唐成宏，沈瑞，姜家保，張曉春，陳端勤

（安徽皖維高新材料股份有限公司，安徽巢湖238000）

根據(jù)水中溶解溫度的高低可將水溶性聚乙烯醇纖維分為超低溫水溶纖維（0℃～10℃）、低溫水溶纖維（20℃～60℃）、中溫水溶纖維（70℃～90℃）、高溫水溶纖維（90℃～100℃）。近年來(lái)，隨著服裝輔材、繡花領(lǐng)域的快速發(fā)展，水溶性聚乙烯醇纖維市場(chǎng)需求量不斷增長(zhǎng)，需求量巨大，特別是隨著人們生活水平的不斷提高和對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的不斷增強(qiáng)，市場(chǎng)對(duì)低溫水溶性聚乙烯醇纖維的應(yīng)用需求尤其迫切[1]。隨著水溶性聚乙烯醇纖維在水中溶解溫度的降低，產(chǎn)品的價(jià)格也急劇上升，40℃水中溶解的聚乙烯醇纖維其價(jià)格已達(dá)到5萬(wàn)元/噸，且全部被日本可樂(lè)麗公司壟斷，而國(guó)內(nèi)企業(yè)只能生產(chǎn)90℃的高溫水溶性聚乙烯醇纖維，其價(jià)格不超過(guò)1.5萬(wàn)元/噸。

安徽皖維高新材料股份有限公司為國(guó)內(nèi)聚乙烯醇及聚乙烯醇纖維領(lǐng)軍企業(yè)，公司聚乙烯醇產(chǎn)能達(dá)35 萬(wàn)噸/年，為世界首位。為了進(jìn)一步提高產(chǎn)品附加值，公司通過(guò)開(kāi)發(fā)低溫水溶性聚乙烯醇纖維產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈的延伸，拓展了新的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)。為此，從原液、紡絲、萃取、熱處理等工序研究低溫水溶性聚乙烯醇纖維的制備。本文將采用干噴濕紡工藝研究低溫水溶性聚乙烯醇纖維，即將聚乙烯醇超細(xì)粉與增塑劑充分?jǐn)嚢杌旌虾螅腿腚p螺桿擠出機(jī)熔融擠出，經(jīng)噴絲頭噴入有機(jī)溶劑凝固浴，進(jìn)行萃取凝固和初拉伸，形成初生纖維，后進(jìn)入油浴進(jìn)行絲束表面上油，再進(jìn)入熱風(fēng)干燥烘箱進(jìn)行預(yù)熱、干拉伸、定型，隨后收卷、切斷、打包。萃取后的有機(jī)溶劑和增塑劑混合液通過(guò)精餾塔分離后全部回用。生產(chǎn)全過(guò)程無(wú)廢水、廢氣排出，真正實(shí)現(xiàn)綠色制造，且該工藝流程短，紡絲速度快，產(chǎn)量高。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

聚合度1 000～1 900、醇解度大于99%的聚乙烯醇樹(shù)脂（粉末狀），低壓蒸汽，安徽皖維集團(tuán)有限責(zé)任公司生產(chǎn)；甘油，甲醇，市售。

1.2 原料混合

將聚乙烯醇樹(shù)脂6.5～7份與甘油3～3.5份，在40℃環(huán)境下混合2～2.5 h。

1.3 熔融紡絲

將混合料加入單螺桿擠出機(jī)中充分熔融后經(jīng)孔徑為2 mm 的噴絲板噴出，熔體經(jīng)80℃～90℃?zhèn)却碉L(fēng)冷卻得到聚乙烯醇初生纖維。螺桿各段溫度為進(jìn)料段110℃～120℃，壓縮段180℃～190℃，計(jì)量段180℃～190℃，噴絲板溫度200℃～210℃。初生纖維在80℃～90℃條件下進(jìn)行一級(jí)拉伸，拉伸倍率為3～3.5倍。

1.4 萃取

一級(jí)拉伸后纖維在萃取浴中萃取2～2.5 h，萃取浴為50℃～60℃的甲醇溶液。

1.5 拉伸定型

將上述所得纖維在100℃～105℃烘箱中干燥1 h，在210℃～240℃烘箱中進(jìn)行二級(jí)拉伸，拉伸倍率為2.5～3倍。二級(jí)拉伸后纖維在180℃～190℃烘箱中進(jìn)行熱定型，冷卻后即得低溫水溶性聚乙烯醇纖維。

2 結(jié)果與討論

2.1 原料配比

聚乙烯醇：甘油比例在7∶3 時(shí)，熔融指數(shù)隨溫度升高，指數(shù)增大，結(jié)果見(jiàn)表1。通過(guò)比較加熱溫度在200℃、205℃、210℃、220℃絲條狀態(tài)可發(fā)現(xiàn)，在200℃、205℃絲條較為均勻，氣泡較少；隨溫度升高，絲條氣泡逐漸增多，而且氣泡多出現(xiàn)于熔融一個(gè)小時(shí)后的樣，排除操作問(wèn)題，考慮可能是隨溫度升高，熔融時(shí)間增長(zhǎng)，聚乙烯醇出現(xiàn)部分降解、脫水導(dǎo)致氣泡產(chǎn)生。聚乙烯醇∶甘油比例在7.4∶2.6 時(shí)絲條硬度較大，拉伸時(shí)需用更大的力才能將絲條拉長(zhǎng)，絲條易斷裂。

表1 不同配比的原料在不同加熱溫度下的熔融指數(shù)

2.2 萃取

取等長(zhǎng)絲條進(jìn)行不同倍數(shù)的拉伸后，放入甲醇中進(jìn)行萃取。通過(guò)調(diào)節(jié)甲醇溫度及萃取時(shí)間測(cè)得不同實(shí)驗(yàn)條件下絲條上殘余的甘油含量，從而得到達(dá)到萃取標(biāo)準(zhǔn)（甘油含量≤2%）的最優(yōu)選項(xiàng)，結(jié)果見(jiàn)表2。通過(guò)比較數(shù)據(jù)可得，在甲醇溫度為50℃時(shí)，萃取時(shí)間在1.5 h以上才能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)；在甲醇溫度為60℃時(shí)，萃取時(shí)間至少在50 min可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

表2 不同萃取溫度、時(shí)間下的甘油殘余量

2.3 拉伸

初生纖維的應(yīng)力—應(yīng)變性質(zhì)對(duì)溫度非常敏感。在拉伸過(guò)程中，為提高纖維的強(qiáng)度及其他機(jī)械性能，必須使結(jié)構(gòu)單元沿纖維軸取向。為此要求在拉伸過(guò)程中各結(jié)構(gòu)單元具有足夠的活動(dòng)性，而提高溫度正是供給結(jié)構(gòu)單元足夠熱運(yùn)動(dòng)能量的重要手段[2]。如果溫度略低，利用機(jī)械力強(qiáng)拉作用容易使絲條斷裂；但如果拉伸溫度過(guò)高，則會(huì)走反面，解取向作用就會(huì)明顯，纖維強(qiáng)度下降。萃取后的纖維先在A 烘箱中干燥，然后在B 烘箱中（溫度為T(mén)）進(jìn)行二級(jí)拉伸，拉伸倍數(shù)不同。二級(jí)拉伸后的纖維在C烘箱中進(jìn)行松弛熱定型，冷卻后即制得低溫水溶性聚乙烯醇纖維。表3 是溫度、拉伸倍數(shù)對(duì)纖維強(qiáng)度的影響，從中可以看出，當(dāng)拉伸溫度T 相同時(shí)，拉伸倍數(shù)越高，纖維強(qiáng)度越高，但當(dāng)拉伸倍數(shù)達(dá)到10 倍時(shí)，纖維強(qiáng)度無(wú)明顯提高，且絲條容易拉斷；當(dāng)拉伸倍數(shù)相同時(shí)，拉伸溫度越高纖維強(qiáng)度越高，但是當(dāng)拉伸溫度超過(guò)230℃時(shí)，纖維強(qiáng)度無(wú)明顯提高，且絲條顏色變黃。

表3 溫度、拉伸倍數(shù)對(duì)纖維強(qiáng)度的影響

3 結(jié)論

（1）通過(guò)甘油進(jìn)行增塑實(shí)現(xiàn)聚乙烯醇熔融法紡絲，比一般用水作為增塑劑更能使原料聚乙烯醇充分溶解，因?yàn)榫垡蚁┐荚现泻械奈⒘侩s質(zhì)不溶于水，這些雜質(zhì)紡絲時(shí)影響纖維的成型及纖維結(jié)構(gòu)。

（2）采用干噴濕法紡絲工藝制得的聚乙烯醇纖維不僅在強(qiáng)度上達(dá)到工藝要求，而且纖維在水中的溶解溫度也明顯降低，已初步符合低溫水溶性聚乙烯醇纖維的質(zhì)量要求。