一种湿法纺丝的高强粗旦聚乙烯醇纤维及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种湿法纺丝的高强粗旦聚乙烯醇纤维及其制备方法，将聚合度为3000～3500，醇解度为98～99％的聚乙烯醇溶于DMSO中，加入La

【技术实现步骤摘要】
一种湿法纺丝的高强粗旦聚乙烯醇纤维及其制备方法
本专利技术所属聚乙烯醇(PVA)纤维的
，涉及一种湿法纺丝的高强粗旦聚乙烯醇纤维及其制备方法。
技术介绍
高强度混凝土所具有的特性使其在道路桥梁、水利市政、海工装备、军工国防等领域拥有相当广阔的应用前景。然而，众所周知，普通混凝土本身有脆性开裂、韧性不足等缺点。而高强高模聚乙烯醇纤维因其强度高、模量大、粘合力强等优点，常被用于水泥基增强材料，但由于普通的高强高模聚乙烯醇纤维的纤度较低，每吨混凝土的最大纤维掺量仅为1.5公斤左右，而每吨混凝土的高强粗旦聚乙烯醇纤维的最大纤维掺量可达到20公斤左右，这样能很好地克服脆性大，韧性不足的缺点，从而能够满足高强混凝土的性能要求。目前仅熔融纺丝法可以制备出纤度较高的聚乙烯醇纤维，但也因其制备的聚乙烯醇纤维强度模量不高(断裂强度一般≤10cN/dtex，弹性模量一般≤190cN/dtex)，且因生产工艺特殊等原因难以用来工业化制备高强粗旦聚乙烯醇纤维。而普通湿法纺丝工艺中纺丝液浓度低，喷丝板孔径小，且经过凝固、萃取浴及高倍热拉伸等工艺流程使得纤维的纤度较低。在现有设备及工艺的基础上难以采用湿法纺丝制备出兼具高强和粗旦的聚乙烯醇纤维。所以，有必要研究湿法纺丝的高强粗旦聚乙烯醇纤维及其制备方法。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术中存在的问题，提供一种湿法纺丝的高强粗旦聚乙烯醇纤维及其制备方法，以粒径为20～40nm的La2O3纳米粒子做交联剂，采用聚合度为3000～3500，醇解度为98～99％的聚乙烯醇做原料进行湿法纺丝，得到的初生纤维依次经两级凝固浴和两次热拉伸后制得高强粗旦聚乙烯醇纤维；为了达到上述目的，采用的技术方案如下：一种湿法纺丝的高强粗旦聚乙烯醇纤维的制备方法，先将聚合度为3000～3500，醇解度为98～99％的聚乙烯醇溶于DMSO中，加入粒径为20～40nm的La2O3纳米粒子至聚乙烯醇完全溶解后得到高浓度纺丝液；再进行湿法纺丝，得到的初生纤维依次经过第一级凝固浴、第一次拉伸、第二级凝固浴、第一次热拉伸、萃取和第二次热拉伸后制得高强粗旦聚乙烯醇纤维；选用此种中高聚合度的聚乙烯醇纺丝是因为过高聚合度的聚乙烯醇纺丝工艺复杂，生产上比较困难，且经高倍拉伸后纤维直径变细的幅度较大，不利于制备粗旦纤维；而聚合度过低则因末端缺陷多，不利于制备高强度聚乙烯醇纤维。而高醇解度也有利于制备高强度纤维，因醇解度小会因大分子带有较大侧基而影响纤维结晶度的提高，而醇解度再高则工艺上较难实现；所述第一级凝固浴的温度为-12～-10℃；第二级凝固浴的温度为-2～0℃；第一级凝固浴和第二级凝固浴的溶剂均为甲醇或乙醇；所述高浓度纺丝液中，聚乙烯醇的质量分数为20～22wt％，La2O3纳米粒子的质量分数为0.8～1.0wt％；湿法纺丝工艺中，喷丝孔孔径为0.42～0.45mm；所述第一次拉伸的拉伸倍数为2.0～2.2倍。此时为了保持大分子链的伸展性需要施加一定的张力，由于该初生纤维较粗，需稍大一些的张力才能克服纤维的回缩，从而尽可能的保持大分子链的伸直状态，但纤维刚从低温凝固浴中出来，拉伸倍数过高容易导致脆断。作为优选的技术方案：如上所述的一种湿法纺丝的高强粗旦聚乙烯醇纤维的制备方法，所述第一级凝固浴的固化时间为2.8～3.0min；第二级凝固浴的固化时间为2.8～3.0min。因该初生纤维纤度较大，相比普通纤度的纤维短时间内较难固化彻底，所以延长固化时间能够在第一级和第二级凝固浴中起到更好的固化效果，但固化时间过长对生产效率不利。如上所述的一种湿法纺丝的高强粗旦聚乙烯醇纤维的制备方法，所述第一次热拉伸的温度为190～200℃。与普通纤度的聚乙烯醇相比，粗旦聚乙烯醇纤维纤度更大，为使纤维内外层大分子受温度及应力的作用能形成均匀的折叠链结晶，温度需略高于普通纤维，但温度过高容易导致纤维熔融，从而不利于后续拉伸倍数的提高；第二次热拉伸的温度为200～210℃，因在一定范围内，热拉伸温度越高，纤维热拉伸倍数越大，总拉伸倍数越大，粗旦纤维可以适当升高第二次的热拉伸温度，但温度过高时，纤维也会出现熔断，无法连续性拉伸。这主要是因为随着热拉伸温度的升高，聚乙烯醇纤维内大分子链的活化能增加，链段的运动加快，由于主链上单键的内旋转和链段的运动会改变大分子构象，从而使纤维大分子链在外力作用下更容易伸直取向，使纤维的热拉伸倍数增加，纤维的取向度和结晶度也随之增大，最终使纤维力学性能提高，但温度过高时，纤维容易出现局部熔解并断裂，反而会影响纤维力学性能。如上所述的一种湿法纺丝的高强粗旦聚乙烯醇纤维的制备方法，所述第一次热拉伸的拉伸倍数为2.4～2.5倍，第二次热拉伸的拉伸倍数为3.0～3.5倍。当第一次拉伸的拉伸倍数过低时，纤维的预取向度不足，晶型容易变成较难拉伸的单斜晶，从而导致第二次拉伸不匀，又因为纤维内交联点的作用，导致纤维伸长率低，高倍拉伸时则分子链容易断裂；在两次合理分配拉伸倍数的情况下，能使总拉伸倍数尽可能提高。第二次热拉伸倍数为纤维此次所能承受的最大拉伸倍数，纤维的总拉伸倍数为三次拉伸倍数的乘积。如上所述的一种湿法纺丝的高强粗旦聚乙烯醇纤维的制备方法，所述萃取的溶剂为甲醇或乙醇，温度为25～30℃，时间为23～24h(可以每隔12h左右更换一次溶剂，增加萃取的效率)，较高的温度下萃取的目的是为了最大程度地去除粗旦纤维中的溶剂，增加热拉伸倍数。如上所述的一种湿法纺丝的高强粗旦聚乙烯醇纤维的制备方法，所述湿法纺丝工艺为：喷丝孔挤出速率为4.0～4.2ml/min，纺丝温度为85～90℃。如上所述的一种湿法纺丝的高强粗旦聚乙烯醇纤维的制备方法，所述纺丝液在湿法纺丝前还在温度为78～80℃条件下脱泡处理3.0～3.5h。纺丝液如果含有气泡会导致纤维粗细不匀，影响拉伸倍数，且会对纺丝设备造成一定损坏。较高浓度纺丝液脱泡困难，需适当延长脱泡时间，待充分脱泡以后再延长时间则无意义。本专利技术还提供如上所述的一种湿法纺丝的高强粗旦聚乙烯醇纤维的制备方法制备的高强粗旦聚乙烯醇纤维，所述高强粗旦聚乙烯醇纤维的纤度为19.2～21.1dtex，断裂强度为13.1～14.6cN/dtex，弹性模量为320～339cN/dtex。本专利技术的机理是：为了采用湿法纺丝工艺制备高强粗旦聚乙烯醇纤维，本专利技术首先配制的纺丝液浓度(20～22wt％)高于一般DMSO为溶剂的湿法纺丝时的浓度(12～15wt％)，相应地，采用的喷丝孔孔径(0.42～0.45mm)也高于普通湿法纺丝时的喷丝孔孔径(0.2～0.3mm)，此种情况下满足了初生纤维具有的大直径的要求，其次，纺丝液中还加入了较高浓度的La2O3纳米粒子(0.8～1.0wt％)做交联剂，高于普纺丝时使用的交联剂量(0.5～0.8wt％)；本专利技术采用带有一定拉伸倍数的两级凝固浴对初生纤维进行固化，具体为：聚乙烯醇纺丝液由喷丝孔挤出时大分子链会受到喷丝孔剪切力的作用而趋向于伸直链状态，当直接进入到低温的第一级凝固浴时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种湿法纺丝的高强粗旦聚乙烯醇纤维的制备方法，其特征是：先将聚合度为3000～3500，醇解度为98～99％的聚乙烯醇溶于DMSO中，加入La

【技术特征摘要】
1.一种湿法纺丝的高强粗旦聚乙烯醇纤维的制备方法，其特征是：先将聚合度为3000～3500，醇解度为98～99％的聚乙烯醇溶于DMSO中，加入La2O3纳米粒子至聚乙烯醇完全溶解后得到高浓度纺丝液；再进行湿法纺丝，得到的初生纤维依次经过第一级凝固浴、第一次拉伸、第二级凝固浴，第一次热拉伸、萃取和第二次热拉伸后制得高强粗旦聚乙烯醇纤维；
所述第一级凝固浴的温度为-12～-10℃；所述第二级凝固浴的温度为-2～0℃；所述第一级凝固浴和第二级凝固浴的溶剂均为甲醇或乙醇；
所述高浓度纺丝液中，聚乙烯醇的质量分数为20～22wt％，La2O3纳米粒子的质量分数为0.8～1.0wt％；湿法纺丝工艺中，喷丝孔孔径为0.42～0.45mm；所述第一次拉伸的拉伸倍数为2.0～2.2倍。


2.根据权利要求1所述的一种湿法纺丝的高强粗旦聚乙烯醇纤维的制备方法，其特征在于，所述第一级凝固浴的固化时间为2.8～3.0min；第二级凝固浴的固化时间为2.8～3.0min。


3.根据权利要求1所述的一种湿法纺丝的高强粗旦聚乙烯醇纤维的制备方法，其特征在于，所述第一次热拉伸的温度为190～200℃，第二次热拉伸的温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹黎明，王华君，李文刚，吴迪，王艳丽，王超，孙晨凯，许永静，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31