[发明专利]一种高强高模聚甲醛纤维及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高强高模聚甲醛纤维及其制备方法，其制备方法为：将聚甲醛熔体从喷丝头挤出后先后在空气和冷冻液中进行冷却得到丝条，丝条经高倍拉伸处理得到高强高模聚甲醛纤维，其中冷冻液为温度≤0℃的高沸点醇类的水溶液。通过该方法制得的高强高模聚甲醛纤维的拉伸强度≥6.5cN/dtex，拉伸模量≥130cN/dtex。本发明的一种高强高模聚甲醛纤维及其制备方法操作简便，效率高，纺丝过程故障率低，易于实现工业化生产，最终制得的聚甲醛纤维的结构缺陷少，拉伸强度和拉伸模量高，力学性能优越，品质稳定，有极好的经济价值和推广价值。

技术领域

本发明属于化学纤维制造领域，涉及一种高强高模聚甲醛纤维及其制备方法。

背景技术

聚甲醛是一种分子结构规整且具有高密度和高结晶性的线性聚合物，其具有良好的物理机械性能和耐化学品性，可在-40～100℃温度间长期使用，是目前世界上三大通用工程塑料之一，有“夺钢”和“超钢”之称。

聚甲醛在纺制成纤维后能够继承聚甲醛的大部分优点并能发挥其潜在优势，不仅具有高强度和高模量，同时还具有优异的尺寸稳定性、热稳定性、耐碱性、耐化学腐蚀性、耐光性、耐候性和耐磨耗性等性能，是综合性能最好的合成纤维之一，具有良好的应用前景。

聚甲醛纤维的高强高模性能主要来自于对其进行的高倍拉伸。分子结构规整的聚甲醛均聚物的结晶度高达70％及以上而且结晶速度极快，纤维拉伸时，聚甲醛由折叠链片晶向伸直链串晶转化，此时容易发生晶片间滑移导致纤维表面形成裂纹，同时还会在纤维内部产生大量微孔隙，造成拉伸困难以及纤维品质劣化。早期制备聚甲醛纤维时往往采用特殊的拉伸技术，例如1974年美国田纳西大学的Clark在热空气氛围中，通过在拉力试验机上采用两步慢拉伸聚甲醛样条20倍，试制出高模量聚甲醛纤维。上世纪90年代初日本旭化成工业公司技术研究所开发了在加热高压条件下拉伸高分子材料，从而制得高强度纤维。但这些方法设备复杂、操作难度大且实用价值低。

近年来对于聚甲醛纤维的研究重点在于纤维成型过程中聚甲醛结晶的控制，主要技术手段包括共混改性和共聚改性，前者是在聚甲醛中添加能够降低其球晶尺寸和结晶速率的物质；后者是在聚甲醛分子链上引入其它结构单元从而破坏其规整性使其结晶速率变缓。

申请号为201510955587.6的专利公开了将聚甲醛和脂肪酸酯类、脂肪醇类、脂肪酰胺类或低分子量烃类中的一种或多种内润滑剂混合，挤出后切粒，再进行干燥后熔融纺丝得到聚甲醛纤维；所用内润滑剂能够改善聚甲醛熔体的流动性，并减缓其结晶；申请号为201510703758.6的专利公开了将聚甲醛树脂与山梨醇类物质混合并干燥后熔融纺丝，喷出的熔体吹热风使其缓慢冷却后经上油集束再进行一级热牵伸，卷绕后获得初生纤维，初生纤维在室温下放置平衡内应力后进行多级低速高倍牵伸得到高强高模聚甲醛纤维；山梨醇类物质同样起到结晶抑制剂的作用；申请号为02818234.0的专利公开了通过设计适合熔融纺丝的聚甲醛共聚物，在聚甲醛分子链中引入氧化烯类重复单元，使该聚甲醛共聚物从200℃的熔融状态降温到150℃，并在150℃的温度下保持稳定时，其半结晶时间为30s以上。该专利文件还指出如果使用半结晶化时间不足30s的聚合物，在一般的纤维制造装置中无法制得高强度、高刚性的聚甲醛纤维，也不能进行高效率的生产。上述所采用的共混改性方法，主要的问题是当聚甲醛树脂与改性剂混合后，如果直接进行纺丝则改性剂在高粘度的聚甲醛熔体中难以分散均匀；若混合后先挤出造粒再纺丝，由于聚甲醛的熔点接近其分解温度，造粒容易引起聚甲醛的降解，从而影响最终纤维的性能。而共聚改性法技术难度高，国内目前还没有成熟稳定的相关技术，不便于产业化推广。

因此，研究一种操作简便、效率高且能够有效提高聚甲醛纤维的力学性能的制备方法具有十分重要的意义。

发明内容