实践与经验 合成纤维工业，ＣＨＩＮＡ ＳＹＮＴＨＥＴＩＣ ＦＩＢ２Ｅ０Ｒ１０ Ｉ，３Ｎ３Ｄ（Ｕ５Ｓ）Ｔ：Ｒ５Ｙ４ 高强高模聚乙烯醇纤维的生产工艺初探 吴建亭 （福建纺织化纤集团有限公司，福建永安摘３６６０１６） 要：采用凝胶纺丝，添加硼酸和助剂生产高强高模聚乙烯醇（ＰＶＡ）纤维，探讨了其生产工艺。结果表 明：控制纺丝原液ＰＶＡ质量分数１６％，添加硼酸质量分数１．Ｏ％～１．１％；采用Ｎａ２ＳＯ４／ＮａＯＨ凝固浴体系， 其中Ｎ％ＳＯ４质量浓度为３００ ｓ／Ｌ，ＮａＯＨ质量浓度为８０～１００ ｇ／Ｌ，凝固浴温度４５℃，凝固时间２５ Ｓ；选择４ 段拉伸，湿热拉伸倍数为６，总拉伸倍数为１４；生产稳定，得到的高强高模ＰＶＡ纤维断裂强度达１５ ｃＮ／ｄｔｅｘ， 模量达３２０ ｃＮ／ｄｔｅｘ。 关键词：聚乙烯醇纤维高强高模纤维硼酸热拉伸 中图分类号：ＴＱ３４２．４１ 文献识别码：Ｂ 文章编号：１００１．００４１（２０１０）０５—００５４—０２ １试验 １．１原料 电子显微镜观察纤维形貌。 纤维力学性能：采用江苏太仓纺织仪器厂 ＹＧ００１Ａ纤维电子强力仪测试。 ２结果与讨论 ２．１ ＰＶＡ浓度 聚乙烯醇（ＰＶＡ）：聚合度１ ９２０～１ ９８０，醇解 度９９％，福建纺织化纤集团有限公司产；硼酸：纯 度９８％以上，市售；芒硝（Ｎａ，ＳＯ ）、ＮａＯＨ：市售。 １．２纺丝原液的制备 ＰＶＡ经过２８—３２℃水洗涤去除低分子聚合 物后，进人溶解机，在６５～８５℃的水中溶解，同时 从表１可以看出，纺丝原液中ＰＶＡ浓度较高 时，形成的初生纤维结构在显微镜下观察比较均 匀，纤维的断裂强度也比较高；但ＰＶＡ质量分数 低于１４％时，凝固的速度缓慢，在凝固浴中波浪 丝现象较为严重，初生纤维结构在显微镜下观察 较松散，单丝的断裂强度较低。经多次试验得出 加入硼酸和其他助剂，形成暂时交联凝胶结构，减 少高分子的缠结；控制纺丝原液ｐＨ值为４．１— ４．８，原液ＰＶＡ质量分数控制在１５％～１６％，搅拌 均匀后，加压过滤，进入脱泡桶静置脱泡，并用 ９９℃的保温水保温，确保原液温度在９７℃左右， 防止冻胶。 １．３凝胶纺丝制备高强高模ＰＶＡ纤维 配制好的纺丝原液经二道过滤，再加压送往 纺丝机台，由孔径０．１１ ｍｍ、１．３×１０ 孔的喷丝板 纺丝进入Ｎａ Ｓ０ 的饱和溶液中进行凝固成形，经 原液中ＰＶＡ质量分数为１６％时，凝固正常，纤维 结构均匀，在显微镜下观察纤维截面均为圆形，成 品纤维断裂强度较高。 表１ ＰＶＡ浓度对纤维力学性能的影响 Ｔａｂ．１ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ＰＶＡ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｉｂｅｒ ｆ第一道湿热拉伸后进行中和处理，初生纤维经上 油后进入热箱烘仓，经过４次干热拉伸，然后缠绕 过水冷却辊冷却定型，最后卷装成形。其生产工 艺流程如图１所示。 一 一 查 一 塑 一 一ｌ 垫 ｌ— ｌ热拉伸『一Ｉ上油Ｉ—ｌ干热拉伸｝一ｌ负拉伸ｌ—Ｉ冷却定型ｌ一 ２．２硼酸添加量 医 由表２可知，添加的硼酸质量分数为１．０％～ 图１高强高模ＰＶＡ纤维生产工艺流程 Ｆｉｇ．１ Ｆｌｏｗ ｃｈａｒｔ ｏｆ ｈｉｇｈ—ｔｅｎａｃｉｔｙ ｈｉｇｈ－ｍｏｄｕｌｕｓ ＰＶＡ ｆｉｂｅｒ １．１％时，纺丝及拉伸正常，纤维断裂强度达１５ 收稿日期：２００９－１２－１４；修改稿收到日期：２０１０—０８—１０。 １．４测试 作者简介：吴建亭（１９６８一），男，工程师。从事合成纤维工 艺技术管理工作。ｗｊ￣８１２１７＠１６３．ｃｏｍ 纤维形貌：采用日本日立公司Ｓ－４５０型扫描 第５期 吴建亭．高强高模聚乙烯醇纤维的生产工艺初探 ５５ ｃＮ／ｄｔｅｘ，但继续增大硼酸添加量，拉伸困难。 表２硼酸添加量对纤维力学性能的影响 Ｔａｂ．２ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｂｏｒｉｃ ａｃｉｄ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｆｉｂｅｒ ２．３凝固浴的组成 由表３可知，凝固浴中随ＮａＯＨ浓度的增加， 总拉伸倍数大幅度提高，纤维中大分子的结晶和 取向明显改观，纤维的断裂强度在１５ ｃＮ／ｄｔｅｘ左 右。试验表明：凝固浴中Ｎａ ＳＯ 质量浓度为３００ ｇ／Ｌ、ＮａＯＨ质量浓度为８０～１００ ｇｅＬ时，凝固速度 适中，凝固效果较好。当ＮａＯＨ浓度为１００ ｇ／Ｌ 以上时，抑制了Ｎａ：ｓＯ 的脱水作用，凝固效果明 显减慢，在喷丝板上出现原液颗粒，丝束上也出现 一 小颗粒。 表３凝固浴的组成对纤维力学性能的影响 Ｔａｂ．３ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎ ｂａｔｈ ｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｉｆｂｅｒ ２．４凝固浴温度和凝固时间 凝固浴温度的高低直接影响纤维的结晶性 能。较低的凝固浴温度可降低溶剂和凝固剂之间 的扩散速度，从而可以制得具有均匀微观网络结 构的初生纤维。试验表明，选择凝固浴温度 （４５±２）ｏＣ，纤维凝固性好，结构紧密，纤维断裂 强度较高。 凝固时间在湿法纺丝中非常重要，也能反映 出纤维皮层和芯层的差异。凝固速度过快，凝固 时间小于１０ Ｓ，纤维断面皮芯结构明显，皮层致 密，芯层疏松，造成纤维结构不均匀，影响纤维强 度。凝固速度太慢，凝固时间超过３０ Ｓ，因不能及 时脱水，凝固浴中飘丝严重，有时也出现喷丝板表 面形成原液块。试验表明：凝固时间在２５ Ｓ左 右，凝固浴设计长度为２．８ ｍ时，在显微镜下观察 纤维截面发现皮层和芯层差异不明显，且截面收 缩为圆形，具备了高强度高模量ＰＶＡ纤维的 条件。 ２．５湿热处理与干热处理 湿热处理与干热处理主要是通过多次拉伸使 ＰＶＡ大分子取向，达到提高纤维力学性能的目 的。纤维拉伸分４段进行，第一段拉伸是在纤维 出凝固浴后室温下进行；第二段拉伸在纤维经过 硫酸中和、解交联后６０ ｑＣ的Ｎａ ＳＯ 饱和溶液中 进行；第三段和第四段拉伸是在热箱烘仓内进行 干热拉伸。试验发现：湿热拉伸倍数（即第一、第 二段拉伸倍数的积）小于５．０时，干热拉伸时纤 维一拉就断，即使降低干热拉伸速度和提燥 温度，还是频繁断头，生产出的纤维强度低；提高 湿热拉伸倍数（湿热拉伸倍数控制为６倍）后，发 现总拉伸倍数（４段拉伸倍数的积）达到１４左右， 拉伸稳定，生产的纤维断裂强度达到１５ ｃＮ／ｄｔｅｘ。 表４拉伸倍数对纤维断裂强度的影响 Ｔａｂ．４ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｄｒａｗ ｒａｔｉｏ ｏｎ ｂｒｅａｋｉｎｇ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｉｆｂｅｒ ２ ２ ２ ３ ３ ０ 断裂强度／ ０ １段２段垫 堡墼 ０ ５ ５３段拉伸 线密度／ ２ ２４段 ２ （ｃＮ・ｄｔ２ ３ ｅｘ ） 现象ｄｔｅｘ ２．０ ５ Ｏ ５ ２．０ ５ Ｏ １３ 拉伸困难 ２．５ ２．０ ２．０ １３ 拉伸困难 ２．８ ２．０ １．５ １６ 断头频繁 ２．４ ２．０ ２．０ ｌ５ 拉伸较好 ２．２ ２．０ １．５ １５ 拉伸稳定 ２．０ ２．６上油 采取两次上油，第一次上油是在纤维湿热拉 伸完以后，使纤维表面形成一层油保护膜，保证纤 维在干燥时不粘连。由于第一次上油后，经干燥 热处理，部分油剂挥发了，在第二次干热拉伸时， 静电较大，丝束分散，不能拉伸。因此在第二次干 热拉伸前，还需要上油。两次上油后，由于高温挥 发，丝束的含油率控制在１．０％左右。 ３结论 ａ．通过添加硼酸和助剂，采用交联湿法纺丝 和多次拉伸工艺可以生产出断裂强度为１５ ｃＮ／ ｄｔｅｘ、模量为３２０ ｃＮ／ｄｔｅｘ的高强高模ＰＶＡ纤维。 较佳生产工艺为：纺丝原液ＰＶＡ质量分数１６％， 硼酸质量分数１．０％一１．１％；凝固浴采用 Ｎａ ＳＯ ／ＮａＯＨ体系，其中为Ｎａ：ＳＯ 质量浓度为 ３００ ｇ／Ｌ，ＮａＯＨ质量浓度为８０～１００ ｇ／Ｌ；凝固浴 温度４５℃，凝固时间控制在２５ Ｓ；采取４段拉伸， １～４段拉伸倍数分别为２．０，３．０，３．０，１．５。 ｂ．采用两次上油，成品纤维含油率可控制在 １．０％左右。 （下转第５９页） 第５期 郭茶秀等．基于Ａｓｐｅｎ ｐｌｕｓ的己内酰胺聚合过程模拟 ５９ ４结论 团酸调节剂下影响因素研究［Ｊ］．高分子材料与工程， ２０００，ｌ６（５）：１３—１７． ａ．增加引发剂水可以缩短聚合反应时间，但 是会降低聚合物 以及增加Ｅ 含量，因此在实 谢建军，黄南熏，唐志廉．己内酰胺水解聚合过程数学模型 化与优化研究进展［Ｊ］．合成纤维工业，１９９５，２１（５）：３１— ３２． 际生产中要根据不同产量调整其比例。 ｂ．一般后段温度波动对产品影响较大，特别 是温度升高会降低 避免。 Ｋｏｈｌｉ Ｎ Ｋ，Ｓａｒｅｅｎ Ｒ，Ｇｕｐｔａ Ｓ Ｋ．Ｄｙｎａｍｉｃ ｏｐｔｉｎｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａｎ ｄｓｔｒｉａｌ ｓｅｍｉｂａｔｈ ｎｙｌｏｎ ６ ｒｅａｃｔｏｒ ｗｉｔｈ ｅｎｄ－ｐｏｉｎｔ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ ｓｔｏｐ— ，增加Ｅ 含量，应尽量 ｐｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｊ Ａｐｐｌ Ｐｏｌｙｍ Ｓｃｉ，１９９６，１６２：１２１９— １２３０． ｃ．在保证产量前提下，采用较低的前段温 度，减少能源消耗，同时可减少后段的冷却负荷。 ｄ．在产量一定时，为提高产品质量，降低后 Ｔｈｅ Ａｓｐｅｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ．Ａｓｐｅｎ Ｐｌｕｓ １２．１：Ｇｅｔｔｉｎｇ Ｓｔａｒｔｅｄ Ｕｓｉｎｇ Ｅｑｕａｔｉｏｎ Ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ［ＥＢ／ＯＬ］．（２００７—１０－０５）． ｈｔｔｐ：／／ＷＷＷ．ａｓｐｅｎｔｅｃｈ．ｅｏｍ． 段温度，可以将Ｅ 降至８％以下。 参］北京合成纤维实验厂．锦纶生产［Ｍ］．北京：石油化学工业 出版社，１９７６：２５—２６． 考１Ｊ文 献 ］ ］ ］ Ａｓｐｅｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ａｓｐｅｎ ｐｌｕｓ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ ［１］ 谢建军．己内酰胺水解聚合过程的计算机模拟——单官能 ｍｏｄｅｌｓ［Ｍ］．ＵＳＡ：Ａｓｐｅｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０００：３１—４０． Ａ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｐｒｏｌａｃｔａｍ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ Ｇｕｏ Ｃｈａｘｉｕ，Ｌｉｕ Ｌｉａｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５０００１） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｃａｐｒｏｌａｃｔａｍ ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ Ａｓｐｅｎ ｐｌｕｓ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｏｆｔ— ｗａｒｅ．Ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｍａｓｓ ｏｆ ｐｏｌｙｍｅｒｓ ａｎｄ ｅｘｔｒａｃｔａｂｌｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｗｉｔｈ ｉｎｉｔｉａｔｏｒ ａｍｏｕｎｔ，ｆｅｅｄｉｎｇ ｒａｔｅ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｓｔａｇｅｓ ｗｅｒｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｉｎｉｔｉａｔｏｒ ａｍｏｕｎｔ ｃｏｕｌｄ ｓｈｏｒｔｅｎ ｔｈｅ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ，ｂｕｔ ｉｍｐａｃｔ ｔｈｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ｑｕａｌｉｔｙ．Ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｔｏｒ ａｍｏｕｎｔ ｓｈｏｕｌｄ ｒａｔｉｏｎａｌｌｙ ｂｅ ０．０１３％．Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｍａｓｓ ｏｆ ｐｏｌｙｍｅｒｓ ｗａｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｔｏ ａ ｄｅｇｒｅｅ ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｖａｌｕｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｘｔｒａｃｔａｂｌｅｓ ｃｏｎｔｅｎｔ ｗａｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｔｏ ａ ｄｅｇｒｅｅ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｖａｌｕｅ ａｓ ｔｈｅ ｆｅｅｄｉｎｇ ｒａｔｅ ｗａｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ．Ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ Ｃａｎ ｂｅ ｒｅｄｕｃｅｄ ｂｙ ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｅａｒｌｙ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｓｔａｇｅ．ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｓｓ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｔｒａｃｔａｂｌｅｓ ｃａｎ ｂｅ ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ ８％ｂｙ ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｌａｔｅｒ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｓｔａｇｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ａｓｐｅｎ ｐｌｕｓ ｓｏｆｔｗａｒｅ；ｃａｐｒｏｌａｃｔａｍ；ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ；ｐｒｏｃｅｓｓ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ （上接第５５页） Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｔｅｎａｃｉｔｙ ｈｉｇｈ－ｍｏｄｕｌｕｓ ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ ｆｉｂｅｒ ＷＵ Ｊｉａｎｔｉｎｇ （Ｆｕｊｉａｎ Ｔｅｘｔｉｌｅ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｙｏｎｇａｎ ３６６０１６） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｈｉｇｈ—ｔｅｎａｃｉｔｙ ｈｉｇｈ—ｍｏｄｕｌｕｓ ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ（ＰＶＡ）ｆｉｂｅｒ ｗａｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｉｎ ｐｒｅｓｅｎｃｅ ｏｆ ｂｏｉｒｃ ａｃｉｄ ａｎｄ ｓｐｅｃｉｉｆｃ ａｄ— ｄｉｔｉｖｅｓ ｂｙ ｇｅｌ ｓｐｉｎｎｉｎｇ．Ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗａｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｈｉｇｈ—ｔｅｎａｃｉｔｙ ｈｉｇｈ－ｍｏｄｕｌｕｓ ＰＶＡ ｆｉｂｅｒ ｃａｎ ｂｅ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｓｔｅａｄｉｌｙ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｂｒｅａｋｉｎｇ ｓｔｒｅｎｇｔｈ １５ ｃＮ／ｄｔｅｘ ａｎｄ ｍｏｄｕｌｕｓ ３２０ ｃＮ／ｄｔｅｘ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｅｄ：１６％ ＰＶＡ ａｎｄ １．０％一１．１％ｂｏｒｉｃ ａｃｉｄ ｉｎ ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｄｏｐｅ ｂｙ ｍａｓｓ ｆｒａｃｔｉｏｎＮａ２ ＳＯ４／ＮａＯＨ ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎ ｂａｔｈ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ３００ ｇ／Ｌ ，Ｎ％ＳＯ４ ａｎｄ ８０—１００ Ｌ ＮａＯＨ，ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎ ｂａｔｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ４５℃，ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ２５ ｓ，ｆｏｕｒ—ｓｔａｇｅ ｄｒａｗｉｎｇ ａｔ ｗｅｔ ｈｅａｔ ｄｒａｗｉｎｇ ｒａｔｉｏ ｏｆ ６ ａｎｄ ｔｏｔａｌ ｄｒａｗ ｒａｔｉｏ ｏｆ １４． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ ｆｉｂｅｒ；ｈｉｇｈ．ｔｅｎａｃｉｔｙ ｈｉｇｈ．ｍｏｄｕｌｕｓ ｆｉｂｅ ；ｂｏｒｉｃ ａｃｉｄ；ｈｅａｔ ｄｒａｗｉｎｇ
