第7章聚乙烯醇纤维.ppt
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1、第七章 聚乙烯醇纤维,第一节 概述,聚乙烯醇纤维是聚乙烯醇缩甲醛纤维的简称,商品名称维纶、维尼纶。 1939年,日本樱田一郎教授和朝鲜李升基博士研制成功。 1950年,日本仓敖人造丝公司投入工业化生产,日产5吨。随着生产技术的不断改进,质量不断提高。 1964年,我国在北京引进日本设备建立的第一个维尼纶厂开始投产,随后又兴建了一批年产万吨的维尼纶厂。,2009年1-12化纤产量完成情况,世界上生产维纶的国家不多,主要有中国、日本、朝鲜,我国维纶生产能力和产量占世界第一位。 维纶纤维的特点是强度高、吸湿性好(合成纤维中吸湿性最好)、耐腐蚀、耐日晒,外观和性能与棉花相似,短纤维主要和棉混纺。 它的
2、主要缺点是染色性差(染着量不高、色泽不鲜艳),这是因为纤维具有皮芯结构和经过缩醛化后部分羟基被封闭的缘故。其次维纶耐热水性较差。,维纶作为服用纤维产量越来越少,而转向工业、农业、渔业等方面。 主要用途: 纤维增强材料:a、塑料用增强材料;b、代替石棉作水泥石棉板、建筑陶瓷。 渔网、绳索、帆布。 帘子线:高强度维纶可作为散热量不太大的轮胎帘子线。 仓装材料:具有良好的耐日光性、耐气候性、强度高、耐磨性好。,第二节 聚乙烯醇的制备及性质,游离态的乙烯醇是不能单独存在的,它会自发的进行重排转变为乙醛 所以用醋酸乙烯为单体进行聚合,然后将制得的聚醋酸乙烯进行醇解,而制得聚乙烯醇。,一、醋酸乙烯的合成
3、乙炔法 电石乙炔法 天然气乙炔法 乙烯法,2,醋酸乙烯生产的发展方向: 电石乙炔法天然气乙炔法乙烯法 二、醋酸乙烯的聚合 醋酸乙烯一般采用溶液法聚合,反应容易控制,产品质量较好。以甲醇为溶剂的聚合过程反应如下: 主反应: 主要副反应:,HO,三、聚醋酸乙烯的醇解 聚醋酸乙烯的甲醇溶液在NaOH的作用下发生醇解反应。 主反应 副反应,3,四、聚乙烯醇的性质 物理性质 聚乙烯醇的的熔点难以直接测定,用间接法测得其熔点在230 左右,且不同立规程度的聚乙烯醇具有不同的熔点。玻璃化温度约80。 化学性质 大分子主链上含大量仲羟基,使其在化学性质上与纤维素相似。可与多种酸、酸酐、酰,氯等作用,生成相应的
4、聚乙烯醇的酯。聚乙烯醇水溶液与NaOH反应,粘度迅速增加。 热性能 由碱法醇解而成的PVA,体系中游离碱和醋酸钠等杂质必须除去,否则高温下热处理时会使纤维发黄,尤其大量的醋酸钠的存在是纤维发黄的主要原因。,第三节 聚乙烯醇纤维的生产,一、纺丝原液的制备 PVA水洗脱水精制PVA 溶解混合过滤脱泡纺丝原液 水洗和脱水 目的: 降低PVA中NaAc含量,使之0.2,减少热处理时的碱性着色; 除去低分子量PVA,改善分子量分布; 使PVA适度膨润,以利于溶解。,水洗温度:3040(耗水量10t/tPVA) 水洗设备:长网式水洗机(网槽结合式水洗机) 长网水洗机的尾部装有三对压辊,调节其压力可以控制P
5、VA含水量。一般含水率控制在6065。,图7-5 长网式PVA水洗机,溶解 水洗PVA称量后送入 溶解机,溶解温度9598 ,溶解时间为28h,湿 法纺丝原液配成1418的浓度,干法纺丝原液配成3040的浓度。 混合和过滤 混合一般在大容量的设备中进行。过滤采用板框式过滤机,去除微量未溶解的溶胀体和机械杂质。,脱泡 一般采用常压 静置脱泡,98下46h。 二、纺丝成型 湿法纺丝 聚乙烯醇纤维的纺丝流程与其它湿纺化纤很类似,纺丝原液送至各纺丝位,经计量泵、烛形过滤器流至喷丝头,从喷丝头挤出以后形成细流在凝固浴中凝固形成纤维。,聚乙烯醇湿法纺丝用的凝固浴有无机盐水溶液、NaOH水溶液及有机溶剂等,
6、使用最广泛的是Na2SO4水溶液。,凝固浴各组分对成形的影响 凝固浴组成: Na2SO4:410420g/L ZnSO4:15g/L Na2SO4使丝条脱水凝固成形 含量,成形缓慢,成形稳定性,皮层薄,纤维强度,伸长。 含量, Na2SO4容易析出,损伤丝条造成毛丝。 45时, Na2SO4饱和值为430g/L。,ZnSO4控制纤维色相(强酸弱碱盐、水溶液pH=3.35) 适当加入可增加纤维白度,过多将影响凝固能力。 酸度 过低会使纤维着色,酸度的调节可以加入H2SO4,其中的HAc由NaAc水解而得。 凝固浴温度对成形的影响 T 双扩散速度增大,凝固能力 T 初生纤维溶胀度,凝固速度,一般在
7、4345,凝固浴循环量对成形的影响 在凝固过程中,原液中水分进入凝固浴,液量,浓度。为使凝固浴浓度变化不大,要保持一定的凝固浴循环量,即补充新鲜溶液,排除稀释后的溶液,一般控制落差1012g/L。 浴中浸长的影响 浴中浸长与凝固剂的凝固能力 有关。以硫酸钠水溶液为凝固浴 的纺丝过程,丝条在浴中的停留 时间应不少于1012s,浴中浸 长不宜短于1.21.8m。,三、后加工 拉伸 维纶湿法纺丝及热处理过程中的拉伸是分多级实现的。,热处理 维纶短纤维热处理主要在拉伸烘仓中进行,作用如下: 高温下使分子产生适当的热运动,消除内应力,巩固拉伸效果。保证纤维尺寸稳定性。 高温下使其结晶过程进一步发展,结晶
8、度增加,使纤维的耐热水性提高,以使进行缩醛化。 缩醛化 缩醛化就是用醛处理纤维,使聚乙烯醇大分子上的部分羟基被封闭,从而进一步提高纤维的耐热水性。在缩醛化工艺中使用最普遍的是甲醛,其次还有壬醛、苯甲醛、对苯二甲醛等等。,缩醛化反应 在聚乙烯醇大分子上每个链节都含有一个羟基,经过纺丝,拉伸、热处理后,纤维的结晶度可达60。就是说一部分大分子上的羟基被纳入了晶格,成为被束缚的羟基,反应在纤维上其耐热水性有所提高。 但是在非晶区部分还有一些自由羟基。为了进一步提高纤维的耐热水性,要把这一部分羟基封闭掉,缩醛化反应的实质就是使用甲醛与这一部分羟基反应,构成分子内缩合,从而使纤维的耐热水性和玻璃化温度有
9、所提高。,缩醛化基本反应为: 缩醛化浴组成(短纤维) HCHO (g/L) 252 缩醛化剂 H2SO4(g/L) 2253 催化剂 Na2SO4 ( g/L )703 阻溶胀剂(由纤维带入) 缩醛度 缩醛度:进行缩醛化反应的羟基数与大分子原来所含全部羟基数之比。,短纤维缩醛度为3335(热处理后:纤维结晶度已达60)。 缩醛化温度 T,缩醛化反应速度,甲醛挥发量并恶化劳动条件,一般控制在70。 缩醛化时间 喷淋式为2030min,浸没式为1012min。 温水洗 目的是把附在纤维上的甲醛和H2SO4洗掉,水洗方式是喷淋式多次洗涤、多次榨液,温水洗液含NaOH为1g/L,温度7080。,前两次
10、水洗主要是洗掉纤维上的甲醛和H2SO4,后两次洗涤目的主要是中和。水洗后可除去甲醛99, H2SO4全部除去,纤维上附有微量的碱。 上油 降低纤维摩擦系数和电阻值,以适合纺织加工。 干燥、冷却、调湿 干燥脱除水分 调湿使水分趋近于维纶的平衡水分,使成品在贮存、运输过程中含水率变化较小,均匀性好。,四、凝固浴回收 在纺丝过程中从纺丝原液脱出的大量水分转入凝固浴,丝条从凝固浴中引出时要带走一些溶液,为使生产保持稳定进行,凝固浴中增多的水分应除去,消耗掉的H2SO4、ZnSO4应予补充,以维持溶液的总量和组成稳定,另外凝固浴的温度也应不断调整以满足纺丝的要求。,循环槽内的回收液从加热器打出后,主管上
11、分出两路:一路至前回收部,一路至后回收部。在前回收,当回收液对棉层喷淋时,附在纤维上的前水洗液被回收液所置换。纤维从前回收进入到缩醛化部分时,将回收液中的甲醛、H2SO4带入缩醛化浴液。前回收的返回液被稀释。 在后回收,当回收液对棉层喷淋时,附在纤维上的缩醛化液被回收液置换,纤维从后回收液部带出的甲醛、 H2SO4减少,后回收的返回液由于吸收了缩醛化液而变浓,两种返液在总管路中混合回到循环槽,构成循环液自身的循环系统。,可以看出: 后回收的任务是把附在纤维上的缩醛化液中的甲醛和H2SO4回收。 前回收的任务是把回收的甲醛和H2SO4送回缩醛化浴液中。 回收液中甲醛和H2SO4的浓度一般为缩醛化
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