專利名稱：一種熔紡聚乙烯醇纖維的間歇式牽伸工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚乙烯醇纖維的牽伸工藝，特別涉及了一種熔融紡絲的聚乙烯醇纖維的間歇式牽伸工藝，具體地說是一種通過接入干燥熱箱裝置來控制聚乙烯醇纖維中水含量的蒸發(fā)以生產(chǎn)高性能聚乙烯醇纖維的牽伸工藝。
背景技術(shù)：
為了改善混凝土的抗拉性能差、阻裂性能和延性差等缺點，對在混凝土中摻加合成纖維以改善混凝土性能的研究，發(fā)展得相當(dāng)迅速。聚乙烯醇高性能纖維具有強度高、熱性能好，耐氣候性優(yōu)異和與水泥混凝土良好的相容性，增強效果明顯。但是聚乙烯醇的多羥基強氫鍵特性使其熔點與分解溫度接近，難以熱塑加工，且牽伸倍數(shù)難以提高，纖維的強度和模量等性能難以保證。為了解決聚乙烯醇紡絲出現(xiàn)的種種問題，提高聚乙烯醇纖維的強度及模量，國內(nèi)外作出了大量研究如專利CN101314871A中提及的將凍膠絲經(jīng)過三級干燥后進(jìn)入四級牽伸的后處理工藝，但在該工藝之前需要進(jìn)行預(yù)牽伸及纖維的洗滌階段，且需要負(fù)壓真空抽提溶劑；又如專利CN1197858A采用濕熱及干熱牽伸，具有采用兩個凝固浴形成結(jié)構(gòu)均勻的初生纖維的特點，但不易得到圓形截面的初生纖維。如此，現(xiàn)有技術(shù)中聚乙烯醇纖維的紡絲牽伸過程存在工序復(fù)雜與高能耗等缺點。一種熔紡法高強高模聚乙烯醇纖維結(jié)構(gòu)與性能的研究(李莉四川大學(xué)博士學(xué)位論文)在聚乙烯醇纖維的牽伸過程中雖然研究了水含量對聚乙烯醇纖維的結(jié)構(gòu)和性能的影響，但此論文只能說明水含量從35%降到5%時纖維的取向和結(jié)晶性能的變化，而并不能得出水含量越小聚乙烯醇取向結(jié)晶結(jié)構(gòu)越完善、力學(xué)性能越高的結(jié)論。此外該論文并沒有考慮聚乙烯醇纖維中水的蒸發(fā)對牽伸所帶來的影響，也沒有對水的蒸發(fā)問題加以調(diào)節(jié)控制。在纖維的后處理工藝中，牽伸過程中水的含量對聚乙烯醇纖維性能的影響起著至關(guān)的作用。一方面聚乙烯醇初生纖維中水的含量過多時，則會使纖維熱牽伸過程中因水蒸發(fā)引起組分動態(tài)變化，劇烈時產(chǎn)生氣泡，致使聚乙烯醇纖維表面出現(xiàn)孔洞，使得纖維表面不均勻、不光滑、產(chǎn)生裂紋等，并對纖維的牽伸產(chǎn)生影響。另一方面在牽伸過程中，水可作為一種增塑劑，削弱聚乙烯醇分子間和分子內(nèi)氫鍵，起潤滑作用使得大分子鏈保持較高的舒展?fàn)顟B(tài)，促進(jìn)纖維的牽伸。聚乙烯醇纖維含水量過低時則纖維達(dá)不到高的牽伸倍數(shù)，且相應(yīng)的強度和模量也不是很高。因此控制纖維中的水含量，不僅可防止纖維在牽伸過程中產(chǎn)生氣泡，也可通過殘留在纖維中的水的增塑作用促進(jìn)纖維的牽伸，獲得性能優(yōu)異的纖維。然而上述現(xiàn)有技術(shù)在聚乙烯醇纖維的紡絲后加工處理中并未對纖維中水的蒸發(fā)現(xiàn)象加以考慮和控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，在聚乙烯醇纖維的牽伸過程中接入一種干燥熱箱來調(diào)節(jié)和控制聚乙烯醇纖維中的水分的蒸發(fā)，來獲得高性能的聚乙烯醇纖維的方法。該方法的關(guān)鍵是通過控制干燥熱箱中的含濕量來控制牽伸過程中纖維中水分的蒸發(fā)，從而提高聚乙烯醇纖維的性能。該方法的生產(chǎn)工藝簡單，僅通過簡單的工序便可提高聚乙烯醇纖維的表面性能和力學(xué)性能，無需其他溶劑添加劑，無需溶劑的回收與處理，對環(huán)境污染小，生產(chǎn)成本低。采用該方法制備的聚乙烯醇纖維具有高強度、高模量等優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用于土木工程、建筑工程及裝甲防護(hù)材料等領(lǐng)域。為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案本發(fā)明提供了一種熔紡聚乙烯醇纖維的牽伸工藝，是將熔紡過程中干燥后得到的含水量為5 10%的聚乙烯醇纖維，進(jìn)行三級牽伸，總牽伸倍數(shù)為5 25 :(I)第一級牽伸第一道牽伸熱箱中的牽伸溫度控制在90 99°C，牽伸倍數(shù)為 3 5 ;(2)第一級干燥熱箱第一道干燥熱箱中的含濕量，也即單位質(zhì)量的干空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量，為2 4%，溫度控制在10 20°C，出口處聚乙烯醇纖維的含水量為3 6% ；(3)第二級牽伸第二道牽伸熱箱中的牽伸溫度控制在120 140°C，牽伸倍數(shù)為 I. 4 2. 5 ;(4)第二級干燥熱箱第二道干燥熱箱中的含濕量為I 2%，溫度控制在20 30°C，出口處聚乙烯醇纖維的含水量為I 3% ;(5)第三級牽伸在干熱空氣中進(jìn)行牽伸，牽伸的溫度控制在200 220°C，經(jīng)過第三級牽伸，牽伸倍數(shù)為I. 2 2。如上所述經(jīng)過三級牽伸后，聚乙烯醇纖維的總牽伸倍數(shù)為5 25，得到的聚乙烯醇纖維的斷裂強度> 8cN/dtex，模量> 25GPa。如上所述的一種熔紡聚乙烯醇纖維的間歇式牽伸工藝，所述的牽伸是采用七輥牽伸機(jī)。由此在牽伸過程中可通過接入干燥熱箱裝置來控制聚乙烯醇纖維中水分的蒸發(fā)從而控制聚乙烯醇纖維的牽伸工藝。有益效果本發(fā)明通過接入干燥熱箱的裝置來控制聚乙烯醇纖維中水分的蒸發(fā)進(jìn)而控制牽伸過程中纖維的含水量以制備高性能的聚乙烯醇纖維，具有以下優(yōu)點通過接入干燥熱箱的裝置來控制纖維的含水量便可進(jìn)行增塑實現(xiàn)聚乙烯醇的紡絲和高倍牽伸，無需超高分子量聚乙烯醇，不需凝固浴，無需添加其他添加劑，只需通過調(diào)控干燥熱箱中的含濕量來控制聚乙烯醇纖維中水分的蒸發(fā)，使得聚乙烯醇纖維經(jīng)過多倍牽伸以及高溫緊張熱定型后，便可得到高性能的纖維，彌補現(xiàn)有技術(shù)及市售產(chǎn)品的缺陷，滿足高性能纖維領(lǐng)域等需要，且工藝簡單、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施方式
，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。實施例I將含水量為5%的聚乙烯醇纖維，進(jìn)行三級牽伸。在第一道牽伸熱箱中進(jìn)行第一級牽伸，溫度控制在90°C，牽伸倍數(shù)為3。第一級干燥熱箱中的含濕量為2%，溫度控制在 10°C，干燥熱箱出口處聚乙烯醇纖維的含水量為3%。在第二道牽伸熱箱中進(jìn)行第二級牽伸，溫度控制在120°C，牽伸倍數(shù)為1.4。第二級干燥熱箱中的含濕量為I %，溫度控制在 20°C，干燥熱箱出口處聚乙烯醇纖維的含水量為1%。在干熱空氣中進(jìn)行第三級牽伸，溫度控制在200°C，經(jīng)過第三級牽伸后，牽伸倍數(shù)為I. 2。如上所述經(jīng)過三級牽伸后，得到的聚乙烯醇纖維的斷裂強度為ScN/dtex，模量為 25GPa。實施例2將含水量為7. 5%的聚乙烯醇纖維，進(jìn)行三級牽伸。在第一道牽伸熱箱中進(jìn)行第一級牽伸，溫度控制在94. 5°C，牽伸倍數(shù)為4。第一級干燥熱箱中的含濕量為3%，溫度控制在15°C，干燥熱箱出口處聚乙烯醇纖維的含水量為4. 5%。在第二道牽伸熱箱中進(jìn)行第二級牽伸，溫度控制在130°C，牽伸倍數(shù)為I. 95。第二級干燥熱箱中的含濕量為I. 5%，溫度控制在25°C，干燥熱箱出口處聚乙烯醇纖維的含水量為2%。在干熱空氣中進(jìn)行第三級牽伸， 溫度控制在210°C，經(jīng)過第三級牽伸后，牽伸倍數(shù)為I. 6。如上所述經(jīng)過三級牽伸后，得到的聚乙烯醇纖維的斷裂強度為llcN/dtex，模量為 28GPa。所述的牽伸是采用七輥牽伸機(jī)。實施例3將含水量為10%的聚乙烯醇纖維，進(jìn)行三級牽伸。在第一道牽伸熱箱中進(jìn)行第一級牽伸，溫度控制在99 V，牽伸倍數(shù)為5。第一級干燥熱箱中的含濕量為4 %，溫度控制在20°C，干燥熱箱出口處聚乙烯醇纖維的含水量為6%。在第二道牽伸熱箱中進(jìn)行第二級牽伸，溫度控制在140°C，牽伸倍數(shù)為2. 5。第二級干燥熱箱中的含濕量為2%，溫度控制在 30°C，干燥熱箱出口處聚乙烯醇纖維的含水量為3%。在干熱空氣中進(jìn)行第三級牽伸，溫度控制在220°C，經(jīng)過第三級牽伸后，牽伸倍數(shù)為2。如上所述經(jīng)過三級牽伸后，得到的聚乙烯醇纖維的斷裂強度為14cN/dteX，模量為 3IGPa。所述的牽伸是采用七輥牽伸機(jī)。實施例4將含水量為6. 25%的聚乙烯醇纖維，進(jìn)行三級牽伸。在第一道牽伸熱箱中進(jìn)行第一級牽伸，溫度控制在92. 25°C，牽伸倍數(shù)為3. 5。第一級干燥熱箱中的含濕量為2. 5%，溫度控制在12. 5°C，干燥熱箱出口處聚乙烯醇纖維的含水量為3. 75%。在第二道牽伸熱箱中進(jìn)行第二級牽伸，溫度控制在125°C，牽伸倍數(shù)為1.675。第二級干燥熱箱中的含濕量為 I. 25%，溫度控制在22. 5°C，干燥熱箱出口處聚乙烯醇纖維的含水量為I. 5%。在干熱空氣中進(jìn)行第三級牽伸，溫度控制在205°C，經(jīng)過第三級牽伸后，牽伸倍數(shù)為I. 4。如上所述經(jīng)過三級牽伸后，得到的聚乙烯醇纖維的斷裂強度為9. 5cN/dteX，模量為 26. 5GPa。
實施例5將含水量為8. 75%的聚乙烯醇纖維，進(jìn)行三級牽伸。在第一道牽伸熱箱中進(jìn)行第一級牽伸，溫度控制在96. 75°C，牽伸倍數(shù)為4. 5。第一級干燥熱箱中的含濕量為3. 5%，溫度控制在17. 5°C，干燥熱箱出口處聚乙烯醇纖維的含水量為5. 25%。在第二道牽伸熱箱中進(jìn)行第二級牽伸，溫度控制在135°C，牽伸倍數(shù)為2. 225。第二級干燥熱箱中的含濕量為
I.75%，溫度控制在27. 5°C，干燥熱箱出口處聚乙烯醇纖維的含水量為2. 5%。在干熱空氣中進(jìn)行第三級牽伸，溫度控制在215°C，經(jīng)過第三級牽伸后，牽伸倍數(shù)為I. 8。如上所述經(jīng)過三級牽伸后，得到的聚乙烯醇纖維的斷裂強度為12. 5cN/dteX，模量為 29. 5GPa。所述的牽伸是采用七輥牽伸機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種熔紡聚乙烯醇纖維的間歇式牽伸工藝，其特征是將熔紡過程中干燥后得到的含水量為5 10%的聚乙烯醇纖維，進(jìn)行三級牽伸，在三級牽伸間接入兩級干燥，總牽伸倍數(shù)為5 25 :(1)第一級牽伸牽伸溫度控制在90 99°C，牽伸倍數(shù)為3 5;(2)第一級干燥熱箱第一道干燥熱箱中的含濕量為2 4%，溫度控制在10 20°C， 出口處聚乙烯醇纖維的含水量為3 6% ;(3)第二級牽伸牽伸溫度控制在120 140°C，牽伸倍數(shù)為I.4 2. 5 ;(4)第二級干燥熱箱第二道干燥熱箱中的含濕量為I 2%，溫度控制在20 30°C， 出口處聚乙烯醇纖維的含水量為I 3% ;(5)第三級牽伸在干熱空氣中進(jìn)行牽伸，牽伸溫度控制在200 220°C，牽伸倍數(shù)為 I. 2 2。經(jīng)過第三級牽伸后得到的聚乙烯醇纖維的斷裂強度彡ScN/dtex，模量彡25GPa。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種熔紡聚乙烯醇纖維的間歇式牽伸工藝，其特征在于，所述的牽伸是采用七輥牽伸機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熔紡聚乙烯醇纖維的間歇式牽伸工藝，即將熔紡過程中干燥后得到的含水量為5～10％的聚乙烯醇纖維進(jìn)行三級牽伸，總牽伸倍數(shù)為5～25倍。其中，第一級和第二級牽伸工藝后分別接入了具有一定溫度和含濕量的第一級和第二級干燥熱箱，第三級牽伸是在一定溫度下的干熱空氣中進(jìn)行的牽伸。經(jīng)過三級牽伸得到的聚乙烯醇纖維的強度≥8cN/dtex，模量≥25GPa。本發(fā)明是通過控制聚乙烯醇纖維中水分的蒸發(fā)來控制聚乙烯醇纖維紡絲的牽伸工藝的方法，從而得到高性能的聚乙烯醇纖維。該方法的生產(chǎn)工藝簡單，無需添加劑，無需溶劑的回收與處理，對環(huán)境污染小，生產(chǎn)成本低，可廣泛應(yīng)用于土木工程及裝甲防護(hù)材料等領(lǐng)域。
文檔編號D01D5/16GK102605448SQ20121007878
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月22日
發(fā)明者劉國平, 李文剛, 趙炯心 申請人:上海羅洋新材料科技有限公司