专利名称：一种熔纺聚乙烯醇纤维的牵伸工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种聚乙烯醇纤维的牵伸工艺，特别是涉及一种熔融纺丝的聚乙烯醇纤维的牵伸工艺，具体地说是一种三级牵伸的熔融纺丝的聚乙烯醇纤维的牵伸工艺。
背景技术：
为了改善混凝土的抗拉性能差、阻裂性能和延性差等缺点，对在混凝土中掺加合成纤维以改善混凝土性能的研究，发展得相当迅速。聚乙烯醇高强高模纤维具有强度高、热性能好，耐气候性优异和与水泥混凝土良好的相容性，增强效果明显。但是聚乙烯醇的多羟基强氢键特性使其熔点与分解温度接近，难以热塑加工，且拉伸倍数难以提高，纤维的强度和模量等性能难以保证。为了解决聚乙烯醇纺丝出现的种种问题，提高聚乙烯醇纤维的强度及模量，国内外作出了大量研究如专利CN101314871A中提及的将冻胶丝经过三级干燥后进入四级牵伸的后处理工艺，但在该工艺之前需要进行预牵伸及纤维的洗涤阶段，且需要负压真空抽提溶剂；又如专利CN1197858A采用湿热及干热牵伸，具有采用两个凝固浴形成结构均匀的初生纤维的特点，但不易得到圆形截面的初生纤维。如此，现有技术中聚乙烯醇纤维的纺丝牵伸过程存在工序复杂与高能耗等缺点。一种熔纺法高强高模聚乙烯醇纤维结构与性能的研究(李莉四川大学博士学位论文)在聚乙烯醇纤维的牵伸过程中虽然研究了水含量对聚乙烯醇纤维的结构和性能的影响，但此论文只能说明水含量从35%降到5%时纤维的取向和结晶性能的变化，而并不能得出水含量越小聚乙烯醇取向结晶结构越完善、力学性能越高的结论。实际上在对纤维的牵伸影响中水的含量存在一个最佳值。在纤维的后处理工艺中，牵伸过程中水的含量对聚乙烯醇纤维性能的影响起着至关的作用。一方面聚乙烯醇初生纤维中水的含量过多时，则会使纤维湿热牵伸过程中因水蒸发引起组分动态变化，剧烈时产生气泡，影响纤维的牵伸。另一方面在牵伸过程中，水可作为一种增塑剂，削弱聚乙烯醇分子间和分子内氢键，起润滑作用使得大分子链保持较高的舒展状态，促进纤维的牵伸。聚乙烯醇纤维含水量过低时则纤维达不到高的牵伸倍数，且相应的强度和模量也不是很高。因此控制纤维中的水含量，不仅可防止纤维在牵伸过程中产生气泡，也可通过残留在纤维中的水的增塑作用促进纤维的牵伸，获得性能优异的纤维。然而上述这些技术在聚乙烯醇纤维的纺丝后加工处理中并未对纤维的含水量加以考虑和控制。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种通过控制聚乙烯醇纤维的含水量来控制聚乙烯醇纤维纺丝的牵伸工艺的方法。该方法的关键是控制聚乙烯醇纤维的含水量与纤维的牵伸倍数之间的关系。该方法的生产工艺简单，无需其他溶剂添加剂，无需溶剂的回收与处理，对环境污染小，生产成本低。采用该方法制备的聚乙烯醇纤维具有高强度、高模量等优
3点，可广泛应用于土木工程、建筑工程及装甲防护材料等领域。为了解决上述存在的技术问题，本发明采取以下技术方案本发明提供了一种熔纺聚乙烯醇纤维的牵伸工艺，是将熔纺过程中干燥后得到的含水量为8 15%的聚乙烯醇纤维，进行三级牵伸，总牵伸倍数为5 25 :(I)第一级牵伸第一道牵伸热箱中的含湿量，也即单位质量的干空气中所含水蒸汽的质量，为3 8%，牵伸纤维时的温度控制在90 99°C。经过第一级牵伸后，聚乙烯醇纤维的含水量为5 10%，牵伸倍数为3 5 ;(2)第二级牵伸第二道牵伸热箱中的含湿量为I 3%，牵伸纤维时的温度控制在120 140°C。经过第二级牵伸后，聚乙烯醇纤维的含水量为3 6%，牵伸倍数为I. 4
2.5 ；(3)第三级牵伸在干热空气中进行牵伸，牵伸的温度控制在200 220°C，经过第三级牵伸，牵伸倍数为I. 2 2。如上所述经过三级牵伸后，聚乙烯醇纤维的总牵伸倍数为5 25，得到的聚乙烯醇纤维的断裂强度> 8cN/dtex，模量> 25GPa。如上所述的一种熔纺聚乙烯醇纤维的牵伸工艺，所述的牵伸是采用七辊牵伸机。由此在牵伸过程中可通过控制聚乙烯醇纤维中水的含量来控制聚乙烯醇纤维的牵伸工艺。有益效果本发明通过控制牵伸过程中聚乙烯醇纤维的含水量来制备高性能的聚乙烯醇纤维，具有以下优点通过控制纤维的含水量便可进行增塑实现聚乙烯醇的纺丝和高倍牵伸，无需超高分子量聚乙烯醇，不需凝固浴，无需添加其他添加剂，只需通过调控牵伸热箱中的含湿量来控制聚乙烯醇纤维中水的含量，使得聚乙烯醇纤维经过多倍牵伸以及高温紧张热定型后， 便可得到高性能的聚乙烯醇纤维，弥补现有技术及市售产品的缺陷，满足高性能纤维领域等需要，且工艺简单、经济、环保，易于实现工业化生产。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例I 将熔纺过程中干燥后含水量为8 %的聚乙烯醇纤维，进行三级牵伸。第一道牵伸热箱中的含湿量为3%，牵伸纤维时的温度控制在90°C。经过第一级牵伸后，得到聚乙烯醇纤维的含水量为5%，牵伸倍数为3 ;第二道牵伸热箱中的含湿量为1%，牵伸纤维时的温度控制在120°C。经过第二级牵伸后，得到聚乙烯醇纤维的含水量为3%，牵伸倍数为I. 4 ;最后在干热空气中进行牵伸，牵伸的温度控制在200°C，经过第三级牵伸后，牵伸倍数为I. 2。如上所述经过三级牵伸后，聚乙烯醇纤维的断裂强度为ScN/dtex，模量为25GPa。实施例2
将熔纺过程中干燥后含水量为11. 5%的聚乙烯醇纤维，进行三级牵伸。第一道牵伸热箱中的含湿量为5. 5%，牵伸纤维时的温度控制在94. 5°C。经过第一级牵伸后，得到聚乙烯醇纤维的含水量为7. 5%，牵伸倍数为4 ;第二道牵伸热箱中的含湿量为2%，牵伸纤维时的温度控制在130°C。经过第二级牵伸后，得到聚乙烯醇纤维的含水量为4. 5%，牵伸倍数为1.95 ;最后在干热空气中进行牵伸，牵伸的温度控制在210°C，经过第三级牵伸后，牵伸倍数为I. 6。如上所述经过三级牵伸后，聚乙烯醇纤维的断裂强度为llcN/dtex，模量为 28GPa。所述的牵伸是采用七辊牵伸机。实施例3将熔纺过程中干燥后含水量为15%的聚乙烯醇纤维，进行三级牵伸。第一道牵伸热箱中的含湿量为8%，牵伸纤维时的温度控制在99°C。经过第一级牵伸后，得到聚乙烯醇纤维的含水量为10%，牵伸倍数为5 ;第二道牵伸热箱中的含湿量为3%，牵伸纤维时的温度控制在140°C。经过第二级牵伸后，得到聚乙烯醇纤维的含水量为6%，牵伸倍数为2. 5 ； 最后在干热空气中进行牵伸，牵伸的温度控制在220°C，经过第三级牵伸后，牵伸倍数为2。如上所述经过三级牵伸后，聚乙烯醇纤维的断裂强度为14cN/dteX，模量为 3IGPa。实施例4将熔纺过程中干燥后含水量为9. 75%的聚乙烯醇纤维，进行三级牵伸。第一道牵伸热箱中的含湿量为4. 25%，牵伸纤维时的温度控制在92. 25°C。经过第一级牵伸后， 得到聚乙烯醇纤维的含水量为6. 25%，牵伸倍数为3.5 ;第二道牵伸热箱中的含湿量为 1.5%，牵伸纤维时的温度控制在125°C。经过第二级牵伸后，得到聚乙烯醇纤维的含水量为
3.75%，牵伸倍数为1.675 ;最后在干热空气中进行牵伸，牵伸的温度控制在205°C，经过第三级牵伸后，牵伸倍数为1.4。如上所述经过三级牵伸后，聚乙烯醇纤维的断裂强度为9.5cN/dteX，模量为
26.5GPa0所述的牵伸是采用七辊牵伸机。实施例5将熔纺过程中干燥后含水量为13. 25%的聚乙烯醇纤维，进行三级牵伸。第一道牵伸热箱中的含湿量为6. 75%，牵伸纤维时的温度控制在96. 75°C。经过第一级牵伸后， 得到聚乙烯醇纤维的含水量为8. 75%，牵伸倍数为4.5 ;第二道牵伸热箱中的含湿量为
2.5%,牵伸纤维时的温度控制在135°C。经过第二级牵伸后，得到聚乙烯醇纤维的含水量为
5.25%,牵伸倍数为2. 225 ;最后在干热空气中进行牵伸，牵伸的温度控制在215°C，经过第三级牵伸后，牵伸倍数为1.8。如上所述经过三级牵伸后，聚乙烯醇纤维的断裂强度为12.5cN/dteX，模量为 29. 5GPa0所述的牵伸是釆用七辊牵伸机。
权利要求
1.一种熔纺聚乙烯醇纤维的牵伸工艺，其特征是将熔纺过程中干燥后得到的含水量为8 15%的聚乙烯醇纤维，进行三级牵伸，总牵伸倍数为5 25 :(1)第一级牵伸第一道牵伸热箱中的含湿量为3 8%，牵伸温度控制在90 99°C， 牵伸倍数为3 5，经过第一级牵伸后，聚乙烯醇纤维的含水量为5 10% ;(2)第二级牵伸第二道牵伸热箱中的含湿量为I 3%，牵伸温度控制在120 140°C，牵伸倍数为I. 4 2. 5，经过第二级牵伸后，聚乙烯醇纤维的含水量为3 6% ;(3)第三级牵伸在干热空气中牵伸，温度控制在200 220°C，牵伸倍数为I.2 2。 经过第三级牵伸后的聚乙烯醇纤维的断裂强度> ScN/dtex，模量> 25GPa。
2.根据权利要求I所述的一种熔纺聚乙烯醇纤维的牵伸工艺，其特征在于，所述的牵伸是采用七辊牵伸机。
全文摘要
本发明涉及一种熔纺聚乙烯醇纤维的牵伸工艺，即将熔纺过程中含水量为8～15％的聚乙烯醇纤维进行三级牵伸，总牵伸倍数为5～25倍。其中，第一级和第二级牵伸是在一定温度和含湿量的牵伸热箱中进行的牵伸，第三级牵伸是在一定温度下的干热空气中进行的牵伸。经过三级牵伸聚乙烯醇纤维的断裂强度≥8cN/dtex，模量≥25GPa。本发明是通过控制聚乙烯醇纤维的含水量在一定的范围来控制聚乙烯醇纤维纺丝的牵伸工艺的方法，从而得到高性能的聚乙烯醇纤维。该方法的生产工艺简单，无需添加剂，无需溶剂的回收与处理，对环境污染小，生产成本低，可广泛应用于土木工程及装甲防护材料等领域。
文档编号D02J13/00GK102605504SQ20121007963
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月22日 优先权日2012年3月22日
发明者刘国平, 李文刚, 袁建球, 赵炯心, 龚建兴 申请人:上海罗洋新材料科技有限公司