[發明專利]一種熔紡高強高模聚乙烯醇纖維的制備方法

有效

• 申請號: 201210079633.7
• 申請日: 2012-03-22
• 公開（公告）號: CN102776598A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發明（設計）人: 劉國平;趙炯心;李文剛
• 申請（專利權）人: 上海羅洋新材料科技有限公司
• 主分類號: D01F6/50
• 分類號: D01F6/50;D01D1/04;D01D5/08;D01D5/12;D01D10/00;D01D10/02;D01D10/06;C04B16/06
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技術領域

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

背景技術

為了改善混凝土的抗拉性能差、阻裂性能和延性差等缺點，對在混凝土中摻加合成纖維以改善混凝土性能的研究，發展得相當迅速。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格低廉、化學耐腐蝕性高，并且來源又較廣因而目前在市面上被較為大量應用，但其缺陷是聚丙烯本身的疏水性不能和水泥基質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水泥混凝土的增強增韌效果不突出、耐腐蝕及耐候性等方面的缺陷從而使得其應用存在著局限性；碳纖維及芳綸纖維由于其本身具有高強高模量的特點，能夠明顯賦予增強混凝土的抗沖、抗壓及防裂等性能，但由于碳纖維及芳綸纖維的生產技術上存在缺陷，使用成本高，因此在市面上很少利用碳纖維及芳綸纖維應用于混凝土增強領域；聚乙烯醇纖維的價格低、密度小、粘結力高、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，適用于各種等級的水泥，增強效果明顯。另外，其耐光性和耐堿性也好，具有優良的化學穩定性，添加用量小(用量僅為石棉的1/5)，且被公認為是最有發展前途的取代石棉的材料，因此目前對聚乙烯醇在混凝土的應用與研究越來與廣泛。

由于聚乙烯醇是結晶性聚合物，分子中含有大量羥基，能形成大量的分子內和分子間氫鍵，使其熔點高達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過程使聚乙烯醇纖維結構不均勻，截面呈腰子形，有明顯的皮芯結構，無法承受高倍拉伸，且不能達到土建工程用的增強纖維的粗旦化標準，導致纖維在混凝土中的分散性和增強效果不好。

為了解決濕法紡絲出現的種種問題，提高聚乙烯醇纖維的強度及模量和實現聚乙烯醇的粗旦化，國內外基于濕法生產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)，硼交聯紡絲(ZL981013643、JPH10-046428)，凝膠紡絲(JP1987-90308、JP1989-77614、CN1092120A)等方法制備結構均勻的PVA初生纖維，并輔以區域拉伸、多級超高拉伸等，制備高品質聚乙烯醇纖維。但上述方法由于均基于濕法生產，在實現粗旦化方面仍具有缺陷，且大多數采用高聚合度PVA，添加劑復雜，需要后續萃取過程，生產成本高，環境污染大。

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，是一種高效的生產方式。而且熔融紡絲纖維成型時收縮小，纖維截面均勻性高，可以施以高倍拉伸，從而提高纖維性能。如能實現PVA的熔融紡絲，將會解決濕法紡絲存在的無法生產高性能粗旦纖維以及脫除溶劑等工序和污染問題，具有簡單、高效、經濟、環保等特點。因此為了實現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：中國專利CN101899722A通過水對聚乙烯醇進行溶脹，通過單螺桿溶解后擠出，經冷凍液凝固形成聚乙烯醇纖維，但還是存在經凝固浴成絲使得生產工藝流程長，成本較大的缺點；增塑熔融紡絲粗旦纖維詳見中國發明專利公開的授權公告號為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合進行熔融紡絲，但存在小分子添加劑種類繁多，萃取復雜，成本較高的缺點。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，提供一種僅有水增塑熔融紡絲工藝制備聚乙烯醇纖維的方法。該方法的生產工藝簡單，對環境污染小，生產成本低。采用該方法制備的聚乙烯醇纖維具有纖度可控、高強度、高模量的優點，可廣泛應用于土建混凝土領域。

為了解決上面所述的技術問題，本發明采取以下技術方案：

本發明提供了一種熔紡高強高模聚乙烯醇纖維的制備方法，具體包括以下步驟：

一種熔紡高強高模聚乙烯醇纖維的制備方法，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，充分溶脹；其中聚乙烯醇原料聚合度為800～2600，醇解度為60％～99％，聚乙烯醇與水的重量比為1∶0.3～1.5；

(2)熔融紡絲；