再生纤维素工业丝的制备方法及设备

技术领域

本发明属于化学材料技术领域，涉及一种工业丝，尤其涉及一种再生纤维素工业丝的制备方法及设备。

背景技术

纤维素纤维被应用于橡胶工业的帘子线已有多年历史，最早的应用是将棉纱作为轮胎帘子线；但因其强力较低，胎体多层帘布，且在使用过程中胎体发热高、散热慢，又容易吸水等缺点而被后来开发的粘胶强力丝代替。粘胶帘子线最大优点是具有耐热性和形态稳定性，即使在高温(80℃)下也能保持高的弹性回复率，且与橡胶粘着性好，散热性好，主要用于高速行驶轿车的轮胎子午线；即使在高强合成工业丝迅速发展的情况下，粘胶帘子线依然在高性能轮胎、跑车用轮胎和机械橡胶制品(如制动胶管、冷却胶管等)的增强等领域占有一席之地。

然而，随着全球环境保护意识的提高和相关法令的施行，采用粘胶法生产的强力丝的产量势必会受到限制。新溶剂法制备的再生纤维素纤维溶解和再生为物理过程，无化学反应，溶剂可回收利用，回收率达到99.5％以上，实现了再生纤维素纤维的清洁生产；同时，因其具有的高强、高模特性，具备开发高性能制品的潜力，有望替代粘胶强力丝成为高端工程、飞机、赛车轮胎骨架材料。

专利CN1786301A提出用高相对分子质量(聚合度1000-1450)的纤维素浆粕中添加一定比例(0-50％)的中高相对分子质量(聚合度600-850)的纤维素浆粕作为原料，并采用特有的溶胀-溶解工艺制备可纺性较好的纺丝原液，使制备的再生纤维素帘子线强度、模量等力学性能大幅提高，但制备的再生纤维素纤维断裂伸长率低于8％。

专利EP-A-494851中提供了一种先凝固再拉伸的技术路线，即丝条从喷丝帽无应力的挤出，并在凝固浴中完成部分再生，后续再对部分再生的丝条进行拉伸，但按照此专利方法制成的纤维力学性能不能满足帘子线的应用要求。

专利CN100410430C提供了一种干燥热处理的方法，将凝固成型的再生纤维素纤维在一定温度和张力条件下进行后拉伸，此方法可以提高再生纤维素纤维的机械强度，尤其是湿模量，可以到达350cN/tex，但作为帘子线用再生纤维素纤维，其断裂伸长率不能满足要求。

专利CN101195933B采用相对分子质量适中的纤维素浆粕为原料，提高了纺丝液中纤维素的浓度，并在溶液体系中加入无机盐；同时在纤维结构尚未完全形成的湿态下对初生纤维施加适度拉伸以及热定型的技术手段，提高了再生纤维素纤维的力学性能，但纤维的断裂伸长率为7.2％-8.5％。

文献研究表明，新溶剂法再生纤维素纺丝工艺中，包括纺丝液浓度，凝固浴的温度浓度，空气段长度，纺丝速度以及拉伸倍率都对再生纤维素纤维的断裂伸长率有影响。通过调整纺丝工艺条件可以达到提高再生纤维素纤维断裂伸长率的目的，但同时也会影响到纤维的强度、模量等性能，无法满足提高断裂伸长率的同时，又能得到强度和模量较高的再生纤维素纤维。而对于帘子线用再生纤维素工业丝而言，断裂伸长率也是非常重要的指标，决定了其应用于帘子线的稳定性。

综上所述，现有技术改善再生纤维素纤维力学性能以应用于帘子线的方法，存在以下问题：

(1)通过使用高分子量的原料、对丝条施加后拉伸以及张力热处理等，主要是通过提高纤维的结晶度和取向度来提升再生纤维素纤维的断裂强度，未关注纤维的断裂伸长率；

(2)通过调整纺丝工艺，如减小喷头拉伸比等可以提高纤维的断裂伸长率，但同时也会降低纤维的断裂强度，很难保证纤维强度的同时，提高断裂伸长率。

有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的再生纤维素工业丝，以便克服现有再生纤维素工业丝存在的上述至少部分缺陷。

发明内容

本发明提供一种再生纤维素工业丝的制备方法及设备，可保证再生纤维素工业丝断裂强度和模量的同时，提高再生纤维素工业丝的断裂伸长率。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，采用如下技术方案：

一种再生纤维素工业丝的制备方法，所述制备方法包括：

步骤S1、纺丝原液的制备步骤：

将纤维素浆粕和离子液体混合脱水溶解，制备设定浓度的纤维素纺丝原液；

步骤S2、纺丝步骤；

将制备好的纤维素纺丝原液经喷丝帽挤出进行纺丝；

步骤S3、梯度凝固步骤：

将挤出的丝条经过空气段后，依次进入不同凝固浴进行分级凝固处理；

步骤S4、后处理步骤：

将经过梯度凝固的丝条通过水洗、热定型后获得再生纤维素工业丝。

作为本发明的一种实施方式，所述步骤S3中，挤出的丝条经过空气段后，依次进入第一凝固浴、第二凝固浴及第三凝固浴进行分级凝固处理；

其中，丝条在第一凝固浴进行第一凝固处理，丝条在第二凝固浴进行第二凝固处理，丝条在第三凝固浴进行第三凝固处理；

第一凝固浴采用的离子液体水溶液浓度高于第二凝固浴采用的离子液体水溶液浓度；第一凝固浴采用温度低于第二凝固浴采用温度及第三凝固浴采用温度；第二凝固浴采用的离子液体水溶液浓度高于第三凝固浴采用的离子液体水溶液浓度。

作为本发明的一种实施方式，所述步骤S3中，所述第一凝固浴中采用较高的浓度和较低的温度条件，减缓丝条的成型速度，降低纤维的皮芯结构差异，同时保证丝条有较高的溶剂残留，减弱纤维素分子间作用，提高纤维素链段运动能力，为后续第二、第三凝固浴中结构的调整提供条件；

在第二凝固浴中，采用相对适中的浓度和较高的温度条件，较高的温度条件主要是为丝条中纤维素链段的运动提供热力学条件，相对适中的浓度是为降低丝条的成型速度，减小沿丝条径向的结构差异，同时使丝条结构基本固定；

第三凝固浴采用较低的浓度及较高的温度条件，同时通过拉伸条件的调整，降低沿丝条轴向的应力并使丝条进一步成型；三级凝固浴梯度凝固的技术路线减缓丝条的成型速度，使最终的再生纤维素工业丝皮芯结构差异减小，结构更加均匀，保证纤维的强度和模量，同时第二凝固浴中沿丝条轴向的收缩及第三凝固浴中沿丝条轴向较小的应力条件，适当的降低了纤维的取向度，保证再生纤维素工业丝高的断裂伸长率。

作为本发明的一种实施方式，所述步骤S1中，将特性粘度为300-1000ml/g的纤维素浆粕和离子液体混合脱水溶解，制备浓度为5-20％的纤维素纺丝原液；

所述溶解采用湿法溶解工艺；所述纤维素浆粕的特性粘度为500-800ml/g；

所述离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐、1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑氯盐或1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐中的至少一种；

所述纺丝原液中纤维素的固含量为8-15％。

作为本发明的一种实施方式，所述步骤S2中，喷丝孔数为100-3000孔；喷丝孔直径为0.04-0.2mm；纺丝温度为80-120℃。

作为本发明的一种实施方式，所述步骤S3中，空气段长度为5-500mm；

第一凝固浴条件为：凝固浴为质量分数为0-60％的离子液体水溶液，凝固浴温度为0-30℃，拉伸倍率为1-5倍，拉伸速度为10-150m/min；

第二凝固浴条件为：凝固浴为质量分数为10-40％的离子液体水溶液，凝固浴温度为10-90℃，拉伸倍率为0.9-1.2倍，拉伸速度为9-180m/min；

第三凝固浴条件为：凝固浴为质量分数为0-30％的离子液体水溶液，凝固浴温度为10-90℃，拉伸倍率为0.9-1.2倍，拉伸速度为8-200m/min。

作为本发明的一种实施方式，第一凝固浴条件为：凝固浴为质量分数为30-50％的离子液体水溶液，凝固浴温度为5-20℃，拉伸倍率为1-2倍，拉伸速度为20-50m/min；

第二凝固浴条件为：凝固浴为质量分数为20-30％的离子液体水溶液，凝固浴温度为40-90℃，拉伸倍率为0.95-1.05倍，拉伸速度为19-55m/min；

第三凝固浴条件为：凝固浴为质量分数为10-20％的离子液体水溶液，凝固浴温度为40-90℃，拉伸倍率为0.95-1.05倍，拉伸速度为18-58m/min。

作为本发明的一种实施方式，所述步骤S4中，获得的再生纤维素工业丝纤度为500-3500dtex，干态强度为4.5-6cN/dtex，干态模量≥100cN/dtex，断裂伸长率8-15％，在温度为190℃、预加张力为0.01cN/dtex条件下的干热收缩率≤0.7％。

作为本发明的一种实施方式，所述步骤S4中，获得的再生纤维素工业丝纤度为1000-2000dtex，干态强度为4.5-5.5cN/dtex，干态模量≥120cN/dtex，断裂伸长率10-13％，在温度为190℃、预加张力为0.01cN/dtex条件下的干热收缩率≤0.6％。

根据本发明的另一个方面，采用如下技术方案：一种再生纤维素工业丝的制备设备，所述制备设备包括：溶解机、纺丝组件、若干凝固浴、水洗装置、热定型装置及卷绕装置；

所述溶解机用以将纤维素浆粕和离子液体混合脱水溶解，制备设定浓度的纤维素纺丝原液；

所述纺丝组件，用以将制备好的纤维素纺丝原液挤出纺丝；将挤出的丝条经过空气段后，依次进入各凝固浴进行分级凝固处理；

经过梯度凝固的丝条通过所述水洗装置水洗、热定型装置热定型后卷绕获得再生纤维素工业丝。

作为本发明的一种实施方式，若干凝固浴包括第一凝固浴、第二凝固浴及第三凝固浴；挤出的丝条经过空气段后，依次进入第一凝固浴、第二凝固浴及第三凝固浴进行分级凝固处理；

其中，丝条在第一凝固浴进行第一凝固处理，丝条在第二凝固浴进行第二凝固处理，丝条在第三凝固浴进行第三凝固处理；

所述制备设备包括凝固控制模块，用以控制各凝固浴的参数，使得：第一凝固浴采用的离子液体水溶液浓度高于第二凝固浴采用的离子液体水溶液浓度；第一凝固浴采用温度低于第二凝固浴采用温度及第三凝固浴采用温度；第二凝固浴采用的离子液体水溶液浓度高于第三凝固浴采用的离子液体水溶液浓度；

作为本发明的一种实施方式，所述第一凝固浴中采用较高的浓度和较低的温度条件，减缓丝条的成型速度，降低纤维的皮芯结构差异，同时保证丝条有较高的溶剂残留，减弱纤维素分子间作用，提高纤维素链段运动能力，为后续第二凝固浴、第三凝固浴中结构的调整提供条件；

在第二凝固浴中，采用相对适中的浓度和较高的温度条件，较高的温度条件主要是为丝条中纤维素链段的运动提供热力学条件，相对适中的浓度是为降低丝条的成型速度，减小沿丝条径向的结构差异，同时使丝条结构基本固定；

第三凝固浴采用较低的浓度及较高的温度条件，同时通过拉伸条件的调整，降低沿丝条轴向的应力并使丝条进一步成型；三级凝固浴梯度凝固的技术路线减缓丝条的成型速度，使最终的再生纤维素工业丝皮芯结构差异减小，结构更加均匀，保证纤维的强度和模量，同时第二凝固浴中沿丝条轴向的收缩及第三凝固浴中沿丝条轴向较小的应力条件，适当的降低纤维的取向度，保证再生纤维素工业丝高的断裂伸长率。

本发明的有益效果在于：本发明提出的再生纤维素工业丝的制备方法及设备，制备的再生纤维素工业丝断裂强度、初始模量和断裂伸长率均较高：本发明制备的再生纤维素工业丝纤度为500-3500dtex，干态强度为4.5-6cN/dtex，干态模量≥100cN/dtex，断裂伸长率8-15％，190℃、0.01cN/dtex条件下的干热收缩率≤0.7％。

本发明制备方法可保证再生纤维素工业丝断裂强度和模量的同时，提高再生纤维素工业丝的断裂伸长率；保证本发明技术路线制备的再生纤维素工业丝满足帘子线的应用要求。

附图说明

图1为本发明一实施例中再生纤维素工业丝制备方法的流程图。

图2为本发明一实施例中再生纤维素工业丝制备设备的组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

该部分的描述只针对几个典型的实施例，本发明并不仅局限于实施例描述的范围。相同或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本发明描述和保护的范围内。

说明书中各个实施例中的步骤的表述只是为了方便说明，本申请的实现方式不受步骤实现的顺序限制。

本发明揭示了一种再生纤维素工业丝的制备方法，图1为本发明一实施例中再生纤维素工业丝制备方法的流程图；请参阅图1，所述制备方法包括：

【步骤S1】纺丝原液的制备步骤：

将纤维素浆粕和离子液体混合脱水溶解，制备设定浓度的纤维素纺丝原液。

在本发明的一实施例中，将特性粘度为300-1000ml/g的纤维素浆粕和离子液体混合脱水溶解，制备浓度为5-20％的纤维素纺丝原液；

在本发明的一实施例中，所述溶解采用湿法溶解工艺；所述纤维素浆粕的特性粘度为500-800ml/g；

所述离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐、1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑氯盐或1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐中的至少一种；

所述纺丝原液中纤维素的固含量为8-15％。

【步骤S2】纺丝步骤；

将制备好的纤维素纺丝原液经喷丝帽挤出进行纺丝。

在本发明的一实施例中，喷丝孔数为100-3000孔；喷丝孔直径为0.04-0.2mm；纺丝温度为80-120℃。

【步骤S3】梯度凝固步骤：

挤出的丝条经过空气段后，依次进入不同凝固浴进行分级凝固处理。

在本发明的一实施例中，挤出的丝条经过空气段后，依次进入第一凝固浴、第二凝固浴及第三凝固浴进行分级凝固处理。其中，丝条在第一凝固浴进行第一凝固处理，丝条在第二凝固浴进行第二凝固处理，丝条在第三凝固浴进行第三凝固处理。第一凝固浴采用的离子液体水溶液浓度高于第二凝固浴采用的离子液体水溶液浓度；第一凝固浴采用温度低于第二凝固浴采用温度及第三凝固浴采用温度；第二凝固浴采用的离子液体水溶液浓度高于第三凝固浴采用的离子液体水溶液浓度。

在一实施例中，所述第一凝固浴中采用较高的浓度和较低的温度条件，减缓丝条的成型速度，降低纤维的皮芯结构差异，同时保证丝条有较高的溶剂残留，减弱纤维素分子间作用，提高纤维素链段运动能力，为后续第二、第三凝固浴中结构的调整提供条件；

在第二凝固浴中，采用相对适中的浓度和较高的温度条件，较高的温度条件主要是为丝条中纤维素链段的运动提供热力学条件，相对适中的浓度是为降低丝条的成型速度，减小沿丝条径向的结构差异，同时使丝条结构基本固定；

第三凝固浴采用较低的浓度及较高的温度条件，同时通过拉伸条件的调整，降低沿丝条轴向的应力并使丝条进一步成型；三级凝固浴梯度凝固的技术路线减缓丝条的成型速度，使最终的再生纤维素工业丝皮芯结构差异减小，结构更加均匀，保证纤维的强度和模量，同时第二凝固浴中沿丝条轴向的收缩及第三凝固浴中沿丝条轴向较小的应力条件，适当的降低了纤维的取向度，保证再生纤维素工业丝高的断裂伸长率。现有一级凝固的技术无法制得同时满足高强高模且高断裂伸长率的再生纤维素工业丝。

在本发明的一实施例中，空气段长度为5-500mm；

第一凝固浴条件为：凝固浴为质量分数为0-60％的离子液体水溶液，凝固浴温度为0-30℃，拉伸倍率为1-5倍，拉伸速度为10-150m/min。在一实施例中，第一凝固浴条件为：凝固浴为质量分数为30-50％的离子液体水溶液，凝固浴温度为5-20℃，拉伸倍率为1-2倍，拉伸速度为20-50m/min。

第二凝固浴条件为：凝固浴为质量分数为10-40％的离子液体水溶液，凝固浴温度为10-90℃，拉伸倍率为0.9-1.2倍，拉伸速度为9-180m/min。在一实施例中，第二凝固浴条件为：凝固浴为质量分数为20-30％的离子液体水溶液，凝固浴温度为40-90℃，拉伸倍率为0.95-1.05倍，拉伸速度为19-55m/min。

第三凝固浴条件为：凝固浴为质量分数为0-30％的离子液体水溶液，凝固浴温度为10-90℃，拉伸倍率为0.9-1.2倍，拉伸速度为8-200m/min。在一实施例中，第三凝固浴条件为：凝固浴为质量分数为10-20％的离子液体水溶液，凝固浴温度为40-90℃，拉伸倍率为0.95-1.05倍，拉伸速度为18-58m/min。

【步骤S4】后处理步骤：

将经过梯度凝固的丝条通过水洗、热定型后获得再生纤维素工业丝。

在本发明的一实施例中，获得的再生纤维素工业丝纤度为500-3500dtex，干态强度为4.5-6cN/dtex，干态模量≥100cN/dtex，断裂伸长率8-15％，在温度为190℃、预加张力为0.01cN/dtex条件下的干热收缩率≤0.7％。在一实施例中，获得的再生纤维素工业丝纤度为1000-2000dtex，干态强度为4.5-5.5cN/dtex，干态模量≥120cN/dtex，断裂伸长率10-13％，在温度为190℃、预加张力为0.01cN/dtex条件下的干热收缩率≤0.6％。

本发明进一步揭示一种再生纤维素工业丝的制备设备，图2为本发明一实施例中再生纤维素工业丝制备设备的组成示意图；请参阅图2，所述制备设备包括：溶解机1、纺丝组件2、若干凝固浴、水洗装置6、热定型装置7及卷绕装置8。所述溶解机1用以将纤维素浆粕和离子液体混合脱水溶解，制备设定浓度的纤维素纺丝原液。所述纺丝组件2用以将制备好的纤维素纺丝原液挤出纺丝；将挤出的丝条经过空气段后，依次进入各凝固浴进行分级凝固处理。经过梯度凝固的丝条通过所述水洗装置6水洗、热定型装置7热定型后，通过卷绕装置8卷绕获得再生纤维素工业丝。

在本发明的一实施例中，若干凝固浴包括第一凝固浴3、第二凝固浴4及第三凝固浴5；挤出的丝条经过空气段后，依次进入第一凝固浴3、第二凝固浴4及第三凝固浴5进行分级凝固处理。其中，丝条在第一凝固浴3进行第一凝固处理，丝条在第二凝固浴4进行第二凝固处理，丝条在第三凝固浴5进行第三凝固处理。

所述制备设备包括凝固控制模块，用以控制各凝固浴的参数，使得：第一凝固浴3采用的离子液体水溶液浓度高于第二凝固浴4采用的离子液体水溶液浓度；第一凝固浴3采用温度低于第二凝固浴4采用温度及第三凝固浴5采用温度；第二凝固浴4采用的离子液体水溶液浓度高于第三凝固浴5采用的离子液体水溶液浓度。

在一实施例中，所述第一凝固浴中采用较高的浓度和较低的温度条件，减缓丝条的成型速度，降低纤维的皮芯结构差异，同时保证丝条有较高的溶剂残留，减弱纤维素分子间作用，提高纤维素链段运动能力，为后续第二凝固浴、第三凝固浴中结构的调整提供条件。

在第二凝固浴中，采用相对适中的浓度和较高的温度条件，较高的温度条件主要是为丝条中纤维素链段的运动提供热力学条件，相对适中的浓度是为降低丝条的成型速度，减小沿丝条径向的结构差异，同时使丝条结构基本固定。

第三凝固浴采用较低的浓度及较高的温度条件，同时通过拉伸条件的调整，降低沿丝条轴向的应力并使丝条进一步成型；三级凝固浴梯度凝固的技术路线减缓丝条的成型速度，使最终的再生纤维素工业丝皮芯结构差异减小，结构更加均匀，保证纤维的强度和模量，同时第二凝固浴中沿丝条轴向的收缩及第三凝固浴中沿丝条轴向较小的应力条件，适当的降低纤维的取向度，保证再生纤维素工业丝高的断裂伸长率。

实施例1

本实施例中，本发明帘子线用高断裂伸长率的再生纤维素工业丝的制备方法包括：

(1)纺丝原液的制备步骤；

将特性粘度为500ml/g的纤维素浆粕和1-丁基-3-甲基咪唑氯盐混合脱水溶解得到纤维素纺丝原液。

所述溶解工艺为湿法溶解工艺；所述纺丝原液中纤维素的固含量为10％；

(2)纺丝步骤；

制备好的纤维素纺丝原液经喷丝帽挤出进行纺丝；喷丝孔数为660孔，喷丝孔直径为0.06mm，纺丝温度为95℃。

(3)梯度凝固步骤；

挤出的丝条经过空气段后，进入第一凝固浴、第二凝固浴及第三凝固浴；

空气段长度为30mm；

第一凝固浴条件为：凝固浴为质量分数为40％的离子液体水溶液，凝固浴温度为15℃，拉伸倍率为1.5倍，拉伸速度为20m/min；

第二凝固浴条件为：凝固浴为质量分数为25％的离子液体水溶液，凝固浴温度为80℃，拉伸倍率为0.97倍，拉伸速度为19.4m/min；

第三凝固浴条件为：凝固浴为质量分数为15％的离子液体水溶液，凝固浴温度为80℃，拉伸倍率为0.99倍，拉伸速度为19.2m/min；

(4)后处理步骤；

经过梯度凝固的丝条，再通过水洗、热定型后获得再生纤维素工业丝，获得的再生纤维素工业丝纤度为1650dtex，干态强度为4.7cN/dtex，干态模量170cN/dtex，断裂伸长率11％，190℃(温度)、0.01cN/dtex(预加张力)条件下的干热收缩率0.5％。

实施例2

在本实施例中，本发明帘子线用高断裂伸长率的再生纤维素工业丝的制备方法包括：

(1)纺丝原液的制备步骤；

将特性粘度为700ml/g的纤维素浆粕和1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐混合脱水溶解得到纤维素纺丝原液。

所述溶解工艺为湿法溶解工艺；所述纺丝原液中纤维素的固含量为10％；

(2)纺丝步骤；

制备好的纤维素纺丝原液经喷丝帽挤出进行纺丝；喷丝孔数为1000孔，喷丝孔直径为0.06mm，纺丝温度为85℃。

(3)梯度凝固步骤；

挤出的丝条经过空气段后，进入第一凝固浴、第二凝固浴及第三凝固浴；

空气段长度为30mm；

第一凝固浴条件为：凝固浴为质量分数为40％的离子液体水溶液，凝固浴温度为15℃，拉伸倍率为1.9倍，拉伸速度为20m/min；

第二凝固浴条件为：凝固浴为质量分数为25％的离子液体水溶液，凝固浴温度为80℃，拉伸倍率为0.98倍，拉伸速度为19.6m/min；

第三凝固浴条件为：凝固浴为质量分数为15％的离子液体水溶液，凝固浴温度为80℃，拉伸倍率为0.99倍，拉伸速度为19.4m/min；

(4)后处理步骤；

经过梯度凝固的丝条，再通过水洗、热定型后获得再生纤维素工业丝，获得的再生纤维素工业丝纤度为1900dtex，干态强度为4.6cN/dtex，干态模量150cN/dtex，断裂伸长率13％，190℃(温度)、0.01cN/dtex(预加张力)条件下的干热收缩率0.4％。

实施例3

在本实施例中，本发明帘子线用高断裂伸长率的再生纤维素工业丝的制备方法包括：

(1)纺丝原液的制备步骤；

将特性粘度为600ml/g的纤维素浆粕和1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐混合脱水溶解得到纤维素纺丝原液。

所述溶解工艺为湿法溶解工艺；所述纺丝原液中纤维素的固含量为15％；

(2)纺丝步骤；

制备好的纤维素纺丝原液经喷丝帽挤出进行纺丝；喷丝孔数为660孔，喷丝孔直径为0.06mm，纺丝温度为80℃。

(3)梯度凝固步骤；

挤出的丝条经过空气段后，进入第一凝固浴、第二凝固浴及第三凝固浴；

空气段长度为30mm；

第一凝固浴条件为：凝固浴为质量分数为30％的离子液体水溶液，凝固浴温度为15℃，拉伸倍率为1.95倍，拉伸速度为18.4m/min；

第二凝固浴条件为：凝固浴为质量分数为20％的离子液体水溶液，凝固浴温度为70℃，拉伸倍率为0.99倍，拉伸速度为18.2m/min；

第三凝固浴条件为：凝固浴为质量分数为10％的离子液体水溶液，凝固浴温度为70℃，拉伸倍率为0.99倍，拉伸速度为18m/min；

(4)后处理步骤；

经过梯度凝固的丝条，再通过水洗、热定型后获得再生纤维素工业丝，获得的再生纤维素工业丝纤度为1800dtex，干态强度为5.2cN/dtex，干态模量210cN/dtex，断裂伸长率10％，190℃(温度)、0.01cN/dtex(预加张力)条件下的干热收缩率0.6％。

实施例4

在本实施例中，本发明帘子线用高断裂伸长率的再生纤维素工业丝的制备方法包括：

(1)纺丝原液的制备步骤；

将特性粘度为600ml/g的纤维素浆粕和1-乙基-3-甲基咪唑氯盐混合脱水溶解得到纤维素纺丝原液。

所述溶解工艺为湿法溶解工艺

所述纺丝原液中纤维素的固含量为12％

(2)纺丝步骤；

制备好的纤维素纺丝原液经喷丝帽挤出进行纺丝；喷丝孔数为1000孔，喷丝孔直径为0.06mm，纺丝温度为85℃。

(3)梯度凝固步骤；

挤出的丝条经过空气段后，进入第一凝固浴、第二凝固浴及第三凝固浴；

空气段长度为30mm；

第一凝固浴条件为：凝固浴为质量分数为30％的离子液体水溶液，凝固浴温度为15℃，拉伸倍率为1.7倍，拉伸速度为18.4m/min；

第二凝固浴条件为：凝固浴为质量分数为20％的离子液体水溶液，凝固浴温度为70℃，拉伸倍率为0.99倍，拉伸速度为18.2m/min；

第三凝固浴条件为：凝固浴为质量分数为10％的离子液体水溶液，凝固浴温度为70℃，拉伸倍率为0.99倍，拉伸速度为18m/min；

(4)后处理步骤；

经过梯度凝固的丝条，再通过水洗、热定型后获得再生纤维素工业丝，获得的再生纤维素工业丝纤度为2500dtex，干态强度为4.9cN/dtex，干态模量170cN/dtex，断裂伸长率10％，190℃(温度)、0.01cN/dtex(预加张力)条件下的干热收缩率0.5％；

对比例1

在实施例1的基础上，仅改变凝固条件，制备再生纤维素纤维，具体步骤如下：

(1)纺丝原液的制备步骤；

将特性粘度为500ml/g的纤维素浆粕和1-丁基-3-甲基咪唑氯盐混合脱水溶解得到纤维素纺丝原液。

所述溶解工艺为湿法溶解工艺

所述纺丝原液中纤维素的固含量为10％

(2)纺丝步骤；

制备好的纤维素纺丝原液经喷丝帽挤出进行纺丝；喷丝孔数为660孔，喷丝孔直径为0.06mm，纺丝温度为95℃。

(3)凝固步骤；

挤出的丝条经过空气段后，进入凝固浴；

空气段长度30mm；

凝固浴条件为：凝固浴为质量分数为20％的离子液体水溶液，凝固浴温度为15℃，拉伸倍率为1.44倍，拉伸速度为19.2m/min；

(4)后处理步骤；

经过凝固的丝条，再通过水洗、热定型后获得再生纤维素工业丝，获得的再生纤维素工业丝纤度为1650dtex，干态强度为4.9cN/dtex，干态模量190cN/dtex，断裂伸长率7％，190℃(温度)、0.01cN/dtex(预加张力)条件下的干热收缩率0.5％。

对比例2

在实施例2的基础上，采仅改变凝固条件，制备再生纤维素纤维，具体步骤如下：

(1)纺丝原液的制备步骤；

将特性粘度为700ml/g的纤维素浆粕和1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐混合脱水溶解得到纤维素纺丝原液。

所述溶解工艺为湿法溶解工艺；所述纺丝原液中纤维素的固含量为10％；

(2)纺丝步骤；

制备好的纤维素纺丝原液经喷丝帽挤出进行纺丝；喷丝孔数为1000孔，喷丝孔直径为0.06mm，纺丝温度为85℃。

(3)凝固步骤；

挤出的丝条经过空气段后，进入凝固浴；

空气段长度30mm；

凝固浴条件为：凝固浴为质量分数为20％的离子液体水溶液，凝固浴温度为15℃，拉伸倍率为1.84倍，拉伸速度为19.4m/min；

(4)后处理步骤；

经过梯度凝固的丝条，再通过水洗、热定型后获得再生纤维素工业丝，获得的再生纤维素工业丝纤度为1900dtex，干态强度为5.1cN/dtex，干态模量210cN/dtex，断裂伸长率6％，190℃(温度)、0.01cN/dtex(预加张力)条件下的干热收缩率0.6％。

利用本发明制备方法制备的再生纤维素工业丝，由纤维素溶液由喷丝孔挤出，经过气隙段进入第一凝固浴、第二凝固浴及第三凝固浴进行梯度凝固，而后进行水洗和干燥，制得兼顾高强、高模、高断裂伸长的再生纤维素工业丝。

所述工业丝由三级梯度凝固的干喷湿纺纺丝工艺制得，与现有一级凝固工艺相比，增加了第二和第三凝固浴，同时改变了每一级凝固浴的工艺条件，使再生纤维素纤维的成型过程更加缓和。第一凝固浴中采用较高的浓度和较低的温度条件，减缓丝条的成型速度，最主要是降低纤维的皮芯结构差异，同时保证丝条有较高的溶剂残留，减弱纤维素分子间作用，提高纤维素链段运动能力，为后续第二、第三凝固浴中结构的调整提供条件；在第二凝固浴中，采用相对适中的浓度和较高的温度条件，较高的温度条件主要是为丝条中纤维素链段的运动提供热力学条件，相对适中的浓度是为降低丝条的成型速度，减小沿丝条径向的结构差异，同时使丝条结构基本固定；第三凝固浴采用较低的浓度及较高的温度条件，同时通过拉伸条件的调整，降低沿丝条轴向的应力并使丝条进一步成型。三级凝固浴梯度凝固的技术路线减缓了丝条的成型速度，使最终的再生纤维素工业丝皮芯结构差异减小，结构更加均匀，保证了纤维的强度和模量，同时第二凝固浴中沿丝条轴向的收缩及第三凝固浴中沿丝条轴向较小的应力条件，适当的降低了纤维的取向度，保证了再生纤维素工业丝高的断裂伸长率。但现有一级凝固的技术无法制得同时满足高强高模且高断裂伸长率的再生纤维素工业丝。

综上所述，本发明提出的再生纤维素工业丝的制备方法及设备，制备的再生纤维素工业丝断裂强度、初始模量和断裂伸长率均较高：本发明制备的再生纤维素工业丝纤度为500-3500dtex，干态强度为4.5-6cN/dtex，干态模量≥100cN/dtex，断裂伸长率8-15％，190℃(温度)、0.01cN/dtex(预加张力)条件下的干热收缩率≤0.7％。

本发明制备方法可保证再生纤维素工业丝断裂强度和模量的同时，提高再生纤维素工业丝的断裂伸长率；保证本发明技术路线制备的再生纤维素工业丝满足帘子线的应用要求。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。实施例中所涉及的效果或优点可因多种因素干扰而可能不能在实施例中体现，对于效果或优点的描述不用于对实施例进行限制。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。