[發明專利]一種高強高模聚乙烯醇纖維的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 202110725275.1
• 申請日: 2021-06-29
• 公開（公告）號: CN113373539B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 王艷麗;李文剛;何鈞煒;鄒黎明;吳曉瑾;尚束元;孫文路;王超
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: D01F6/14
• 分類號: D01F6/14;C08F8/14;C08F8/02;C08F116/06;C04B16/06;C04B28/04
• 代理公司: 上海統攝知識產權代理事務所(普通合伙) 31303
• 代理人: 杜亞

1.一種高強高模聚乙烯醇纖維的制備方法，其特征在于：將聚乙烯醇/十二烷加入至含有DMF和水的溶解釜中，分階段升溫至溶脹，再向溶解釜中通入CO₂氣體形成一定的壓力，至聚乙烯醇/十二烷完全溶解，之后以18~22 L/min的速度排出CO₂氣體，得到聚乙烯醇紡絲液；然后將聚乙烯醇紡絲液進行干濕法紡絲制得高強高模聚乙烯醇纖維；

所述聚乙烯醇/十二烷是在濃硫酸催化的條件下，聚乙烯醇與正十二烷酸通過酯化反應得到；或者是先以聚乙烯醇和NaOH溶液為原料合成聚乙烯醇鈉，再向聚乙烯醇鈉中加入碘十二烷和硫酸二丁酯，通過取代反應得到；

聚乙烯醇的聚合度為3200~3500，醇解度為98~99%；

向溶解釜中通入CO₂氣體后形成的壓力為1.2~1.6 MPa；

干濕法紡絲的工藝流程為：PVA高含固量紡絲液經噴絲孔擠出形成紡絲細流→紡絲細流經過空氣層進入凝固浴→一次拉伸→三次萃取→三次熱拉伸；

干濕法紡絲的工藝參數為：噴絲孔孔徑0.45~0.55 mm，噴絲孔擠出速率4.5~4.8 mL/min；空氣層高度10~12 cm，凝固浴溫度為-6~-3℃，凝固浴固化時間1.5~2.0 min；一次拉伸的倍數2.6~3.0倍；第一次萃取的溫度68~70℃，時間6~8 h，第二次萃取的溫度72~75℃，時間8~10 h，第三次萃取的溫度75~80℃，時間10~12 h；第一次熱拉伸的溫度185~195℃，拉伸倍數2.0~2.5倍，第二次熱拉伸的溫度195~205℃，拉伸倍數2.5~3.0倍，第三次熱拉伸的溫度205~210℃，拉伸倍數3.0~3.5倍；

所述高強高模聚乙烯醇纖維的斷裂強度為12.6~14.2 cN/dtex，彈性模量為319~334cN/dtex；所述高強高模聚乙烯醇纖維的軟化系數為0.85~0.95。

2.根據權利要求1所述的一種高強高模聚乙烯醇纖維的制備方法，其特征在于，分階段升溫是指：先由室溫升溫至35~40℃并保持10~20 min，再升溫至45~50℃并保持20~30 min。

3.根據權利要求1所述的一種高強高模聚乙烯醇纖維的制備方法，其特征在于，聚乙烯醇/十二烷完全溶解后且在排出CO₂氣體之前還將溶解釜在50~55℃的溫度條件下穩定放置50~80 min。

4.根據權利要求1所述的一種高強高模聚乙烯醇纖維的制備方法，其特征在于，聚乙烯醇紡絲液的含固量為26~30wt%；聚乙烯醇/十二烷完全溶解后穩定放置時紡絲液的粘度為1800~2000Pa·s，完全排出CO₂氣體后紡絲液的粘度為2000~2200Pa·s。

5.根據權利要求1所述的一種高強高模聚乙烯醇纖維的制備方法，其特征在于，DMF和水的質量比為7~8:2~3。

6.根據權利要求1所述的一種高強高模聚乙烯醇纖維的制備方法，其特征在于，聚乙烯醇和正十二烷酸的質量比為1:0.01~0.05，濃硫酸的用量為聚乙烯醇、正十二烷酸以及DMF和水總量的1.0~2.5wt%，濃硫酸的濃度為96~98wt%；

酯化反應的溫度為80~90℃，反應時間為6~8 h。

7.根據權利要求1所述的一種高強高模聚乙烯醇纖維的制備方法，其特征在于，以聚乙烯醇和NaOH溶液為原料合成聚乙烯醇鈉在氮氣氣氛下進行，反應溫度為120~130℃，反應時間為5~6 h；NaOH溶液的濃度為16~20wt%，聚乙烯醇與NaOH的質量比為1~2:25~35；

向聚乙烯醇鈉中加入碘十二烷和硫酸二丁酯進行取代反應的溫度為70~80℃，時間為4~6 h；聚乙烯醇鈉與碘十二烷的摩爾比為1~2:15~20，硫酸二丁酯的用量為聚乙烯醇鈉和碘十二烷總量的1.5~2.5wt%。

8.如權利要求1~7任一項所述的方法制得的高強高模聚乙烯醇纖維的應用，其特征在于：將高強高模聚乙烯醇纖維摻入混凝土中制得纖維增強混凝土。

9.根據權利要求8所述的應用，其特征在于，將纖維增強混凝土泡在水中，20d、50d和80d后的斷裂強度保留率分別為99.2~99.8%、98.2~99.2%和96.2~98.2%。