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第八章聚氯乙烯纤维第一节概述一、聚氯乙烯纤维的发展概况聚氯乙烯（PVC）纤维是由聚氯乙烯树脂纺制的纤维，我国简称氯纶。20世纪50年代初，PVC纤维才作为一种工业产品出现。二、聚氯乙烯纤维的性能和用途⒈聚氯乙烯纤维的性能特点PVC纤维的独特性能就在于其难燃性。PVC纤维的极限氧指数LOI为37.1％，在明火中发生收缩并碳化，离开火源便自行熄灭，其产品特别适用于易燃场所。PVC纤维对无机试剂的稳定性相当好、抗化学药品性好。PVC纤维具有良好的保暖性、电绝缘性。由于PVC纤维导热性小且易积聚静电，其保暖性比棉、羊毛还要好。PVC纤维原料来源广泛、价格便宜，热塑性好、弹性好、耐磨、并有较高的强度。PVC纤维作为阻燃纤维材料通过原料与生产技术的改进与提高，将广泛应用于消防、军队、宇航、冶金、石化等特种行业。腈氯纶阻燃布腈氯纶阻燃布腈氯纶永久阻燃服装PVC纤维的主要缺点是耐热性差，只适宜于40～50℃以下使用，65～70℃软化，并产生明显的收缩。其次是耐有机溶剂性差和染色性差，虽不能被多数有机溶剂溶解，但能使其溶胀，一般常用的染料很难使PVC纤维上色，所以生产中多数采用原液着色。⒉聚氯乙烯纤维的用途PVC纤维的产品有长丝、短纤维以及鬃丝等。以短纤维和鬃丝为主。在民用方面，主要用于制做各种针织内衣、毛线、毡子和家用装饰织物等。由PVC纤维制作的针织内衣、毛衣、毛裤等，保暖性好。另外由于静电作用，对关节炎有一定的辅助疗效。在工业应用方面，PVC纤维可用于制作各种在常温下使用的滤布、工作罩、绝缘布，覆盖材料等。另外，用PVC纤维制作的防尘口罩，因其静电效应（结构中具有不对称因素，有很强的偶极矩），吸尘性特别好。PVC鬃丝主要用于编织窗纱、筛网、绳索等。第二节聚氯乙烯的制备及其性能一、氯乙烯的制备⒈乙炔法乙炔法是以氯化汞为催化剂，使乙炔与稍过量的氯化氢反应生成氯乙烯的方法，也称电石法。⒉乙烯法氧氯化法：使用催化剂为混有氯化钾或其它碱金属氧化物的氧化铜，载体为硅藻土或氧化硅胶，转化率可达99％。⒊乙烯乙炔法该方法一般是将石脑油裂解生成的、基本含有等摩尔的乙烯和乙炔的混合物进行精制，使乙烯和乙炔与其它馏分分离，再与氯化氢化合，使乙炔生成氯乙烯，随后把它分离出来。余下的气体继续与氯气化合，使乙烯生成1，2—二氯乙烷，回收后热裂解生成氯化氢和更多的氯乙烯。综合反应为：二、氯乙烯的聚合PVC聚合工艺有四种：悬浮聚合法、乳液聚合法、本体聚合法、微悬浮聚合法。在无引发剂作用时，氯乙烯化学稳定性较大，难以聚合，贮存时不必加阻聚剂。在光、热、γ射线和各种引发剂作用下容易发生聚合。目前工业生产主要采用悬浮聚合法。氯乙烯悬浮聚合常用的引发剂为偶氮二异丁腈（AIBN）或过氧化二碳酸二异丙酯（IPP），分散剂为明胶或聚乙烯醇，分散介质采用水。聚合温度45～60℃。三、聚氯乙烯的结构和性能⒈聚氯乙烯的结构由于分子的极性效应，PVC一般都以头尾连接，因而氯原子在长链分子上的分布主要在1，3位置。在聚氯乙烯分子链中也存在少量支链，通常认为1000个碳原子数的PVC中有5-16个支链。与聚乙烯相比，聚氯乙烯的分子链更僵硬，分子间作用力更强，内聚能密度更大。⒉聚氯乙烯的性质⑴聚氯乙烯的物理性质聚氯乙烯的颗粒结构或形态，即颗粒的形状、粒度、粒度分布及多孔性，这些特性对加工性能有相当大影响。用悬浮聚合所得到的聚氯乙烯为白色颗粒状固体（50～250um），由1～2um的二次粒子（也称亚颗粒）凝聚而成，亚颗粒由0.02～0.05um的一次粒子（也称原始粒子或微粒子）堆积而成。PVC耐热性极低，当温度达到65～70℃时即发生明显的热收缩。脆化温度低于-50～-60℃，大多数制品长期使用温度不宜超过55℃，特殊配方的可达90℃。⑵聚氯乙烯的热稳定性聚氯乙烯没有明显的熔点，其流动温度约为170～220℃，而分解温度为150～155℃，在该温度下会有少量HCI放出，促使其进一步分解，故必须加入碱性的稳定剂中和HCI而抑制其催化的裂解反应。因而PVC不仅不能采用熔体纺丝法纺丝，即使采用温度较低的热塑挤压法纺丝，也必须加入适当的热稳定剂。⑶聚氯乙烯的化学性质PVC对各种无机试剂的稳定性很好。它和有机溶剂之间不发生化学反应，但有很多有机溶剂能使它发生有限溶胀。PVC易发生光老化，当其长时间受到光照时，大分子会发生氧化裂解。⑷聚氯乙烯的溶解性能PVC很难在一般的溶剂中溶解。宜于纺制纤维的PVC树脂的溶剂有：二氯乙烷、四氯乙烷、氯苯、环己酮、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、环氧丙烷以及环氧氯丙烷等。另外它还可溶于二硫化碳和丙酮、苯和丙酮、二硫化碳和甲乙酮等有机物组成的混合溶剂中。第三节聚氯乙烯纤维的生产PVC纤维的生产量虽然不大，但各国用于生产PVC纤维的方法却多种多样。一、氯纶氯纶的生产工艺有湿法纺丝和干法纺丝两种，产品均为短纤维。所用溶剂（或捏和剂）是丙酮。工艺流程如下：⒈湿法纺丝工艺流程PVC→捏和（溶胀）→溶解→过滤→调温→纺丝→集束→水洗→拉伸→上油→干燥（热定型）→卷曲→切断→短纤维⒉干法纺丝工艺流程PVC→捏和（溶胀）→溶解→过滤→调温→纺丝→集束→拉伸→热定型→上油→切断→干燥→短纤维纤维级的PVC不能溶解于丙酮，为了获得纺丝原液，首先使PVC树脂在丙酮中充分溶胀，这一操作在生产上叫做捏和。捏和温度由室温逐渐升至40～50℃。捏和时间一般取4.5～6.0h。捏和终了所得到的浆液是一种高粘度的冻胶体，其流动性小，不能直接用于纺丝成形，因此需加热，降低粘度，增加流动性，以获得必要的可纺性。这一过程在生产上常称为溶解。PVC湿法纺丝所用凝固浴为丙酮水溶液，浴中丙酮含量控制在20%～22%，浴温35℃左右，纺丝速度一般取16～20m/min，丝条在疑固浴中的停留时间10～12s。得到的初生纤维经水洗后再进行拉伸。PVC干法纺丝时的套筒温度取80～120℃，卷取速度100～200m/min。套筒长度可为3.5～6m。卷取速度越高，套筒长度应越长。借助于热空气流使丙酮挥发而使原液细流凝固成纤维。纺丝套简中的热空气被引出后进行冷凝或用活性炭吸附以回收丙酮。由湿法或干法纺丝所得初生纤维，为了进一步提高其物理机械性能，均须将其拉伸4～5倍。拉伸一般分两段进行，拉伸介质常采用95～98℃的热水。通常头道拉伸约完成总拉伸倍数的40％～45％。热定型过程在湿法纺丝生产中是与干燥过程结合在一起进行的，干法生产中则单独进行。为了保证定型效果，已经定型纤维的干燥宜在较低温度（50～60℃）下进行。PVC除能溶于一定溶剂中用湿法或干法纺丝外，还可用热塑挤压法制取较租的鬃丝（33.3～111dtex）。先将PVC树脂和增塑剂、稳定剂以及着色剂等均匀混合，而后加入螺杆挤出机中，通过分段加热，使物料大约升温至200℃左右，并借助于螺杆的挤压作用，使之压出机头成为丝条，在水浴中凝固二、配采-U（PeCe-U）是德国BASF公司生产的PVC纤维的商品名。采用以四氢呋喃为溶剂，并采用漏斗形凝固浴槽的湿法纺丝工艺进行生产。配采-U纺丝方法示意图三、罗维尔（Rhovyl）罗维尔是法国罗迪阿赛塔公司（Rhodiaceta）研制成功的PVC纤维。工业生产中使用体积分数均为50％的丙酮和二硫化碳为混合溶剂，纺丝原液的浓度约为35％。罗维尔纺丝方法（环形干法成形工艺）示意图四、天美纶天美纶是日本帝人公司于1959年实现工业化的PVC纤维的商品名。溶剂是质量分数分别为60%及40%的苯与丙酮的混合液。五、新品种聚氯乙烯纤维⒈列维尔（Leavil）也称第二代PVC纤维，由高间规度的PVC树脂制得的纤维。由于分子链结构的规整性好，所得纤维具有一定的结晶度，结晶度的增加使纤维的玻璃化温度从75℃提高到100℃以上，相应制品的耐热性及对有机溶剂的稳定性也大为提高，其起始收缩温度可达130℃。意大利蒙泰纤维公司于1967年开始工业化生产。⒉新型聚氯乙烯纤维L-9用低沸点溶剂，干法纺制的新结构聚氯乙烯纤维。纤维具有内孔结构，优点是使纤维的比表面大大增加（2500～15000m2/kg），而羊毛比表面约为150m2/kg，真丝约为1500m2/kg。这样大的比表面，同周围空气的接触增加，而且热交换界面层的厚度大大增加，因而其热阻特别大。衣物具有热舒适感和导湿性能。六、改性聚氯乙烯纤维⒈过氯纶一种以氯化聚氯乙烯树脂为原料生产的纤维。用丙酮为溶剂制取纺丝原液，通常用湿法纺丝。在法国叫克莱维尔（Clevyl），在俄罗斯叫赫洛林（Klttorin）。氯化PVC（CPVC）由PVC经氯化而制得。CPVC外观呈白色或浅黄色粉末，是PVC的一个改性品种，其氯的质量分数较PVC增加5%～8%，使分子的不规整性增大，结晶度下降，分子链的极性增强，因而使其热变形温度上升。CPVC产品的使用温度最高可达93～100℃，较PVC提高30～40℃，具有很好的耐热性，CPVC的抗张强度、抗弯强度较PVC也有改进。其不足之处是脆性大。氯化PVC纤维可作鱼网、工作服、工业滤布、不燃烧降落伞、海底电缆外套。用CPVC纤维制作的内衣可防治风湿性关节炎等。⒉偏氯纶是一种以偏二氯乙烯为主体、与氯乙烯和少量丙烯腈共聚得到的三元共聚物为原料制得的纤维，商品名为纱纶（Saran）。共聚物的组成为：偏二氯乙烯85％；氯乙烯13％；丙烯腈2％。偏二氯乙烯一般由三氯乙烷脱氯化氢制得，而三氯乙烷可通过在二氯乙烷介质中连续氯化制过氯乙烯时同时制取。CH2CHClClClCH2CCl2HCl⒊维氯纶PVA－PVC共混阻燃纤维是由PVC乳液和PVA溶液共混，经乳液纺丝而制得。我国定名为维氯纶。将PVA与PVC共混，制成新的维氯纶，则可兼具PVA与PVC纤维的优点。共聚物的相对分子质量约为20000。由于该共聚物的溶解性比聚氯乙烯更差，且它的熔点高于分解温度，所以常用热塑挤压法进行纺丝。挤压纺丝时的温度可取180℃。冷却后的纤维在室温下的空气中进行5倍的拉伸。纺丝前需加入合适的稳定剂和增塑剂，生产有色丝时，还需混入染料。由于偏氯乙烯在高温下与含铁合金接触时有分离出氯化氢的倾向，与熔体接触的部件必须使用含镍的特殊合金。聚偏氯乙烯纤维的密度较高(1.68～1.75g／cm3)，热稳定性优于聚氯乙烯纤维(起始收缩温度100～110℃)，其它性能与聚氯乙烯纤维近似⒊维氯纶PVA－PVC共混阻燃纤维是由PVC乳液和PVA溶液共混，经乳液纺丝而制得。我国定名为维氯纶。将PVA与PVC共混，制成新的维氯纶，则可兼具PVA与PVC纤维的优点。具有优良的阻燃性和染色性，热性能可与商品维纶媲美，上染率和缩水率能达到服用纤维的要求，⒋腈氯纶腈氯纶是用氯乙烯或偏二氯乙烯与丙烯腈的共聚物经湿法或干法纺丝而制成的。除氯乙烯或偏二氯乙烯、丙烯腈等单体外，一般选用烷基或烯基磺酸盐（如丙烯酰胺甲基丙烷磺酸钠）作为第三单体，以改善纤维的染色性能。腈氯纶+粘胶防静电针织布含氯纶衣服50%腈纶，25%锦纶，25%氯纶从化学结构上看，腈氯纶纤维中既有用于制造腈纶纤维的聚丙烯腈链节，又有用于制造含氯纤维的PVC或聚偏二氯乙烯链节，所以它兼有这两种纤维的优点，即不但具有腈纶纤维的质轻、高强、保暖等优良的纺织性能，而且具有含氯纤维的阻燃性。其纤维及织物可用分散染料或阳离子染料染色，广泛应用于生产高档绒毛织物、人造毛皮、室内装饰品、童装及特种防护用服、工业用滤布等，是阻燃纤维中最重要的品种之一。聚氯乙烯纤维的应用民用：短纤维主要用于制做各种针织内衣、毛线、毯子和家用装饰品。聚氯乙烯鬃丝目前主要用于编织窗纱、筛网、绳子、和日常用品。工业用：聚氯乙烯纤维可用于制作各种滤布、工作服、绝缘布、仓库覆盖物、防尘口罩。保健产品：氯纶毛线与人体接触摩擦会产生靜电，刺激人的皮肤而增加体內钙离子的含量，因此对风湿病有一定的疗效。聚氯乙烯纤维与人体摩擦后会产生大量负离子，可用于开发保健产品。第九章聚氨酯弹性纤维聚氨酯弹性纤维是一种以聚氨基甲酸酯为主要成分的嵌段共聚物纤维，简称氨纶。大分子由软链段和硬链段组成．1958年美国杜邦（DuPont）公司