減少,內部結構變得均勻密實(shí),物理機械性能得到改善。經(jīng)干燥致密化處理,纖維含水率低于2%,相對密度由初生纖維0.5升高到1.16以上,主要機械指標已達到紡織加工要求。干燥密化對任何紡絲方法均是十分關(guān)鍵的后處理工序,其過(guò)程可以在張力式烘筒型、半松馳式圓網(wǎng)型、松弛式簾網(wǎng)或簾板型干燥機上實(shí)施。
4.熱定型
熱定型的目的是消除凝固成型、拉伸和干燥致密化過(guò)程中纖維內遺留下的結構不均勻和相應的內應力不勻。在高于聚合體玻璃化溫度下對致密化后絲束進(jìn)行松弛熱處理,由于大分子熱運動(dòng),大分子間作用力部分被削弱,過(guò)度伸展的大分子得到松弛,變得比較卷曲,使高倍拉伸時(shí)取向應力所造成的不穩定分子間作用力得到舒解,從而消除了內應力不勻,重建和加強了較穩定的分子間作用力,使結構均勻化。經(jīng)熱定型處理,纖維內部準晶區得到加強,大分子序態(tài)適度降低,超分子結構得到改善。定型過(guò)程中纖維縱向發(fā)生收縮,干強度、初始模量有一定程度的下降,但沸水收縮率、鉤結強度、鉤結伸長(cháng)率和染色性能得到大幅度改善。生產(chǎn)中,熱定型在熱空氣、熱水、蒸汽等介質(zhì)中進(jìn)行。常用設備有間歇式蒸汽定型鍋、連續蒸汽定型機、電熱定型板等。干法紡絲纖維致密化程度比濕法高,熱定型與干燥致密化在同一設備中完成。
5.上油
上油或稱(chēng)柔軟處理的目的是改善纖維的摩擦因數,賦予纖維平滑、柔軟的手感和抗靜電性能,以便順利通過(guò)紡織加工。柔軟處理一般在水洗后干燥致密化前進(jìn)行,也有在干燥致密化以后進(jìn)行的。前者絲束呈凝膠態(tài),有較大比表面,油劑滲入能較好附著(zhù),但油劑必須耐溫??梢园讶彳泟┡c抗靜電劑同浴加入,亦可分開(kāi)施加。
6.卷曲、二次干燥
卷曲的目的是增加纖維間的抱合力、模仿天然纖維自然卷曲、改善腈綸的紡織加工性能。工業(yè)生產(chǎn)中,一般采用濕熱條件下,機械擠壓完成。采用蒸汽給濕、電熱板加熱的干卷曲工藝中,絲束卷曲后不需再烘干;用熱水加熱的濕卷曲工藝中,可將油浴作卷曲前的預熱浴,濕卷絲束需經(jīng)兩次干燥去除水分。
7.切斷
切斷的目的是將絲束按線(xiàn)密度與最終用途切成所需長(cháng)度,如1.65dtex棉型腈綸一般切成38mm,2.75dtex以上毛型腈綸切成65mm、100mm、130mm等。為減少性能差異,可將不同時(shí)間絲束相互搭配混切,并將切好的短纖維混合。
8.打包與裝箱
打包或裝箱工序是將成品短纖或絲束最后包裝,以便運輸或儲存。
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