一種製備聚乙烯醇纖維的中心吹風冷卻凝固工藝方法
2023-06-09 21:18:01 1
專利名稱：一種製備聚乙烯醇纖維的中心吹風冷卻凝固工藝方法
技術領域：
本發明涉及一種製備聚こ烯醇纖維的中心吹風冷卻凝固エ藝方法，特別是涉及ー 種製備聚こ烯醇纖維中控制聚こ烯醇含水量的中心吹風冷卻凝固エ藝方法。
背景技術：
聚こ烯醇纖維價格低、密度小、粘結カ高、分散性好、易於攪拌；與其他合成纖維相比，聚こ烯醇纖維親水性好、彈性模量高，並且具有高比表面積，與水泥混凝土相容性好，適用於混凝土中的增強材料，以改善混凝土抗拉性能差、阻裂性能差和延性差等特點，增強效果明顯。冷卻凝固エ藝是聚こ烯醇紡絲過程中的ー個重要環節，熔體細流從噴絲板噴出到集束前需要冷卻使其凝固形成初生纖維，其目的是使熔體細流儘快均勻冷卻形成穩定的初生纖維。目前，聚こ烯醇纖維的固化成形多採用凝固浴，如溼法紡絲和凍膠紡絲，但這些紡絲方法的雙向傳質過程使聚こ烯醇纖維結構不均勻，截面呈腰子形，有明顯的皮芯結構，無法承受高倍拉伸，不能達到土建工程用的增強纖維的粗旦化標準，導致纖維在混凝土中的分散性和增強效果不佳。而且溼法紡絲大多數採用高聚合度聚こ烯醇，添加劑複雜，需要後續萃取過程,生產成本高,環境汙染大。熔融紡絲可避免這些紡絲方法出現的上述種種問題，而且熔融紡絲纖維成型時收縮小，纖維截面均勻性高，可以施以高倍拉伸，從而提高纖維性能。聚こ烯醇為水溶性高分子材料，與水接觸會使纖維表面溶脹發黏，對纖維的拉伸有很大影響，進而限制了其表觀和使用性能，所以無法採用水冷エ藝。因此，聚こ烯醇熔融紡絲的冷卻凝固是有待我們解決的問題。專利200510057435. 0 一種製備高性能聚こ烯醇纖維的方法以側吹風的方式實現了聚こ烯醇熔融紡絲的冷卻凝固エ藝，解決了聚こ烯醇初生纖維的冷卻問題。但該專利沒有對冷卻風速、風溼和溫度進行具體全面的說明，這些エ藝條件對初生纖維的纖度、強度和條幹具有重大影響，而且上述エ藝沒有達到控制聚こ烯醇初生纖維含水量的目的。
發明內容
本發明的目的是為了克服上面所述的技術缺陷，提供一種製備聚こ烯醇纖維的中心吹風冷卻凝固エ藝方法。用該冷卻エ藝既使初生纖維得到均勻冷卻又有效地控制其的含水量，保證紡絲的穩定性，提高了絲束的冷卻效率，進ー步改善了初生纖維纖度和強度不勻，使其達到後續加工的要求，能製得高性能聚こ烯醇粗旦纖維，可廣泛應用於建築工程混凝土領域。為了解決上面所述的技術問題，本發明採取以下技術方案本發明提供了一種製備聚こ烯醇纖維的中心吹風冷卻凝固エ藝方法，聚こ烯醇熔體從噴絲板擠出，經吹風冷卻形成初生纖維後集束，所述的吹風冷卻採用中心吹風的方式， 所述的中心吹風即中心環形橫吹風冷卻，即冷卻空氣由位於絲束中心的吹風管垂直於絲條運行方向吹出冷卻氣流，由內向外對熔體細流進行冷卻，ェ藝參數為風速0. 8 4m/s，風溫20 25°C，溼度40 65%;所述的聚こ烯醇熔體是指以水為增塑劑的熔融聚こ烯醇；所述的聚こ烯醇聚合度為1500 2600，醇解度為88 99%。作為優選的技術方案如上所述的ー種製備聚こ烯醇纖維的中心吹風冷卻凝固エ藝方法，所述的中心吹風高度為0. 3 I. 5m。如上所述的ー種製備聚こ烯醇纖維的中心吹風冷卻凝固エ藝方法，所述的聚こ烯醇熔體的含水量為30 60wt%。水的加入有利於聚こ烯醇的加熱熔融，提高紡絲性，同時對纖維的後拉伸也有一定的影響。如上所述的ー種製備聚こ烯醇纖維的中心吹風冷卻凝固エ藝方法，所述的聚こ烯醇熔體中還包括能與聚こ烯醇中的羥基形成氫鍵的化合物，即含氮化合物、含羥基化合物、 含硫化合物或含羧基化合物。這些物質佔聚こ烯醇熔體總質量I 20wt%，一般是小分子或低聚物增塑劑，它們是實現聚こ烯醇熔融紡絲最直接和有效的方法。如上所述的ー種製備聚こ烯醇纖維的中心吹風冷卻凝固エ藝方法，所述的含氮化合物為己內醯胺、聚醯胺或水性聚氨酯；含羥基化合物為甘油、こ醇胺或分子量為200 2000的聚こニ醇；含硫化合物為こ撐硫脲；含羧基化合物為檸檬酸或酒石酸。最常用的含氮化合物是己內醯胺。己內醯胺與聚こ烯醇有互補結構，與水組成復配改性劑，可以破壞聚こ烯醇自身分子內和分子間氫鍵，抑制聚こ烯醇的結晶，降低其熔點，並通過聚こ烯醇與己內醯胺和水分子間的氫鍵，減少自由水含量，實現了水在聚こ烯醇中的過熱化，在加工溫度下不產生氣泡，實現其熔融紡絲。高沸點甘油是最常用的多元醇類增塑劑，甘油能増加聚こ烯醇的鏈段活動性、減小結晶區域，從而降低熔點。但甘油的增塑效果隨著甘油含量的增加而逐漸減小，直至發生相分離時增塑效果急劇減小。単一增塑劑的加入均難以實現聚こ烯醇的熱塑加工，將不同增塑劑複合後加入聚こ烯醇中增塑效果更好。如上所述的ー種製備聚こ烯醇纖維的中心吹風冷卻凝固エ藝方法，所述的風速為
I.7m/s，風溫為22°C，溼度為55%。風速、風溼和溼度的相互配合保證了在一定的冷卻範圍內有效地帶走絲條的熱量和水分，使絲條均勻冷卻，並且避免空氣湍動引起的絲條振蕩或飄動。如上所述的ー種製備聚こ烯醇纖維的中心吹風冷卻凝固エ藝方法，所述的初生纖維含水量為15 40wt%。中心吹風エ藝去除了初生絲中的部分水分，然後送入乾燥裝置再次調整纖維含水量，直至達到適宜纖維拉伸的條件。中心吹風是調控纖維含水量的ー個主要エ序，大部分的水分在此過程中被空氣帶走。中心吹風是紡絲成形過程中從噴絲板中擠出的絲條的ー種冷卻固化方法。冷卻空氣從分配管進入中心吹風裝置，通過整流板轉變為水平方向從位於絲束中心的吹風管由內向外吹向絲束，通過控制吹風的風速、風溫和溼度諸條件，保持自噴絲板噴出的熔體均在恆定的環境中被冷卻，確保纖維成形穩定，質量均勻。中心吹風屬於強制熱交換，有利於絲條均勻冷卻，使絲條截面結構均勻，同時絲條散熱和除水快，冷卻效率高，有利於提高紡絲質量。本發明的積極效果體現在(I)採用中心吹風冷卻裝置，不需凝固浴，僅通過單向傳質去除聚こ烯醇的增塑劑水。採用中心吹風時空氣與絲成垂直方向直接吹在四周的絲條上，傳熱係數較高，冷卻效果好，克服了空氣自然冷卻速度慢、效率低、後續牽伸エ藝難以進行、無法達到大型エ業生產要求的缺點，且得到的初生纖維具有良好的纖度、強度和條幹不勻率進一歩降低，CV值降低到2%以下。且中心吹風裝置既可以滿足絲束冷卻成形的エ藝要求，基本消除了側吹風中系統冷風的紊流，為穩定紡絲成成形，減少紡絲疵點和改善初生纖維截面的均勻性創造了條件，又可以避免普通環吹裝置由於穿透絲束的風在噴絲板中心形成的湍流對板面溫度和絲條張カ的影響，同時緩解了常規環吹由外向裡吹風引起的絲束溫度梯度較大的問題。中心吹風方式有效地提高了對絲束的冷卻效率。(2)優化中心吹風各項參數，對該聚こ烯醇粗旦初生纖維進行均勻冷卻，使從噴絲孔噴出的高聚物熔體冷卻到室溫形成初生纖維，並且使初生纖維含水量得到有效控制，既滿足了初生纖維高強カ對後加工高拉伸倍率的要求，提高了初生纖維的拉伸性能，又保證後加工裝置的較高運轉率。
具體實施例方式下面結合具體實施方式
，進ー步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之後，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定的範圍。實施例I將聚合度1700、醇解度88%的聚こ烯醇和水在攪拌作用下於密閉容器中溶脹，其中水佔兩者總質量的30%。充分溶脹後的聚こ烯醇用雙螺杆擠出機紡絲，熔體從噴絲板噴出，經中心吹風冷卻，風速0. 8m/s，風溫20°C，溼度40%，中心吹風高度為0. 3m，冷卻後集束，得到含水量為22%的聚こ烯醇初生纖維。實施例2將聚合度2600、醇解度99%的聚こ烯醇和水在攪拌作用下於密閉容器中溶脹，其中水佔兩者總質量的60%。充分溶脹後的聚こ烯醇用雙螺杆擠出機紡絲，熔體從噴絲板噴出，經中心吹風冷卻，風速4m/s，風溫25 V，溼度65 %，中心吹風高度為I. 5m,冷卻後集束， 得到含水量為30%的聚こ烯醇初生纖維。實施例3將聚合度2000、醇解度99%的聚こ烯醇和水在攪拌作用下於密閉容器中溶脹，其中水佔兩者總質量的45%。充分溶脹後的聚こ烯醇用雙螺杆擠出機紡絲，熔體從噴絲板噴出，經中心吹風冷卻，風速I. 7m/s，風溫22°C，溼度55%，中心吹風高度為0. 8m，冷卻後集束，得到含水量為16%的聚こ烯醇初生纖維。實施例4將聚合度2400、醇解度99%的聚こ烯醇和水在攪拌作用下於密閉容器中溶脹，其中水佔兩者總質量的24%。充分溶脹後的聚こ烯醇用雙螺杆擠出機紡絲，熔體從噴絲板噴出，經中心吹風冷卻，風速I. 8m/s，風溫22°C，溼度50%，中心吹風高度為lm，冷卻後集束， 得到含水量為15%的聚こ烯醇初生纖維。實施例5
將聚合度1700、醇解度99%的聚こ烯醇，己內醯胺和水在攪拌作用下於密閉容器中溶脹，其中水佔三者總質量的40%，己內醯胺佔三者總質量的5%。充分溶脹後的聚こ烯醇用雙螺杆擠出機紡絲，熔體從噴絲板噴出，經中心吹風冷卻，風速1.8!11/8，風溫24で，溼度50%，中心吹風高度為lm，冷卻後集束，得到含水量為18%的聚こ烯醇初生纖維。實施例6將聚合度1700、醇解度92%的聚こ烯醇，聚醯胺和水在攪拌作用下於密閉容器中溶脹，其中水佔三者總質量的30%，聚醯胺佔三者總質量的70ん充分溶脹後的聚こ烯醇用雙螺杆擠出機紡絲，熔體從噴絲板噴出，經中心吹風冷卻，風速I. 7m/s，風溫22°C，溼度 55%，中心吹風高度為0. 7m，冷卻後集束，得到含水量為17%的聚こ烯醇初生纖維。實施例7將聚合度2400、醇解度99%的聚こ烯醇，水性聚氨酯和水在攪拌作用下於密閉容器中溶脹，其中水佔三者總質量的50%，水性聚氨酯佔三者總質量的8%。充分溶脹後的聚こ烯醇用雙螺杆擠出機紡絲，熔體從噴絲板噴出，經中心吹風冷卻，風速I. 5m/s，風溫 23°C，溼度60%，中心吹風高度為0. 5m，冷卻後集束，得到含水量為23%的聚こ烯醇初生纖維。實施例8將聚合度1700、醇解度99%的聚こ烯醇，甘油和水在攪拌作用下於密閉容器中溶脹，其中水佔三者總質量的45%，甘油佔三者總質量的15%。充分溶脹後的聚こ烯醇用雙螺杆擠出機紡絲，熔體從噴絲板噴出，經中心吹風冷卻，風速I. 6m/s，風溫22°C，溼度52%， 中心吹風高度為0. 8m，冷卻後集束，得到含水量為18%的聚こ烯醇初生纖維。實施例9將聚合度1700、醇解度88%的聚こ烯醇，分子量為200的聚こニ醇和水在攪拌作用下於密閉容器中溶脹,其中水佔三者總質量的45%，聚こニ醇佔三者總質量的8%。充分溶脹後的聚こ烯醇用雙螺杆擠出機紡絲，熔體從噴絲板噴出，經中心吹風冷卻，風速I. Im/ S，風溫24°C，溼度55%，中心吹風高度為0. 7m,冷卻後集束，得到含水量為21 %的聚こ烯醇初生纖維。實施例10將聚合度2000、醇解度99%的聚こ烯醇，分子量為2000的聚こニ醇和水在攪拌作用下於密閉容器中溶脹,其中水佔三者總質量的45%，聚こニ醇佔三者總質量的10%。充分溶脹後的聚こ烯醇用雙螺杆擠出機紡絲，熔體從噴絲板噴出，經中心吹風冷卻，風速2m/ s，風溫22°C，溼度62%，中心吹風高度為0. 6m,冷卻後集束，得到含水量為27%的聚こ烯醇初生纖維。實施例11將聚合度1700、醇解度92%的聚こ烯醇，分子量為1000的聚こニ醇和水在攪拌作用下於密閉容器中溶脹，其中水佔三者總質量的45%，聚こニ醇佔三者總質量的10%。 充分溶脹後的聚こ烯醇用雙螺杆擠出機紡絲，熔體從噴絲板噴出，經中心吹風冷卻，風速
I.6m/s，風溫22°C，溼度55%，中心吹風高度為0. 6m，冷卻後集束，得到含水量為24%的聚 こ烯醇初生纖維。實施例12
將聚合度2600、醇解度99%的聚こ烯醇，こ醇胺和水在攪拌作用下於密閉容器中溶脹，其中水佔三者總質量的40%，こ醇胺佔三者總質量的17%。充分溶脹後的聚こ烯醇用雙螺杆擠出機紡絲，熔體從噴絲板噴出，經中心吹風冷卻，風速I. 7m/s，風溫22°C，溼度 58%，中心吹風高度為0. 7m，冷卻後集束，得到含水量為18%的聚こ烯醇初生纖維。實施例13將聚合度2400、醇解度99%的聚こ烯醇，こ撐硫脲和水在攪拌作用下於密閉容器中溶脹，其中水佔三者總質量的50%，こ撐硫脲佔三者總質量的5%。充分溶脹後的聚こ烯醇用雙螺杆擠出機紡絲，熔體從噴絲板噴出，經中心吹風冷卻，風速1.4!11/8，風溫21で，溼度53%，中心吹風高度為0. 6m，冷卻後集束，得到含水量為22%的聚こ烯醇初生纖維。實施例14將聚合度1700、醇解度99%的聚こ烯醇，檸檬酸和水在攪拌作用下於密閉容器中溶脹，其中水佔三者總質量的55%，檸檬酸佔三者總質量的3%。充分溶脹後的聚こ烯醇用雙螺杆擠出機紡絲，熔體從噴絲板噴出，經中心吹風冷卻，風速I. 9m/s，風溫19°C，溼度 45%，中心吹風高度為0. 5m，冷卻後集束，得到含水量為28%的聚こ烯醇初生纖維。實施例15將聚合度2000、醇解度99%的聚こ烯醇，酒石酸和水在攪拌作用下於密閉容器中溶脹，其中水佔三者總質量的50%，酒石酸佔三者總質量的6%。充分溶脹後的聚こ烯醇用雙螺杆擠出機紡絲，熔體從噴絲板噴出，經中心吹風冷卻，風速I. 5m/s，風溫24°C，溼度 50%，中心吹風高度為0. 6m，冷卻後集束，得到含水量為24%的聚こ烯醇初生纖維。
權利要求
1.一種製備聚こ烯醇纖維的中心吹風冷卻凝固エ藝方法，聚こ烯醇熔體從噴絲板擠出，經中心風冷卻形成初生纖維後集束，其特徵是所述的吹風冷卻採用中心吹風的方式， 所述的中心吹風即中心環形橫吹風冷卻，即冷卻空氣由位於絲束中心的吹風管垂直於絲條運行方向吹出冷卻氣流，由內向外對熔體細流進行冷卻，エ藝參數為風速0. 8 4m/s，風溫20 25°C，溼度40 65%;所述的聚こ烯醇熔體是指以水為增塑劑的熔融聚こ烯醇；所述的聚こ烯醇聚合度為1500 2600，醇解度為88 99%。
2.根據權利要求I所述的ー種製備聚こ烯醇纖維的中心吹風冷卻凝固エ藝方法，其特徵在於，所述的中心吹風高度為0. 3 I. 5m。
3.根據權利要求I所述的ー種製備聚こ烯醇纖維的中心吹風冷卻凝固エ藝方法，其特徵在於，所述的聚こ烯醇熔體的含水量為30 60wt%。
4.根據權利要求I或3所述的ー種製備聚こ烯醇纖維的中心吹風冷卻凝固エ藝方法， 其特徵在於，所述的聚こ烯醇熔體中還包括佔聚こ烯醇熔體總質量I 20wt%的能與聚こ 烯醇中的羥基形成氫鍵的化合物。
5.根據權利要求4所述的ー種製備聚こ烯醇纖維的中心吹風冷卻凝固エ藝方法，其特徵在於，所述的能與聚こ烯醇中的羥基形成氫鍵的化合物為含氮化合物、含羥基化合物、含硫化合物或含羧基化合物。
6.根據權利要求5所述的ー種製備聚こ烯醇纖維的中心吹風冷卻凝固エ藝方法，其特徵在於，所述的含氮化合物為己內醯胺、聚醯胺或水性聚氨酯；含羥基化合物為甘油、こ醇胺或分子量為200 2000的聚こニ醇；含硫化合物為こ撐硫脲；含羧基化合物為檸檬酸或酒石酸。
7.根據權利要求I所述的ー種製備聚こ烯醇纖維的中心吹風冷卻凝固エ藝方法，其特徵在於，所述的風速為1.7m/s。
8.根據權利要求I所述的ー種製備聚こ烯醇纖維的中心吹風冷卻凝固エ藝方法，其特徵在於，所述的風溫為22°C。
9.根據權利要求I所述的ー種製備聚こ烯醇纖維的中心吹風冷卻凝固エ藝方法，其特徵在於，所述的冷卻空氣溼度為55%。
10.根據權利要求I所述的ー種製備聚こ烯醇纖維的中心吹風冷卻凝固エ藝方法，其特徵在於，所述的初生纖維含水量為15 40Wt%。
全文摘要
本發明涉及一種製備聚乙烯醇纖維的中心吹風冷卻凝固工藝方法，該方法採用了中心吹風冷卻工藝對熔融紡絲中從噴絲板擠出的聚乙烯醇熔體進行冷卻，通過控制中心吹風各項工藝參數，中心吹風風速為0.8～4m/s，風溫為20～25℃，溼度為40～65％，中心吹風高度為0.3～1.5m，可以有效地提高絲束的冷卻效率，使紡出的初生絲得到均勻冷卻，提高紡絲成形的穩定性，減少紡絲疵點和改善初生纖維截面的均勻性，並能較好地控制初生纖維的含水量，利於實現高倍拉伸，從而製造出一種強度均勻、纖度均勻模量高的高性能聚乙烯醇纖維，適於用作混凝土中的增強材料。
文檔編號D01D5/088GK102605445SQ201210079618
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月22日 優先權日2012年3月22日
發明者劉國平, 李文剛, 袁建球, 趙炯心, 龔建興 申請人:上海羅洋新材料科技有限公司