聚氯乙烯纤维又称
氯纶,一种聚氯烯烃纤维。以聚氯乙烯为原料,湿法或干法纺丝制得的
合成纤维。具有自熄性,为一般天然纤维、化学纤维所不具备,具有较好的保暖性、绝缘性且化学稳定性高,耐磨性好,但耐热、耐光性和导热性差,不能熨烫,不能用蒸汽消毒、沸水洗涤和高温染色,不可燃。
发展
聚氯乙烯(Polyvinyl chloride,PVC)纤维是由
聚氯乙烯树脂纺制的纤维,我国简称氯纶。早在1913年克拉特(F.Klatte)用热塑挤压法制得第一批PVC纤维,但此工艺以后并未应用。1930年德国I.G公司的休伯特(E.Hubert)和帕博斯特(Pabst)、内希特(Necht)把PVC溶于环己酮中,进而在含30%醋酸的水溶液中用湿法纺丝制得了服用的聚氯乙烯纤维,随后,正式以商品名皮斯发森(Pece Fasern)开始生产。在当时的技术条件下,这种生产方法的难度较大,故发展很慢、到20世纪50年代初PVC纤维才作为一种工业产品出现。
聚氯乙烯纤维具有原料来源广泛、价格便宜、热塑性好、弹性好、抗化学药品性好、电绝缘性能好、耐磨、成本低并有较高的强度等优点,特别是纤维阻燃性好,难燃自熄,限氧指数LOI高达37.1%。但由于聚氯乙烯纤维耐热性差,对有机溶剂的稳定性和染色性差,从而影响其生产发展,与其他合成纤维相比,一直处于落后状态。近年来,出现了所谓第二代聚氯乙烯纤维,其耐热性比传统的聚氯乙烯纤维有很大提高。同时随着生活水平的提高,人们的安全意识越来越强,对于床上用品、儿童及老人睡衣、室内装饰织物、消防用品、飞机、汽车、轮船内仓用品等,很多国家都提出了阻燃要求。聚氯乙烯纤维作为
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。
性能
聚氯乙烯纤维较硬,强度在合成纤维中是较低的,与棉相似。
聚氯乙烯耐热性较差,当温度达到65~70℃时即发生明显的热收缩。没有明显的熔点,其粘流化温度约为170~220℃,而分解温度为150~155℃,在该温度下会有少量HCl放出,促使其进一步分解,故必须加入碱性的稳定剂中和HCl而抑制其自催化的裂解反应。因而聚氯乙烯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。
聚氯乙烯是无定形聚合物,有少量微晶存在,聚氯乙烯的密度约为1.39~1.419/cm3。聚氯乙烯纤维导热性小,具有良好的保暖性,其保暖性比棉、羊毛好。聚氯乙烯大分子结构中具有不对称因素,所以具有很强的偶极矩,这就使聚氯乙烯纤维具有一定的静电性,吸尘性好。聚氯乙烯不吸水,很难在一般的溶剂中溶解。湿法纺丝所用的溶剂有:
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。
聚氯乙烯纤维的独特性能,也就是其优点,就在于其难燃性。在高温下,聚氯乙烯分解出大量的不燃性HCl气体,一方面带走大量的热量,另一方面隔绝空气,使火焰熄灭。聚氯乙烯纤维的
极限氧指数LOI高达37.1%,在明火中发生收缩并炭化,离开火源便自行熄灭,其产品特别适用于易燃场所。
聚氯乙烯纤维对无机试剂的稳定性好,室温下在大多数无机酸、碱、氧化剂和还原剂中,纤维强度几乎没有损失或很少降低。聚氯乙烯易发生光老化,当其长时间受到光照时,大分子会发生氧化裂解。
聚氯乙烯纤维的主要缺点是耐热性差,只适宜于40~50℃以下使用,65~70℃即软化,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聚氯乙烯纤维上色,所以生产中多数采用原液着色。
生产工艺
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:
1.湿法纺丝工艺流程
聚氯乙烯→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。
2.干法纺丝工艺流程
聚氯乙烯→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。
聚氯乙烯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%,浴温保持在35℃左右,纺丝速度一般取16~20m/min,丝条在凝固浴中的停留时间10~12s。得到的初生纤维经水洗后再进行拉伸。
聚氯乙烯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。纺丝套筒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。为了保证生产安全,套筒内空气中的丙酮含量不得接近丙酮的爆炸极限(2.15%~13%,丙酮的体积分数)。
用途
聚氯乙烯纤维的产品有长丝、短纤维以及鬃丝等,以短纤维和鬃丝为主。
在民用方面,主要用于制作各种针织内衣、毛线、毡子和家用装饰织物等 由聚氯乙烯纤维制作的针织内衣、毛衣、毛裤等,不仅保暖性好,而且具有阻燃性,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,聚氯乙烯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,用聚氯乙烯纤维制作的防尘口罩,闪其静电效应,吸尘性特别好聚氯乙烯鬃丝主要用于编织窗纱、筛网、绳索等。另外,日本帝人公司研究人员发现,聚氯乙烯纤维与人体摩擦后会产生大量
负离子,他们正试图利用这一特性开发保健产品。