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聚氯乙烯纖維的初步介紹

聚氯乙烯纖維的初步介紹
摘要：聚氯乙烯纖維（polyvinylchloridefiber）是由聚氯乙烯或其共聚物組成的線型大分子所構(gòu)成的合成纖維，大分子鏈中至少有50%的氯乙烯鏈節(jié)。目前它在人類纖維中已占有一定的比重，并且有大量新型有用產(chǎn)品的誕生，所以就其的生產(chǎn)工藝和發(fā)展?fàn)顩r做初步的介紹。
關(guān)鍵詞：聚氯乙烯纖維
初發(fā)展史
1913年，Klatte用熱塑擠壓法制得批聚氯乙烯纖維。
1930年Hubert把聚氯乙烯溶于環(huán)已酮中，再在含有30%醋酸水溶液中用濕法紡制出了可供衣料用的聚氯乙烯纖維。
1931年人們發(fā)現(xiàn)在均相介質(zhì)中用補(bǔ)充氯化的方法可以制得易溶解的聚氯乙烯，這種新型聚合物后被命名為氯化聚氯乙烯。
1934年之后隨著氯化聚氯乙烯紡絲技術(shù)的突破，在德國(guó)和美國(guó)人們開(kāi)始大量紡制氯乙烯長(zhǎng)絲和短絲。
種類、性質(zhì)
聚氯乙烯纖維通常可分為四種類型:
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.聚偏二氯乙烯及其與氯乙烯的共聚物
PVC均聚物是這幾種類型中主要的品種。【1】
聚氯乙烯在中國(guó)被稱作氯綸。聚氯乙烯纖維是用間規(guī)度較高的聚合物為原料，聚合物的顆粒度適當(dāng)，平均分子量為60000～150000，熱分解溫度為150～200℃，熔點(diǎn)為170～220℃，含氯量約為57%，間規(guī)度在64%以上。聚氯乙烯纖維具有自熄性，為一般天然纖維和化學(xué)纖維所不具備；還有良好的對(duì)酸、堿、氧化劑和還原劑等的穩(wěn)定性；保暖性也較好。明顯的缺點(diǎn)是耐熱性差，不能熨燙，不能用蒸汽消毒或用沸水洗滌（在沸水中收縮率達(dá)50%）。
生產(chǎn)情況
目前至少有十一種PVC或改性PVC纖維的產(chǎn)品,然而它們中有的用擠壓技術(shù)制單絲,這就限制它們的活動(dòng)性。但上大多以短纖維或絲束形式進(jìn)行生產(chǎn),在法國(guó)和日本還生產(chǎn)少量的連續(xù)長(zhǎng)絲紗線。表1列舉了一些主要的生產(chǎn)廠、它們產(chǎn)品的商品名稱和采用紡絲的類型。
聚氯乙烯纖維濕法紡絲工藝流程
捏合：為了獲得紡絲原液，首先使聚氯乙烯樹(shù)脂在丙酮中充分溶脹，這一操作在生產(chǎn)上叫做捏和。捏和溫度由室溫逐漸升至40—50oC，它取決于丙酮的含水率，捏和時(shí)間一般取4.5～6.0h，在捏和時(shí)可添加少量熱穩(wěn)定劑、著色劑。
溶解：加熱，降低粘度，增加流動(dòng)性，以獲得必要的可紡性。這一過(guò)程在生產(chǎn)上常稱為溶解。溶解是將捏和后的漿液通過(guò)套管加熱器，迅速加熱至90～95℃。由于丙酮在常壓下于56℃即發(fā)生沸騰，所以升溫溶解過(guò)程必須在加壓下進(jìn)行。
過(guò)濾：保溫加壓下過(guò)濾。
紡絲：凝固浴為丙酮水溶液，浴中丙酮含量控制在20%～22%，浴溫35℃左右，紡絲速度一般取16～20m/min，絲條在凝固浴中的停留時(shí)間約10～12s。得到的初生纖維經(jīng)水洗后再進(jìn)行拉伸。
傳統(tǒng)的濕法紡絲涉及有機(jī)溶劑，存在一定的污染問(wèn)題，通過(guò)增塑改善PVC的流動(dòng)性、通過(guò)添加熱穩(wěn)定劑提高其分解溫度，實(shí)現(xiàn)PVC纖維的熔體紡絲，是近期科研領(lǐng)域的探索方向。
應(yīng)用
聚氯乙烯纖維產(chǎn)品以短纖維和鬃絲為主，可用于制作舞臺(tái)幕布、家具裝飾織物、過(guò)濾材料、工作服。由于易產(chǎn)生摩擦負(fù)電性，制成的內(nèi)衣可減輕神經(jīng)痛和風(fēng)濕痛，因而可用于制作針織內(nèi)衣、運(yùn)動(dòng)衫、絨線衣、睡袋墊料等。
但其受自身缺點(diǎn)限制，適用范圍并不廣泛，改性聚氯乙烯纖維則有所彌補(bǔ)。
聚氯乙烯的重要改性品種有偏氯乙烯纖維、過(guò)氯乙烯纖維和氯乙烯的各種共聚纖維等。偏氯乙烯纖維是以80%以上的偏二氯乙烯與氯乙烯等其他單體的共聚物為原料，經(jīng)紡絲制得的含氯纖維，共聚物的平均分子量約為20000，所得纖維有很好的不燃燒性能，耐酸堿性能良好，且質(zhì)地堅(jiān)實(shí)。過(guò)氯乙烯纖維也稱為氯化聚氯乙烯纖維，中國(guó)稱為過(guò)氯綸，是將過(guò)氯乙烯樹(shù)脂(氯含量64%～65%)溶解在丙酮中經(jīng)濕法紡絲制得的含氯纖維。纖維耐酸堿性能良好，但強(qiáng)度較低，且在70℃時(shí)就開(kāi)始軟化，耐日光性也比聚氯乙烯纖維差。氯乙烯各種共聚纖維有氯乙烯-醋酸乙烯共聚纖維，偏氯乙烯-氯乙烯共聚纖維，聚氯乙烯-聚乙烯醇雙組分纖維等。
偏氯乙烯纖維及過(guò)氯乙烯纖維則主要用作過(guò)濾材料及防火裝飾織物。它具有的很多特點(diǎn)：難燃、保暖、耐曬、耐磨、耐蝕和耐蛀；彈性也很好；保暖性好；易生產(chǎn)和保持靜電；由于氯綸的分子中含有大量的氯原子，所以具有難燃性；氯綸離開(kāi)明火后會(huì)立刻熄滅，這種性能在國(guó)防上具有特殊的用途；強(qiáng)伸性：氯綸的強(qiáng)度接近于棉，斷裂伸長(zhǎng)率大于棉，彈性比棉好，耐磨性也強(qiáng)于棉。吸濕性和染色性：氯綸的吸濕性極小，幾乎不吸濕。
技術(shù)進(jìn)展（改進(jìn)）
聚氯乙烯纖維性能的改進(jìn)
性能缺陷：(1)耐熱性較差；(2)染色較難；(3)纖維帶靜電,紡織加工不便。
就其耐熱性的改進(jìn)國(guó)際上已經(jīng)有了多條途徑：（1）使用低溫聚合所得高結(jié)晶性的聚氯乙烯樹(shù)脂；（2）造成交聯(lián)結(jié)構(gòu)；(3)利用分子間力強(qiáng)的丙烯腈或氟化物與氯乙烯共聚合。
革新產(chǎn)品成果
聚氯乙烯纖維的一些改良型產(chǎn)品如下。
天美綸：天美綸是日本帝人公司于1950年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的聚氯乙烯纖維的商品名。溶劑：質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為60%及40%的苯與丙酮的混合液。聚合度：DP為1400—1600。生產(chǎn)流程：低溫下捏和、經(jīng)過(guò)濾、急速加溫（以增進(jìn)其流動(dòng)性）、紡絲（干法紡絲）。初生纖維經(jīng)4倍左右的拉伸，隨后再進(jìn)行熱定型。若生產(chǎn)耐熱短纖維，還需經(jīng)熱松弛處理，以使纖維的沸水收縮率下降，但與此同時(shí)，纖維的強(qiáng)度有較大降低，斷裂伸長(zhǎng)卻大大增加。
列維爾(Leavil)：這種纖維也稱第二代聚氯乙烯纖維。它是由高間規(guī)度的聚氯乙烯樹(shù)脂制得的纖維。特點(diǎn)是：鏈規(guī)整性好，纖維有一定的結(jié)晶度，玻璃化溫度高，耐熱性好、耐有機(jī)溶提高，起始收縮溫度可達(dá)130oC。溶劑：環(huán)己酮中，溶解溫度137℃，配成濃度約18%的紡絲原液。經(jīng)過(guò)濾和脫泡后，即可用于紡絲。列維爾的成形采用濕法紡法，凝固浴為50%水、24%環(huán)己酮和26%乙醇的三元混合浴。浴溫控制在60oC左右。初生纖維用100oC的熱水洗滌，同時(shí)進(jìn)行7倍以上的拉伸，接著上油、緊張熱定型和干燥、卷曲、汽蒸定型箱中進(jìn)行松弛熱定型，后結(jié)晶度為35%一40%。目前列維爾主要用于和其他纖維混紡，以獲得某種難燃的性能。如混入20%～40%列維爾織成的各種地毯，具有良好的自熄性。列維爾的混紡織物，是制作睡衣的好材料。
新型聚氯乙烯纖維L一9：采用低沸點(diǎn)溶劑，按干紡法制取的具有一種新結(jié)構(gòu)的聚氯乙烯纖維。在制造過(guò)程中聚合物粒子中的微晶區(qū)完全被破壞，這就使紡絲溶液具有較低的粘度(約低2個(gè)數(shù)量級(jí))。由這種溶液所紡制的纖維具有較高的取向度，纖維的力學(xué)性能得到大大改善。L一9纖維具有內(nèi)孔結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是使纖維的比表面大大增加。熱阻特別大、吸水性高，可不斷地傳遞氣態(tài)或液態(tài)的水分；L一9纖維制成的衣料具有很好的屏蔽效應(yīng)，直接貼身穿，在散發(fā)熱量的各種勞動(dòng)場(chǎng)合和廣泛的氣候環(huán)境中，都有熱舒適的感覺(jué)，并且具有導(dǎo)濕功能。由于用聚氯乙烯L—9纖維制成的衣服具有很好的屏蔽效應(yīng),再與它具有的其他性能結(jié)合起來(lái),就使它能適用于廣泛的氣候環(huán)境和各種強(qiáng)度的體力勞動(dòng)場(chǎng)合。
另外日本帝人公司研究人員發(fā)現(xiàn),聚氯乙烯纖維與人體摩擦后會(huì)產(chǎn)生大量負(fù)離子。他們正試圖利用這一特性開(kāi)發(fā)保健產(chǎn)品。
據(jù)這家公司的研究人員測(cè)定,當(dāng)聚氯乙烯纖維與人體互相摩擦?xí)r,會(huì)使周?chē)諝庵衅〉乃肿訋县?fù)電,每cm3可多達(dá)880至2020個(gè),數(shù)量是通常情況下的4-10倍。研究人員還發(fā)現(xiàn),聚氯乙烯纖維與皮膚摩擦后產(chǎn)生的負(fù)離子量要比聚酯和聚丙烯與皮膚摩擦后產(chǎn)生的負(fù)離子量多。研究人員認(rèn)為,產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是聚氯乙烯中的氯容易失去電子,很小的能量就能使空氣中的微粒帶電?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn),瀑布周?chē)菀桩a(chǎn)生空氣負(fù)離子,它們有抑制人體細(xì)胞和血液氧化的作用。因此,日本公司希望利用聚氯乙烯纖維這一特性開(kāi)發(fā)出保健產(chǎn)品。
發(fā)展前景
聚氯乙烯纖維比其他合成纖維出現(xiàn)還早,篇專利是1913年發(fā)表的,真正開(kāi)始紡絲是在1931年(德國(guó)),但其發(fā)展速度一直較為緩慢。直到1980年，聚氯乙烯纖維年產(chǎn)量仍只有2萬(wàn)噸左右。它之所以發(fā)展緩慢,主要是由于代聚氯乙烯纖維耐熱性差、沸水收縮率大,同時(shí),抗有機(jī)溶劑性及染色性也差。
盡管如此,各國(guó)纖維工作者幾十年來(lái)都未放棄對(duì)聚氯乙烯纖維的研究因?yàn)樗弦椎?成本低廉,同時(shí)還具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：如難燃性耐酸堿性和耐磨性,而且保暖性優(yōu)于棉花,彈性與羊毛相仿。因此,近二十年來(lái)針對(duì)其沸水收縮率大的缺點(diǎn),先后發(fā)展了預(yù)收縮處理法,使纖維的熱收縮溫度由原來(lái)的60-80℃提高到90-95℃。雖然沸水收縮率下降了,但纖維強(qiáng)度也隨之下降。而延伸度顯著變大其后又發(fā)展了后氯化法及部分預(yù)收縮處理法，經(jīng)過(guò)這種方法改進(jìn)后纖維的熱穩(wěn)定性進(jìn)一步提高。目前聚氛乙烯纖維的熱收縮溫度提高到95-100℃。
目前利用聚氯乙烯纖維的上述特點(diǎn)制成各種紡織品,其產(chǎn)量的一半是用來(lái)制內(nèi)衣,其中有一部分是利用它的帶靜電性能制成治療風(fēng)濕病的內(nèi)衣,產(chǎn)量的四分之一是用來(lái)制家庭紡織品(符合阻燃的要求)，其余部分則是制各種耐酸堿的工業(yè)用紡織品。這幾方面的使用效果良好,頗受人們歡迎。
我國(guó)聚氯乙烯纖維生產(chǎn)技術(shù)和國(guó)際上先進(jìn)生產(chǎn)國(guó)家還是有差距。我們要因地制宜發(fā)展氯乙烯單體的生產(chǎn)，有條件的廠家應(yīng)盡快實(shí)現(xiàn)單體路線的轉(zhuǎn)換，使用乙烯法代替乙炔法。為降低成本，應(yīng)在降低雙耗方面開(kāi)展工作，國(guó)外新開(kāi)發(fā)的直接氯化/氯化氫氧化生產(chǎn)氯乙烯單體工藝和純堿/二氯乙烯氯乙烯單體新工藝以及氧氯化乙烷氯乙烯單體工藝，在降低單耗，增加產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益方面有重要意義，也是今后國(guó)內(nèi)科研工作的主攻方向之一。xA6SjGN

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