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聚氯乙烯纤维的初步介绍

聚氯乙烯纤维的初步介绍
摘要:聚氯乙烯纤维(polyvinylchloridefiber)是由聚氯乙烯或其共聚物组成的线型大分子所构成的合成纤维,大分子链中至少有50%的氯乙烯链节。目前它在人类纤维中已占有一定的比重,并且有大量新型有用产品的诞生,所以就其的生产工艺和发展状况做初步的介绍。
关键词:聚氯乙烯纤维
最初发展史
1913年,Klatte用热塑挤压法制得第一批聚氯乙烯纤维。
1930年Hubert把聚氯乙烯溶于环已酮中,再在含有30%醋酸水溶液中用湿法纺制出了可供衣料用的聚氯乙烯纤维。
1931年人们发现在均相介质中用补充氯化的方法可以制得易溶解的聚氯乙烯,这种新型聚合物后被命名为氯化聚氯乙烯。
1934年之后随着氯化聚氯乙烯纺丝技术的突破,在德国和美国人们开始大量纺制氯乙烯长丝和短丝。
种类、性质
聚氯乙烯纤维通常可分为四种类型:
a.聚氯乙烯均聚物PVC
b.氯化聚氯乙烯
c.氯乙烯一醋酸乙烯醋共聚物
d.聚偏二氯乙烯及其与氯乙烯的共聚物
PVC均聚物是这几种类型中最主要的品种。【1】
聚氯乙烯在中国被称作氯纶。聚氯乙烯纤维是用间规度较高的聚合物为原料,聚合物的颗粒度适当,平均分子量为60000~150000,热分解温度为150~200℃,熔点为170~220℃,含氯量约为57%,间规度在64%以上。聚氯乙烯纤维具有自熄性,为一般天然纤维和化学纤维所不具备;还有良好的对酸、碱、氧化剂和还原剂等的稳定性;保暖性也较好。最明显的缺点是耐热性差,不能熨烫,不能用蒸汽消毒或用沸水洗涤(在沸水中收缩率达50%)。
生产情况
目前至少有十一种PVC或改性PVC纤维的产品,然而它们中有的用挤压技术制单丝,这就限制它们的活动性。但世界上大多以短纤维或丝束形式进行生产,在法国和日本还生产少量的连续长丝纱线。表1列举了一些主要的生产厂、它们产品的商品名称和采用纺丝的类型。
聚氯乙烯纤维湿法纺丝工艺流程
捏合:为了获得纺丝原液,首先使聚氯乙烯树脂在丙酮中充分溶胀,这一操作在生产上叫做捏和。捏和温度由室温逐渐升至40—50oC,它取决于丙酮的含水率,捏和时间一般取4.5~6.0h,在捏和时可添加少量热稳定剂、着色剂。
溶解:加热,降低粘度,增加流动性,以获得必要的可纺性。这一过程在生产上常称为溶解。溶解是将捏和后的浆液通过套管加热器,迅速加热至90~95℃。由于丙酮在常压下于56℃即发生沸腾,所以升温溶解过程必须在加压下进行。
过滤:保温加压下过滤。
纺丝:凝固浴为丙酮水溶液,浴中丙酮含量控制在20%~22%,浴温35℃左右,纺丝速度一般取16~20m/min,丝条在凝固浴中的停留时间约10~12s。得到的初生纤维经水洗后再进行拉伸。
传统的湿法纺丝涉及有机溶剂,存在一定的污染问题,通过增塑改善PVC的流动性、通过添加热稳定剂提高其分解温度,实现PVC纤维的熔体纺丝,是近期科研领域的探索方向。
应用
聚氯乙烯纤维产品以短纤维和鬃丝为主,可用于制作舞台幕布、家具装饰织物、过滤材料、工作服。由于易产生摩擦负电性,制成的内衣可减轻神经痛和风湿痛,因而可用于制作针织内衣、运动衫、绒线衣、睡袋垫料等。
但其受自身缺点限制,适用范围并不广泛,改性聚氯乙烯纤维则有所弥补。
聚氯乙烯的重要改性品种有偏氯乙烯纤维、过氯乙烯纤维和氯乙烯的各种共聚纤维等。偏氯乙烯纤维是以80%以上的偏二氯乙烯与氯乙烯等其他单体的共聚物为原料,经纺丝制得的含氯纤维,共聚物的平均分子量约为20000,所得纤维有很好的不燃烧性能,耐酸碱性能良好,且质地坚实。过氯乙烯纤维也称为氯化聚氯乙烯纤维,中国称为过氯纶,是将过氯乙烯树脂(氯含量64%~65%)溶解在丙酮中经湿法纺丝制得的含氯纤维。纤维耐酸碱性能良好,但强度较低,且在70℃时就开始软化,耐日光性也比聚氯乙烯纤维差。氯乙烯各种共聚纤维有氯乙烯-醋酸乙烯共聚纤维,偏氯乙烯-氯乙烯共聚纤维,聚氯乙烯-聚乙烯醇双组分纤维等。
偏氯乙烯纤维及过氯乙烯纤维则主要用作过滤材料及防火装饰织物。它具有的很多特点:难燃、保暖、耐晒、耐磨、耐蚀和耐蛀;弹性也很好;保暖性好;易生产和保持静电;由于氯纶的分子中含有大量的氯原子,所以具有难燃性;氯纶离开明火后会立刻熄灭,这种性能在国防上具有特殊的用途;强伸性:氯纶的强度接近于棉,断裂伸长率大于棉,弹性比棉好,耐磨性也强于棉。吸湿性和染色性:氯纶的吸湿性极小,几乎不吸湿。
技术进展(改进)
聚氯乙烯纤维性能的改进
性能缺陷:(1)耐热性较差;(2)染色较难;(3)纤维带静电,纺织加工不便。
就其耐热性的改进国际上已经有了多条途径:(1)使用低温聚合所得高结晶性的聚氯乙烯树脂;(2)造成交联结构;(3)利用分子间力强的丙烯腈或氟化物与氯乙烯共聚合。
革新产品成果
聚氯乙烯纤维的一些改良型产品如下。
天美纶:天美纶是日本帝人公司于1950年实现工业化的聚氯乙烯纤维的商品名。溶剂:质量分数分别为60%及40%的苯与丙酮的混合液。聚合度:DP为1400—1600。生产流程:低温下捏和、经过滤、急速加温(以增进其流动性)、纺丝(干法纺丝)。初生纤维经4倍左右的拉伸,随后再进行热定型。若生产耐热短纤维,还需经热松弛处理,以使纤维的沸水收缩率下降,但与此同时,纤维的强度有较大降低,断裂伸长却大大增加。
列维尔(Leavil):这种纤维也称第二代聚氯乙烯纤维。它是由高间规度的聚氯乙烯树脂制得的纤维。特点是:链规整性好,纤维有一定的结晶度,玻璃化温度高,耐热性好、耐有机溶提高,起始收缩温度可达130oC。溶剂:环己酮中,溶解温度137℃,配成浓度约18%的纺丝原液。经过滤和脱泡后,即可用于纺丝。列维尔的成形采用湿法纺法,凝固浴为50%水、24%环己酮和26%乙醇的三元混合浴。浴温控制在60oC左右。初生纤维用100oC的热水洗涤,同时进行7倍以上的拉伸,接着上油、紧张热定型和干燥、卷曲、汽蒸定型箱中进行松弛热定型,最后结晶度为35%一40%。目前列维尔主要用于和其他纤维混纺,以获得某种难燃的性能。如混入20%~40%列维尔织成的各种地毯,具有良好的自熄性。列维尔的混纺织物,是制作睡衣的好材料。
新型聚氯乙烯纤维L一9:采用低沸点溶剂,按干纺法制取的具有一种新结构的聚氯乙烯纤维。在制造过程中聚合物粒子中的微晶区完全被破坏,这就使纺丝溶液具有较低的粘度(约低2个数量级)。由这种溶液所纺制的纤维具有较高的取向度,纤维的力学性能得到大大改善。L一9纤维具有内孔结构,这种结构的优点是使纤维的比表面大大增加。热阻特别大、吸水性高,可不断地传递气态或液态的水分;L一9纤维制成的衣料具有很好的屏蔽效应,直接贴身穿,在散发热量的各种劳动场合和广泛的气候环境中,都有热舒适的感觉,并且具有导湿功能。由于用聚氯乙烯L—9纤维制成的衣服具有很好的屏蔽效应,再与它具有的其他性能结合起来,就使它能适用于广泛的气候环境和各种强度的体力劳动场合。
另外日本帝人公司研究人员发现,聚氯乙烯纤维与人体摩擦后会产生大量负离子。他们正试图利用这一特性开发保健产品。
据这家公司的研究人员测定,当聚氯乙烯纤维与人体互相摩擦时,会使周围空气中漂浮的水分子带上负电,每cm3可多达880至2020个,数量是通常情况下的4-10倍。研究人员还发现,聚氯乙烯纤维与皮肤摩擦后产生的负离子量要比聚酯和聚丙烯与皮肤摩擦后产生的负离子量多。研究人员认为,产生这种现象的原因可能是聚氯乙烯中的氯容易失去电子,很小的能量就能使空气中的微粒带电。科学家发现,瀑布周围容易产生空气负离子,它们有抑制人体细胞和血液氧化的作用。因此,日本公司希望利用聚氯乙烯纤维这一特性开发出保健产品。
发展前景
聚氯乙烯纤维比其他合成纤维出现还早,第一篇专利是1913年发表的,真正开始纺丝是在1931年(德国),但其发展速度一直较为缓慢。直到1980年,世界聚氯乙烯纤维年产量仍只有2万吨左右。它之所以发展缓慢,主要是由于第一代聚氯乙烯纤维耐热性差、沸水收缩率大,同时,抗有机溶剂性及染色性也差。
尽管如此,各国纤维工作者几十年来都未放弃对聚氯乙烯纤维的研究因为它原料易得,成本低廉,同时还具有独特的优点:如难燃性耐酸碱性和耐磨性,而且保暖性优于棉花,弹性与羊毛相仿。因此,近二十年来针对其沸水收缩率大的缺点,先后发展了预收缩处理法,使纤维的热收缩温度由原来的60-80℃提高到90-95℃。虽然沸水收缩率下降了,但纤维强度也随之下降。而延伸度显著变大其后又发展了后氯化法及部分预收缩处理法,经过这种方法改进后纤维的热稳定性进一步提高。目前聚氛乙烯纤维的热收缩温度提高到95-100℃。
目前利用聚氯乙烯纤维的上述特点制成各种纺织品,其产量的一半是用来制内衣,其中有一部分是利用它的带静电性能制成治疗风湿病的内衣,产量的四分之一是用来制家庭纺织品(符合阻燃的要求),其余部分则是制各种耐酸碱的工业用纺织品。这几方面的使用效果良好,颇受人们欢迎。
我国聚氯乙烯纤维生产技术和国际上先进生产国家还是有差距。我们要因地制宜发展氯乙烯单体的生产,有条件的厂家应尽快实现单体路线的转换,使用乙烯法代替乙炔法。为降低成本,应在降低双耗方面开展工作,国外新开发的直接氯化/氯化氢氧化生产氯乙烯单体工艺和纯碱/二氯乙烯氯乙烯单体新工艺以及氧氯化乙烷氯乙烯单体工艺,在降低单耗,增加产品经济效益方面有重要意义,也是今后国内科研工作的主攻方向之一。xA6SjGN


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