一種新型產(chǎn)業(yè)用纖維-POM纖維

一種新型產(chǎn)業(yè)用纖維——聚甲醛〔POM〕纖維王樺四川省紡織科學(xué)爭論院目錄POM纖維背景POM纖維的性能POM纖維在產(chǎn)業(yè)用紡織品中的應(yīng)用POM纖維制備難點POM纖維探究爭論介紹常用的鋼筋混凝土簡潔因硫離子、氯離子引起銹蝕間題，嚴(yán)峻影響混凝土的壽命，且簡潔產(chǎn)生剛性裂縫。20世紀(jì)80年月末，美、日等興旺國家開頭用高性能纖維增加復(fù)合材料加固修復(fù)混凝土構(gòu)造，改善其抗拉性能和抗裂性能。目前纖維加固修復(fù)混凝土主要使用的纖維原料是聚酯纖維和聚丙烯纖維等。POM纖維背景POM纖維背景常用聚丙烯聚酯纖維，由于強度及彈性模量較低，在混凝土中的分散性較差，對混凝土抗壓強度的提高不明顯，與水泥石的粘結(jié)不嚴(yán)密，泵送施工不易掌握，使混凝土本錢大幅上升等，這些問題都嚴(yán)峻制約了纖維混凝土的大范圍應(yīng)用，因此迫切需要查找新型的高性能纖維替代原有產(chǎn)品。試驗覺察，POM纖維在摻量僅為0.9%的條件下，纖維的分散性能就表現(xiàn)優(yōu)越，混凝土均相性和力學(xué)性能改和藹好，通過承受不同規(guī)格的POM纖維的組合增加混凝土，可以解決其他合成纖維所不能解決的混凝土的原生缺陷所導(dǎo)致誘發(fā)的混凝土開裂的難題。尤其是在患病火災(zāi)后，POM纖維增加的混凝土，不會因大火燃燒而產(chǎn)生崩裂坍塌，使用性能大大優(yōu)于目前廣泛使用的聚丙烯纖維。中國國務(wù)院辦公廳于2023年4月24日公布的《紡織工業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》，提到要重點進展以寬幅高強工藝技術(shù)為主的土工格柵、土工布、防水卷材等多功能復(fù)合材料，高端土工布材料國內(nèi)市場占有率由20%提高到50%。POM纖維在摻量僅為0.9%的條件下，纖維的分散性能就表現(xiàn)優(yōu)越，混凝土均相性和力學(xué)性能改和藹好，通過承受不同規(guī)格的POM纖維的組合增加混凝土，可以解決其他合成纖維所不能解決的混凝土的原生缺陷所導(dǎo)致誘發(fā)的混凝土開裂的難題。鑒于POM纖維在土工合成材料方面的應(yīng)用優(yōu)勢，纖“”規(guī)劃中的《高新技術(shù)纖維行業(yè)“進展規(guī)劃”》將POM纖維的生產(chǎn)技術(shù)列入為欲突破關(guān)鍵技術(shù)問題。POM纖維背景1、1967年，MONTEDISONSPA，為了避開由于聚甲醛結(jié)晶速度快而引起的脆斷，將從噴絲孔擠出的纖維通過淬火處理機驟冷。2、1969年，F(xiàn)ALKAIBELAVON在英國專利中介紹了用線性高分子量聚甲醛溶液紡絲制備POM單絲的方法。3、1971年，在美國專利中，介紹了一種高彈性POM纖維的制取方法，通過特殊的結(jié)晶方式使得結(jié)晶度高的固體顆粒承受彈性變形〔在壓力下結(jié)晶〕。熔融紡絲后的樣品，經(jīng)過一種特殊的熱－濕處理以提高纖維的彈性。盡管以上關(guān)于POM紡絲方法的報道是早在幾十年前，但由于POM結(jié)晶度高、結(jié)晶速度快難以掌握、以及在高溫下分解造成氣泡等等緣由，POM纖維也始終都沒有實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。POM纖維國外爭論現(xiàn)狀POM纖維背景POM纖維背景在我國POM纖維的爭論工作起步晚，近兩年只有少數(shù)大學(xué)才開頭進展探究性爭論，目前國內(nèi)還處于試驗室爭論階段。其中，僅東華大學(xué)等少數(shù)科研機構(gòu)通過高純POM或三聚甲醛催化聚合后，經(jīng)熔融、干法或濕法紡絲制得POM纖維，未進展進一步的中試和工業(yè)化爭論。研究單位研究階段四川省紡織科學(xué)研究院已進入工業(yè)放大生產(chǎn)和纖維應(yīng)用研究階段日本旭化成公司工業(yè)化初期，詳情未知日本寶理塑料有限公司工業(yè)化初期東華大學(xué)實驗室研究，未進行進一步的工業(yè)化研究四川大學(xué)研究起步階段POM纖維國內(nèi)爭論現(xiàn)狀國內(nèi)外爭論現(xiàn)狀強度高，與常見的聚酯纖維和尼龍纖維相比，POM纖維的強度好，為常用聚酯纖維、尼龍纖維的2～3倍。耐摩擦磨損性優(yōu)異，靜摩擦系數(shù)低于0.3，動摩擦系數(shù)低于0.25。拉伸回復(fù)性能優(yōu)異，POM纖維的蠕變行為比碳纖維、Kevlar不銹鋼絲大，但經(jīng)過較長時間后，蠕變停頓假設(shè)出去負(fù)荷，蠕變又能恢復(fù)，故具有優(yōu)異的拉伸回復(fù)性能。耐久性特別優(yōu)異，POM纖維不但具有良好的短期熱穩(wěn)定性，在高溫的空氣中或在高溫的熱水中，其長期使用穩(wěn)定性也特別優(yōu)異。優(yōu)異的耐化學(xué)品性能，POM纖維僅在酸中有稍微分解，對堿溶液，海水，溶劑的反抗力量極強。同時耐光性優(yōu)異，而且吸水率極低，不被微生物分解，在海水中不吸附浮游生物，不長霉菌。POM纖維的性能POM纖維與K-49、PET化學(xué)性能比照性能測試方法K-49PETPOM纖維耐堿性10％NaOH溶液中浸200h后強度保持率/％4940100耐酸性10％HCl溶液中浸50h后強度保持率/％209557耐光性83℃,碳弧燈燈照射120h后強度保持率/％765588耐海水性海水中浸一年后的強度保持率/％50－100吸水性水中浸24h的吸水率/％20.20.2POM纖維的性能POM纖維與聚酯纖維物理性能比照性能聚酯纖維POM纖維強度/GPa0.3～0.70.7～1.4強度/cN·dtex-12.2～55～10斷裂延伸率/%15～4010～50比重/g·cm-31.381.41伸長回復(fù)率/%2080靜摩擦系數(shù)0.3750.29動摩擦系數(shù)0.3550.245使用溫度(℃)140140POM纖維的性能POM纖維的性能POM纖維耐光性★土工合成材料土工布、混凝土增加。高強度、耐堿性、分散性、耐磨性、耐候性★戶外增加蓬蓋材料耐光性、耐堿性能、耐候性★防洪沙袋、軍事掩體耐堿性、耐候性、染色性、耐光性★過濾器耐熱、耐堿、耐藥品性★其他工業(yè)用途POM纖維在產(chǎn)業(yè)用紡織品中的應(yīng)用★土工合成材料國務(wù)院99年72號文件已明確指出：“2023年在沿海城市和土地稀缺的城市制止使用實心粘土磚；在其他地區(qū)框架構(gòu)造建筑中也制止使用實心粘土磚。到2023年在全國制止生產(chǎn)、使用實心粘土磚?！蔽覈鴮ν聊竟こ淘黾佑美w維越來越重視，近年國家先后出臺《水泥混凝土和砂漿用合成纖維》GB/T21120-2023、《纖維混凝土構(gòu)造技術(shù)規(guī)程》等，縮短了與興旺國家的差距。國務(wù)院辦公廳于2023年4月24日公布的《紡織工業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》中強調(diào)要重點進展以寬幅高強工藝技術(shù)為主的土工格柵、土工布、防水卷材等多功能復(fù)合材料，高端土工布材料國內(nèi)市場占有率由20%提高到50%。POM纖維在產(chǎn)業(yè)用紡織品中的應(yīng)用POM纖維在產(chǎn)業(yè)用紡織品中的應(yīng)用★纖維用于土工合成材料的原理阻裂抗?jié)B耐久增韌增加減重混凝土中的微小裂縫受荷載作用時會產(chǎn)生裂縫擴展，纖維能橫跨起橋接作用，緩解裂縫尖端的應(yīng)力集中，增加裂縫的擴張阻力，提高混凝土的斷裂能。使混凝土的延性增大，提高混凝土的韌性和抗裂力量。纖維在混凝土中能很好的均勻分布且與混凝土澆搗成型過程中增加了混凝土內(nèi)部內(nèi)部的束縛力，從而削減了混凝土在成型過程中大孔隙和裂縫的產(chǎn)生，削減了宏滲水和微滲水?；炷猎趦鋈跅l件下產(chǎn)生較大的膨脹壓力，易使混凝土裂縫和原有裂縫擴展，在混凝土中摻入少量的合成纖維，由于行為較細(xì)，單位面積的纖維數(shù)量較多，這樣纖維能起到一個很好的約束作用，反抗凍融和化學(xué)侵蝕時的膨脹壓力。同時纖維的摻入大大提高了混凝土的抗?jié)B性，這樣便阻礙了化學(xué)物質(zhì)的滲入，提高了其抗化學(xué)侵蝕性能。

★土工合成纖維的要求POM纖維在產(chǎn)業(yè)用紡織品中的應(yīng)用高抗堿性分散性安全性性能均一性強度高變形能力黏結(jié)強度彈性模量阻裂抗?jié)B耐久增韌增強減重★土工合成材料耐堿性纖維增加水泥的耐堿性始終是人們關(guān)心的話題，由于水泥在水化反映過程中析出的氫氧化鈣。POM纖維在產(chǎn)業(yè)用紡織品中的應(yīng)用玻璃纖維、自然纖維以及一些合成纖維同樣都存在耐堿性差的問題氫氧化鈣與玻璃纖維中的硅氧骨架相互作用生成了一種新的物質(zhì)——水化硅酸鈣凝膠。它對玻璃纖維產(chǎn)生猛烈的侵蝕，并在其外表造成較大的缺陷，引起局部應(yīng)力集中，從而破壞了纖維的構(gòu)造，最終導(dǎo)致玻璃纖維強度快速下降。★土工合成材料POM纖維在產(chǎn)業(yè)用紡織品中的應(yīng)用自然纖維是自然界中最大品種的纖維，取之不盡，用之不竭。環(huán)境友好以及制造本錢低。自然纖維在堿性條件下會發(fā)生分子降解而失去力學(xué)性能。因此，其增加水泥基材料同樣存在一個長期使用性問題。有爭論承受自然纖維涂覆疏水愛護劑和／或承受低堿性基體的方法，來解決自然纖維增加水泥基材料的耐久性問題效果顯著，但最終結(jié)果仍不甚令人滿足。纖維的耐堿性提高，是提高纖維增加水泥基材料的耐久性的重要難題?！锿凉ず铣刹牧螾OM纖維在產(chǎn)業(yè)用紡織品中的應(yīng)用POM纖維的耐堿性(10%NaOH)★土工合成材料POM纖維在產(chǎn)業(yè)用紡織品中的應(yīng)用POM纖維耐堿性特別好POM纖維在產(chǎn)業(yè)用紡織品中的應(yīng)用POM纖維變形力量好★土工合成材料★土工合成材料POM纖維應(yīng)變彈性響應(yīng)與PP纖維對比POM纖維的彈性模量高蠕變停頓假設(shè)除去負(fù)荷，蠕變又能恢復(fù)，更有效地阻擋混凝土塑性收縮裂縫的產(chǎn)生與擴延。POM纖維在產(chǎn)業(yè)用紡織品中的應(yīng)用★土工合成材料患病火災(zāi)后，POM纖維增加的混凝土，不會因大火燃燒而產(chǎn)生崩裂坍塌。a:沒有添加纖維的混凝土，b:添加PP纖維的混凝土；c:添加POM纖維的混凝土POM纖維在產(chǎn)業(yè)用紡織品中的應(yīng)用★土工合成材料纖維增強相容性分散性耐堿性耐光性環(huán)境友好鋼纖維●●●●●●●●●●●●●●●●石棉纖維●●●●●●●●●●●天然纖維●●●●●●●●●●●玻纖●●●●●●●●●●●●●維綸●●●●●●●●●●●●●●●●●●丙綸●●●●●●●●●●●●●●滌綸●●●●●●●●●●●●●●POM纖維●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●土木工程增加纖維與POM纖維比照POM纖維在產(chǎn)業(yè)用紡織品中的應(yīng)用土木工程增加用合成纖維與POM纖維比照性能滌綸丙綸維綸POM纖維強度/cN·dtex-12.2～53.1～6.43.5～5.75～10斷裂延伸率/%15～4015～3512～2610～50比重/g·cm-31.380.911.31.41伸長回復(fù)率/%20851580靜摩擦系數(shù)0.3750.520.35～0.370.29動摩擦系數(shù)0.3550.29～0.40.3～0.330.245使用溫度/°堿性不好好好好耐光性不好不好尚好好價格/萬元·噸-11.71.82.53.5★土工合成材料POM纖維在產(chǎn)業(yè)用紡織品中的應(yīng)用目前我國每年的建筑混凝土用量以千億噸計，按1%的混凝土使用增加纖維〔保守按1千億噸〕，按摻量0.5%計，需要增加纖維500萬噸，假設(shè)POM纖維的使用量占10%的狀況下，每年的需求量就有50萬噸。★土工合成材料POM纖維在產(chǎn)業(yè)用紡織品中的應(yīng)用★戶外增加蓬蓋材料市場耐光性、耐堿性能、耐候性目前所使用的丙綸和滌綸在高原地區(qū)的強紫外線輻射下，會加速老化，縮短使用壽命，用丙綸和滌綸生產(chǎn)的高原牧民的居家?guī)づ?、遮陽材料等不能滿足要求。而POM纖維在85℃碳弧燈照射100小時下，強度仍能保持90%，是目前合成纖維中最好的。戶外增加蓬蓋材料在強紫外線輻射下，會加速老化，縮短使用壽命。尤其在四川藏區(qū)、西藏、青海等地處高原，紫外線輻射猛烈。目前我國每年戶外蓬蓋材料的需求量約500萬m2，需用纖維1000噸。按POM纖維市場占有50%計，每年需要POM纖維500噸。POM纖維在產(chǎn)業(yè)用紡織品中的應(yīng)用★防洪沙袋、軍事掩體耐堿性、耐候性、染色性、耐光性目前防洪沙袋現(xiàn)有產(chǎn)品主要為聚乙〔丙〕烯，其耐候性能、染色性很差，每年使用量在1千萬條以上，需要纖維材料1200～1500噸，依據(jù)市場占有率50%計，每年需POM纖維600～750噸。軍事掩體用沙袋每年需求量在1千萬條以上，需要纖維1200～1500噸。POM纖維在產(chǎn)業(yè)用紡織品中的應(yīng)用POM纖維制備難點1、紡絲——POM熔融溫度與分解溫度接近POM熔融溫度160℃，高于200℃時就開頭分解。同時在熔融紡絲過程中，在高溫下POM樹脂與在螺桿中停留時間過長也會導(dǎo)致分解，產(chǎn)生氣泡絲，給紡絲帶來困難，甚至中斷紡絲。meltsolid噴絲口易產(chǎn)生氣泡絲，導(dǎo)致出絲異常，無法正常成絲。通過提高紡絲壓力相對降低紡絲溫度，準(zhǔn)確掌握紡絲溫度，避開POM在更高溫度下紡絲所導(dǎo)致的高溫降解反響的發(fā)生。并通過螺桿、計量泵構(gòu)造設(shè)計，削減熔體停留時間，掌握POM高分子材料的分解而產(chǎn)生氣泡絲。噴絲孔分布、噴絲孔熔體導(dǎo)入角的角度螺桿擠出機及熔體管道分布的設(shè)計1、紡絲——POM熔融溫度與分解溫度接近POM纖維制備難點由于POM的結(jié)晶特性和POM高分子結(jié)晶度高〔70%以上〕的特點，噴絲口出絲遇到冷空氣會快速冷卻結(jié)晶，導(dǎo)致形成脆態(tài)，不利于后續(xù)牽伸。2、成形——POM結(jié)晶溫度與紡絲溫度接近，結(jié)晶速度快設(shè)計初生纖維的延長固扮裝置，通過噴絲口的延時加熱冷卻和噴頭拉伸比掌握，使POM高分子鏈呈有序排列而形成晶核，縮短結(jié)晶誘導(dǎo)期；經(jīng)過延時加熱冷卻固化工藝后，POM纖維的后續(xù)牽伸性能明顯提高。POM纖維制備難點玻璃化溫度（-50℃）與最大結(jié)晶溫度（141℃）差距較大，大分子鏈段排入晶格困難定型階段時，相當(dāng)一部分的大分子會發(fā)生解取向纖維性能下降3、定型——取向、結(jié)晶POM纖維制備難點設(shè)計在加壓自鎖條件下對纖維進展拉伸熱處理，提高纖維的取向上的結(jié)晶，賜予POM纖維良好的物理機械性能。設(shè)計促使聚合物分子末端運動、高分子發(fā)生進一步完善結(jié)晶的定型工藝，提高纖維的強度。有效地降低了定型過程中纖維大分子的解取向程度，顯著提高了纖維的在取向上得結(jié)晶，保證纖維的力學(xué)性能。3、定型——取向、結(jié)晶POM纖維制備難點POM纖維探究爭論介紹四川省紡織科學(xué)爭論院是我國第一家對POM纖維進展?fàn)幷撆c開發(fā)，并持續(xù)不斷地進展了試驗室小試、中試，積聚了豐富的爭論數(shù)據(jù)和爭論閱歷，并形成專利技術(shù)。四川省紡織科學(xué)爭論院近年對聚甲醛纖維的爭論，獲得2023年四川省產(chǎn)業(yè)爭論與開發(fā)資金工程——“聚甲醛〔POM〕纖維的爭論開發(fā)”工程〔工程編號2023XM054〕、2023年四川省科技支撐工程“高性能聚氧亞甲基〔POM〕纖維的爭論及應(yīng)用開發(fā)”工程〔工程編號2023GZ0226〕的支持。POM纖維應(yīng)用于混凝土增加技術(shù)進展探究爭論POM與PP纖維增加混凝土比照編號原材料用量kg/m3工作性能描述7d水泥粉煤灰礦粉天然砂碎石水外加劑纖維抗壓抗折1347.930.860.8697.91140.8150.24.840坍落度240mm,流動性好，較輕43.43.802347.930.860.8697.91140.8162.74.840.9%PP坍