一種耐腐蝕高韌性高強(qiáng)度復(fù)合纖維及其生產(chǎn)工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于復(fù)合纖維及其制備領(lǐng)域，尤其涉及一種耐腐蝕高韌性高強(qiáng)度復(fù)合纖維及其生產(chǎn)工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]聚四氟乙烯(PTFE)具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性，是當(dāng)今世界上耐腐蝕性能最佳材料之一，除熔融堿金屬、三氟化氯、五氟化氯和液氟外，能耐其它一切化學(xué)藥品，在王水中煮沸也不起變化，廣泛應(yīng)用于各種需要抗酸堿和有機(jī)溶劑的場合。同時(shí)，其柔順的長鏈結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)異的柔韌性。摩擦系數(shù)極低，使其具有優(yōu)異的自潤滑性能。另外，其還有優(yōu)良的密封性、電絕緣性和良好的抗老化能力，能在-190?至+250°C的溫度下長期工作，能夠承受驟冷驟熱。通常PTFE纖維可以制作成高耐腐蝕空氣過濾材料用于垃圾焚燒電廠的過濾除塵系統(tǒng)中。但是氟樹脂材料較軟，強(qiáng)度低，而且和其它材料的相容性比較差。PTFE的纖維制備過程極為繁瑣，通常需要將PTFE材料熔融擠壓成薄膜，再將薄膜進(jìn)行切割、拉伸等等工藝才能制備出來PTFE纖維。這種工藝產(chǎn)品成品率低，成本很高。
[0003]以玄武巖纖維、玻璃纖維、碳纖維、陶瓷纖維、金屬纖維等為代表的無機(jī)纖維通常具有很好的強(qiáng)度和耐高溫性能。但是纖維的脆性較大，后道加工(如加捻、紡絲、織布)性能不太好，耐腐蝕性和PTFE等含氟樹脂相比還有很大差距。其中玄武巖纖維是一種新出現(xiàn)的新型無機(jī)環(huán)保綠色高性能纖維材料。其連續(xù)纖維不僅穩(wěn)定性好，而且還具有電絕緣性、抗燃燒、耐高溫(可長期在760°C溫度環(huán)境下使用)等多種優(yōu)異性能。此外，玄武巖纖維的生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的廢棄物少，對環(huán)境污染小，產(chǎn)品廢棄后可直接轉(zhuǎn)入生態(tài)環(huán)境中，無任何危害，因而是一種名副其實(shí)的綠色、環(huán)保材料。我國已把玄武巖纖維列為我國重點(diǎn)發(fā)展的四大纖維。
[0004]將含氟樹脂與無機(jī)纖維兩者結(jié)合制成復(fù)合纖維材料，以高強(qiáng)度、高耐熱的無機(jī)纖維為芯材，外面包裹一層致密的高耐腐蝕、高韌性的含氟樹脂，這樣既可以提高PTFE的耐高溫性與機(jī)械強(qiáng)度，又可以改善玄武巖纖維的柔韌性與耐腐蝕性能。
[0005]通常，制作其復(fù)合纖維材料的方法是在室溫下用PTFE的分散液浸漬玄武巖纖維成品，然后烘干、熱定型以除去浸潤劑中多余的水分與揮發(fā)性成分，熱定型的溫度未達(dá)到PTFE 的熔融溫度，這種方法在 CN 101856577 AXN 101947401 AXN 103921503 A 可見。該方法有兩個(gè)缺點(diǎn):(I)由于PTFE分散液的實(shí)質(zhì)是PTFE樹脂微粒在水中的穩(wěn)定懸浮液，且只有當(dāng)溫度達(dá)到PTFE的熔融溫度時(shí)微粒之間才能相互粘接，否則其微粒之間始終處于相互獨(dú)立、分散的狀態(tài)，那么，該方法不能使PTFE在纖維制品表面形成連續(xù)完整的層狀結(jié)構(gòu)，纖維表面仍有較多位置處于暴露狀態(tài)而未被PTFE包覆。PTFE這樣的分布結(jié)構(gòu)對玄武巖纖維的柔韌性與耐腐蝕性能不可能起到明顯的改善作用，因?yàn)檎蹞p或腐蝕會(huì)從暴露的纖維處優(yōu)先發(fā)生；(2)該方法是用PTFE分散液處理纖維制品而非纖維原絲，而纖維制品的表面已經(jīng)涂有一層樹脂浸潤劑，由于PTFE的表面能極低，與其它樹脂的粘接力較低，而PTFE自身又沒有形成連續(xù)相，因此，在受到外力作用時(shí)，PTFE微粒很容易從纖維表面脫落。
[0006]另有一種工藝方法，在CN 101869789 A、CN 102527157 A、CN 103987449 A 可見。該方法在前一種工藝的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步用330°C以上的高溫對PTFE進(jìn)行烘焙、燒結(jié)，使PTFE熔融以后在纖維表面結(jié)膜。但是該方法同樣存在兩個(gè)缺點(diǎn):(I)其基本上可以使PTFE在纖維表面形成完整包覆的涂層，但是由于纖維制品在高溫下各處的實(shí)際溫度不一致，同時(shí)由于重力作用，使得處于熔融狀態(tài)的PTFE在纖維表面形成的涂層必然出現(xiàn)厚薄均勻的現(xiàn)象，該現(xiàn)象雖然不影響復(fù)合纖維的耐堿性，但是會(huì)使復(fù)合纖維材料各處的力學(xué)性能不均一，存在各向異性而容易產(chǎn)生局部應(yīng)力，同時(shí)也造成PTFE原料有效利用率較低；(2)在生產(chǎn)過程中，額外的烘焙、燒結(jié)工藝會(huì)產(chǎn)生較高的能耗，也不可避免的延長了生產(chǎn)周期:(3)長時(shí)間過高溫度處理還會(huì)造成無機(jī)纖維本體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而造成纖維力學(xué)性能的變化。對于耐高溫性能不太好的纖維，比如玻璃纖維等，會(huì)造成纖維強(qiáng)度的大幅度降低。
[0007]所有這些方法都有一個(gè)共同的問題是纖維已經(jīng)成束、成型后再進(jìn)行表面處理。成膜材料很難滲透纖維束縫隙中最每一根纖維單絲進(jìn)行表面處理。因而不可能在所有纖維單絲表面形成致密的保護(hù)層。這樣在高腐蝕的環(huán)境中，腐蝕首先發(fā)生在這些沒有保護(hù)的脆弱之處而造成材料的破壞、解體。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種耐腐蝕、高韌性、高強(qiáng)度的復(fù)合纖維及其生產(chǎn)工藝，該復(fù)合纖維不僅具有韌性好，強(qiáng)度高，而且耐高溫、耐腐蝕，而且用本發(fā)明方法生產(chǎn)的復(fù)合纖維皮層對芯層包覆嚴(yán)密、均勻、不易脫落，而且較烘焙燒結(jié)工藝降低了能耗，縮短了生產(chǎn)周期，成本降低，更適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0009]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:
[0010]一種耐腐蝕高韌性高強(qiáng)度復(fù)合纖維，所述復(fù)合纖維以無機(jī)纖維原絲為芯層，以包覆于芯層外的復(fù)合氟樹脂為皮層。
[0011]進(jìn)一步，所述無機(jī)纖維包括巖棉、玄武巖纖維、玻璃纖維、碳纖維、陶瓷纖維、金屬纖維中的一種或多種。
[0012]進(jìn)一步，所述復(fù)合氟樹脂包括聚四氟乙烯，還包括乙烯-三氟氯乙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚全氟乙丙烯、氟乙烯-乙烯基醚共聚物、六氟丙烯、聚三氟氯乙烯、聚全氟烷氧基乙醚、聚偏氟乙烯、聚氟乙烯中的一種或多種。
[0013]進(jìn)一步，所述皮層組分還包括抗靜電劑，所述抗靜電劑包括胺鹽類、季銨鹽類、磷酸酯或磷酸鹽類、硫酸酯或硫酸鹽類、磺酸鹽類中的一種或多種。
[0014]一種耐腐蝕高韌性高強(qiáng)度復(fù)合纖維的生產(chǎn)工藝，包括以下步驟:
[0015]步驟一，將無機(jī)纖維原料加入熔爐，進(jìn)行熔融混合，熔融狀態(tài)的纖維原料從漏板處流出爐體，通過拉絲機(jī)的牽引作用，融料被分散成許多根纖維單絲；
[0016]步驟二，讓纖維通過裝有預(yù)先配制的耐腐蝕的纖維浸潤劑的涂覆裝置，讓纖維表面覆蓋一層耐腐蝕的纖維浸潤劑，再將分散的纖維單絲收絲使之集合成一束；
[0017]步驟三，接著把纖維束牽引纏繞在收絲輥上，經(jīng)過排線器有規(guī)律地盤繞在收絲筒上;
[0018]步驟四，當(dāng)收集滿一筒纖維以后，將收絲筒從收絲輥上取下，轉(zhuǎn)移到烘箱中烘干除水，使纖維表面的耐腐蝕的纖維浸潤劑完全干燥、成膜并固化成型。
[0019]進(jìn)一步，所述熔融狀態(tài)的纖維原料從漏板處流出爐體時(shí)設(shè)置拉絲口的溫度高于無機(jī)纖維熔體的最高析晶溫度。
[0020]更進(jìn)一步，所述熔融狀態(tài)的纖維原料從漏板處流出爐體時(shí)設(shè)置拉絲口的溫度較無機(jī)纖維熔體的最高析晶溫度大于等于20°C。
[0021]進(jìn)一步，所述無機(jī)纖維包括巖棉、玄武巖纖維、玻璃纖維、碳纖維、陶瓷纖維、金屬纖維中的一種或多種。
[0022]進(jìn)一步，所述耐腐蝕的浸潤劑包括I?95重量份的氟樹脂聚四氟乙烯，I?20份的氟樹脂乙烯-三氟氯乙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚全氟乙丙烯、氟乙烯-乙烯基醚共聚物、六氟丙烯、聚三氟氯乙烯、聚全氟烷氧基乙醚、聚偏氟乙烯、聚氟乙烯中的一種或多種，和0