CN111101221A - 性能优异的孕砂维纶及干湿法纺丝制备孕砂维纶的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于用聚乙烯醇合成聚合物人造长丝及类似物技术领域，具体涉及一种性能优异的孕砂维纶。所述孕砂维纶由包括10‑30份聚乙烯醇、10‑30份金刚砂和70‑90份水在内的原料制备而得，均以质量份计。本发明的孕砂维纶的性能优异，非常适合在制作抛光磨片和磨轮中应用，能够显著改善抛光品质。
Description
技术领域
本发明属于用聚乙烯醇合成聚合物人造长丝及类似物技术领域，具体涉及一种性能优异的孕砂维纶及干湿法纺丝制备孕砂维纶的方法。
背景技术
孕砂维纶是一种含有磨料的纤维状研磨材料，1964年首先由日本特殊研砥公司开发成功。1980年，吉林省化学纤维研究所试纺成功，并由郑州磨料磨具磨削研究所制成纱筋轮，经沈阳市第二轻工业研究所进行应用考察，于1982年通过轻工业部料研司组织的鉴定(“孕砂维纶的研制经验”，王殿惠等，合成纤维，1985年第1期，第56-59页，公开日1985年12月31日)。孕砂维纶硬度大，具有良好的耐磨性，又具有纤维的良好弹性，用其制成的各种抛磨器具(砂毡、纱筋轮等)具有弹性好、散热性好、软硬度可调、贴面性好、噪音小等优点(“孕砂维纶的研制经验”，王殿惠等，合成纤维，1985年第1期，第56-59页，公开日1985年12月31日)，可用于各种材质制品的表面抛光或丝纹处理。由于抛光磨轮对提高高品质的产品表面质量起到决定性作用，因此，孕砂维纶在机械加工行业被广泛使用，特别是高端产品的表面抛光。采用孕砂维纶制成的磨轮和抛光磨片能极大的提高产品的品质，减少精密加工的時間以及加工工序，大幅度降低生产成本。
目前，孕砂维纶的制备技术报道的只有湿法纺丝，湿法纺丝制备孕砂维纶的工艺稳定性不好，导致孕砂维纶强度低，影响后续产品的抛光品质。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种孕砂维纶，该孕砂维纶性能优异，线密度大、强度高。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
孕砂维纶，由包括10-30份聚乙烯醇、10-30份金刚砂和70-90份水在内的原料制备而得，均以质量份计。
发明人意外发现，由包括10-30份聚乙烯醇、10-30份金刚砂和70-90份水在内的原料(均以质量份计)制得的孕砂维纶性能优异，线密度大、强度高，能有效改善后道抛光品质。
为了进一步提高孕砂维纶的质量，提高孕砂维纶的线密度和强度，所述聚乙烯醇的聚合度为1500-3000，醇解度为95mol％-99.9mol％。
进一步，所述金刚砂为棕刚玉。
进一步，所述金刚砂的粒径为5-30μm。
为了进一步提高孕砂维纶的性能，提高孕砂维纶的线密度和强度，还包括分散剂。
进一步，以质量份计，配比关系为：聚乙烯醇10-30份、金刚砂10-30份、分散剂0.5-5份和去离子水70-90份。
进一步，以质量份计，配比关系为：聚乙烯醇25份、金刚砂20份、分散剂0.5-2份和去离子水70-75份。
此外，发明人还发现，现有的孕砂维纶制备工艺稳定性不好,制得的孕砂维纶强度低，影响后续产品的抛光品质；同时，纺丝过程中凝固成型困难，从而导致后续干燥热拉伸困难；且生产工艺复杂，制造成本较高。
本发明的目的还在于保护所述孕砂维纶的制备方法，其采用干湿法纺丝工艺制备而得。
采用该方法制备孕砂维纶，制得的孕砂维纶的性能优异，线密度较大、强度较高。
该方法解决了孕砂维纶制备过程中工艺稳定性不好、纺丝成型困难，后续干燥热牵拉伸困难等问题。
该方法工艺简单，降低了生产成本。
进一步，所述制备方法包括以下步骤：
A.纺丝原液的制备：将聚乙烯醇和去离子水混合，使聚乙烯醇溶解，再将金刚砂添加到溶解好的聚乙烯醇溶液中，搅拌、过滤、脱泡，制成纺丝原液；
B.干湿法纺丝：将纺丝原液加压输送到单螺杆挤出机内，再过滤、喷丝，纺丝原液先经空气冷却，再进入凝固浴中凝固成型；
C.拉伸热处理：将凝固成型的丝束干燥至含水率0.5％-1.2％，然后进行拉伸热定型，即得所述孕砂维纶。
所述含水率是指质量含量。
进一步，步骤A中，聚乙烯醇溶解的参数设置为：温度95-120℃，压力0.1-0.5MPa，时间5-10h。
进一步，步骤A中，聚乙烯醇溶解的参数设置为：温度100-115℃，压力0.2-0.5MPa。
进一步，步骤B中，纺丝过程中，纺丝喷头丝孔径为0.15-0.50mm。
进一步，步骤B中，纺丝过程中，纺丝喷头丝孔径为0.20-0.25mm。
进一步，步骤B中，纺丝过程中，纺丝温度为90-110℃，纺丝速度为10-30m/min。
进一步，步骤B中，凝固浴的温度为40-60℃。
进一步，步骤C中，所述拉伸热定型的参数设置为：热定型温度200-260℃，湿热牵伸2.0-4.0倍，热拉伸2.0-5.0倍，热定型时间1-3min。
本发明的有益效果在于：
本发明的孕砂维纶的线密度大，强度高，其线密度可达2.0-15.0dtex，干断裂强度可达4.0-7.0cN/dtex，断裂伸长率可达6％-15％。
本发明的孕砂维纶耐热性能优异，其水中软化点为63-70℃，非常适合在制作抛光磨片和磨轮中应用，能够显著改善抛光品质。
本发明解决了孕砂维纶制备过程中工艺稳定性不好、纺丝成型困难，后续干燥热牵拉伸困难等问题，制得的孕砂维纶干断裂强度可达4.0-7.0cN/dtex。
本发明的孕砂维纶的制备方法工艺简单，降低了生产成本，有利于实现工业化生产。
具体实施方式
所举实施例是为了更好地对本发明的内容进行说明，但并不是本发明的内容仅限于所举实施例。所以熟悉本领域的技术人员根据上述发明内容对实施方案进行非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
孕砂维纶，其制备方法为：
A.纺丝原液的制备：将聚合度为1750±50，醇解度为99mol％的聚乙烯醇25kg和去离子水75kg加入到溶解釜中，在搅拌下于温度110±2℃，压力0.2MPa，溶解6小时后；再将25μm的棕刚玉20kg和OP-10添加剂0.2kg添加到上述原液中搅拌2小时；在常压下静止脱泡10小时，脱泡温度为99℃，制成纺丝原液；
B.干湿法纺丝：将纺丝原液加压输送到单螺杆挤出机内，再过滤、计量后，从孔径为0.2mm，200孔的喷丝板喷入空气中冷却，纺丝速度为15m/min，再进入温度为49℃的凝固浴(浓度为320g/L的硫酸钠溶液)中凝固成型，即得初生纤维；
C.拉伸热处理：初生纤维经湿热牵伸2.6倍后，再经上油、干燥，将其丝束含水率降至0.7wt％，再在温度230℃条件下热牵伸2.5倍，即得所述孕砂维纶。
实施例2
孕砂维纶，其制备方法为：
A.纺丝原液的制备：将2000±50，醇解度为99.6mol％的聚乙烯醇20kg和去离子水80kg加入到溶解釜中，在搅拌下于温度115±2℃，压力0.25MPa，溶解7小时后；再将20μm的棕刚玉23kg和OP-10添加剂0.25kg添加到上述原液中搅拌3小时；在常压下静止脱泡12小时，脱泡温度为99℃，制成纺丝原液；
B.干湿法纺丝：将纺丝原液加压输送到单螺杆挤出机内，再过滤、计量后，从孔径为0.25mm，160孔的喷丝板喷入空气中冷却，纺丝速度为15m/min，再进入温度为49℃的凝固浴(浓度为350g/L的硫酸钠溶液)中凝固成型，即得初生纤维；
C.拉伸热处理：初生纤维经湿热牵伸3.0倍后，再经上油、干燥，将其丝束含水率降至0.6wt％，再在温度240℃条件下热牵伸2.5倍，即得所述孕砂维纶。
实施例3
孕砂维纶，其制备方法为：
A.纺丝原液的制备：将聚合度为2200±50，醇解度为98mol％的聚乙烯醇15kg和去离子水85kg加入到溶解釜中，在搅拌下于温度115±2℃，压力0.25MPa，溶解7小时后；再将15μm的棕刚玉28kg和OP-20添加剂0.15kg添加到上述原液中搅拌2.5小时；在常压下静止脱泡15小时，脱泡温度为99℃，制成纺丝原液；
B.干湿法纺丝：将纺丝原液加压输送到单螺杆挤出机内，再过滤、计量后，从孔径为0.3mm，240孔的喷丝板喷入空气中冷却，纺丝速度为20m/min，再进入温度为55℃的凝固浴(浓度为380g/L的硫酸钠溶液)中凝固成型，即得初生纤维；
C.拉伸热处理：初生纤维经湿热牵伸2.8倍后，再经上油、干燥，将其丝束含水率降至0.6wt％，再在温度235℃条件下热牵伸3.0倍，即得所述孕砂维纶。
实施例4
孕砂维纶，其制备方法为：
A.纺丝原液的制备：将2600±50，醇解度为99mol％的聚乙烯醇20kg和去离子水80kg加入到溶解釜中，在搅拌下于温度110±2℃，压力0.2MPa，溶解8小时后；再将20μm的棕刚玉28kg和VL-22添加剂0.2kg添加到上述原液中搅拌2小时；在常压下静止脱泡12小时，脱泡温度为100℃，制成纺丝原液；
B.干湿法纺丝：将纺丝原液加压输送到单螺杆挤出机内，再过滤、计量后，从孔径为0.3mm，240孔的喷丝板喷入空气中冷却，纺丝速度为25m/min，再进入温度为56℃的凝固浴(浓度为380g/L的硫酸钠溶液)中凝固成型，即得初生纤维；
C.拉伸热处理：初生纤维经湿热牵伸2.7倍后，再经上油、干燥，将其丝束含水率降至0.9wt％，再在温度225℃条件下热牵伸3.1倍，即得所述孕砂维纶。
实施例5
孕砂维纶，其制备方法为：
A.纺丝原液的制备：将2200±50，醇解度为97mol％的聚乙烯醇15kg和去离子水85kg加入到溶解釜中，在搅拌下于温度105±2℃，压力0.35MPa，溶解6小时后；再将25μm的棕刚玉30kg和VL-22马坡尔(中文名聚氧乙烯硫酸月桂脂)添加剂0.2kg添加到上述原液中搅拌2小时；在常压下静止脱泡12小时，脱泡温度为100℃，制成纺丝原液；
B.干湿法纺丝：将纺丝原液加压输送到单螺杆挤出机内，再过滤、计量后，从孔径为0.5mm，240孔的喷丝板喷入空气中冷却，纺丝速度为15m/min，再进入温度为45℃的凝固浴(浓度为400g/L的硫酸钠溶液)中凝固成型，即得初生纤维；
C.拉伸热处理：初生纤维经湿热牵伸3.0倍后，再经上油、干燥，将其丝束含水率降至0.7wt％，再在温度225℃条件下热牵伸2.5倍，即得所述孕砂维纶。
实施例6
孕砂维纶，其制备方法为：
A.纺丝原液的制备：将3000±50，醇解度为98mol％的聚乙烯醇20kg和去离子水80kg加入到溶解釜中，在搅拌下于温度115±2℃，压力0.4MPa，溶解9小时后；再将30μm的棕刚玉30kg和OP-10添加剂0.15kg添加到上述原液中搅拌3小时；在常压下静止脱泡9小时，脱泡温度为100℃，制成纺丝原液；
B.干湿法纺丝：将纺丝原液加压输送到单螺杆挤出机内，再过滤、计量后，从孔径为0.4mm，160孔的喷丝板喷入空气中冷却，纺丝速度为20m/min，再进入温度为50℃的凝固浴(浓度为410g/L的硫酸钠溶液)中凝固成型，即得初生纤维；
C.拉伸热处理：初生纤维经湿热牵伸2.8倍后，再经上油、干燥，将其丝束含水率降至0.8wt％，再在温度245℃条件下热牵伸2.9倍，即得所述孕砂维纶。
实施例7
孕砂维纶，其制备方法为：
A.纺丝原液的制备：将1500±50，醇解度为98mol％的聚乙烯醇20kg和去离子水80kg加入到溶解釜中，在搅拌下于温度110±2℃，压力0.2MPa，溶解5小时后；再将30μm的棕刚玉20kg和VL-22马坡尔(中文名聚氧乙烯硫酸月桂脂)添加剂0.2kg添加到上述原液中搅拌2小时；在常压下静止脱泡12小时，脱泡温度为100℃，制成纺丝原液；
B.干湿法纺丝：将纺丝原液加压输送到单螺杆挤出机内，再过滤、计量后，从孔径为0.3mm，160孔的喷丝板喷入空气中冷却，纺丝速度为25m/min，再进入温度为56℃的凝固浴(浓度为360g/L的硫酸钠溶液)中凝固成型，即得初生纤维；
C.拉伸热处理：初生纤维经湿热牵伸3.2倍后，再经上油、干燥，将其丝束含水率降至0.5wt％，再在温度235℃条件下热牵伸2.8倍，即得所述孕砂维纶。
实施例8
孕砂维纶，其制备方法为：
A.纺丝原液的制备：将1700±50，醇解度为99mol％的聚乙烯醇10kg和去离子水90kg加入到溶解釜中，在搅拌下于温度110±2℃，压力0.2MPa，溶解6小时后；再将10μm的棕刚玉10kg添加到上述原液中搅拌2.5小时；在常压下静止脱泡12小时，脱泡温度为100℃，制成纺丝原液；
B.干湿法纺丝：将纺丝原液加压输送到单螺杆挤出机内，再过滤、计量后，从孔径为0.15mm，240孔的喷丝板喷入空气中冷却，纺丝速度为25m/min，再进入温度为56℃的凝固浴(浓度为350g/L的硫酸钠溶液)中凝固成型，即得初生纤维；
C.拉伸热处理：初生纤维经湿热牵伸2.9倍后，再经上油、干燥，将其丝束含水率降至0.8wt％，再在温度235℃条件下热牵伸3.0倍，即得所述孕砂维纶。
实施例9
孕砂维纶，其制备方法为：
A.纺丝原液的制备：将1700±50，醇解度为99mol％的聚乙烯醇10kg和去离子水90kg加入到溶解釜中，在搅拌下于温度110±2℃，压力0.2MPa，溶解6小时后；再将10μm的棕刚玉10kg和VL-22马坡尔(中文名聚氧乙烯硫酸月桂脂)0.1kg添加到上述原液中搅拌2.5小时；在常压下静止脱泡12小时，脱泡温度为100℃，制成纺丝原液；
B.干湿法纺丝：将纺丝原液加压输送到单螺杆挤出机内，再过滤、计量后，从孔径为0.15mm，240孔的喷丝板喷入空气中冷却，纺丝速度为25m/min，再进入温度为56℃的凝固浴(浓度为380g/L的硫酸钠溶液)中凝固成型，即得初生纤维；
C.拉伸热处理：初生纤维经湿热牵伸2.9倍后，再经上油、干燥，将其丝束含水率降至0.8wt％，再在温度240℃条件下热牵伸3.0倍，即得所述孕砂维纶。
性能测试
检测实施例1-9制得的孕砂维纶的线密度、断裂强度、断裂伸长率和水中软化点，其结果如表1所示；
其中，线密度按照《GB/T 14335-2008化学纤维短纤维线密度试验方法》进行检测；
断裂强度和断裂伸长率按照《GB/T 14337-2008化学纤维短纤维拉伸性能试验方法》进行检测；
水中软化点按照《GB/T 14462-1993维纶短纤维》附录A所述方法进行检测。
表1性能测试结果
由表1可知，本发明的孕砂维纶的线密度为2.0-15.0dtex，干断裂强度为4.0-7.0cN/dtex，断裂伸长率为6％-15％。由此证明，本发明的孕砂维纶的线密度大，强度高。
由表1可知，本发明的孕砂维纶的水中软化点为63-70℃。由此证明，发明的孕砂维纶耐热稳定性能优异，非常适合在制作抛光磨片和磨轮中应用，能够显著改善抛光品质。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (16)
1.孕砂维纶，其特征在于，由包括10-30份聚乙烯醇、10-30份金刚砂和70-90份水在内的原料制备而得，均以质量份计。
2.根据权利要求1所述的孕砂维纶，其特征在于，所述聚乙烯醇的聚合度为1500-3000，醇解度为95mol％-99.9mol％。
3.根据权利要求1或2所述的孕砂维纶，其特征在于，所述金刚砂为棕刚玉。
4.根据权利要求1、2或3所述的孕砂维纶，其特征在于，所述金刚砂的粒径为5-30μm。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的孕砂维纶，其特征在于，还包括分散剂。
6.根据权利要求5所述的孕砂维纶，其特征在于，以质量份计，配比关系为：聚乙烯醇10-30份、金刚砂10-30份、分散剂0.5-5份和去离子水70-90份。
7.根据权利要求6所述的孕砂维纶，其特征在于，以质量份计，配比关系为：聚乙烯醇25份、金刚砂20份、分散剂0.5-2份和去离子水70-75份。
8.权利要求1-7任一项所述孕砂维纶的制备方法，其特征在于，其采用干湿法纺丝工艺制备而得。
9.根据权利要求8的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.纺丝原液的制备：将聚乙烯醇和去离子水在溶解釜内混合，使聚乙烯醇充分溶解，再将金刚砂添加到溶解完全的聚乙烯醇溶液中，搅拌、过滤、脱泡，制成纺丝原液；
B.干湿法纺丝：将纺丝原液加压输送到单螺杆挤出机内，再过滤、喷丝，纺丝原液先经空气冷却，再进入凝固浴中凝固成型；
C.拉伸热处理：将凝固成型的丝束的含水率干燥至0.5％-1.2wt％，然后进行拉伸热定型，即得所述孕砂维纶。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤A中，聚乙烯醇溶解的参数设置为：温度95-120℃，压力0.1-0.5MPa，时间5-10h。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，步骤A中，聚乙烯醇溶解的参数设置为：温度100-115℃，压力0.2-0.5MPa。
12.根据权利要求9、10或11所述制备方法，其特征在于，步骤B中，纺丝过程中，纺丝喷头丝孔径为0.15-0.50mm。
13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，步骤B中，纺丝过程中，喷丝头孔径为0.20-0.25mm。
14.根据权利要求9、10、11、11或13所述的制备方法，其特征在于，步骤B中，纺丝过程中，纺丝温度为90-110℃，纺丝速度为10-30m/min。
15.根据权利要求9、10、11、12、13或14所述的制备方法，其特征在于，步骤B中，凝固浴的温度为40-60℃。
16.根据权利要求9、10、11、12、13、14或15所述的制备方法，其特征在于，步骤C中，所述拉伸热定型的参数设置为：热定型温度200-260℃，喷丝头拉伸0.5-3倍，热拉伸4-8倍，热定型时间1-3min。
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