CN102011201A - 一种聚甲醛纤维的熔融纺丝方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有高断裂强度的聚甲醛纤维的生产方法，采用熔融纺丝工艺。纺丝前将聚甲醛树脂置于真空烘箱，或者使用连续热空气或N2干燥，于100℃在5分钟之内升温至110℃，并保持1～8h。对初生纤维采用在热溶液或热蒸汽中缓冷-骤冷的处理方法，减少纤维多倍率牵伸过程中产生的孔洞。纤维后牵伸热定型中将牵伸温度与热结晶定型温度控制在相差20～45℃内，并采用多倍率多级慢速拉伸，其中一级牵伸定型采用热溶液水浴加压拉伸，时间控制在0.2～2s内。

Description

一种聚甲醛纤维的熔融纺丝方法
技术领域
本发明涉及一种聚甲醛纤维的熔融纺丝方法，更特别的涉及一种结晶取向度高的聚甲醛纤维的熔融纺丝方法。
背景技术
聚甲醛是以甲醇为原料合成的结晶性高分子材料，不溶于水、丙酮，碱溶液、极难溶于稀酸溶液。它具有良好的综合性能和着色性，其强度、刚性、耐冲击强度和抗蠕变性等优良，耐疲劳性在所有热塑性塑料中最佳，具有高的蠕变性和应力松驰能力，长期使用尺寸稳定。因此期待由POM制成高强高模纤维，满足更广阔的应用需求。
聚甲醛结晶度高达70％以上，结晶速度快，过程难以控制，造成纺丝困难，到目前为止对POM纺丝报道依然很少。JP-61088210公开了一种用微波加热加压法制成性能稳定的超拉伸聚缩醛树脂被覆材料的方法。US-3608044A1阐述了一种高弹性POM(聚甲醛)纤维的制取方法，通过特殊的结晶方式使得结晶度高的固体颗粒承受弹性变形(在压力下结晶)。熔融纺丝后的样品，经过一种特殊的热-湿处理以提高纤维的弹性。GB-1147594公开了一种用线性高分子量聚甲醛溶液纺丝制备POM单丝的方法，将聚甲醛聚合物融解在160℃的极性溶剂中制成高温溶液，其中聚甲醛聚合物在溶液中质量百分比为15％～25％，高温溶液在80～160℃下挤出得到POM纤维。原纤维在100～140℃下热拉伸，拉伸比可达到15∶1，得到拉伸强度7克/旦尼尔、断裂伸长率为20％的POM纤维。WO-2008001924叙述了一种聚甲醛纤维的制造方法，通过分子设计控制聚甲醛的半结晶化时间以得到高强度的聚甲醛纤维。尽管以上关于聚甲醛纤维纺丝方法的报道很早，但由于聚甲醛结晶度高、结晶速度快难以控制、以及在高温下分子链易纠结和树脂的分解造成气泡等等原因，因此难以用通常纺丝工艺生产高强度的聚甲醛纤维，很多报道也只能限于实验室试验，没有得到进一步的推广应用，聚甲醛纤维也一直都没有实现工业化生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强高模聚甲醛纤维的生产方法。
本发明为了改善聚甲醛纤维的结晶情况以适合纺丝和后拉伸，得到高强高模的聚甲醛纤维，特别公开一种聚甲醛的熔融纺丝工艺，采用缓冷-骤冷初生纤维预处理，以及多极慢速多倍率牵伸工艺，可以适用于工业化生产，制备出的聚甲醛纤维断裂强度达到6.8cN/dtex、断裂伸长率为10.6％。
本发明的聚甲醛纤维的熔融纺丝方法，包括以下步骤：树脂纯化、预结晶、加热熔融、熔体过滤器、计量泵、纺丝组件、喷丝板、成型、卷绕和后牵伸其中加热熔融分多区进行，加热温度为180～220℃。
在本发明的聚甲醛纤维的熔融纺丝方法中，所述的聚甲醛树脂的分子量为20000～160000，熔融指数为5～12g/10min，熔点160℃，结构单元为：
Figure BSA00000386223200021
其中：其中a、b、n均为大于1的自然数。
在本发明的聚甲醛纤维的熔融纺丝方法中，在树脂纯化步骤中，将聚甲醛树脂置于真空烘箱或连续热空气或N2干燥，于100℃在5分钟之内升温至110℃，干燥时间为2～48小时，较好的是干燥时间为5～38小时，可以选择的是，干燥时间为10～20小时。在预结晶步骤中预结晶时间为1～5小时、较好的是，预结晶时间为2～4小时、预结晶温度为80～120℃，较好的是预结晶温度为95～110℃。聚甲醛纤维通过以500～3500m/min(较好的是1500～2500m/min)的牵引速度通过熔融纺丝而制得。较好的是，聚甲醛纤维通过以1000～3500m/min(较好的是1500～2500m/min)的牵引速度通过熔融纺丝而制得。
在本发明的聚甲醛纤维的熔融纺丝方法中，聚甲醛纤维熔融纺丝后，再通过初生纤维缓冷-骤冷预处理，和慢速多级多倍率拉伸而制得。
进一步的，在本发明的聚甲醛纤维的熔融纺丝方法中，在用聚甲醛树脂熔融纺丝制造聚甲醛纤维时，对从熔融纺丝组件的喷丝头喷出的除生纤维进行加热缓冷，加热源采用热溶液水浴或热蒸汽，加热温度为80～160℃，处理时间为0.05～1s，较好的是，加热温度为110～130℃，处理时间为0.35～0.6s，从缓冷装置出来的纤维经过水浴强冷，在0.01～0.03s之内降到5℃以下，通过缓冷-骤冷处理后的初生纤维在后续多倍率牵伸中，很少或不产生孔洞。其中缓冷装置在距离喷丝头表面0.1～20cm(较好的是5～10cm)的范围内选取的点作为加热点，加热区的距离5～10cm，加热源采用热溶液水浴或热蒸汽，其中热溶液采用乙二醇、甲酰胺、乙酰胺等的一种或几种的水溶液，水溶液的体积浓度为2％-35％(较好的是10-20％)。在多倍率多级慢速拉伸过程中，其中一级牵伸定型采用热溶液水浴加压拉伸，时间控制在0.2～2s内，压力为50～200个大气压，预拉伸区域拉伸比控制在1.005～1.08，热拉伸区域拉伸比为2.5～5.6，拉伸温度与热结晶定型温度相差20～60℃。在拉伸温度与热结晶定型温度相差20～45℃，拉伸与定型时间控制在0.2～2s，获得的成品纤维的结晶取向度高，强度高。
本发明聚甲醛纺丝工艺比较简单，在180～220℃的氛围温度下对熔融纺丝装置的纺丝头纺出的初生纤维加热，同时进行牵引。制得的纤维，可以进一步将其加热拉伸，即后拉伸定型。通过对初生纤维采用缓冷-骤冷的处理方法，减少纤维多倍率牵伸过程中产生的孔洞，以及多倍率多级慢速拉伸定型，制备出高强度高模量的聚甲醛纤维。
在本发明中使用的所有原材料等均是常规使用的，可以从市场购得。在本发明中，如非特指，所有的量、百分比均为重量单位。
下面结合实施例对本发明进行具体的描述。由技术常识可知，本发明可以通过其他的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，下列实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或等同本发明的范围内的改变均被本发明包含。
具体实施方式
实施例1：
聚甲醛树脂的分子量M范围为20000～40000，熔融指数为10～12g/10min，将聚甲醛树脂于100℃在5分钟内升温至110℃，真空干馏2h。预结晶时间为4小时、预结晶温度为90℃。通过以800m/min的牵引速度通过熔融纺丝而制得。100℃乙二醇水溶液缓冷，2℃水浴强冷，在后拉伸整理过程中，预拉伸区域拉伸比控制在1.01，热拉伸区域拉伸比为3.0，拉伸温度与热结晶定型温度相差50℃，牵伸环境为丙烷。
实施例2：
聚甲醛树脂的分子量M范围为40000～50000，熔融指数为7～9g/10min，将聚甲醛树脂于110℃在3分钟内升温至110℃，热空气连续干燥4h。预结晶时间为5小时、预结晶温度为100℃。通过以1500m/min的牵引速度通过熔融纺丝而制得。100℃乙酰胺水溶液缓冷，2℃水浴强冷，在后拉伸整理过程中，预拉伸区域拉伸比控制在1.02，热拉伸区域拉伸比为4.0，拉伸温度与热结晶定型温度相差30℃，热水浴加压拉伸，时间控制在1s内，压力为100个大气压。
实施例3：
聚甲醛树脂的分子量M范围为60000～80000，熔融指数为7～9g/10min，将聚甲醛树脂于110℃在2分钟内升温至110℃，真空干馏5h。预结晶时间为4小时、预结晶温度为110℃。通过以1800m/min的牵引速度通过熔融纺丝而制得。110℃水蒸汽缓冷，3℃水浴强冷，在后拉伸整理过程中，预拉伸区域拉伸比控制在1.03，热拉伸区域拉伸比为4.5，拉伸温度与热结晶定型温度相差20℃，氟代乙烷加压拉伸，时间控制在0.5s内，压力为150个大气压。
实施例4：
聚甲醛树脂的分子量M范围为90000～150000，熔融指数为5～7g/10min，将聚甲醛树脂于110℃在1分钟内升温至110℃，N2氛围连续干燥5h。预结晶时间为5小时、预结晶温度为120℃。通过以2000m/min的牵引速度通过熔融纺丝而制得。100℃乙酰胺水溶液缓冷，2℃水浴强冷，在后拉伸整理过程中，预拉伸区域拉伸比控制在1.04，热拉伸区域拉伸比为5.0，拉伸温度与热结晶定型温度相差40℃，氯代乙烷加压拉伸，压力为100个大气压。
实施例5：
聚甲醛树脂的分子量M范围为50000～60000，熔融指数为8～9g/10min，将聚甲醛树脂于110℃在4分钟内升温至110℃，N2氛围连续干燥5h。预结晶时间为5小时、预结晶温度为110℃。通过以2500m/min的牵引速度通过熔融纺丝而制得。110℃乙酰胺水溶液缓冷，2℃水浴强冷，在后拉伸整理过程中，预拉伸区域拉伸比控制在1.05，热拉伸区域拉伸比为4.8，拉伸温度与热结晶定型温度相差35℃，热水浴加压拉伸，时间控制在1s内，压力为100个大气压。
各实施例的结果见表1.
表1.各纺丝案例纤维性能表
Figure BSA00000386223200061

Claims (10)

1.一种聚甲醛纤维的熔融纺丝方法，其特征在于包括以下步骤：树脂纯化、预结晶、加热熔融、熔体过滤器、计量泵、纺丝组件、喷丝板、成型、卷绕和后牵伸其中加热熔融分多区进行，加热温度为180～220℃。
2.根据权利要求1所述的聚甲醛纤维的熔融纺丝方法，其特征在于所述的聚甲醛树脂的分子量为20000～160000，熔融指数为5～12g/10min，熔点160℃，结构单元为：
其中：其中a、b、n均为大于1的自然数。
3.根据权利要求1所述的聚甲醛纤维的熔融纺丝方法，其特征在于在树脂纯化步骤中，将聚甲醛树脂置于真空烘箱或连续热空气或N2干燥，于100℃在5分钟之内升温至110℃，干燥时间2～48小时。
4.根据权利要求1所述的聚甲醛纤维的熔融纺丝方法，其特征在于在预结晶步骤中预结晶时间为1～5小时、预结晶温度为80～120℃。
5.根据权利要求1所述的聚甲醛纤维的熔融纺丝方法，其特征在于聚甲醛纤维通过以500～3500m/min的牵引速度通过熔融纺丝而制得，较好的是聚甲醛纤维通过以1000～3500m/min的牵引速度通过熔融纺丝而制得。
6.根据权利要求1所述的聚甲醛纤维的熔融纺丝方法，其特征在于聚甲醛纤维熔融纺丝后，再通过初生纤维缓冷-骤冷预处理，和慢速多级多倍率拉伸而制得。
7.根据权利要求6所述的聚甲醛纤维的熔融纺丝方法，其特征在于在用聚甲醛树脂熔融纺丝制造聚甲醛纤维时，对从熔融纺丝组件的喷丝头喷出的除生纤维进行加热缓冷，加热源采用热溶液水浴或热蒸汽，加热温度为80～160℃，处理时间为0.05～1s，从缓冷装置出来的纤维经过水浴强冷，在0.01～0.03s之内降到5℃以下，通过缓冷-骤冷处理后的初生纤维在后续多倍率牵伸中，很少或不产生孔洞。
8.根据权利要求6或7所述的聚甲醛纤维的熔融纺丝方法，其特征在于其中缓冷装置在距离喷丝头表面0.1～20cm的范围内选取的点作为加热点，加热区的距离5～10cm，加热源采用热溶液水浴或热蒸汽，其中热溶液采用乙二醇、甲酰胺、乙酰胺等的一种或几种的水溶液。
9.根据权利要求6或7所述的聚甲醛纤维的熔融纺丝方法，其特征在于在多倍率多级慢速拉伸过程中，其中一级牵伸定型采用热溶液水浴加压拉伸，时间控制在0.2～2s内，压力为50～200个大气压，预拉伸区域拉伸比控制在1.005～1.08，热拉伸区域拉伸比为2.5～5.6，拉伸温度与热结晶定型温度相差20～60℃。
10.根据权利要求1所述的聚甲醛纤维的熔融纺丝方法，其特征在于拉伸温度与热结晶定型温度相差20～45℃，拉伸与定型时间控制在0.2～2s。
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