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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成的合成纖維，大分子鏈中至少有50%的氯乙烯鏈節。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品的誕生，所以就其的生產工藝和發展狀況做初步的介紹。
關鍵詞：聚氯乙烯纖維
初發展史
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年人們發現在均相介質中用補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的突破，在德國和美國人們開始大量紡制氯乙烯長絲和短絲。
種類、性質
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】
聚氯乙烯在中國被稱作氯綸。聚氯乙烯纖維是用間規度較高的聚合物為原料，聚合物的顆粒度適當，平均分子量為60000～150000，熱分解溫度為150～200℃，熔點為170～220℃，含氯量約為57%，間規度在64%以上。聚氯乙烯纖維具有自熄性，為一般天然纖維和化學纖維所不具備；還有良好的對酸、堿、氧化劑和還原劑等的穩定性；保暖性也較好。明顯的缺點是耐熱性差，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50%）。
生產情況
目前至少有十一種PVC或改性PVC纖維的產品,然而它們中有的用擠壓技術制單絲,這就限制它們的活動性。但上大多以短纖維或絲束形式進行生產,在法國和日本還生產少量的連續長絲紗線。表1列舉了一些主要的生產廠、它們產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，首先使聚氯乙烯樹脂在丙酮中充分溶脹，這一操作在生產上叫做捏和。捏和溫度由室溫逐漸升至40—50oC，它取決于丙酮的含水率，捏和時間一般取4.5～6.0h，在捏和時可添加少量熱穩定劑、著色劑。
溶解：加熱，降低粘度，增加流動性，以獲得必要的可紡性。這一過程在生產上常稱為溶解。溶解是將捏和后的漿液通過套管加熱器，迅速加熱至90～95℃。由于丙酮在常壓下于56℃即發生沸騰，所以升溫溶解過程必須在加壓下進行。
過濾：保溫加壓下過濾。
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間約10～12s。得到的初生纖維經水洗后再進行拉伸。
傳統的濕法紡絲涉及有機溶劑，存在一定的污染問題，通過增塑改善PVC的流動性、通過添加熱穩定劑提高其分解溫度，實現PVC纖維的熔體紡絲，是近期科研領域的探索方向。
應用
聚氯乙烯纖維產品以短纖維和鬃絲為主，可用于制作舞臺幕布、家具裝飾織物、過濾材料、工作服。由于易產生摩擦負電性，制成的內衣可減輕神經痛和風濕痛，因而可用于制作針織內衣、運動衫、絨線衣、睡袋墊料等。
但其受自身缺點限制，適用范圍并不廣泛，改性聚氯乙烯纖維則有所彌補。
聚氯乙烯的重要改性品種有偏氯乙烯纖維、過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，且質地堅實。過氯乙烯纖維也稱為氯化聚氯乙烯纖維，中國稱為過氯綸，是將過氯乙烯樹脂(氯含量64%～65%)溶解在丙酮中經濕法紡絲制得的含氯纖維。纖維耐酸堿性能良好，但強度較低，且在70℃時就開始軟化，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。
偏氯乙烯纖維及過氯乙烯纖維則主要用作過濾材料及防火裝飾織物。它具有的很多特點：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；氯綸離開明火后會立刻熄滅，這種性能在國防上具有特殊的用途；強伸性：氯綸的強度接近于棉，斷裂伸長率大于棉，彈性比棉好，耐磨性也強于棉。吸濕性和染色性：氯綸的吸濕性極小，幾乎不吸濕。
技術進展（改進）
聚氯乙烯纖維性能的改進
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。
就其耐熱性的改進國際上已經有了多條途徑：（1）使用低溫聚合所得高結晶性的聚氯乙烯樹脂；（2）造成交聯結構；(3)利用分子間力強的丙烯腈或氟化物與氯乙烯共聚合。
革新產品成果
聚氯乙烯纖維的一些改良型產品如下。
天美綸：天美綸是日本帝人公司于1950年實現工業化的聚氯乙烯纖維的商品名。溶劑：質量分數分別為60%及40%的苯與丙酮的混合液。聚合度：DP為1400—1600。生產流程：低溫下捏和、經過濾、急速加溫（以增進其流動性）、紡絲（干法紡絲）。初生纖維經4倍左右的拉伸，隨后再進行熱定型。若生產耐熱短纖維，還需經熱松弛處理，以使纖維的沸水收縮率下降，但與此同時，纖維的強度有較大降低，斷裂伸長卻大大增加。
列維爾(Leavil)：這種纖維也稱第二代聚氯乙烯纖維。它是由高間規度的聚氯乙烯樹脂制得的纖維。特點是：鏈規整性好，纖維有一定的結晶度，玻璃化溫度高，耐熱性好、耐有機溶提高，起始收縮溫度可達130oC。溶劑：環己酮中，溶解溫度137℃，配成濃度約18%的紡絲原液。經過濾和脫泡后，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，同時進行7倍以上的拉伸，接著上油、緊張熱定型和干燥、卷曲、汽蒸定型箱中進行松弛熱定型，后結晶度為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：采用低沸點溶劑，按干紡法制取的具有一種新結構的聚氯乙烯纖維。在制造過程中聚合物粒子中的微晶區完全被破壞，這就使紡絲溶液具有較低的粘度(約低2個數量級)。由這種溶液所紡制的纖維具有較高的取向度，纖維的力學性能得到大大改善。L一9纖維具有內孔結構，這種結構的優點是使纖維的比表面大大增加。熱阻特別大、吸水性高，可不斷地傳遞氣態或液態的水分；L一9纖維制成的衣料具有很好的屏蔽效應，直接貼身穿，在散發熱量的各種勞動場合和廣泛的氣候環境中，都有熱舒適的感覺，并且具有導濕功能。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,再與它具有的其他性能結合起來,就使它能適用于廣泛的氣候環境和各種強度的體力勞動場合。
另外日本帝人公司研究人員發現,聚氯乙烯纖維與人體摩擦后會產生大量負離子。他們正試圖利用這一特性開發保健產品。
據這家公司的研究人員測定,當聚氯乙烯纖維與人體互相摩擦時,會使周圍空氣中漂浮的水分子帶上負電,每cm3可多達880至2020個,數量是通常情況下的4-10倍。研究人員還發現,聚氯乙烯纖維與皮膚摩擦后產生的負離子量要比聚酯和聚丙烯與皮膚摩擦后產生的負離子量多。研究人員認為,產生這種現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。科學家發現,瀑布周圍容易產生空氣負離子,它們有抑制人體細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發出保健產品。
發展前景
聚氯乙烯纖維比其他合成纖維出現還早,篇專利是1913年發表的,真正開始紡絲是在1931年(德國),但其發展速度一直較為緩慢。直到1980年，聚氯乙烯纖維年產量仍只有2萬噸左右。它之所以發展緩慢,主要是由于代聚氯乙烯纖維耐熱性差、沸水收縮率大,同時,抗有機溶劑性及染色性也差。
盡管如此,各國纖維工作者幾十年來都未放棄對聚氯乙烯纖維的研究因為它原料易得,成本低廉,同時還具有獨特的優點：如難燃性耐酸堿性和耐磨性,而且保暖性優于棉花,彈性與羊毛相仿。因此,近二十年來針對其沸水收縮率大的缺點,先后發展了預收縮處理法,使纖維的熱收縮溫度由原來的60-80℃提高到90-95℃。雖然沸水收縮率下降了,但纖維強度也隨之下降。而延伸度顯著變大其后又發展了后氯化法及部分預收縮處理法，經過這種方法改進后纖維的熱穩定性進一步提高。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制成各種紡織品,其產量的一半是用來制內衣,其中有一部分是利用它的帶靜電性能制成治療風濕病的內衣,產量的四分之一是用來制家庭紡織品(符合阻燃的要求)，其余部分則是制各種耐酸堿的工業用紡織品。這幾方面的使用效果良好,頗受人們歡迎。
我國聚氯乙烯纖維生產技術和國際上先進生產國家還是有差距。我們要因地制宜發展氯乙烯單體的生產，有條件的廠家應盡快實現單體路線的轉換，使用乙烯法代替乙炔法。為降低成本，應在降低雙耗方面開展工作，國外新開發的直接氯化/氯化氫氧化生產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，增加產品經濟效益方面有重要意義，也是今后國內科研工作的主攻方向之一。xA6SjGN

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