一種高強高模聚乙烯醇纖維的熔融制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高強高模聚乙烯醇纖維的熔融制備方法，所述方法如下，將0~40份碳水化合物，0~20份多元醇酯與30~60份水混合制備復合增塑劑，以霧狀噴淋的方式將復合增塑劑加入到100份聚乙烯醇中混合溶脹，再經(jīng)單螺桿擠出機熔融擠出，得到初生纖維，初生纖維經(jīng)干燥、多級拉伸、熱定型后即可得到高強高模聚乙烯醇纖維。本發(fā)明的優(yōu)點如下，1）所制備的纖維拉伸強度≥1570MPa，彈性模量≥35.4GPa，斷裂伸長率≤6.0%；2）復合增塑劑加強了水與大分子間的相互作用，提高了紡絲穩(wěn)定性；3）增塑劑不易遷移析出，使纖維力學性能得到穩(wěn)定；4）增塑劑以霧狀噴淋的方式加入到聚乙烯醇中可以使二者均勻接觸，確保溶脹程度均一，保證成品纖維的均勻性。
【專利說明】一種高強高模聚乙烯醇纖維的熔融制備方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種聚乙烯醇纖維的制備方法，特別是一種采用熔融紡絲制備高強高 模聚乙烯醇纖維的方法。

【背景技術】
[0002] 聚乙烯醇纖維是以聚乙烯醇為原料紡絲制得的合成纖維。由于其具有良好的親 水性、粘結性、抗沖擊性以及加工過程中易于分散等優(yōu)點，所以作為增強材料廣泛應用于水 泥、石棉板材、陶瓷建材及聚合物基復合材料等方面；同時由于其良好的斷裂強度、抗沖擊 強度、耐氣候性、耐海水腐蝕性，適宜用作各種類型的漁網(wǎng)、漁具、漁線、繩纜等，在海洋捕魚 及運輸工具等方面具有良好的應用市場。
[0003] 傳統(tǒng)聚乙烯醇纖維一般采用濕法紡絲，其雙向傳質過程形成的初生纖維截面呈 腰子形，有明顯皮芯結構，最大拉伸倍數(shù)和強度均較低，且工序復雜，污染嚴重。熔融紡絲 具有工藝過程簡單、流程短、紡絲速度高的特點，且纖維成型時收縮小，截面均勻，可進行 高倍拉伸制備高強高模纖維。但由于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，現(xiàn)有技術中多用含氮化合物或多元醇對聚乙烯醇進行增塑，實現(xiàn)熔 融紡絲，如CN100339519、CN102797050A分別采用含氮化合物、酰胺類化合物作為增塑劑， CN102776598A以多元醇為增塑劑，含氮化合物和多元醇存在的共同缺點是易從纖維內部析 出，使纖維變脆力學性能下降，同時含氮化合物多為有毒物質，如果用于水產(chǎn)養(yǎng)殖等對纖維 添加物有安全要求的行業(yè)則需萃取增塑劑，從而使生產(chǎn)成本增加，限制了纖維的應用范圍。
[0004] 溶脹程度是影響聚乙烯醇熔融紡絲的另一關鍵因素，與濕法紡絲相比水作為增塑 劑而非溶劑，所以含量大幅減少，容易造成接觸不均的現(xiàn)象，同時聚乙烯醇原料多為顆粒 料，形狀不規(guī)則，粒徑不均勻，如果繼續(xù)采用簡單的混合溶脹方式很容易使溶脹程度不均 一，與液體接觸多或顆粒小的溶脹程度過大，顆粒表面表現(xiàn)出很強的粘性，使顆粒聚集成團 難以進料，與液體接觸少或顆粒大的溶脹不足，出現(xiàn)"夾生"現(xiàn)象，內部仍保持聚乙烯醇原有 特性，使熔融紡絲無法正常進行。因此，為了實現(xiàn)聚乙烯醇熔融紡絲，得到高強高模纖維，迫 切的需要一種新的技術方案解決上述技術問題。


【發(fā)明內容】

[0005] 為了解決上述存在的問題，本發(fā)明公開了一種無毒環(huán)保的復合增塑聚乙烯醇熔融 紡絲的方法。該方法實現(xiàn)了聚乙烯醇的均勻溶脹、熔融紡絲和高倍拉伸，生產(chǎn)工藝簡單，由 于所選增塑劑具有安全無毒、相容性好的特點，所以無需萃取增塑劑即可獲得力學性能優(yōu) 異、無毒環(huán)保的聚乙烯醇纖維，可廣泛應用于土建混凝土領域，尤其適用于海洋漁業(yè)、水產(chǎn) 養(yǎng)殖等對纖維添加劑有安全要求的行業(yè)。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下，一種高強高模聚乙烯醇纖維的熔融 制備方法，其特征在于，所述方法如下， a.將(Γ40份碳水化合物，(Γ20份多元醇酯與3(Γ60份水在攪拌機內混合均勻，制備復 合增塑劑； b. 將復合增塑劑與100份聚乙烯醇加入到溶脹釜內充分溶脹制備改性聚乙烯醇，溶脹 時間8-16h，溶脹溫度40-60°C ; c. 將改性聚乙烯醇經(jīng)單螺桿擠出機熔融擠出，得到初生纖維，初生纖維經(jīng)干燥、多級拉 伸、熱定型得到高強高模聚乙烯醇纖維。
[0007] 該技術方案中選擇復合增塑劑碳水化合物、多元醇酯，這些成分無毒環(huán)保，無需萃 取，不僅僅降低了生產(chǎn)成本，而且大大降低了對環(huán)境的污染，尤其適用于海洋漁業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng) 殖等對纖維添加劑有安全要求的行業(yè)。
[0008] 作為本發(fā)明的一種改進，所述多元醇酯為甘油二乙酸酯、甘油一乙酸酯、甘油乳酸 酯中的一種或者幾種組合。多元醇酯與聚乙烯醇具有良好的相容性，可以與碳水化合物、聚 乙烯醇形成分子間力，穩(wěn)定分子結構，從而得到力學性能穩(wěn)定的成品纖維。
[0009] 作為本發(fā)明的一種改進，所述碳水化合物為2, 3-二羥基丙醛、二羥基丙酮、甲 基-a-D-葡萄糖苷、蔗糖、纖維二糖、黃原膠、羥甲基纖維素鈉中的一種或者幾種組合。增 塑劑碳水化合物的加入抑制了水的蒸發(fā)，實現(xiàn)了水在聚乙烯醇中的過熱化，使其沸點增高， 沸程增寬，可避免熔紡時水劇烈蒸發(fā)產(chǎn)生氣泡，提高了紡絲穩(wěn)定性。
[0010] 作為本發(fā)明的一種改進，所述復合增塑劑與聚乙烯醇的加料方式為先將聚乙烯醇 加入到溶脹釜中，再將復合增塑劑以霧狀噴淋的方式自上而下加入，同時攪拌聚乙烯醇固 體，使二者均勻接觸，確保溶脹程度均一，保證成品纖維的均勻性。
[0011] 作為本發(fā)明的一種改進，所述單螺桿擠出機各區(qū)溫度為：進料段40 ~100°C、 壓縮段8(T16(TC、計量段14(T170°C，紡絲組件13(T160°C，噴絲板孔徑為1?3_，長徑比 1:15?30。
[0012] 作為本發(fā)明的一種改進，所述初生纖維干燥溫度為3(T80°C，時間l(T20min，初生 纖維在8(Tl60°C下進行1~3級多級拉伸，總拉伸倍數(shù)15~20倍，熱定型溫度為15(T200°C， 時間0. 5?3min。
[0013] 相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的優(yōu)點如下，1)由水、碳水化合物、多元醇酯組成的復 合增塑劑能夠與聚乙烯醇形成氫鍵，破壞聚乙烯醇分子間和鏈間氫鍵，抑制其結晶，降低 熔點，實現(xiàn)聚乙烯醇的熔融紡絲和高倍拉伸，所制備的纖維拉伸強度> 1570MPa，彈性模量 > 35. 4GPa，斷裂伸長率彡6. 0% ;2)增塑劑碳水化合物和多元醇酯與小分子水、聚乙烯醇 形成氫鍵，相互作用，使水與大分子間作用力增加，實現(xiàn)了水在聚乙烯醇中的過熱化，使其 沸點增高，沸程增寬，可避免熔紡時水劇烈蒸發(fā)產(chǎn)生氣泡，提高了紡絲穩(wěn)定性；3)增塑劑碳 水化合物和多元醇酯分子量較高，可以避免小分子增塑劑易遷移析出的缺點，同時多元醇 酯與聚乙烯醇具有良好的相容性，可以與碳水化合物、聚乙烯醇形成分子間力，穩(wěn)定分子結 構，從而得到力學性能穩(wěn)定的成品纖維；4)增塑劑以霧狀噴淋的方式加入到聚乙烯醇中可 以使二者均勻接觸，確保溶脹程度均一，保證成品纖維的均勻性；5)復合增塑劑碳水化合 物、多元醇酯無毒環(huán)保，無需萃取，降低了生產(chǎn)成本，尤其適用于海洋漁業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖等對纖 維添加劑有安全要求的行業(yè)。

【具體實施方式】
[0014] 為了加深對本發(fā)明的認識和理解，下面結合【具體實施方式】，進一步闡明本發(fā)明。
[0015] 本【技術領域】技術人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術語，包括技術術 語和科學術語具有與本發(fā)明所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。還應該理 解的是，諸如通用字典中定義的那些術語應該被理解為具有與現(xiàn)有技術的上下文中的意義 一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0016] 實施例1 : 將40份2, 3-二羥基丙醛、5份甘油二乙酸酯與40份水在攪拌機內混合均勻，制備成 復合增塑劑備用，將100份聚合度1700,醇解度99%的聚乙烯醇加入到溶脹釜內再將制備好 的復合增塑劑以霧狀噴淋的方式自上而下加入，同時攪拌聚乙烯醇固體，使二者均勻接觸， 在40°C下溶脹16h，充分溶脹的聚乙烯醇經(jīng)單螺桿擠出機熔融紡絲，進料段40-70°C、壓縮 段80-130°C、計量段140-150°C，紡絲組件130°C，噴絲板孔徑為1mm，長徑比1:15,初生纖維 在50°C的熱風烘箱中干燥12min，然后在100°C下進行一級拉伸，拉伸倍數(shù)為3倍，120°C下 進行二級拉伸，拉伸倍數(shù)為2. 5倍，130°C下進行三級拉伸，拉伸倍數(shù)為2倍，總拉伸倍數(shù)為 15倍，150°C下熱定型3min。
[0017] 實施例2: 將20份甘油一乙酸酯與50份水在攪拌機內混合均勻，制備成復合增塑劑備用，將100 份聚合度2000,醇解度88%的聚乙烯醇加入到溶脹釜內再將制備好的復合增塑劑以霧狀 噴淋的方式自上而下加入，同時攪拌聚乙烯醇固體，使二者均勻接觸，在60°C下溶脹8h，充 分溶脹的聚乙烯醇經(jīng)單螺桿擠出機熔融紡絲，進料段60-KKTC、壓縮段110-160°C、計量段 160-170°C，紡絲組件160°C，噴絲板孔徑為3mm，長徑比1:30,初生纖維在80°C的熱風烘箱 中干燥lOmin，然后在120°C下進行一級拉伸，拉伸倍數(shù)為4倍，145°C下進行二級拉伸，拉伸 倍數(shù)為2. 5倍，160°C下進行三級拉伸，拉伸倍數(shù)為2倍，總拉伸倍數(shù)為20倍，200°C下熱定 型 0. 5min。
[0018] 實施例3: 將10份二羥基丙酮、15份甲基-a -D-葡萄糖苷、5份蔗糖與30份水在攪拌機內混合 均勻，制備成復合增塑劑備用，將1〇〇份聚合度2200,醇解度99%的聚乙烯醇加入到溶脹釜 內再將制備好的復合增塑劑以霧狀噴淋的方式自上而下加入，同時攪拌聚乙烯醇固體，使 二者均勻接觸，在50°C下溶脹13h，充分溶脹的聚乙烯醇經(jīng)單螺桿擠出機熔融紡絲，進料段 40-80°C、壓縮段80-120°C、計量段130-150°C，紡絲組件135°C，噴絲板孔徑為2. 5mm，長徑 比1:25,初生纖維在30°C的熱風烘箱中干燥20min，然后在80°C下進行一級拉伸，拉伸倍 數(shù)為5倍，115°C下進行二級拉伸，拉伸倍數(shù)為2倍，130°C下進行三級拉伸，拉伸倍數(shù)為1. 8 倍，總拉伸倍數(shù)為18倍，180°C下熱定型1. 5min。
[0019] 實施例4: 將6份纖維二糖、8份黃原膠、6份羥甲基纖維素鈉、15份甘油乳酸酯與60份水在攪 拌機內混合均勻，制備成復合增塑劑備用，將100份聚合度2400,醇解度95%的聚乙烯醇加 入到溶脹釜內再將制備好的復合增塑劑以霧狀噴淋的方式自上而下加入，同時攪拌聚乙烯 醇固體，使二者均勻接觸，在55°C下溶脹10h，充分溶脹的聚乙烯醇經(jīng)單螺桿擠出機熔融紡 絲，進料段70-KKTC、壓縮段100-140°C、計量段150-170°C，紡絲組件155°C，噴絲板孔徑為 2mm，長徑比1:20,初生纖維在60°C的熱風烘箱中干燥15min，然后在110°C下進行一級拉 伸，拉伸倍數(shù)為4倍，125°C下進行二級拉伸，拉伸倍數(shù)為2倍，135°C下進行三級拉伸，拉伸 倍數(shù)為2倍，總拉伸倍數(shù)為16倍，160°C下熱定型2min。
[0020] 實施例5: 將5份甲基-a -D-葡萄糖苷、5份羥甲基纖維素鈉、9份甘油二乙酸酯、9份甘油乳酸酯 與45份水在攪拌機內混合均勻，制備成復合增塑劑備用，將100份聚合度2400,醇解度92% 的聚乙烯醇加入到溶脹釜內再將制備好的復合增塑劑以霧狀噴淋的方式自上而下加入，同 時攪拌聚乙烯醇固體，使二者均勻接觸，在45°C下溶脹14h，充分溶脹的聚乙烯醇經(jīng)單螺桿 擠出機熔融紡絲，進料段55-85°C、壓縮段90-150°C、計量段160-170°C，紡絲組件165°C，噴 絲板孔徑為1. 5mm，長徑比1:28,初生纖維在75°C的熱風烘箱中干燥15min，然后在115°C下 進行一級拉伸，拉伸倍數(shù)為5倍，130°C下進行二級拉伸，拉伸倍數(shù)為2倍，140°C下進行三級 拉伸，拉伸倍數(shù)為1. 7倍，總拉伸倍數(shù)為17倍，170°C下熱定型2min。
[0021] 對上述實施例中的纖維進行力學性能測試，為了比較纖維性能，在相同實驗條件 下對皖維集體生產(chǎn)的高強高模聚乙烯醇纖維進行相同測試作為對比例，相關數(shù)據(jù)匯于表1。 由表1可知，與現(xiàn)有的高強高模聚乙烯醇纖維生產(chǎn)方法相比，本發(fā)明生產(chǎn)的纖維具有更高 的拉伸強度、彈性模量和更低的斷裂伸長率，說明本方法更適合生產(chǎn)高強高模聚乙烯醇纖 維。
[0022] 表 1

【權利要求】
1. 一種高強高模聚乙烯醇纖維的熔融制備方法，其特征在于，包括如下步驟： a. 將碳水化合物、多元醇酯與水在攪拌機內混合均勻，制備復合增塑劑； b. 將復合增塑劑與聚乙烯醇加入到溶脹釜內充分溶脹制備改性聚乙烯醇，溶脹時間 8_16h，溶脹溫度 40-60°C ; c. 將改性聚乙烯醇經(jīng)單螺桿擠出機熔融擠出，得到初生纖維，初生纖維經(jīng)干燥、多級拉 伸、熱定型得到高強高模聚乙烯醇纖維。
2. 根據(jù)權利要求1所述的高強高模聚乙烯醇纖維的熔融制備方法，其特征在于：所述 步驟a中多元醇酯為甘油二乙酸酯、甘油一乙酸酯、甘油乳酸酯中的一種或者幾種組合。
3. 根據(jù)權利要求2所述的高強高模聚乙烯醇纖維的熔融制備方法，其特征在于：所述 步驟a中碳水化合物為2, 3-二羥基丙醛、二羥基丙酮、甲基-a -D-葡萄糖苷、蔗糖、纖維二 糖、黃原膠、羥甲基纖維素鈉中的一種或者幾種組合。
4. 根據(jù)權利要求3所述的高強高模聚乙烯醇纖維的熔融制備方法，其特征在于：步驟 a、b中各物質的加入量為，按重量計，碳水化合物(Γ40份，多元醇酯(Γ20份，水3(Γ60份， 聚乙烯醇100份。
5. 根據(jù)權利要求3或4所述的高強高模聚乙烯醇纖維的熔融制備方法，其特征在于： 所述步驟b中的加料方式為先將聚乙烯醇加入到溶脹釜中，再將復合增塑劑以霧狀噴淋的 方式自上而下加入，同時攪拌聚乙烯醇固體，使二者均勻接觸。
6. 根據(jù)權利要求5所述的高強高模聚乙烯醇纖維的熔融制備方法，其特征在于：所述 步驟c中，所述單螺桿擠出機各區(qū)溫度為：進料段40 ~100°C、壓縮段8(T16(TC、計量段 14(Tl70°C，紡絲組件13(Tl60°C，噴絲板孔徑為1?3mm，長徑比1:15?30。
7. 根據(jù)權利要求1或2或3或4所述的高強高模聚乙烯醇纖維的熔融制備方法，其特 征在于：步驟a、b中各物質的加入量為，按重量計，碳水化合物25~35份，多元醇酯1(Γ15 份，水4(Γ55份，聚乙烯醇100份。
【文檔編號】D01F1/10GK104294390SQ201410333134
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年7月14日 優(yōu)先權日:2014年7月14日
【發(fā)明者】郭子賢, 劉偉昆, 王新鵬 申請人:江蘇六甲科技有限公司