CN101392412A - 高强维纶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高强维纶及其制备工艺，其特点是将聚合度1700～5000、醇解度70～99.9％的聚乙烯醇，投入到不同助剂的水溶液中，配制成10～20％聚乙烯醇含量的纺丝原液，经湿法纺丝、拉伸热处理、切断、缩醛化、水洗、上油、干燥等处理，制得高强维纶的线密度为0.5～20dtex、断裂强度6～20cN/dtex、断裂伸长率8～25％、水中软化温度100～130℃、卷曲数2.5～7.0个/25mm、长度4～100mm。该纤维纯纺、或与其他纤维混纺制成不同规格的纱线，可作为生产防弹衣、防核辐射服、摩托车头盔、单兵训练服等军工领域和产业用布领域的原料。

Description

高强维纶及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高强聚乙烯醇缩醛纤维及其制备方法，属于合成化学纤维的制备领域。

背景技术

聚乙烯醇纤维所用原料聚乙烯醇的平均分子量为60000～150000，热分解温度为200～220℃，熔点为225～230℃。聚乙烯醇纤维可用湿法纺丝和干法纺丝制得。

日本是最早开发聚乙烯醇纤维的国家。聚乙烯醇纤维可由常规湿法纺丝法、有机溶剂湿法纺丝、干湿法纺丝、干法纺丝、半熔融法纺丝等工艺来生产(李万林，秦峰，水溶性聚乙烯醇纤维和聚乙烯醇干法纺丝，维纶通讯，2004，24(4)：7—11)。目前国内基本采用水系湿法纺丝，可获得水溶温度为：90～100℃，干断裂强度为4.0CN/dtex，干断裂伸长率为30±5％的聚乙烯醇水溶性纤维。其工艺流程为：1、纺丝原液的制备过程为：将聚合度为800～2000，醇解度为88～99mol％的聚乙醇100份经水洗后，与400～600份净化水一起加入到溶解釜中，在搅拌下于温至98±2℃，在压力0.01～0.03Mpa下溶解3～4小时，然后将溶液加压过滤、脱泡配制成纺丝溶液；2、湿法纺丝过程为：利用动力将纺丝原液(温度98±2℃)经过计量泵从喷丝头喷出(喷丝头规格：4000～30000孔、孔径为0.05～0.1mm)，喷丝细流在接近于饱和的芒硝(Na₂SO₄)凝固浴中凝固成初生纤维(浴温42～46℃)，经导辊拉伸和湿热拉伸后进入热处理过程；3、热处理过程：在紧张状态下纤维通过电热烘箱进行干燥，经预热后实施干热拉伸、热定型，然后冷却收缩、卷绕至丝轴车，切断后用送棉机送至后整理工序；4、纺丝后处理：从送棉机来的纤维通过整理醛化机，进行热水卷曲、常温水洗、上油，经开纤后进入烘干机干燥，最后打包成产品。

中国专利申请公开说明书(申请号94103580.8)公布了水溶性纤维的湿法生产工艺，工艺过程为：原料聚乙烯醇溶解、原液改性、一次过滤、脱泡、二次过滤、纺丝、热处理、切断、后处理(包括水洗、上油、干燥)、打包。该方法属传统的湿法纺丝工艺，其特征在于将聚合度1800左右的聚乙烯醇通过化学方法进行降解处理，获得原液聚合度800～1100，从而制得75～90℃的水溶性聚乙烯醇纤维。

发明内容

本发明的目的是针对现有常规维纶纤维生产技术的不足而提供一种高强维纶及其制备方法，其特点是在聚乙烯醇溶液中加不同助剂制得纺丝原液，以湿法纺丝和后处理，获得高强维纶纤维。

本发明的目的由以下技术措施实现：其中所述原料份数除特殊说明外，均为重量份数。

本发明提供了一种高强维纶，其特征在于，该维纶起始原料的配方组成按重量计为：

聚乙烯醇：  1000份

助剂1：     15～100份

助剂2：     60～300份

助剂3：     22～220份

软水：      5000～9000份

该高强维纶线密度为0.5～20dtex、断裂强度6～20cN/dtex、断裂伸长率8～25％、水中软化温度100～130℃、卷曲数2.5～7.0个/25mm、长度4～100mm；

其中所述聚乙烯醇的聚合度为1700～5000、醇解度为70～99.9％。

上述助剂分别为：助剂1为甘油、聚乙烯醇或聚乙二醇中的至少一种，助剂2为草酸或醋酸中的至少一种，助剂3为硼酸盐或硼酸中的至少一种。

本发明一种优选方案为：一种高强维纶，所述维纶起始原料的配方组成按重量计为：

聚乙烯醇：   1000份

甘油：       40～80份

醋酸：       60～90份

硼酸：       30～80份

软水：       4000～6000份

所述聚乙烯醇的聚合度为1700～5000、醇解度为99～99.9％，

所述高强维纶线密度为0.5～2.0dtex、断裂强度6～20cN/dtex、断裂伸长率8～15％、水中软化温度100～130℃、卷曲数2.5～7.0个/25mm、长度4～100mm。

所述高强维纶制备方法包括以下过程：纺丝原液的制备、湿法纺丝、高倍拉伸热处理和纺丝后处理，具体为：

(1)纺丝原液的制备

将聚乙烯醇、助剂及软水加入到溶解釜中，用0.4～0.6Mpa蒸汽升温至60～100℃，采用循环搅拌方式溶解3～8小时后，送入过滤机过滤后进入脱泡装置，脱泡2～6小时后制成可供纺丝的聚乙烯醇溶液；

(2)湿法纺丝

将上述聚乙烯醇溶液在温度85～100℃、压力0.05～0.20Mpa条件下，用计量泵计量送往孔径为0.05～0.30mm的喷丝头进行喷丝，喷丝细流在温度为20～60℃、NaOH浓度为5～35g/L、Na₂SO₄浓度280～450g/L的水溶液中凝固成初生纤维；

(3)高倍拉伸热处理

上述初生纤维先经导辊拉伸，再通过中和处理，然后经湿热拉伸后进行水洗，干燥后再进行干热拉伸，上述总拉伸倍数为6～20倍；

(4)纺丝后处理

先采用温度为50～95℃的热水对切断后的纤维进行卷曲处理，再用温度为40～95℃、醛浓度为10～50g/L的醛化液对聚乙烯醇纤维进行醛化处理，最后采用脂肪醇类或磷酸脂胺盐类对纤维进行处理得到高强维纶。

上述醛化处理，可使纤维的耐热性得到大幅度提升，采用脂肪醇类或磷酸脂胺盐类对纤维进行处理(此步骤简称为“上油”)，使纤维的抗静电性提高，使聚乙烯醇纤维具有良好的可纺性。

本发明采用优化改进的湿法纺丝生产工艺，生产的纤维干断裂强度6～20cN/dtex、线密度为：0.5～20dtex、伸度为：8～25％、水中软化点为：100～130℃、卷曲数为：2.5～7.0个/25mm。

上述高强维纶纤维可纯纺、或与其他纤维混纺制成不同规格的纱线，可作为生产防弹衣、防核幅射服、摩托车头盔、单兵训练服等军工领域和产业用布领域的原料。

本发明具有以下优点：

1、采用辅助添加剂，改善聚乙烯醇大分子在溶液状态和初生纤维的空间结构，提高可拉伸倍数。

2、在常传统湿法基础上优化和改进生产工艺，所得纤维的质量更好，以同种规格聚乙烯醇为原料，纤维强度更高。

3、通过醛化后处理技术，能提高纤维耐热水性，达到作服饰原料目的。

4、采用热水卷曲和机械卷曲，改善纤维可纺性能。

5、采用脂肪醇类、磷酸脂胺盐类对纤维进行处理，使纤维的抗静电性提高，使聚乙烯醇纤维具有良好的可纺性。

6、采用高倍拉伸处理，纤维强度更高。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整。

实施例1

将聚合度1750，醇解度99mol％的聚乙烯醇32kg经水洗后，与168kg的净化水加入溶解釜中，在搅拌下分别加入甘油：1.50kg、醋酸：2.60kg、硼酸：1.2kg，在温度98℃，压力0.015Mpa下溶解3.5小时后，经过滤，常压静止脱泡6小时，制得纺丝原液在温度98℃，经计量泵计量后，通过孔径0.07mm、30000孔的喷丝头喷出，在44±1℃的芒硝浴中凝固成初生纤维，经导辊拉伸2.5倍，湿热拉伸1.6倍，丝束通过软水槽洗去芒硝，经预处理后进入220℃的烘箱中干燥，然后经过预热、280℃干热拉伸和热定型，干拉倍数2.3倍，再经卷曲、醛化、上油制得纤维的干断裂强度7.5cN/dtex，单纤线密度1.1dtex，干断裂伸长率13％，水软温度114℃。

对比实施例1

以相同规格聚乙烯醇为原料，采用传统湿法纺丝工艺所得纤维干断裂强度3.5cN/dtex，干断裂伸长率22％，水软温度112℃。

实施例2

将聚合度2200，醇解度99.8mol％的聚乙烯醇30kg经水洗后，与168kg的净化水加入溶解釜中，在搅拌下分别加入甘油：1.50kg、醋酸：2.60kg、硼酸：1.2kg，在温度98℃，压力0.015Mpa下溶解3小时后，经过滤，常压静止脱泡7小时，制得纺丝原液在温度98℃，经计量泵计量后，通过孔径0.08mm、24000孔的喷丝头喷出，在44℃的芒硝浴中凝固成初生纤维，经导辊拉伸2.4倍，湿热拉伸1.7倍，丝束通过软水槽洗去芒硝，经预处理后进入230℃的烘箱中干燥，然后经过预热、280℃干热拉伸和热定型，干拉倍数2.25倍，再经卷曲、醛化、上油制得纤维的干断裂强度为9.3cN/dtex，单纤线密度1.5dtex，干断裂伸长率12％，水软温度为118℃。

对比实施例2

以相同规格聚乙烯醇为原料，采用传统湿法纺丝工艺所得纤维干断裂强度4.5cN/dtex，干断裂伸长率20％，水软温度107℃。

实施例3

将聚合度2200，醇解度99.8mol％的聚乙烯醇35kg经水洗后，与165kg的净化水加入溶解釜中，在搅拌下分别加入甘油：2.50kg、醋酸：2.40kg、硼酸：2.2kg，在温度98℃，压力0.015Mpa下溶解3小时后，经过滤，常压静止脱泡8小时，制得纺丝原液在温度98℃，经计量泵计量后通过0.08mm、30000孔的喷丝头喷出，在44℃的芒硝浴中凝固成初生纤维，经导辊拉伸2.4倍，湿热拉伸1.7倍，丝束通过软水槽洗去芒硝，经预处理后进入220℃的烘箱中干燥，然后经过预热、280℃干热拉伸和热定型，干拉倍数2.2倍，再经机械上油、机械卷曲，获得纤维的干断裂强度为9.8cN/dtex，单纤线密度1.6dtex，干断裂伸长率13％，水软温度119℃。

对比实施例3

以相同规格聚乙烯醇为原料，采用传统湿法纺丝工艺所得纤维干断裂强度4.4cN/dtex，干断裂伸长率22％，水软温度111℃。

实施例4

将聚合度4500，醇解度99.8mol％的聚乙烯醇25kg经水洗后，与105kg的净化水加入溶解釜中，在搅拌下分别加入甘油：2.00kg、醋酸：2.00kg、硼酸：1.8kg，在温度102℃，压力0.025Mpa下溶解3.5小时后，经过滤，常压静止脱泡8小时，制得纺丝原液在温度98℃，经计量泵计量后通过0.08mm、24000孔的喷丝头喷出，在44℃的芒硝浴中凝固成初生纤维，经导辊拉伸2.5倍，湿热拉伸1.8倍，丝束通过软水槽洗去芒硝，经预处理后进入230℃的烘箱中干燥，然后经过预热、280℃干热拉伸和热定型，干拉倍数2.4倍，再经机械上油、机械卷曲，获得纤维的干断裂强度为17.5cN/dtex，单纤线密度1.4dtex，干断裂伸长率13％，水软温度121℃。

对比实施例4

以相同规格聚乙烯醇为原料，采用传统湿法纺丝工艺所得纤维干断裂强度6.5cN/dtex，干断裂伸长率23％，水软温度116℃。

Claims (4)

1、高强维纶，其特征在于，该维纶起始原料的配方组成按重量计为：

聚乙烯醇：     1000份

助剂1：        15～100份

助剂2：        60～300份

助剂3：        22～220份

软水：         5000～9000份

其中，所述聚乙烯醇的聚合度为1700～5000、醇解度为70～99.9％；

所述助剂分别为：助剂1为甘油、聚乙烯醇或聚乙二醇中的至少一种，助剂2为草酸或醋酸中的至少一种，助剂3为硼酸盐或硼酸中的至少一种；

所述高强维纶线密度为0.5～20dtex、断裂强度6～20cN/dtex、断裂伸长率8～25％、水中软化温度100～130℃、卷曲数2.5～7.0个/25mm、长度4～100mm。

2、如权利要求1所述高强维纶，其特征在于，所述维纶起始原料的配方组成按重量计为：

聚乙烯醇：    1000份

甘油：        40～80份

醋酸：        60～90份

硼酸：        30～80份

软水：        4000～6000份

所述聚乙烯醇的聚合度为1700～5000、醇解度为99～99.9％，

所述高强维纶线密度为0.5～2.0dtex、断裂强度6～20cN/dtex、断裂伸长率8～15％、水中软化温度100～130℃、卷曲数2.5～7.0个/25mm、长度4～100mm。

3、一种如权利要求1或2所述高强维纶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)纺丝原液的制备

将聚乙烯醇、助剂及软水加入到溶解釜中，用0.4～0.6Mpa蒸汽升温至60～100℃，采用循环搅拌方式溶解3～8小时后，送入过滤机过滤后进入脱泡装置，脱泡2～6小时后制成可供纺丝的聚乙烯醇溶液；

(2)湿法纺丝

将上述聚乙烯醇溶液在温度85～100℃、压力0.05～0.20Mpa条件下，用计量泵计量送往孔径为0.05～0.30mm的喷丝头进行喷丝，喷丝细流在温度为20～60℃、NaOH浓度为5～35g/L、Na₂SO₄浓度280～450g/L的水溶液中凝固成初生纤维；

(3)高倍拉伸热处理

上述初生纤维先经导辊拉伸，再通过中和处理，然后经湿热拉伸后进行水洗，干燥后再进行干热拉伸，总拉伸倍数为6～20倍；

(4)纺丝后处理

先采用温度为50～95℃的热水对切断后的纤维进行卷曲处理，再用温度为40～95℃、醛浓度为10～50g/L的醛化液对聚乙烯醇纤维进行醛化处理，最后采用脂肪醇类或磷酸脂胺盐类对纤维进行处理得到高强维纶。

4、权利要求1或2所述的高强维纶在生产防弹衣、防核幅射服、摩托车头盔或单兵训练服中的应用。