[发明专利]一种熔纺聚乙烯醇纤维的牵伸工艺

说明书

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：

(1)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℃。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1～3％，牵伸纤维时的温度控制在120～140℃。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1.4～2.5；

(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℃，经过第三级牵伸，牵伸倍数为1.2～2。

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：