阅读说明：本技术 一种氨纶纤维截面形状可控的方法 (Method for controlling cross-sectional shape of spandex fiber ) 是由 吴志豪 杨晓印 孔懿阳 毛植森 陈斌 项超力 于 2020-11-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种氨纶纤维截面形状可控的方法,该方法通过如下步骤实现：控制粘度为2000～5000poise的聚氨酯脲纺丝溶液A的温度为50～80℃,控制粘度为1000～6000poise的碱溶性树脂纺丝溶液B的温度为60～120℃；将喷丝板上分布1个或1个以上的喷丝孔,所述的喷丝孔包括具有同心结构的内芯、外层结构通道,形成复合结构喷丝孔的喷丝板；将纺丝溶液A、纺丝溶液B通过喷丝板,纺丝溶液A从喷丝孔的内芯喷出,所述纺丝溶液B从喷丝孔的外层喷出,在甬道烘干中去除溶液中的可挥发性溶剂得到纤维预成品；将纤维预成品经碱溶液浸泡、烘干、冷却定型后,得到氨纶纤维。该纤维截面形状可控的氨纶,纤维在甬道去除溶剂过程中不会出现纤维截面形状变化的现象,且产品S力学性能优异。(The invention discloses a method for controlling the cross section shape of spandex fiber, which is realized by the following steps: controlling the temperature of a polyurethane urea spinning solution A with the viscosity of 2000-5000 poise to be 50-80 ℃, and controlling the temperature of an alkali-soluble resin spinning solution B with the viscosity of 1000-6000 poise to be 60-120 ℃; 1 or more than 1 spinneret orifices are distributed on the spinneret plate, and each spinneret orifice comprises an inner core with a concentric structure and an outer layer structure channel to form the spinneret plate with spinneret orifices with a composite structure; enabling the spinning solution A and the spinning solution B to pass through a spinneret plate, enabling the spinning solution A to be sprayed out from an inner core of a spinneret orifice, enabling the spinning solution B to be sprayed out from an outer layer of the spinneret orifice, and removing a volatile solvent in the solutions in a shaft drying process to obtain a fiber preform; and soaking the fiber preform in an alkali solution, drying, cooling and shaping to obtain the spandex fiber. The spandex with the controllable fiber cross-sectional shape has the advantages that the phenomenon of fiber cross-sectional shape change cannot occur in the process of removing the solvent from the channel, and the product S has excellent mechanical properties.)

一种氨纶纤维截面形状可控的方法

技术领域

本发明涉及一种氨纶纤维截面形状可控的方法，属于聚氨酯弹性纤维材料制造的技术领域。

背景技术

聚氨酯弹性纤维(俗称“氨纶”)在纺织品中有着广泛的应用，赋予织物优异的弹性。氨纶的生产工艺方法主要有4种：干法、湿法、熔融法、反应纺，由于干法纺丝具有对环境污染少、成本低、丝的力学性能优异等优点，成为生产氨纶的最佳工艺方法，市面是90％以上氨纶均采用干法纺丝的方法生产。由于纺丝原液进入高温甬道会经历溶剂“闪蒸”，用于回收溶剂的热风单侧吹扫下，氨纶的截面形状会变形，呈现花生形、椭圆形等形貌，因此，氨纶纤维截面形状的可控的专利报道，未见听闻。

纤维截面形状，对氨纶的性能甚为关键。圆形截面能赋予纤维优异的耐磨性、力学性能，十字形截面的纤维具有更好的吸收排汗功能，三角形截面的纤维具有优异的反光性能，因此，开发纤维截面形状的可控的氨纶，对氨纶功能化、差异化的发展，意义深远。

在CN201780031288.0《非圆形溶液纺氨纶长丝和其生产方法和装置》中，采用干法纺丝的技术，纺制了花生形、圆形、三叶形等形貌的氨纶，但在实际生产中，当原液挤入高温甬道，并采用热风横吹，会出现“闪蒸”的现象，溶剂DMAC瞬间被热风带走，纤维截面形状会变成花生形，难以制备三角形和十字形。

在CN201410407511.5《一种仿真丝氨纶纤维及其制备方法》中，为了保持截面形状，采用凝固浴的方法，但是采用该法制备，不能使DMAC及时去除，会造成DMAC在氨纶的残存率高，力学性能差，同时纺丝速度慢。采用干法纺丝，使用200～220℃甬道上进风温度(正常温度在250℃左右)，也会造成残存率高，力学性能差。总之，不能同时保证纤维截面形状和力学性能佳。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提供一种氨纶纤维截面形状可控的方法，解决采用干法纺丝技术制备氨纶纤维截面形状不可控的问题。

技术方案：本发明的一种氨纶纤维截面形状可控的方法通过如下步骤实现：

步骤1.控制粘度为2000～5000poise的聚氨酯脲纺丝溶液A的温度为50～80℃，控制粘度为1000～6000poise的碱溶性树脂纺丝溶液B的温度为60～120℃；

步骤2.将喷丝板上分布1个或1个以上的喷丝孔，所述的喷丝孔包括具有同心结构的内芯、外层结构通道，形成复合结构喷丝孔的喷丝板；

步骤3.将纺丝溶液A、纺丝溶液B通过喷丝板，纺丝溶液A从喷丝孔的内芯喷出，所述纺丝溶液B从喷丝孔的外层喷出，在甬道烘干中去除溶液中的可挥发性溶剂得到纤维预成品；

步骤4.将纤维预成品经碱溶液浸泡、烘干、冷却定型后，得到氨纶纤维。

所述的喷丝孔内芯为圆形、三角形、矩形或十字形截面，与所述的喷丝孔内芯截面相切的虚拟圆的内直径为0.2～0.5mm。

所述的喷丝孔外层结构通道为圆形截面通道，所述的外层截面的内直径为0.7～22mm。

所述的喷丝孔的外层结构通道长度与所述的虚拟圆内直径的比值为3～50。

所述的内芯与外层结构通道的间隔厚度为0.15～11mm。

所述的1个以上的喷丝孔，相邻喷丝孔与喷丝孔间的中心间隔为10～40mm。

所述的碱溶性树脂选自分子量1000～6000的聚对苯二甲酸乙二醇树脂、分子量1000～6000的碱溶性聚丙烯酸树脂、分子量1000～6000的聚间苯二甲酸乙二醇树脂或分子量1000～6000的聚间苯二甲酸丙二醇树脂中的一种及以上。

所述的碱溶性树脂熔点为60～120℃。

所述的可挥发性溶剂为N,N二甲基甲酰胺、N,N二甲基乙酰胺中的一种或两种。

所述的碱溶液为PH在9～12的NaOH、KOH、Mg(OH)₂、Ca(OH)₂水溶液中的一种及以上。

有益效果：本发明所述的一种氨纶纤维截面形状可控的方法，采用干法纺丝方法，将通过碱溶性聚酯和原液通入喷丝板后，形成纤维预成品，经碱液溶出聚酯后，得到纤维截面形状可控的氨纶，纤维在甬道去除溶剂过程中不会出现纤维截面形状变化的现象，且产品力学性能优异。

附图说明

图1是本发明非限制性的实施例1的喷丝孔截面图示意图。

图2是本发明非限制性的实施例2和实施例3的喷丝孔截面示意图。

图3是本发明非限制性的实施例1制备得到的氨纶纤维截面示意图。

图4是本发明非限制性的实施例2制备得到的氨纶纤维截面显微镜放大图。

图5是本发明的对比例1制备得到的氨纶纤维截面显微镜放大图。

图6是本发明的对比例2制备得到的氨纶纤维截面显微镜放大图。

图中有：喷丝孔的外层截面1，喷丝孔的内芯截面2，内芯与外层的间隔3。

具体实施方式

下面用实例来详细描述本发明，但这些实例不得理解为任何意义上对本发明的限制。

聚氨酯脲纺丝溶液A可以采用公知的聚合反应技术制备，如，将聚醚多元醇与过量的多异氰酸酯预聚反应得到预聚物，在预聚物中加入溶剂搅拌均匀后，加入多元胺和/或单胺进行链延长反应得到聚氨酯纺丝溶液A；

其中，可在聚氨酯纺丝溶液A中进一步添加本领域常用的功能助剂以改善物性，包括：抗氧剂、染色助剂、润滑剂、防黄剂等，功能性助剂的添加量没有特殊要求，只要不对聚氨酯纺丝溶液A的综合性能及纺丝性能造成劣化即可；

本发明实施例的聚醚多元醇，例如，聚氧乙烯二醇、聚氧丙烯二醇、聚四亚甲基醚二醇、聚氧五亚甲基二醇中的一种及以上；

作为示例的，聚醚多元醇为聚四亚甲基醚二醇(PTMEG)，羟值在30-120mgKOH/g之间；

本发明实施例的多异氰酸酯，例如，二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯撑二异氰酸酯、间-及对-苯二甲二异氰酸酯、四甲基-苯二甲二异氰酸酯、二苯基醚二异氰酸酯、双环己基二异氰酸酯、环亚己基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、三亚甲基二异氰酸酯、四亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯及其异构体、衍生物中的一种及以上；

作为示例的，多异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯二聚体的混合物，二聚体重量含量在0.1-2％之间；

本发明实施例的多元胺，例如，乙二胺、丙二胺、己二胺、2-甲基戊二胺中的一种或几种；

本发明实施例的一元胺，例如，二乙胺、二丙胺、乙醇胺、正己胺中的一种或几种；

在本发明的一些优选实施例中，聚氨酯纺丝溶液A制备步骤包括：

预聚步骤：使用氮气N₂将反应釜内的空气排除完毕，在反应釜中缓慢加入聚醚多元醇，夹套水开启循环，水温维持30～60℃，开启搅拌，慢慢加入多异氰酸酯，添加完毕后，将夹套水升温至70～100℃，反应2～8hr后，得到预聚物PP；

扩链步骤：将上述的PP通入高速旋转器，并通入0～15℃的溶剂N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)，溶解至溶液澄清无浑浊为止，将上述溶液通入旋转反应器中，加入多元胺、单胺，反应器保持60～100℃的反应温度，反应时间为15～600s，得到POL原液；

熟化步骤：在上述POL原液中，添加功能助剂，开启搅拌，熟化10～40hr，得到聚氨酯纺丝溶液A。

在本发明的一些优选实施例中，碱溶性树脂纺丝溶液B将碱溶性树脂在60～120℃下溶解于溶剂N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)中得到。

本发明的一种氨纶纤维截面形状可控的方法，通过如下步骤实现：

控制粘度为2000～5000poise的聚氨酯脲纺丝溶液A的温度为50～80℃，控制粘度为1000～6000poise的碱溶性树脂纺丝溶液B的温度为60～120℃；

将纺丝溶液A、纺丝溶液B通过喷丝板后在甬道烘干中去除溶液中的可挥发性溶剂得到纤维预成品；

将纤维预成品经碱溶液浸泡、烘干、冷却定型后，得到氨纶纤维；

所述的碱溶性树脂熔点为60～120℃；

其中，所述的喷丝板上分布有1个以上的喷丝孔，所述的喷丝孔包括具有同心结构的通道，形成内芯、外层结构；

所述的喷丝孔内芯为圆形、三角形、矩形、十字形截面通道中的一种以上，与所述的喷丝孔内芯截面相切的虚拟圆的内直径为0.2～0.5mm；

所述的喷丝孔外层为圆形截面通道，所述的外层截面的内直径为0.7～22mm；

所述的喷丝孔的通道长度与所述的虚拟圆内直径的比值为3～50；

所述的内芯与外层的间隔厚度为0.15～11mm；

所述的相邻喷丝孔与喷丝孔间的中心间隔为10～40mm；

在本发明的一些实施例中，所述的喷丝孔内芯为三角形、十字形截面通道，与所述的喷丝孔内芯截面相切的虚拟圆的内直径为0.2、0.3、0.4、0.5mm；

在本发明的一些实施例中，所述的喷丝孔外层为圆形截面通道，所述的外层截面的内直径为0.7、0.8、0.9、1.0、1.5、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0mm；

在本发明的一些实施例中，喷丝孔的通道长度与所述的虚拟圆内直径的比值为3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、30、45、50mm；

在本发明的一些实施例中，所述的内芯与外层的间隔厚度为0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11mm.

在本发明的一些实施例中，相邻喷丝孔与喷丝孔间的中心间隔为10、15、20、25、30、35、40mm；

在本发明的一些实施例中，所述的喷丝板上分布有1～10个喷丝孔，例如：1、2、3、4、5、6、8、9、10个的喷丝孔。

实施例

聚氨酯纺丝溶液A制备：

预聚步骤：使用氮气N₂将反应釜内的空气排除完毕，在反应釜中缓慢加入50kg的PTMG，夹套水开启循环，水温维持30～60℃，开启搅拌，慢慢加入12.3kg的MDI和MDI二聚体，添加完毕后，将夹套水升温至90℃，反应6h后，得到预聚物PP；

扩链步骤：将上述的PP通入高速旋转器，并通入10℃的116.07kg的DMAC，溶解至溶液澄清无浑浊为止，将上述溶液通入旋转反应器中，加入1.171kg的多元胺(乙二胺、1，2-丙二胺、2-甲基戊二胺)、0.122kg的单胺(二乙胺)，反应器保持90℃的反应温度，反应时间为300s，得到POL原液；

熟化步骤：在上述POL原液中，添加功能助剂2.875kg(抗氧剂1010：0.536kg、耐氯助剂水滑石：1.3kg、1.、润滑剂硬脂酸镁：0.87kg、抗紫外助剂UV-531：0.169kg)，开启搅拌，熟化10h，得到聚氨酯纺丝溶液A，粘度为4200poise。

碱溶性树脂纺丝溶液B制备：

将分子量为1200的聚对苯二甲酸乙二醇树脂在80℃下溶解在DMAC中的，得到粘度为碱溶性树脂纺丝溶液B1；

将分子量为1400的聚对苯二甲酸乙二醇树脂在82℃下溶解在DMAC中的，得到粘度为碱溶性树脂纺丝溶液B2；

将分子量为1000的碱溶性聚丙烯酸树脂在72℃下溶解在DMAC中的，得到粘度为碱溶性树脂纺丝溶液B3；

实施例1

将上述的聚氨酯纺丝溶液A、碱溶性树脂纺丝溶液B1经过滤器去除杂质后，通过泵输送至含有3个喷丝孔的喷丝板，经甬道在258℃烘干去除DMAC，再经高温碱液池86℃浸泡150s后，在60℃热风烘干，10℃冷却定型120s后，上纺丝油，得到氨纶纤维1；

其中，所述的喷丝孔内芯为十字形截面，与所述的喷丝孔内芯截面相切的虚拟圆的内直径为0.4mm；

所述的喷丝孔外层为圆形截面通道，所述的外层截面的内直径为0.8mm；

所述的喷丝孔的通道长度与所述的虚拟圆内直径的比值为15；

所述的内芯与外层的间隔厚度为0.2mm.

相邻喷丝孔与喷丝孔间的中心间隔为30mm；

所述的纺丝溶液A从喷丝孔的内芯喷出，所述纺丝溶液B从喷丝孔的外层喷出。

实施例2

将上述的聚氨酯纺丝溶液A、碱溶性树脂纺丝溶液B2经过滤器去除杂质后，通过泵输送至含有3个喷丝孔的喷丝板，经甬道在258℃烘干去除DMAC，再经高温碱液池86℃浸泡180s后，在60℃热风烘干，10℃冷却定型120s后，上纺丝油，得到氨纶纤维2；

其中，所述的喷丝孔内芯为三角形截面，与所述的喷丝孔内芯截面相切的虚拟圆的内直径为0.4mm；

所述的喷丝孔外层为圆型截面通道，所述的外层截面的内直径为0.8mm；

所述的喷丝孔的通道长度与所述的虚拟圆内直径的比值为15；

所述的内芯与外层的间隔厚度为0.2mm.；

相邻喷丝孔与喷丝孔间的中心间隔为30mm；

所述的纺丝溶液A从喷丝孔的内芯喷出，所述纺丝溶液B从喷丝孔的外层喷出。

实施例3

将上述的聚氨酯纺丝溶液A、碱溶性树脂纺丝溶液B3经过滤器去除杂质后，通过泵输送至3个喷丝孔的喷丝板，经甬道在258℃烘干去除DMAC，再经高温碱液池86℃浸泡60s后，在60℃热风烘干，10℃冷却定型120s后，上纺丝油，得到氨纶纤维3；

其中，所述的喷丝孔内芯为三角形截面，与所述的喷丝孔内芯截面相切的虚拟圆的内直径为0.4mm；

所述的喷丝孔外层为圆型截面通道，所述的外层截面的内直径为0.8mm；

所述的喷丝孔的通道长度与所述的虚拟圆内直径的比值为15；

所述的内芯与外层的间隔厚度为0.2mm.；

相邻喷丝孔与喷丝孔间的中心间隔为30mm；

所述的纺丝溶液A从喷丝孔的内芯喷出，所述纺丝溶液B从喷丝孔的外层喷出。

对比例1

将上述的聚氨酯纺丝溶液A经过滤器去除杂质后，通过泵输送至含有3个喷丝孔的喷丝板，经甬道在258℃烘干去除DMAC，在10℃冷却定型120s后，上纺丝油，得到对照氨纶纤维1。

其中，所述的喷丝孔为三角形截面，喷丝孔无外层结构，与所述的喷丝孔截面相切的虚拟圆的内直径为0.4mm；

所述的喷丝孔的通道长度与所述的虚拟圆内直径的比值为15；

相邻喷丝孔与喷丝孔间的中心间隔为30mm。

对比例2

将上述的聚氨酯纺丝溶液A、聚邻苯二甲酸乙二醇酯树脂(分子量1200)纺丝溶液B经过滤器去除杂质后，通过泵输送至含有3个喷丝孔的喷丝板，经甬道在258℃烘干去除DMAC，再经高温碱液池86℃浸泡300s后，在80℃热风烘干，10℃冷却定型120s后，上纺丝油，得到对照氨纶纤维2；

其中，所述的喷丝孔内芯为十字形截面，与所述的喷丝孔内芯截面相切的虚拟圆的内直径为0.4mm；

所述的喷丝孔外层为圆型截面通道，所述的外层截面的内直径为0.8mm；

所述的喷丝孔的通道长度与所述的虚拟圆内直径的比值为15；

所述的内芯与外层的间隔厚度为0.2mm；

相邻喷丝孔与喷丝孔间的中心间隔为30mm；

所述的纺丝溶液A从喷丝孔的内芯喷出，所述纺丝溶液B从喷丝孔的外层喷出。

对比例3

将上述的聚氨酯纺丝溶液A、碱溶性树脂纺丝溶液B1直接混合得到纺丝混合液后，经过滤器去除杂质后，通过泵输送至含有3个喷丝孔的喷丝板，经甬道在258℃烘干去除DMAC，再经高温碱液池86℃浸泡150s后，在80℃热风烘干，10℃冷却定型120s后，上纺丝油，得到对照氨纶纤维3；

其中，所述的喷丝孔内芯为十字形截面，喷丝孔无外层结构，截面相切的虚拟圆的内直径为0.4mm；

通道长度与内芯直径的比值为15；

相邻喷丝孔与喷丝孔间的中心间隔为30mm。

表1是实施例1-3、对比例1-3的力学性能、吸湿排汗性能、色泽度等性能数据表。

表1：

其中，SS300是牵伸300％时的应力；DS是断裂强度，DE是断裂伸长率；芯吸高度是吸湿排汗性能的指标，将氨纶按相同规格织布后，垂直放置，下端2cm浸入蓝色染液，浸入相等时间后，记录染液上升高度，换算成30min的上升高度，实验6次；△b是色度仪检测检测结果，实验中将氨纶织布后，放入蓝色染料中染色△b偏负数代表样品偏蓝，偏正数代表样品偏黄。

从表1来看，采用本发明方法得到的氨纶纤维，截面可控效果好，实施例1～3分别可制备成三角形、十字形的纤维，吸湿效果好。对比例1直接将纺丝液通入三角形的喷丝孔后，最终却得到的是不规则的花生形；对比例2的纺丝液通入十字形的喷丝孔后，得到则是圆形或者是不规则的花生形；对比例3将聚氨酯纺丝溶液A、碱溶性树脂纺丝溶液B1直接混合纺丝后，通入十字形的喷丝孔后，得到的纤维则是多孔状圆形、多孔状不规则花生形。上述对比例中，成型后的纤维截面均会发生变形，例如变成花生形或圆形等，难以得到预期的三角形或十字形。此外，与对比例相比，实施例纤维产品的牵引应力、断裂强度、伸长率等力学数据均表现优异，将氨纶纤维织布后，测试其染色效果明显好于对比例。