CN105648576B - 一种ptfe/pva海岛纤维及其制备方法 - Google Patents

一种ptfe/pva海岛纤维及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种PTFE/PVA海岛纤维，岛组分为PTFE，海组分为PVA，所述的海岛纤维断裂强度为3.0～4.2cN/dtex，断裂伸长率为7～10%，岛组分单纤纤度在1dtex以下。还公开了一种PTFE/PVA海岛纤维的制备方法，是基于普通海岛结构纺丝箱体和干法纺丝设备进行纤维加工。本发明方法制备过程环保，此纤维可用于过滤材料和防水透气性的高端纺织面料。

Description

一种PTFE/PVA海岛纤维及其制备方法
技术领域
本发明属于高性能纤维领域，涉及一种PTFE/PVA海岛纤维及其制备方法。
技术背景
聚四氟乙烯（PTFE）是热性能及化学性能极其稳定的一种高分子材料，广泛应用于绝缘、耐腐蚀、耐高低温、防粘涂层等领域。由于其熔点高，并且在260℃以上就会变质，难以用熔融纺丝得到纤维；除全氟烷烃、金属钠（熔融状态）等特殊溶剂外，一般溶剂无法溶解，工业上一般采用乳液纺丝、糊料挤出和切割法制备聚四氟乙烯纤维，其中，乳液纺丝法技术最为成熟，此方法把难于用溶液或熔体纺丝的聚合物分散在易于成纤的载体中，形成均匀的纺丝乳液。载体一般选用聚乙烯醇（PVA）水溶液，PVA水溶液与聚四氟乙烯乳液混合成均匀的纺丝原液，经过过滤、脱泡后，用常规的湿法纺丝方法制成纤维，初生纤维经水洗和干燥后，进行高温牵伸烧结，载体PVA即被碳化去除，聚四氟乙烯粒子则发生粘结成纤。此法得到的PTFE纤维均匀性较好，但色泽较暗，强度也较低，凝固浴中的芒硝也会给环境造成污染。
糊料挤出则将聚四氟乙烯粉末与润滑油、汽油或煤油等易挥发物质调成糊状物，然后从喷丝头挤压纺丝，使易挥发物质挥发，然后在高温下牵伸，得到非均匀的白色带纱。由于不含粘合剂残渣，此法得到的纤维强度和白度较高，但纤维纤度较粗，一般用作缝纫线。
切割法是由奥地利兰精公司70年代率先开发的，先把PTFE粉末加工成圆柱形型坯，将它切成一定厚度的薄膜，再通过锯齿状刀具割裂成丝，经牵伸、加热后得到PTFE纤维。此法受限于原材料和切割设备，纤维细度不均，增加了后纺加工难度，成本较高。
以上三类方法均难以得到单纤纤度在1dtex以下的超细纤维，而海岛纤维是一种复合纤维，去除海组分后，可以得到极细的岛组分。至今，以PTFE为岛组分，PVA为海组分，利用干法纺丝制备的海岛纤维后开纤获得PTFE超细纤维还未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种PTFE/PVA海岛纤维及其制备方法，最终目的在于制取聚四氟乙烯超细纤维。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种PTFE/PVA海岛纤维，岛组分为PTFE，海组分为PVA，所述的海岛纤维断裂强度为3.0～4.2cN/dtex，断裂伸长率为7～10%，岛组分单纤纤度在1dtex以下。
所述的海组分和岛组分重量比为1:9到3:7之间。
一种PTFE/PVA海岛纤维的制备方法，是基于普通海岛结构纺丝箱体和干法纺丝设备进行纤维加工，包括如下步骤：
步骤一，配制纺丝液A：由聚四氟乙烯乳液及稳定剂或增稠剂组成，搅拌均匀后脱泡，形成性状均一稳定的纺丝液A，温度控制在室温～100℃之间；
步骤二，配制纺丝液B：由聚乙烯醇水溶液及稳定剂或增稠剂组成，搅拌均匀后脱泡，形成性状均一稳定的纺丝液B，温度控制在室温～100℃之间；
步骤三，纺丝：将纺丝液A和纺丝液B经过计量泵计量输送至海岛结构的喷丝板，形成纺丝液A为岛相，B为海相结构的初生纤维；将初生纤维依次引入干法热风甬道、热牵伸处理等工艺段，得到具有PTFE/PVA海岛纤维。
其中，步骤一中所用聚四氟乙烯乳液固含量在40～80wt%之间，粒径在0.1～0.5µm之间。
步骤一中所述的稳定剂或增稠剂包括硼酸、硼砂、海藻酸钠、明胶和羧甲基纤维素钠中的一种或几种，比例占纺丝液A总重的1～10%之间。
步骤二中所用的PVA优选牌号PVA1788、PVA2488、水溶性PVA和超支化PVA的一种或几种，所选PVA需先水洗精制，确定含水率，固含量在10～60wt%之间。
步骤二中所述的稳定剂或增稠剂包括硼酸、硼砂、辛醇、磷酸三丁脂、硅类消泡剂中的一种或几种，比例占纺丝液B总重的1～10%。
步骤三中所用的喷丝板为海岛纤维专用喷丝板，甬道内循环侧吹风控制，甬道气氛为热空气，热风温度为120～160℃，风速为0.1～0.5m/s，处理时间10～60s。
步骤三中热牵伸处理分为三个阶段处理，第一阶段处理温度为60～120℃，牵伸比为1～2正拉伸；第二阶段处理温度为150～180℃，牵伸比为2～8正拉伸；第三阶段处理温度为200～250℃，牵伸比为1～1.5正拉伸；三阶段处理时间均为10～60s。
步骤三中干法热风甬道和热牵伸处理的纺丝总牵伸倍率为6～10。
步骤三中制得的海岛纤维海岛重量比为1:9到3:7之间。
采用上述方案后，本发明以PTFE乳液和PVA水溶液为主要纺丝原料，结合海岛纺丝和干法纺丝工艺制得PTFE/PVA海岛纤维。海岛纺丝将PTFE乳液包裹在PVA水溶液里面，形成海岛初生纤维，干法热风甬道内的热风控制将岛相PTFE乳液和海相的PVA水溶液中的水分蒸干，再经过热干燥和牵伸处理，得到PTFE/PVA海岛纤维。
这种海岛纤维具有以下优点：
一、具有明显的海岛两相结构，开纤工艺简单易行；
二、可以制取更为细旦的PTFE超细纤维，岛组分单纤纤度在1dtex以下；
三、海岛纤维制备方法无需凝固浴，制备过程环保无污染，适合工业化规模生产。
本发明方法制备过程环保，此纤维可用于过滤材料和防水透气性的高端纺织面料。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
（1）将固含量为60%的PTFE乳液、海藻酸钠按重量比98:2的比例配成纺丝液A，温度为45℃，搅拌均匀脱泡；将固含量为30%的PVA1788、硼酸和硅类消泡剂按重量比96:3:1的比例配成纺丝液B，温度控制为80℃，搅拌均匀脱泡。
（2）通过海岛喷丝板进行纺丝，甬道热风温度为140℃左右，风速0.3m/s左右，甬道内牵伸比为-0.6，处理时间为10s。
（3）第一阶段热处理温度为70℃，牵伸比为1.5，处理时间为30s;第二阶段热处理温度为165℃，牵伸比为3，处理时间30s；第三阶段热处理温度为210℃，牵伸比为1.1，处理时间为10s。
（4）经收卷机收卷得到PTFE/PVA海岛纤维，其物理性能指标如下:
性能 岛组分单丝线密度（dtex） 断裂强度（cN/dtex） 断裂强度CV值（%） 断裂伸长率（%） 断裂伸长率CV值（%）
数值 0.82 3.61 6.9 7.7 7.5
实施例2：
（1）将固含量为60%的PTFE乳液、硼酸、明胶按重量比97:1:2的比例配成纺丝液A，温度为60℃，搅拌均匀脱泡；将固含量为35%的PVA2488、磷酸三丁脂按重量比98:2的比例配成纺丝液B，温度控制为80℃，搅拌均匀脱泡。
（2）通过海岛喷丝板进行纺丝，甬道热风温度为150℃左右，风速0.3m/s左右，甬道内牵伸比为-0.7，处理时间为30s。
（3）第一阶段热处理温度为80℃，牵伸比为1.8，处理时间为20s;第二阶段热处理温度为185℃，牵伸比为4，处理时间20s；第三阶段热处理温度为230℃，牵伸比为1.05，处理时间为10s。
（4）经收卷机收卷得到PTFE/PVA海岛纤维，其物理性能指标如下:
性能 岛组分单丝线密度（dtex） 断裂强度（cN/dtex） 断裂强度CV值（%） 断裂伸长率（%） 断裂伸长率CV值（%）
数值 0.50 4.2 6.3 7.2 7.9

Claims (4)

1.一种PTFE/PVA海岛纤维的制备方法，其特征在于是基于普通海岛结构纺丝箱体和干法纺丝设备进行纤维加工，包括如下步骤：
步骤一，配制纺丝液A：由聚四氟乙烯乳液及稳定剂或增稠剂组成，搅拌均匀后脱泡，形成性状均一稳定的纺丝液A，温度控制在室温～100℃之间；
步骤二，配制纺丝液B：由聚乙烯醇水溶液及稳定剂或增稠剂组成，搅拌均匀后脱泡，形成性状均一稳定的纺丝液B，温度控制在室温～100℃之间；
步骤三，纺丝：将纺丝液A和纺丝液B经过计量泵计量输送至海岛结构的喷丝板，形成纺丝液A为岛相，B为海相结构的初生纤维；将初生纤维依次引入干法热风甬道、热牵伸处理，得到具有PTFE/PVA海岛纤维；
步骤三中制得的海岛纤维海岛重量比为1:9到3:7之间；
岛组分为PTFE，海组分为PVA，海岛纤维的断裂强度为3.0～4.2cN/dtex，断裂伸长率为7～10％，岛组分单纤纤度在1dtex以下；
步骤一中所用聚四氟乙烯乳液固含量在40～80wt％之间，粒径在0.1～0.5μm之间；
步骤一中所述的稳定剂或增稠剂包括硼酸、硼砂、海藻酸钠、明胶和羧甲基纤维素钠中的一种或几种，比例占纺丝液A总重的1～10％之间；步骤二中所述的稳定剂或增稠剂包括硼酸、硼砂、辛醇、磷酸三丁酯 、硅类消泡剂中的一种或几种，比例占纺丝液B总重的1～10％；
步骤二中所用的PVA为PVA1788、PVA2488、水溶性PVA和超支化PVA的一种或几种，所选PVA水洗精制，固含量在10～60wt％之间。
2.如权利要求1所述的一种PTFE/PVA海岛纤维的制备方法，其特征在于：步骤三中所用的喷丝板为海岛纤维专用喷丝板，甬道内循环侧吹风控制，甬道气氛为热空气，热风温度为120～160℃，风速为0.1～0.5m/s，处理时间10～60s。
3.如权利要求1所述的一种PTFE/PVA海岛纤维的制备方法，其特征在于：步骤三中热牵伸处理分为三个阶段处理，第一阶段处理温度为60～120℃，牵伸比为1～2正拉伸；第二阶段处理温度为150～180℃，牵伸比为2～8正拉伸；第三阶段处理温度为200～250℃，牵伸比为1～1.5正拉伸；三阶段处理时间均为10～60s。
4.如权利要求1所述的一种PTFE/PVA海岛纤维的制备方法，其特征在于：步骤三中干法热风甬道和热牵伸处理的纺丝总牵伸倍率为6～10。
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