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(zhēng)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(diǎn)POM纖維探究爭(zhēng)論介紹常用的鋼筋混凝土簡(jiǎn)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(jiǎn)潔產(chǎn)生剛性裂縫。20世紀(jì)80年月末，美、日等興旺國(guó)家開(kāi)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(qiáng)度及彈性模量較低，在混凝土中的分散性較差，對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)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(qián)大幅上升等，這些問(wèn)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(yàn)覺(jué)察，POM纖維在摻量?jī)H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(guò)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(kāi)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(huì)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(guó)國(guó)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(diǎn)進(jìn)展以寬幅高強(qiáng)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(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率由20%提高到50%。POM纖維在摻量?jī)H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(guò)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(kāi)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(shì)，纖“”規(guī)劃中的《高新技術(shù)纖維行業(yè)“進(jìn)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(wèn)題。POM纖維背景1、1967年，MONTEDISONSPA，為了避開(kāi)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(guò)淬火處理機(jī)驟冷。2、1969年，F(xiàn)ALKAIBELAVON在英國(guó)專(zhuān)利中介紹了用線(xiàn)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(guó)專(zhuān)利中，介紹了一種高彈性POM纖維的制取方法，通過(guò)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(guò)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(bào)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(méi)有實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。POM纖維國(guó)外爭(zhēng)論現(xiàn)狀POM纖維背景POM纖維背景在我國(guó)POM纖維的爭(zhēng)論工作起步晚，近兩年只有少數(shù)大學(xué)才開(kāi)頭進(jìn)展探究性爭(zhēng)論，目前國(guó)內(nèi)還處于試驗(yàn)室爭(zhēng)論階段。其中，僅東華大學(xué)等少數(shù)科研機(jī)構(gòu)通過(guò)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(jìn)展進(jìn)一步的中試和工業(yè)化爭(zhēng)論。研究單位研究階段四川省紡織科學(xué)研究院已進(jìn)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(shí)驗(yàn)室研究，未進(jìn)行進(jìn)一步的工業(yè)化研究四川大學(xué)研究起步階段POM纖維國(guó)內(nèi)爭(zhēng)論現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外爭(zhēng)論現(xiàn)狀強(qiáng)度高，與常見(jiàn)的聚酯纖維和尼龍纖維相比，POM纖維的強(qiáng)度好，為常用聚酯纖維、尼龍纖維的2～3倍。耐摩擦磨損性?xún)?yōu)異，靜摩擦系數(shù)低于0.3，動(dòng)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(guò)較長(zhǎng)時(shí)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(zhǎng)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(duì)堿溶液，海水，溶劑的反抗力量極強(qiáng)。同時(shí)耐光性?xún)?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(zhǎng)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(cè)試方法K-49PETPOM纖維耐堿性10％NaOH溶液中浸200h后強(qiáng)度保持率/％4940100耐酸性10％HCl溶液中浸50h后強(qiáng)度保持率/％209557耐光性83℃,碳弧燈燈照射120h后強(qiáng)度保持率/％765588耐海水性海水中浸一年后的強(qiáng)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(qiáng)度/GPa0.3～0.70.7～1.4強(qiáng)度/cN·dtex-12.2～55～10斷裂延伸率/%15～4010～50比重/g·cm-31.381.41伸長(zhǎng)回復(fù)率/%2080靜摩擦系數(shù)0.3750.29動(dòng)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(qiáng)度、耐堿性、分散性、耐磨性、耐候性★戶(hù)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(guò)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(guó)務(wù)院99年72號(hào)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(shí)心粘土磚；在其他地區(qū)框架構(gòu)造建筑中也制止使用實(shí)心粘土磚。到2023年在全國(guó)制止生產(chǎn)、使用實(shí)心粘土磚?！蔽覈?guó)對(duì)土木工程增加用纖維越來(lái)越重視，近年國(guó)家先后出臺(tái)《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(guó)家的差距。國(guó)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(qiáng)調(diào)要重點(diǎn)進(jìn)展以寬幅高強(qiáng)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(guó)內(nèi)市場(chǎng)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(shí)會(huì)產(chǎn)生裂縫擴(kuò)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(kuò)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(guò)程中增加了混凝土內(nèi)部?jī)?nèi)部的束縛力，從而削減了混凝土在成型過(guò)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(kuò)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(gè)很好的約束作用，反抗凍融和化學(xué)侵蝕時(shí)的膨脹壓力。同時(shí)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(qiáng)度高變形能力黏結(jié)強(qiáng)度彈性模量阻裂抗?jié)B耐久增韌增強(qiáng)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(huà)題，由于水泥在水化反映過(guò)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(wèn)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(duì)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(qiáng)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(qián)低。自然纖維在堿性條件下會(huì)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(gè)長(zhǎng)期使用性問(wèn)題。有爭(zhēng)論承受自然纖維涂覆疏水愛(ài)護(hù)劑和／或承受低堿性基體的方法，來(lái)解決自然纖維增加水泥基材料的耐久性問(wèn)題效果顯著，但最終結(jié)果仍不甚令人滿(mǎn)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(duì)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(kuò)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(huì)因大火燃燒而產(chǎn)生崩裂坍塌。a:沒(méi)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(qiáng)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(qiáng)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(zhǎng)回復(fù)率/%20851580靜摩擦系數(shù)0.3750.520.35～0.370.29動(dòng)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(jià)格/萬(wàn)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(guó)每年的建筑混凝土用量以千億噸計(jì)，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(jì)，需要增加纖維500萬(wàn)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(wàn)噸?！锿凉ず铣刹牧螾OM纖維在產(chǎn)業(yè)用紡織品中的應(yīng)用★戶(hù)外增加蓬蓋材料市場(chǎng)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(qiáng)紫外線(xiàn)輻射下，會(huì)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?yáng)材料等不能滿(mǎn)足要求。而POM纖維在85℃碳弧燈照射100小時(shí)下，強(qiáng)度仍能保持90%，是目前合成纖維中最好的。戶(hù)外增加蓬蓋材料在強(qiáng)紫外線(xiàn)輻射下，會(huì)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(xiàn)輻射猛烈。目前我國(guó)每年戶(hù)外蓬蓋材料的需求量約500萬(wàn)m2，需用纖維1000噸。按POM纖維市場(chǎng)占有50%計(jì)，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(wàn)條以上，需要纖維材料1200～1500噸，依據(jù)市場(chǎng)占有率50%計(jì)，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(wàn)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(diǎn)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(shí)就開(kāi)頭分解。同時(shí)在熔融紡絲過(guò)程中，在高溫下POM樹(shù)脂與在螺桿中停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)也會(huì)導(dǎo)致分解，產(chǎn)生氣泡絲，給紡絲帶來(lái)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(wú)法正常成絲。通過(guò)提高紡絲壓力相對(duì)降低紡絲溫度，準(zhǔn)確掌握紡絲溫度，避開(kāi)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(guò)螺桿、計(jì)量泵構(gòu)造設(shè)計(jì)，削減熔體停留時(shí)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(jī)及熔體管道分布的設(shè)計(jì)1、紡絲——POM熔融溫度與分解溫度接近POM纖維制備難點(diǎn)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(diǎn)，噴絲口出絲遇到冷空氣會(huì)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(jì)初生纖維的延長(zhǎng)固扮裝置，通過(guò)噴絲口的延時(shí)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(guò)延時(shí)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(diǎn)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(shí)，相當(dāng)一部分的大分子會(huì)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(diǎn)設(shè)計(jì)在加壓自鎖條件下對(duì)纖維進(jìn)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(jī)械性能。設(shè)計(jì)促使聚合物分子末端運(yùn)動(dòng)、高分子發(fā)生進(jìn)一步完善結(jié)晶的定型工藝，提高纖維的強(qiáng)度。有效地降低了定型過(guò)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(diǎn)POM纖維探究爭(zhēng)論介紹四川省紡織科學(xué)爭(zhēng)論院是我國(guó)第一家對(duì)POM纖維進(jìn)展?fàn)幷撆c開(kāi)發(fā)，并持續(xù)不斷地進(jìn)展了試驗(yàn)室小試、中試，積聚了豐富的爭(zhēng)論數(shù)據(jù)和爭(zhēng)論閱歷，并形成專(zhuān)利技術(shù)。四川省紡織科學(xué)爭(zhēng)論院近年對(duì)聚甲醛纖維的爭(zhēng)論，獲得2023年四川省產(chǎn)業(yè)爭(zhēng)論與開(kāi)發(fā)資金工程——“聚甲醛〔POM〕纖維的爭(zhēng)論開(kāi)發(fā)”工程〔工程編號(hào)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(zhēng)論及應(yīng)用開(kāi)發(fā)”工程〔工程編號(hào)2023GZ0226〕的支持。POM纖維應(yīng)用于混凝土增加技術(shù)進(jìn)展探究爭(zhēng)論P(yáng)OM與PP纖維增加混凝土比照編號(hào)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(dòng)性好，較輕43.43.802347.930.860.8697.91140.8162.74.840.9%PP坍