[發(fā)明專利]一種高強(qiáng)高模聚乙烯醇纖維及其熔融紡絲方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210079070.1
• 申請(qǐng)日: 2012-03-22
• 公開（公告）號(hào): CN102776597A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉國(guó)平;趙炯心;李文剛;施慧聰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海羅洋新材料科技有限公司
• 主分類號(hào): D01F6/50
• 分類號(hào): D01F6/50;D01D1/04;D01D5/08;D01D5/12;D01D10/00;D01D10/02;D01D10/06;C04B16/06
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)高模聚乙烯醇纖維及其熔融紡絲方法，特別是涉及一種用于土建工程的高強(qiáng)高模聚乙烯醇纖維的制備方法，具體地說是一種高強(qiáng)高模聚乙烯醇(PVA)粗旦纖維的熔融紡絲制備方法。

背景技術(shù)

為了改善混凝土的抗拉性能差、阻裂性能和延性差等缺點(diǎn)，對(duì)在混凝土中摻加合成纖維以改善混凝土性能的研究，發(fā)展得相當(dāng)迅速。目前研究較多的有聚丙烯纖維、聚乙烯纖維、尼龍纖維、聚酯纖維、碳纖維、芳綸纖維、聚乙烯醇纖維等。其中以聚丙烯單絲纖維因其價(jià)格低廉、化學(xué)耐腐蝕性高，并且來源又較廣因而目前在市面上被較為大量應(yīng)用，但其缺陷是聚丙烯本身的疏水性不能和水泥基質(zhì)材料形成較牢固的握裹力；聚乙烯纖維，尼龍纖維以及聚酯纖維由于對(duì)水泥混凝土的增強(qiáng)增韌效果不突出、耐腐蝕及耐候性等方面的缺陷從而使得其應(yīng)用存在著局限性；碳纖維及芳綸纖維由于其本身具有高強(qiáng)高模量的特點(diǎn)，能夠明顯賦予增強(qiáng)混凝土的抗沖、抗壓及防裂等性能，但由于碳纖維及芳綸纖維的生產(chǎn)技術(shù)上存在缺陷，使用成本高，因此在市面上很少利用碳纖維及芳綸纖維應(yīng)用于混凝土增強(qiáng)領(lǐng)域；聚乙烯醇纖維的價(jià)格低、密度小、粘結(jié)力高、分散性好、易于攪拌；與其他合成纖維相比，聚乙烯醇纖維親水性好、彈性模量高，并且具有高比表面積，與水泥混凝土相容性好，適用于各種等級(jí)的水泥，增強(qiáng)效果明顯。另外，其耐光性和耐堿性也好，具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，添加用量小(用量?jī)H為石棉的1/5)，且被公認(rèn)為是最有發(fā)展前途的取代石棉的材料，因此目前對(duì)聚乙烯醇在混凝土的應(yīng)用與研究越來與廣泛。

由于聚乙烯醇是結(jié)晶性聚合物，分子中含有大量羥基，能形成大量的分子內(nèi)和分子間氫鍵，使其熔點(diǎn)高達(dá)220～240℃，但其分解溫度卻很低，160℃即開始脫水醚化，200℃開始分解，難以熔融加工。因此市面的聚乙烯醇(PVA)纖維由于采用濕法成形工藝，但濕法紡絲的雙向傳質(zhì)過程使聚乙烯醇纖維結(jié)構(gòu)不均勻，截面呈腰子形，有明顯的皮芯結(jié)構(gòu)，無法承受高倍拉伸，且不能達(dá)到土建工程用的增強(qiáng)纖維的粗旦化標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致纖維在混凝土中的分散性和增強(qiáng)效果不好。

為了解決濕法紡絲出現(xiàn)的種種問題，提高聚乙烯醇纖維的強(qiáng)度及模量和實(shí)現(xiàn)聚乙烯醇的粗旦化，國(guó)內(nèi)外基于濕法生產(chǎn)方式上作出了大量研究：干濕法紡絲(胡邵華《維綸通訊》1997年第1期、JPH07-207521)，硼交聯(lián)紡絲(ZL981013643、JPH10-046428)，凝膠紡絲(JP1987-90308、JP1989-77614、CN1092120A)等方法制備結(jié)構(gòu)均勻的PVA初生纖維，并輔以區(qū)域拉伸、多級(jí)超高拉伸等，制備高品質(zhì)聚乙烯醇纖維。但上述方法由于均基于濕法生產(chǎn)，在實(shí)現(xiàn)粗旦化方面仍具有缺陷，且大多數(shù)采用高聚合度PVA，添加劑復(fù)雜，需要后續(xù)萃取過程，生產(chǎn)成本高，環(huán)境污染大。

由于熔融紡絲中纖維成型只涉及聚合物熔體的冷卻，物組成變化，只有幾何形狀和物理狀態(tài)的變化，工藝流程短，無三廢污染，并且紡速高，是一種高效的生產(chǎn)方式。而且熔融紡絲纖維成型時(shí)收縮小，纖維截面均勻性高，可以施以高倍拉伸，從而提高纖維性能。如能實(shí)現(xiàn)PVA的熔融紡絲，將會(huì)解決濕法紡絲存在的無法生產(chǎn)高性能粗旦纖維以及脫除溶劑等工序和污染問題，具有簡(jiǎn)單、高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等特點(diǎn)。因此為了實(shí)現(xiàn)聚乙烯醇纖維的粗旦化，在聚乙烯醇的熔融紡絲研究也有一定的研究成果：中國(guó)專利CN101899722A通過水對(duì)聚乙烯醇進(jìn)行溶脹，通過單螺桿溶解后擠出，經(jīng)冷凍液凝固形成聚乙烯醇纖維，但還是存在經(jīng)凝固浴成絲使得生產(chǎn)工藝流程長(zhǎng)，成本較大的缺點(diǎn)；增塑熔融紡絲粗旦纖維詳見中國(guó)發(fā)明專利公開的授權(quán)公告號(hào)為CN1786302A的“一種制備高性能聚乙烯醇纖維的方法”，通過添加小分子改性劑與聚乙烯醇形成分子間復(fù)合進(jìn)行熔融紡絲，但存在小分子添加劑種類繁多，萃取復(fù)雜，成本較高的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種水及多元醇進(jìn)行增塑熔融紡絲工藝制備聚乙烯醇纖維的方法。該方法的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境污染小，生產(chǎn)成本低。采用該方法制備的聚乙烯醇纖維具有纖度可控、高強(qiáng)度、高模量的優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于土建混凝土領(lǐng)域。

為了解決上面所述的技術(shù)問題，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種高強(qiáng)高模聚乙烯醇纖維及其熔融紡絲方法，具體包括以下步驟：

一種高強(qiáng)高模聚乙烯醇纖維及其熔融紡絲方法，其特征是包括以下步驟：

(1)溶脹；

原料為聚乙烯醇粉末或粒料，以水為增塑劑，添加酰胺類化合物，充分溶脹；其中聚乙烯醇原料聚合度為800～2600，醇解度為60％～99％，聚乙烯醇、水與多元醇的重量比為1∶0.3～1.5∶0.05～0.2；