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        國內(nèi)聚甲醛纖維研究進展與應用展望

        2021-01-05 13:50:52李滿枝陳威李亞斌
        天津化工 2021年2期
        關鍵詞:方法

        李滿枝,陳威,李亞斌

        (天津渤化永利化工股份有限公司,天津300450)

        聚甲醛(POM)是一種性能優(yōu)良的工程塑料。其物理機械性能十分優(yōu)異,如耐磨損,摩擦系數(shù)小,是優(yōu)良的抗摩擦材料[1]。聚甲醛纖維屬于合成纖維的一種,是一種復合增強纖維新材料,聚甲醛纖維具有以下優(yōu)點:1)強度高,與常用的尼龍纖維和聚酯纖維相比,聚甲醛纖維的強度更好,為常見的尼龍纖維和聚酯纖維的2~3倍。2)耐摩擦磨損性能優(yōu)異。動摩擦系數(shù)低于0.25,靜摩擦系數(shù)低于0.3。3)拉伸回復性能非常優(yōu)異。4)耐久性十分優(yōu)異。5)具有優(yōu)異的耐化學品性能。由于聚甲醛纖維具有以上眾多的優(yōu)良性能,極有希望成為下一個重點開發(fā)的高性能纖維之一。

        1 聚甲醛(POM)纖維的制備方法

        聚甲醛纖維的制備方法分為:①以熔融紡絲法為基本原理的制備方法,該方法是提高生產(chǎn)效率,降低生產(chǎn)成本,實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的最佳方法。②以靜電紡絲法為基本原理的制備方法,該方法主要應用于納米聚甲醛纖維的制備。

        1.1 熔融-水浴拉伸紡絲法

        該方法是很常見的紡絲法,它是將聚甲醛粒子通過喂料器進入到螺桿擠出機中加熱熔融,由噴絲板熔融擠出,卷繞后獲得初生纖維。之后再把絲條在熱水槽里預熱,在兩個導絲輥間完成拉伸,通過控制卷入輥和卷出輥線速度來控制拉伸的倍數(shù),完成最終纖維的制備。

        1.2 溶液靜電紡絲法

        溶液靜電紡絲法是將聚合物溶解在極性溶劑中制成聚合溶液,然后將該溶液加入到紡絲器中,將電壓正極與金屬針頭相接,鋁箔作為負極和接收器,設置電壓和接收距離,在鋁箔上就可以得到無規(guī)排列的電紡纖維。

        1.3 熔融-靜電紡絲法

        熔融-靜電紡絲法是前兩種方法結合在一起而改進的制備聚甲醛纖維方法,該方法利用熔體靜電紡絲裝置,加熱料筒到設定溫度,加入一定量聚甲醛原料,通過加熱,使其在料筒內(nèi)熔融,再加入一定量助劑。當熔體向下滴出時,打開高壓電源,然后調(diào)節(jié)電壓,使熔體在高壓靜電的作用下噴射到接收裝置上,得到聚甲醛纖維[2]。

        2 聚甲醛(POM)纖維制備的難點

        由于聚甲醛結晶度高、結晶速率快,并且熔點和分解溫度接近,很容易造成聚甲醛初生纖維結構不均勻,進而影響成品纖維的力學性能。聚甲醛纖維制備的難點主要是在紡絲和成型兩個階段。

        2.1 紡絲過程

        聚甲醛熔融溫度與分解溫度比較接近,聚甲醛熔融溫度為165℃左右,高于200℃就開始分解。同時,在熔融紡絲過程中,聚甲醛樹脂與在螺桿中的停留時間過長也會導致分解,產(chǎn)生氣泡絲,從而給紡絲帶來困難,甚至中斷紡絲。因此,控制好紡絲溫度,避免聚甲醛過熱分解產(chǎn)生甲醛氣體是解決該問題的關鍵所在。目前,通常做法是通過螺桿轉速減少熔體的停留時間,控制聚甲醛分解所產(chǎn)生的氣泡絲。

        2.2 成型過程

        聚甲醛結晶溫度與紡絲溫度接近,結晶速度過快。由于聚甲醛的結晶特性和聚甲醛高分子結晶度高的特點,噴絲口處遇到冷空氣后會快速冷卻結晶,形成脆態(tài),不利于后序的牽伸。因此,延長聚甲醛的結晶時間是解決該問題的關鍵所在。目前,通常做法是設計初生纖維的延長固化裝置,通過噴絲口的延時加熱,冷卻和噴頭拉伸比的控制,使聚甲醛高分子鏈呈有序排列,縮短結晶誘導期。

        3 聚甲醛(POM)纖維的市場前景

        聚甲醛是一種高密度、高結晶的線型聚合物,具有優(yōu)異的物理化學性能。通過聚甲醛制備的纖維材料也將是綜合性能最好的合成纖維之一,聚甲醛纖維材料可廣泛應用于繩索、混凝土、綜絲、民用紡織品等方面。聚甲醛納米纖維材料更是在傳感器、過濾材料、芯片覆蓋膜以及其他特殊領域有著非常好的應用前景。

        3.1 繩索、降落傘等生活品領域

        繩索早期是以鋼絲為材料,接著使用了尼龍、聚丙烯等合成纖維繩索,但是用聚丙烯等原料制備的合成纖維繩索容易斷裂。而鋼絲不僅易斷裂,還容易生銹。聚甲醛纖維具有密度小、高強度和高模量的特點,并且線性膨脹系數(shù)接近于石英,在力學性能方面要明顯優(yōu)于尼龍、聚丙烯等材料,是非常理想的制備合成纖維繩索的復合材料之一。

        3.2 混凝土纖維增強等建筑領域

        在水泥中摻入增強用纖維,有效的提高了水泥混凝土的抗?jié)B性、抗凍性、抗裂性,大大增強了水泥混凝土的抗沖擊及抗震性。目前用于增強增韌水泥混凝土的纖維主要有聚酰胺、碳纖維、聚酯、PP等。聚甲醛纖維所具有的特殊力學性能及化學穩(wěn)定性,更適合作為混凝土增強的纖維材料。

        3.3 綜絲等紡織品領域

        傳統(tǒng)綜絲是用不銹鋼制作的,不銹鋼綜絲存在對機器的損耗大、耗能大、容易生銹并且質(zhì)量大等缺點。而聚甲醛綜絲具有對機器的損耗小、質(zhì)量輕、抗靜電、不會生銹、容易清洗,具有一定的回彈性等優(yōu)點,并且聚甲醛綜絲價格比傳統(tǒng)鋼綜更便宜,更省電,可大大降低織造企業(yè)成本。所以聚甲醛綜絲是一個非常有生命力的產(chǎn)品。

        3.4 其他領域

        聚甲醛纖維材料還可應用于交叉網(wǎng)狀的各種過濾器,土工布合成材料等方面。此外,由于聚甲醛纖維的熔點及熱變形溫度較低,即使-200℃也能保持纖維的穩(wěn)定性,可應用于超低溫材料中,并且其磨耗系數(shù)小,摩擦系數(shù)低,適用于耐磨耗的制品中。

        4 結語

        隨著國內(nèi)聚甲醛產(chǎn)品產(chǎn)能不斷增加,國外高端產(chǎn)品的市場壟斷,對聚甲醛進行深加工,拓寬其產(chǎn)品的應用范圍對于聚甲醛生產(chǎn)企業(yè)來說特別重要。聚甲醛作為一種綜合性能良好的工程塑料,對其進行纖維材料的制備,能解決長期以來困擾聚甲醛企業(yè)的銷售難題。因此,我們應大力投入到聚甲醛纖維制備的研發(fā)工作當中,盡快找出適合工業(yè)化生產(chǎn)的工藝路線,制備出性能優(yōu)良的新材料纖維產(chǎn)品,以滿足更多應用領域的需求,早日擺脫國內(nèi)聚甲醛產(chǎn)品在低端市場惡性競爭的局面,將國內(nèi)聚甲醛項目帶入良性的可持續(xù)發(fā)展的軌道當中。

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