专利名称：一种制备聚乙烯醇纤维的中心吹风冷却凝固工艺方法
技术领域：
本发明涉及一种制备聚こ烯醇纤维的中心吹风冷却凝固エ艺方法，特别是涉及ー 种制备聚こ烯醇纤维中控制聚こ烯醇含水量的中心吹风冷却凝固エ艺方法。
背景技术：
聚こ烯醇纤维价格低、密度小、粘结カ高、分散性好、易于搅拌；与其他合成纤维相比，聚こ烯醇纤维亲水性好、弹性模量高，并且具有高比表面积，与水泥混凝土相容性好，适用于混凝土中的增强材料，以改善混凝土抗拉性能差、阻裂性能差和延性差等特点，增强效果明显。冷却凝固エ艺是聚こ烯醇纺丝过程中的ー个重要环节，熔体细流从喷丝板喷出到集束前需要冷却使其凝固形成初生纤维，其目的是使熔体细流尽快均匀冷却形成稳定的初生纤维。目前，聚こ烯醇纤维的固化成形多采用凝固浴，如湿法纺丝和冻胶纺丝，但这些纺丝方法的双向传质过程使聚こ烯醇纤维结构不均匀，截面呈腰子形，有明显的皮芯结构，无法承受高倍拉伸，不能达到土建工程用的增强纤维的粗旦化标准，导致纤维在混凝土中的分散性和增强效果不佳。而且湿法纺丝大多数采用高聚合度聚こ烯醇，添加剂复杂，需要后续萃取过程,生产成本高,环境污染大。熔融纺丝可避免这些纺丝方法出现的上述种种问题，而且熔融纺丝纤维成型时收縮小，纤维截面均匀性高，可以施以高倍拉伸，从而提高纤维性能。聚こ烯醇为水溶性高分子材料，与水接触会使纤维表面溶胀发黏，对纤维的拉伸有很大影响，进而限制了其表观和使用性能，所以无法采用水冷エ艺。因此，聚こ烯醇熔融纺丝的冷却凝固是有待我们解决的问题。专利200510057435. 0 一种制备高性能聚こ烯醇纤维的方法以侧吹风的方式实现了聚こ烯醇熔融纺丝的冷却凝固エ艺，解决了聚こ烯醇初生纤维的冷却问题。但该专利没有对冷却风速、风湿和温度进行具体全面的说明，这些エ艺条件对初生纤维的纤度、強度和条干具有重大影响，而且上述エ艺没有达到控制聚こ烯醇初生纤维含水量的目的。
发明内容
本发明的目的是为了克服上面所述的技术缺陷，提供一种制备聚こ烯醇纤维的中心吹风冷却凝固エ艺方法。用该冷却エ艺既使初生纤维得到均匀冷却又有效地控制其的含水量，保证纺丝的稳定性，提高了丝束的冷却效率，进ー步改善了初生纤维纤度和强度不匀，使其达到后续加工的要求，能制得高性能聚こ烯醇粗旦纤维，可广泛应用于建筑工程混凝土领域。为了解决上面所述的技术问题，本发明采取以下技术方案本发明提供了一种制备聚こ烯醇纤维的中心吹风冷却凝固エ艺方法，聚こ烯醇熔体从喷丝板挤出，经吹风冷却形成初生纤维后集束，所述的吹风冷却采用中心吹风的方式， 所述的中心吹风即中心环形横吹风冷却，即冷却空气由位于丝束中心的吹风管垂直于丝条运行方向吹出冷却气流，由内向外对熔体细流进行冷却，ェ艺參数为风速0. 8 4m/s，风温20 25°C，湿度40 65%;所述的聚こ烯醇熔体是指以水为增塑剂的熔融聚こ烯醇；所述的聚こ烯醇聚合度为1500 2600，醇解度为88 99%。作为优选的技术方案如上所述的ー种制备聚こ烯醇纤维的中心吹风冷却凝固エ艺方法，所述的中心吹风高度为0. 3 I. 5m。如上所述的ー种制备聚こ烯醇纤维的中心吹风冷却凝固エ艺方法，所述的聚こ烯醇熔体的含水量为30 60wt%。水的加入有利于聚こ烯醇的加热熔融，提高纺丝性，同时对纤维的后拉伸也有一定的影响。如上所述的ー种制备聚こ烯醇纤维的中心吹风冷却凝固エ艺方法，所述的聚こ烯醇熔体中还包括能与聚こ烯醇中的羟基形成氢键的化合物，即含氮化合物、含羟基化合物、 含硫化合物或含羧基化合物。这些物质占聚こ烯醇熔体总质量I 20wt%，一般是小分子或低聚物增塑剂，它们是实现聚こ烯醇熔融纺丝最直接和有效的方法。如上所述的ー种制备聚こ烯醇纤维的中心吹风冷却凝固エ艺方法，所述的含氮化合物为己内酰胺、聚酰胺或水性聚氨酯；含羟基化合物为甘油、こ醇胺或分子量为200 2000的聚こニ醇；含硫化合物为こ撑硫脲；含羧基化合物为柠檬酸或酒石酸。最常用的含氮化合物是己内酰胺。己内酰胺与聚こ烯醇有互补结构，与水组成复配改性剂，可以破坏聚こ烯醇自身分子内和分子间氢键，抑制聚こ烯醇的结晶，降低其熔点，并通过聚こ烯醇与己内酰胺和水分子间的氢键，減少自由水含量，实现了水在聚こ烯醇中的过热化，在加工温度下不产生气泡，实现其熔融纺丝。高沸点甘油是最常用的多元醇类增塑剂，甘油能増加聚こ烯醇的链段活动性、减小结晶区域，从而降低熔点。但甘油的增塑效果随着甘油含量的增加而逐渐减小，直至发生相分离时增塑效果急剧减小。単一增塑剂的加入均难以实现聚こ烯醇的热塑加工，将不同增塑剂复合后加入聚こ烯醇中增塑效果更好。如上所述的ー种制备聚こ烯醇纤维的中心吹风冷却凝固エ艺方法，所述的风速为
I.7m/s，风温为22°C，湿度为55%。风速、风湿和湿度的相互配合保证了在一定的冷却范围内有效地带走丝条的热量和水分，使丝条均匀冷却，并且避免空气湍动引起的丝条振荡或飘动。如上所述的ー种制备聚こ烯醇纤维的中心吹风冷却凝固エ艺方法，所述的初生纤维含水量为15 40wt%。中心吹风エ艺去除了初生丝中的部分水分，然后送入干燥装置再次调整纤维含水量，直至达到适宜纤维拉伸的条件。中心吹风是调控纤维含水量的ー个主要エ序，大部分的水分在此过程中被空气带走。中心吹风是纺丝成形过程中从喷丝板中挤出的丝条的ー种冷却固化方法。冷却空气从分配管进入中心吹风装置，通过整流板转变为水平方向从位于丝束中心的吹风管由内向外吹向丝束，通过控制吹风的风速、风温和湿度诸条件，保持自喷丝板喷出的熔体均在恒定的环境中被冷却，确保纤维成形稳定，质量均匀。中心吹风属于强制热交換，有利于丝条均匀冷却，使丝条截面结构均匀，同时丝条散热和除水快，冷却效率高，有利于提高纺丝质量。本发明的积极效果体现在(I)采用中心吹风冷却装置，不需凝固浴，仅通过单向传质去除聚こ烯醇的增塑剂水。采用中心吹风时空气与丝成垂直方向直接吹在四周的丝条上，传热系数较高，冷却效果好，克服了空气自然冷却速度慢、效率低、后续牵伸エ艺难以进行、无法达到大型エ业生产要求的缺点，且得到的初生纤维具有良好的纤度、強度和条干不匀率进一歩降低，CV值降低到2%以下。且中心吹风装置既可以满足丝束冷却成形的エ艺要求，基本消除了侧吹风中系统冷风的紊流，为稳定纺丝成成形，減少纺丝疵点和改善初生纤维截面的均匀性创造了条件，又可以避免普通环吹装置由于穿透丝束的风在喷丝板中心形成的湍流对板面温度和丝条张カ的影响，同时缓解了常规环吹由外向里吹风引起的丝束温度梯度较大的问题。中心吹风方式有效地提高了对丝束的冷却效率。(2)优化中心吹风各项參数，对该聚こ烯醇粗旦初生纤维进行均匀冷却，使从喷丝孔喷出的高聚物熔体冷却到室温形成初生纤维，并且使初生纤维含水量得到有效控制，既满足了初生纤维高强カ对后加工高拉伸倍率的要求，提高了初生纤维的拉伸性能，又保证后加工装置的较高运转率。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
，进ー步阐述本发明。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将聚合度1700、醇解度88%的聚こ烯醇和水在搅拌作用下于密闭容器中溶胀，其中水占两者总质量的30%。充分溶胀后的聚こ烯醇用双螺杆挤出机纺丝，熔体从喷丝板喷出，经中心吹风冷却，风速0. 8m/s，风温20°C，湿度40%，中心吹风高度为0. 3m，冷却后集束，得到含水量为22%的聚こ烯醇初生纤维。实施例2将聚合度2600、醇解度99%的聚こ烯醇和水在搅拌作用下于密闭容器中溶胀，其中水占两者总质量的60%。充分溶胀后的聚こ烯醇用双螺杆挤出机纺丝，熔体从喷丝板喷出，经中心吹风冷却，风速4m/s，风温25 V，湿度65 %，中心吹风高度为I. 5m,冷却后集束， 得到含水量为30%的聚こ烯醇初生纤维。实施例3将聚合度2000、醇解度99%的聚こ烯醇和水在搅拌作用下于密闭容器中溶胀，其中水占两者总质量的45%。充分溶胀后的聚こ烯醇用双螺杆挤出机纺丝，熔体从喷丝板喷出，经中心吹风冷却，风速I. 7m/s，风温22°C，湿度55%，中心吹风高度为0. 8m，冷却后集束，得到含水量为16%的聚こ烯醇初生纤维。实施例4将聚合度2400、醇解度99%的聚こ烯醇和水在搅拌作用下于密闭容器中溶胀，其中水占两者总质量的24%。充分溶胀后的聚こ烯醇用双螺杆挤出机纺丝，熔体从喷丝板喷出，经中心吹风冷却，风速I. 8m/s，风温22°C，湿度50%，中心吹风高度为lm，冷却后集束， 得到含水量为15%的聚こ烯醇初生纤维。实施例5
将聚合度1700、醇解度99%的聚こ烯醇，己内酰胺和水在搅拌作用下于密闭容器中溶胀，其中水占三者总质量的40%，己内酰胺占三者总质量的5%。充分溶胀后的聚こ烯醇用双螺杆挤出机纺丝，熔体从喷丝板喷出，经中心吹风冷却，风速1.8!11/8，风温24で，湿度50%，中心吹风高度为lm，冷却后集束，得到含水量为18%的聚こ烯醇初生纤维。实施例6将聚合度1700、醇解度92%的聚こ烯醇，聚酰胺和水在搅拌作用下于密闭容器中溶胀，其中水占三者总质量的30%，聚酰胺占三者总质量的70ん充分溶胀后的聚こ烯醇用双螺杆挤出机纺丝，熔体从喷丝板喷出，经中心吹风冷却，风速I. 7m/s，风温22°C，湿度 55%，中心吹风高度为0. 7m，冷却后集束，得到含水量为17%的聚こ烯醇初生纤维。实施例7将聚合度2400、醇解度99%的聚こ烯醇，水性聚氨酯和水在搅拌作用下于密闭容器中溶胀，其中水占三者总质量的50%，水性聚氨酯占三者总质量的8%。充分溶胀后的聚こ烯醇用双螺杆挤出机纺丝，熔体从喷丝板喷出，经中心吹风冷却，风速I. 5m/s，风温 23°C，湿度60%，中心吹风高度为0. 5m，冷却后集束，得到含水量为23%的聚こ烯醇初生纤维。实施例8将聚合度1700、醇解度99%的聚こ烯醇，甘油和水在搅拌作用下于密闭容器中溶胀，其中水占三者总质量的45%，甘油占三者总质量的15%。充分溶胀后的聚こ烯醇用双螺杆挤出机纺丝，熔体从喷丝板喷出，经中心吹风冷却，风速I. 6m/s，风温22°C，湿度52%， 中心吹风高度为0. 8m，冷却后集束，得到含水量为18%的聚こ烯醇初生纤维。实施例9将聚合度1700、醇解度88%的聚こ烯醇，分子量为200的聚こニ醇和水在搅拌作用下于密闭容器中溶胀,其中水占三者总质量的45%，聚こニ醇占三者总质量的8%。充分溶胀后的聚こ烯醇用双螺杆挤出机纺丝，熔体从喷丝板喷出，经中心吹风冷却，风速I. Im/ S，风温24°C，湿度55%，中心吹风高度为0. 7m,冷却后集束，得到含水量为21 %的聚こ烯醇初生纤维。实施例10将聚合度2000、醇解度99%的聚こ烯醇，分子量为2000的聚こニ醇和水在搅拌作用下于密闭容器中溶胀,其中水占三者总质量的45%，聚こニ醇占三者总质量的10%。充分溶胀后的聚こ烯醇用双螺杆挤出机纺丝，熔体从喷丝板喷出，经中心吹风冷却，风速2m/ s，风温22°C，湿度62%，中心吹风高度为0. 6m,冷却后集束，得到含水量为27%的聚こ烯醇初生纤维。实施例11将聚合度1700、醇解度92%的聚こ烯醇，分子量为1000的聚こニ醇和水在搅拌作用下于密闭容器中溶胀，其中水占三者总质量的45%，聚こニ醇占三者总质量的10%。 充分溶胀后的聚こ烯醇用双螺杆挤出机纺丝，熔体从喷丝板喷出，经中心吹风冷却，风速
I.6m/s，风温22°C，湿度55%，中心吹风高度为0. 6m，冷却后集束，得到含水量为24%的聚 こ烯醇初生纤维。实施例12
将聚合度2600、醇解度99%的聚こ烯醇，こ醇胺和水在搅拌作用下于密闭容器中溶胀，其中水占三者总质量的40%，こ醇胺占三者总质量的17%。充分溶胀后的聚こ烯醇用双螺杆挤出机纺丝，熔体从喷丝板喷出，经中心吹风冷却，风速I. 7m/s，风温22°C，湿度 58%，中心吹风高度为0. 7m，冷却后集束，得到含水量为18%的聚こ烯醇初生纤维。实施例13将聚合度2400、醇解度99%的聚こ烯醇，こ撑硫脲和水在搅拌作用下于密闭容器中溶胀，其中水占三者总质量的50%，こ撑硫脲占三者总质量的5%。充分溶胀后的聚こ烯醇用双螺杆挤出机纺丝，熔体从喷丝板喷出，经中心吹风冷却，风速1.4!11/8，风温21で，湿度53%，中心吹风高度为0. 6m，冷却后集束，得到含水量为22%的聚こ烯醇初生纤维。实施例14将聚合度1700、醇解度99%的聚こ烯醇，柠檬酸和水在搅拌作用下于密闭容器中溶胀，其中水占三者总质量的55%，柠檬酸占三者总质量的3%。充分溶胀后的聚こ烯醇用双螺杆挤出机纺丝，熔体从喷丝板喷出，经中心吹风冷却，风速I. 9m/s，风温19°C，湿度 45%，中心吹风高度为0. 5m，冷却后集束，得到含水量为28%的聚こ烯醇初生纤维。实施例15将聚合度2000、醇解度99%的聚こ烯醇，酒石酸和水在搅拌作用下于密闭容器中溶胀，其中水占三者总质量的50%，酒石酸占三者总质量的6%。充分溶胀后的聚こ烯醇用双螺杆挤出机纺丝，熔体从喷丝板喷出，经中心吹风冷却，风速I. 5m/s，风温24°C，湿度 50%，中心吹风高度为0. 6m，冷却后集束，得到含水量为24%的聚こ烯醇初生纤维。
权利要求
1.一种制备聚こ烯醇纤维的中心吹风冷却凝固エ艺方法，聚こ烯醇熔体从喷丝板挤出，经中心风冷却形成初生纤维后集束，其特征是所述的吹风冷却采用中心吹风的方式， 所述的中心吹风即中心环形横吹风冷却，即冷却空气由位于丝束中心的吹风管垂直于丝条运行方向吹出冷却气流，由内向外对熔体细流进行冷却，エ艺參数为风速0. 8 4m/s，风温20 25°C，湿度40 65%;所述的聚こ烯醇熔体是指以水为增塑剂的熔融聚こ烯醇；所述的聚こ烯醇聚合度为1500 2600，醇解度为88 99%。
2.根据权利要求I所述的ー种制备聚こ烯醇纤维的中心吹风冷却凝固エ艺方法，其特征在于，所述的中心吹风高度为0. 3 I. 5m。
3.根据权利要求I所述的ー种制备聚こ烯醇纤维的中心吹风冷却凝固エ艺方法，其特征在于，所述的聚こ烯醇熔体的含水量为30 60wt%。
4.根据权利要求I或3所述的ー种制备聚こ烯醇纤维的中心吹风冷却凝固エ艺方法， 其特征在于，所述的聚こ烯醇熔体中还包括占聚こ烯醇熔体总质量I 20wt%的能与聚こ 烯醇中的羟基形成氢键的化合物。
5.根据权利要求4所述的ー种制备聚こ烯醇纤维的中心吹风冷却凝固エ艺方法，其特征在于，所述的能与聚こ烯醇中的羟基形成氢键的化合物为含氮化合物、含羟基化合物、含硫化合物或含羧基化合物。
6.根据权利要求5所述的ー种制备聚こ烯醇纤维的中心吹风冷却凝固エ艺方法，其特征在于，所述的含氮化合物为己内酰胺、聚酰胺或水性聚氨酯；含羟基化合物为甘油、こ醇胺或分子量为200 2000的聚こニ醇；含硫化合物为こ撑硫脲；含羧基化合物为柠檬酸或酒石酸。
7.根据权利要求I所述的ー种制备聚こ烯醇纤维的中心吹风冷却凝固エ艺方法，其特征在于，所述的风速为1.7m/s。
8.根据权利要求I所述的ー种制备聚こ烯醇纤维的中心吹风冷却凝固エ艺方法，其特征在于，所述的风温为22°C。
9.根据权利要求I所述的ー种制备聚こ烯醇纤维的中心吹风冷却凝固エ艺方法，其特征在于，所述的冷却空气湿度为55%。
10.根据权利要求I所述的ー种制备聚こ烯醇纤维的中心吹风冷却凝固エ艺方法，其特征在于，所述的初生纤维含水量为15 40Wt%。
全文摘要
本发明涉及一种制备聚乙烯醇纤维的中心吹风冷却凝固工艺方法，该方法采用了中心吹风冷却工艺对熔融纺丝中从喷丝板挤出的聚乙烯醇熔体进行冷却，通过控制中心吹风各项工艺参数，中心吹风风速为0.8～4m/s，风温为20～25℃，湿度为40～65％，中心吹风高度为0.3～1.5m，可以有效地提高丝束的冷却效率，使纺出的初生丝得到均匀冷却，提高纺丝成形的稳定性，减少纺丝疵点和改善初生纤维截面的均匀性，并能较好地控制初生纤维的含水量，利于实现高倍拉伸，从而制造出一种强度均匀、纤度均匀模量高的高性能聚乙烯醇纤维，适于用作混凝土中的增强材料。
文档编号D01D5/088GK102605445SQ201210079618
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