聚氯乙烯纤维

11
摘要聚氯乙烯(Polyvinyl chloride,PVC)纤维是由聚氯乙烯树脂纺制的纤维,我国简称氯纶。 聚氯乙烯纤维特点 聚氯乙烯纤维的独特性能就在于其难燃性。聚氯乙烯纤维的限氧指数LOI值为37.1%,在明火中发生收缩并碳化,离开火源便自行熄灭,其产品特别适用于易燃场所。 聚氯...

聚氯乙烯纤维

聚氯乙烯(Polyvinyl chloride,PVC)纤维是由聚氯乙烯树脂纺制的纤维,我国简称氯纶。

聚氯乙烯纤维特点

聚氯乙烯纤维的独特性能就在于其难燃性。聚氯乙烯纤维的限氧指数LOI值为37.1%,在明火中发生收缩并碳化,离开火源便自行熄灭,其产品特别适用于易燃场所。

聚氯乙烯纤维对无机试剂的稳定性相当好。室温下在大多数无机酸、碱、氧化剂和还原剂中纤维强度几乎没有损失或很少降低。

聚氯乙烯纤维具有良好的保暖性。由于聚氯乙烯纤维导热性小且易积聚静电,其保暖性比棉、羊毛还要好。

聚氯乙烯纤维的主要缺点是耐热性差,只适宜于40~50℃以下使用,65~70℃软化,并产生明显的收缩。其次是耐有机溶剂性差和染色性差,虽不能被多数有机溶剂溶解,但能使其溶胀,一般常用的染料很难使聚氯乙烯纤维上色,所以生产中多数采用原液着色。

聚氯乙烯纤维性能

主要性能 短纤维 长丝
普通 强力
断裂强度/(dN/tex) 标准状态 2.3~3.2 3.8~4.5 3.1~4.2
湿润状态 2.3~3.2 3.8~4.5 3.1~4.2
伸长率/% 标准状态 70~90 15~23 20~25
湿润状态 70~90 15~23 20~25
干湿强度比/% 100 100 100
钩接强度/(dN/tex) 3.4~4.5 2.3~4.5 4.3~5.7
打结强度/(dN/tex) 2.0~2.8 2.3~2.8 2.0~3.1
回弹率(伸长3%时)/% 70~85 80~85 80~90
杨氏模量/(dN/tex) 17~28 34~57 34~51
密度/(g/cm³) 1.39 - -

聚氯乙烯纤维用途

聚氯乙烯纤维的产品有长丝、短纤维以及鬃丝等,以短纤维和鬃丝为主。在民用方面,主要用于制作各种针织内衣、毛线、毡子和家用装饰织物等。由聚氯乙烯纤维制作的针织内衣、毛衣、毛裤等,不仅保暖性好,而且具有阻燃性。另外由于静电作用,对关节炎有一定的辅助疗效。在工业应用方面,聚氯乙烯纤维可用于制作各种在常温下使用的滤布、工作罩、绝缘布,覆盖材料等。另外,用聚氯乙烯纤维制作的防尘口罩,因其静电效应,吸尘性特别好。聚氯乙烯鬃丝主要用于编织窗纱、筛网、绳索等。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。

聚氯乙烯纤维生产

氯纶的生产工艺有湿法纺丝和干法纺丝两种,产品均为短纤维。所用溶剂(或捏和剂)是丙酮,工艺流程如下:

1.湿法纺丝工艺流程

聚氯乙烯→捏和(溶胀)→溶解→过滤→调温→纺丝→集束→水洗→拉伸→上油→干燥(热定型)→卷曲→切断→短纤维

2.干法纺丝工艺流程

聚氯乙烯→捏和(溶胀)→溶解→过滤→调温→纺丝→集束→拉伸→热定型→上油→切断→干燥→短纤维

如前所述,纤维级的聚氯乙烯不能溶解于丙酮,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作捏和。捏和温度由室温逐渐升至40~50℃,它取决于丙酮的含水率(应不大于0.5%)。捏和时间一般取4.5~6.0h,这取决于配制浆液的浓度。浓度越大,捏和时间越长。为了改善所得纤维的热稳定性,在捏和操作中于投料的同时可添加少量热稳定剂。若制取有色纤维,也可在捏和投料的同时加入适量着色剂。

捏和终了所得到的浆液是一种高黏度的冻胶体,其流动性小,不能直接用于纺丝成形,因此需加热,降低黏度,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。随着温度的升高,浆液黏度显著降低,进一步经过过滤即可用于纺丝。

聚氯乙烯湿法纺丝所用凝固浴为丙酮水溶液,浴中丙酮含量控制在20%~22%,浴温保持在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10~12s。得到的初生纤维经水洗后再进行拉伸。

聚氯乙烯干法纺丝时的套筒温度取80~120℃,卷取速度100~200m/min。套筒长度可为3.5~6m。卷取速度越高,套筒长度应越长。借助于热空气流使丙酮挥发而使原液细流凝固成纤维。纺丝套筒中的热空气被引出后进行冷凝或用活性炭吸附以回收丙酮。为了保证生产安全,套筒内空气中的丙酮含量不得接近丙酮的爆炸极限(2.15%~13%,丙酮的体积分数)。

为了进一步提高由湿法或干法纺丝所得初生纤维的力学性能,均须将其拉伸4~5倍。拉伸一般分两段进行,拉伸介质常采用95~98℃的热水。通常头道拉伸约完成总拉伸倍数的40%~45%。

聚氯乙烯除能溶于一定溶剂中用湿法或干法纺丝外,还可用热塑挤压法制取较粗的鬃丝(33.3~111dtex)。为此,应先将聚氯乙烯树脂和增塑剂、稳定剂以及着色剂等均匀混合,而后加入螺杆挤出机中,通过分段加热,使物料升温至200℃左右,并借助于螺杆的挤压作用,使之压出机头成为丝条,在水浴中凝固成形,随后再在沸水中拉伸4~5倍,最后经热定型和干燥即得成品。

聚氯乙烯纤维发展史

早在1913年克拉特(F.Klatte)用热塑挤压法制得第一批PVC纤维,但此工艺以后并未应用。1930年德国I.G公司的休伯特(E.Hubert)和帕博斯特(Pabst)、内希特(Necht)把PVC溶于环己酮中,进而在含30%醋酸的水溶液中用湿法纺丝制得了服用的聚氯乙烯纤维,随后,正式以商品名皮斯发森(Pece Fasern)开始生产。在当时的技术条件下,这种生产方法的难度较大,故发展很慢。到20世纪50年代初PVC纤维才作为一种工业产品出现。

聚氯乙烯纤维具有原料来源广泛、价格便宜、热塑性好、弹性好、抗化学药品性好、电绝缘性能好、耐磨、成本低并有较高的强度等优点,特别是纤维阻燃性好,难燃自熄,限氧指数LOI高达37.1%。但由于聚氯乙烯纤维耐热性差,对有机溶剂的稳定性和染色性差,从而影响其生产发展,与其他合成纤维相比,一直处于落后状态。近年来,出现了所谓第二代聚氯乙烯纤维,其耐热性比传统的聚氯乙烯纤维有很大提高。同时随着生活水平的提高,人们的安全意识越来越强,对于床上用品、儿童及老人睡衣、室内装饰织物、消防用品、飞机、汽车、轮船内仓用品等,很多国家都提出了阻燃要求。聚氯乙烯纤维作为阻燃纤维材料通过原料与生产技术的改进与提高,将广泛应用于消防、军队、宇航、冶金、石化等特种行业。

继续阅读