專利名稱：一種高強度、高模量、高熔點pva纖維及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種合成纖維及其制備方法，特別涉及聚乙烯醇(PVA)纖維及其制備方法，更具體地說是一種高強度、高模量、高熔點PVA纖維及其制造方法。
背景技術：
PVA纖維的用途與其性能如強度、模量、熔點密切相關。強度3 5CN/dtex、模量 60 80CN/dtex、初熔點85 90°C的纖維多用于民用；強度10 llCN/dtex、模量220 250CN/dtex、初熔點100°C的纖維多用一般水泥制品增強；更高性能的PVA纖維不僅用于水泥制品增強，而且可用于高性能混凝土、高速公路浙青、塑料、橡膠的增強。PVA纖維的制造方法有普通濕法、干濕法、凝膠法、含硼濕法等。普通濕法及干濕法得到纖維的質量指標低，其強度3 5CN/dtex、模量60 80CN/dtex、初熔點85 90°C，由于初熔點低，纖維必須經過縮甲醛處理才能滿足應用要求，此纖維主要用于代替棉花作民用原料。隨著石油化工的崛起，80年代滌綸等合成纖維得到迅猛的發展，由于PVA纖維固有的缺陷，如染色性差、彈性低、尺寸穩定性差、挺刮性差等，使其自動退出服用領域。但該纖維耐酸堿性、耐光性、耐氣候性、耐腐蝕性極佳，只要強度、模量上有重大的突破，其在工業領域的應用會更加廣泛。作為高分子材料PVA本身是是柔性鏈聚合物線性大分子，有平面鋸齒型結構。PVA 的理論強度和理論模量為210CN/dteX和1900CN/dteX，只要紡絲方法適宜，克服纖維在初期成型過程中大分子之間氫鍵作用而發生過度的纏結現象，就可以進行高倍率拉伸，從而得到強度、模量更高的纖維。采用凝膠法、含硼濕法可以改善纖維成型初期PVA大分子纏結現象。凝膠法存在溶劑回收等困難，目前無大工業化裝置。在已有的含硼濕法工藝中，使用平均聚合度PA = 1700的PVA樹脂為原料，在配制紡絲原液時添加一定量的硼添加劑，纖維后處理總拉伸倍數達10. 0 11. 0倍，纖維強度達llCN/dtex左右、模量230 ^OCN/dtex、 初熔點100 103°C，但這樣的產品還難以滿足特殊領域的需求。
發明內容
本發明針對現有技術的不足以及應用領域的需求，旨在提供一種高強度、高模量、 高熔點PVA纖維，所要解決的技術問題是改進含硼濕法紡絲制造方法，進一步改善初生纖維的分子結構，避免纖維成型初期PVA大分子纏結，以提高PVA纖維品質。本發明所稱的高強度、高模量、高熔點PVA纖維是指強度> 13.5CN/dtex、模量彡320CN/dtex、初熔點彡108°C的PVA纖維。本高強度、高模量、高熔點PVA纖維的制造方法是含硼凝膠濕法紡絲法，包括紡絲原液的制備、過濾、脫泡、紡絲和后處理，與現有含硼濕法紡絲法的區別是紡絲原液和紡絲凝固浴不同，所述的紡絲原液的制備是選用平均聚合度1700-2000的PVA樹脂以及添加劑硼酸和硫酸銅于90-100°C的水中配制紡絲原液，紡絲原液中PVA含量15-17wt% (質量百分比，下同)、硼酸(H3BO3)含量1.2-1. 6wt%、硫酸銅(CuSO4)含量0. 05-0. Iwt% ；紡絲原液經噴絲頭噴出的初生纖維進入紡絲凝固浴(一浴)，所述的紡絲凝固浴中含氫氧化鈉 (NaOH) 15-50g/L、硫酸鈉(Na2SO4) 300_390g/L、H3B035_15g/L。一浴以后的處理同含硼濕法后處理。本方法選用聚合度> 1700的PVA為原料，在配制紡絲原液時調整了 H3BO3的含量為1. 2-1. 6wt%，同時添加了 0. 05-0. Iwt% CuSO4,使紡絲原液運動粘度由原來的4_5Pa · s 提高到6-8Pa · s ；當初生纖維在噴絲頭噴出瞬間，立即與特定的凝固浴反應產生凝膠，也就是說本凝固浴強化了初生纖維的凝膠效應，同時弱化了初生纖維的凝固作用，使纖維成型初期PVA大分子纏結現象明顯減少，而耦合幾率大大增加。纖維后處理總拉伸倍數由現有的 10. 0-11. 0 倍提高到 13. 0-14. 5 倍。本含硼凝膠濕法紡絲制造方法通過改善初生纖維的分子結構、避免纖維成型初期 PVA大分子纏結實現提高PVA纖維品質的發明目的。與已有含硼濕法紡絲法相比，本發明有益效果體現在1、本發明將PVA纖維制造單一的含硼濕法紡絲方法，延伸到含硼凝膠濕法紡絲方法，從而有效地提高了初生纖維總拉伸倍數，制得的PVA纖維強度、模量、熔點明顯優于含硼濕法紡絲方法得到的PVA纖維質量。2、利用本發明方法所生產的高強高模PVA纖維，其平均強度> 13. 5CN/dtex、模量彡320CN/dtex、初熔點彡108°C的產品。
四
圖1是本發明PVA纖維制造方法的工藝流程圖。
五具體實施例方式結合附圖，非限定實施例敘述如下本工藝流程包括紡絲原液的配制、過濾、脫泡、紡絲和后處理。所述的紡絲原液的配制即圖中投料、水洗和溶解。所述的后處理即圖中中和、濕牽伸、水洗、干燥、預熱、高倍延伸、冷卻、切斷、打包寸。所述各工序的參數設置分別為原料PVA 聚合度1700 2000、殘余醋酸根0. 2 0. 5%、水洗后醋酸鈉0. 2 0. 5% ；添加劑配制=H3BO3L2 1. 6wt%, CuSO4O. 05 0. Iwt% ；溶解溶解溫度95 100°C、溶解時間90 120分鐘、原液濃度15 17wt%、運動粘度6 8Pa. s ；脫泡脫泡溫度98 100°C、脫泡時間4 6小時；紡絲紡絲凝固浴NaOHl5 50g/l、Nei2S04300 390g/l、H3B035 15g/l、浴中負拉伸-15 -40%、紡絲空氣浴拉伸2 3倍；中和、濕牽伸中和、濕牽伸凝固浴妝2504300 390g/l、H2S045 50g/l、濕熱拉伸 2. 0 2. 8倍、濕熱拉伸80 95°C ；水洗軟水溫度30 45°C ；
4
預熱、延伸預熱溫度210 2!35°C、延伸干拉伸2. 0 4. 0倍、延伸溫度210 235 0C ；冷卻羅拉冷卻后的絲束溫度25 45°C。實施例1 原料PVA 聚合度1720、殘余醋酸根0. 21%、水洗后醋酸鈉0. 23% ；添加劑配制 H3BO3L 35%, CuSO4O. 05% ；溶解溶解溫度97°C、溶解時間110分鐘、原液濃度16.8% ； 脫泡脫泡溫度98 °C、脫泡時間4小時；紡絲紡絲凝固浴Na0H18g/l、Na2S04310g/l、 H3B035. 5g/l、浴中負拉伸-20. 8%、紡絲空氣浴拉伸2. 08倍；中和、濕牽伸中和、濕牽伸凝固浴Na2S04310g/l、H2S0412g/l、濕熱拉伸2. 3倍、濕熱拉伸85°C ；預熱、延伸預熱溫度 225°C、延伸干拉伸2. 93倍、延伸烘箱溫度212°C ；實施例IPVA纖維主要技術質量指標如下
權利要求
1.一種高強度、高模量、高熔點PVA纖維，其特征在于本PVA纖維強度> 13.5CN/ dtex、模量彡 320CN/dtex、初熔點彡 108°C。
2.一種如權利要求1所述的高強度、高模量、高熔點PVA纖維的制造方法，包括PVA紡絲原液制備、過濾、脫泡、紡絲和后處理，其特征在于所述的紡絲原液的制備是選用平均聚合度1700-2000的PVA樹脂以及添加劑硼酸和硫酸銅于90-100°C的水中配制紡絲原液，紡絲原液中PVA含量15-17wt%、硼酸含量1. 2-1. 6wt%、硫酸銅含量0. 05-0. Iwt % ；紡絲凝固浴中含氫氧化鈉15-50g/L、硫酸鈉300-390g/L、硼酸5_15g/L。
全文摘要
一種高強度、高模量、高熔點PVA纖維是由含硼凝膠濕法紡絲法制造的、強度≥13.5CN/dtex、模量≥320CN/dtex、初熔點≥108℃總拉伸倍數達13.0-14.5倍的PVA纖維。本產品性能優良，用途更加廣泛，特別適用于高端工業領域的應用。
文檔編號D01F6/50GK102337605SQ20111023817
公開日2012年2月1日 申請日期2011年8月18日 優先權日2011年8月18日
發明者馮加芳, 吳福勝, 姜家保, 季學勇, 崔明發, 李康榮, 陳思鵬, 高祖安, 黃榮海 申請人:安徽皖維高新材料股份有限公司