一种新型产业用纤维——POM纤维...ppt

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1、一种新型产业用纤维一种新型产业用纤维POMPOM纤维纤维.目 录 POM纤维背景纤维背景 POM纤维的性能纤维的性能 POM纤维在产业用纺织品中的应用纤维在产业用纺织品中的应用 POM纤维制备难点纤维制备难点 POM纤维探索研究介绍纤维探索研究介绍 常用的钢筋混凝土容易因硫离子、氯离子引起锈蚀间题，严重影响混凝土的寿命，且容易产生刚性裂缝。20世纪80年代末，美、日等发达国家开始用高性能纤维增强复合材料加固修复混凝土结构，改善其抗拉性能和抗裂性能。目前纤维加固修复混凝土主要使用的纤维原料是聚酯纤维聚酯纤维和聚丙聚丙烯纤维烯纤维等。POM纤维背景纤维背景POM纤维背景纤维背景 常用聚丙烯聚酯纤维

2、，由于强度及弹性模量较低，在混凝土中的分散性较差，对混凝土抗压强度的提高不明显，与水泥石的粘结不紧密，泵送施工不易控制，使混凝土成本大幅上升等，这些问题都严重制约了纤维混凝土的大范围应用，因此迫切需要寻找新型的高性能纤维替代原有产品。实验发现，POMPOM纤维在掺量仅为纤维在掺量仅为0.9%0.9%的条件下，纤维的分散性能就表现的条件下，纤维的分散性能就表现优越，混凝土均相性和力学性能改善良好，优越，混凝土均相性和力学性能改善良好，通过采用不同规格的POM纤维的组合增强混凝土，可以解决其他合成纤维所不能解决的混凝土的原生缺陷所导致诱发的混凝土开裂的难题。尤其是在遭遇火灾后，POM纤维增强的混凝

3、土，不会因大火燃烧而产生崩裂坍塌，使用性能大大优于目前广泛使用使用性能大大优于目前广泛使用的聚丙烯纤维。的聚丙烯纤维。中国国务院办公厅于2009年4月24日公布的纺织工业调纺织工业调整和振兴规划整和振兴规划，提到要重点发展以宽幅高强工艺技术为主的土工格栅、土工布、防水卷材等多功能复合材料，高端土工布材料高端土工布材料国内市场占有率由国内市场占有率由20%20%提高到提高到50%50%。POM纤维在掺量仅为0.9%的条件下，纤维的分散性能就表现优越，混凝土均相性和力学性能改善良好，通过采用不同规格的POM纤维的组合增强混凝土，可以解决其他合成纤维所不能解决的混可以解决其他合成纤维所不能解决的混凝

4、土的原生缺陷所导致诱发的混凝土开裂的难题。凝土的原生缺陷所导致诱发的混凝土开裂的难题。鉴于POM纤维在土工合成材料方面的应用优势，国家化纤“十二五”规划中的高新技术纤维行业“十二五发展规划”将将POM POM 纤维的生产技术列入为欲突破关键技术问题。纤维的生产技术列入为欲突破关键技术问题。POM纤维背景纤维背景1 1、19671967年，年，MONTEDISON SPA，为了避免因为聚甲醛结晶速度快而引起的脆断，将从喷丝孔挤出的纤维通过淬火处理机骤冷。2 2、19691969年，年，FALKAI BELA VON在英国专利中介绍了用线性高分子量聚甲醛溶液纺丝制备POM单丝的方法。3 3、197

5、11971年，年，在美国专利中，介绍了一种高弹性POM纤维的制取方法，通过特殊的结晶方式使得结晶度高的固体颗粒承受弹性变形（在压力下结晶）。熔融纺丝后的样品，经过一种特殊的热湿处理以提高纤维的弹性。尽管以上关于POM纺丝方法的报道是早在几十年前，但由于POM结晶度高、结晶速度快难以控制、以及在高温下分解造成气泡等等原因，POM纤维也一直都没有实现工业化生产。POMPOM纤维国外研究现状纤维国外研究现状 POM纤维背景纤维背景POM纤维背景纤维背景 在我国POM纤维的研究工作起步晚，近两年只有少数大学才开始进行探索性研究，目前国内还处于实验室研究阶段。其中，仅东华大学等少数科研机构通过高纯POM

6、或三聚甲醛催化聚合后，经熔融、干法或湿法纺丝制得POM纤维，未进行进一步的中试和工业化研究。研究单位研究单位研究阶段研究阶段四川省纺织科学研究院已进入工业放大生产和纤维应用研究阶段日本旭化成公司 工业化初期，详情未知日本宝理塑料有限公司 工业化初期东华大学 实验室研究，未进行进一步的工业化研究四川大学研究起步阶段POMPOM纤维国内研究现状纤维国内研究现状 国内外研究现状国内外研究现状 强度高，强度高，与常见的聚酯纤维和尼龙纤维相比，POM纤维的强度好，为常用聚酯纤维、尼龙纤维的 23倍。耐摩擦磨损性优异耐摩擦磨损性优异，静摩擦系数低于0.3，动摩擦系数低于0.25。拉伸回复性能优异拉伸回复性

7、能优异，POM纤维的蠕变行为比碳纤维、Kevlar不锈钢丝大，但经过较长时间后，蠕变停止若出去负荷，蠕变又能恢复，故具有优异的拉伸回复性能。耐久性非常优异耐久性非常优异，POM纤维不但具有良好的短期热稳定性，在高温的空气中或在高温的热水中，其长期使用稳定性也非常优异。优异的耐化学品性能优异的耐化学品性能，POM纤维仅在酸中有轻微分解，对碱溶液，海水，溶剂的抵抗能力极强。同时耐光性优异，而且吸水率极低，不被微生物分解，在海水中不吸附浮游生物，不长霉菌。POM纤维的性能纤维的性能POMPOM纤维与纤维与K-49K-49、PETPET化学性能对比化学性能对比性能性能测试方法测试方法K-49K-49P

8、ETPETPOMPOM纤维纤维耐碱性耐碱性10NaOH溶液中浸200h后强度保持率/4940100100耐酸性耐酸性10HCl溶液中浸50h后强度保持率/20955757耐光性耐光性83,碳弧灯灯照射120h后强度保持率/76558888耐海水性耐海水性海水中浸一年后的强度保持率/50100100吸水性吸水性水中浸24h的吸水率/20.20.20.2POM纤维的性能纤维的性能POMPOM纤维与聚酯纤维物理性能对比纤维与聚酯纤维物理性能对比性能性能聚酯纤维聚酯纤维POMPOM纤维纤维强度强度/GPa/GPa0.30.30.70.70.70.71.41.4强度强度/cNdtex/cNdtex-1-

9、12.22.25 55 51010断裂延伸率断裂延伸率/%/%1515404010105050比重比重/gcm/gcm-3-31.381.381.411.41伸长回复率伸长回复率/%/%20208080静摩擦系数静摩擦系数0.3750.3750.290.29动摩擦系数动摩擦系数0.3550.3550.2450.245使用温度使用温度 ()()140140140140POM纤维的性能纤维的性能POM纤维的性能纤维的性能POMPOM纤维耐光性纤维耐光性 土工合成材料土工合成材料土工布、混凝土增强。高强度、耐土工布、混凝土增强。高强度、耐碱性、分散性、耐磨性、耐候性碱性、分散性、耐磨性、耐候性 户外

10、增强蓬盖材料户外增强蓬盖材料 耐光性、耐碱性能、耐候性耐光性、耐碱性能、耐候性 防洪沙袋、军事掩体防洪沙袋、军事掩体耐碱性、耐候性、染色性、耐光性耐碱性、耐候性、染色性、耐光性 过滤器过滤器耐热、耐碱、耐药品性耐热、耐碱、耐药品性 其他工业用途其他工业用途POM纤维在产业用纺织品中的应用纤维在产业用纺织品中的应用 土工合成材料土工合成材料 国务院99年72号文件已明确指出：“2001年在沿海城市和土地稀缺的城市禁止使用实心粘土砖；在其他地区框架结构建筑中也禁止使用实心粘土砖。到2003年在全国禁止生产、使用实心粘土砖。”我国对土木工程增强用纤维越来越重视，近年国家先后出台水泥混凝土和砂浆用合成

11、纤维GB/T 21120-2007、纤维混凝土结构技术规程等，缩短了与发达国家的差距。国务院办公厅于2009年4月24日公布的纺织工业调整和振兴规划中强调要重点发展以宽幅高强重点发展以宽幅高强工艺技术为主的土工格栅、土工布、防水卷材等多功能复合材料，高工艺技术为主的土工格栅、土工布、防水卷材等多功能复合材料，高端土工布材料国内市场占有率由端土工布材料国内市场占有率由20%20%提高到提高到50%50%。POM纤维在产业用纺织品中的应用纤维在产业用纺织品中的应用POM纤维在产业用纺织品中的应用纤维在产业用纺织品中的应用 纤维用于土工合成材料的原理纤维用于土工合成材料的原理 阻裂阻裂 抗渗抗渗 耐

12、久耐久 增韧增韧 增强增强 减重减重混凝土中的微小裂缝受荷载作用时会产生裂缝扩展，纤维能横跨起桥接作用，缓解裂缝尖端的应力集中，增加裂缝的扩张阻力，提高混凝土的断裂能。使混凝土的延性增大，提高混凝土的韧性和抗裂能力。纤维在混凝土中能很好的均匀分布且与混凝土浇捣成型过程中增加了混凝土内部内部的束缚力，从而减少了混凝土在成型过程中大孔隙和裂缝的产生，减少了宏渗水和微渗水。混凝土在冻融条件下产生较大的膨胀压力，易使混凝土裂缝和原有裂缝扩展，在混凝土中掺入少量的合成纤维，由于行为较细，单位面积的纤维数量较多，这样纤维能起到一个很好的约束作用，抵抗冻融和化学侵蚀时的膨胀压力。同时纤维的掺入大大提高了混凝

13、土的抗渗性，这样便阻碍了化学物质的渗入，提高了其抗化学侵蚀性能。土工合成纤维的要求土工合成纤维的要求POM纤维在产业用纺织品中的应用纤维在产业用纺织品中的应用高抗碱性高抗碱性分散性分散性安全性安全性性能均一性性能均一性强度高强度高变形能力变形能力黏结强度黏结强度弹性模量弹性模量阻裂阻裂 抗渗抗渗 耐久耐久 增韧增韧 增强增强 减重减重 土工合成材料土工合成材料耐碱性耐碱性 纤维增强水泥的耐耐碱碱性性一直是人们关心的话题，由于水泥在水化反映过程中析出的氢氧化钙。POM纤维在产业用纺织品中的应用纤维在产业用纺织品中的应用玻璃纤维、天然纤维以及一些合成纤维同样都存在耐碱性差的问题玻璃纤维、天然纤维以

14、及一些合成纤维同样都存在耐碱性差的问题 氢氧化钙与玻璃纤维中的硅氧骨架相互作用生成了一种新的物质水化硅酸钙凝胶。它对玻璃纤维产生强烈的侵蚀，并在其表面造成较大的缺陷，引起局部应力集中，从而破坏了纤维的结构，最终导致玻璃纤维强度迅速下降。土工合成材料土工合成材料POM纤维在产业用纺织品中的应用纤维在产业用纺织品中的应用 天然纤维是自然界中最大品种的纤维，取之不尽，用之不竭。环境天然纤维是自然界中最大品种的纤维，取之不尽，用之不竭。环境友好以及制造成本低。友好以及制造成本低。天然纤维在碱性条件下会发生分子降解而失去力天然纤维在碱性条件下会发生分子降解而失去力学性能。学性能。因此，其增强水泥基材料同

15、样存在一个长久使用性问题。因此，其增强水泥基材料同样存在一个长久使用性问题。有研究采用天然纤维涂覆疏水保护剂和或采用低碱性基体的方法，有研究采用天然纤维涂覆疏水保护剂和或采用低碱性基体的方法，来解决天然纤维增强水泥基材料的耐久性问题效果显著，但最终结果仍来解决天然纤维增强水泥基材料的耐久性问题效果显著，但最终结果仍不甚令人满意。不甚令人满意。纤维的耐碱性提高，是提高纤维增强水泥基材料的耐久纤维的耐碱性提高，是提高纤维增强水泥基材料的耐久性的重要难题。性的重要难题。土工合成材料土工合成材料POM纤维在产业用纺织品中的应用纤维在产业用纺织品中的应用POM纤维的耐碱性(10%NaOH)土工合成材料土

16、工合成材料POM纤维在产业用纺织品中的应用纤维在产业用纺织品中的应用POM纤维耐碱性非常好纤维耐碱性非常好POM纤维在产业用纺织品中的应用纤维在产业用纺织品中的应用POM纤维变形能力好纤维变形能力好 土工合成材料土工合成材料 土工合成材料土工合成材料POM纤维应变弹性响应与纤维应变弹性响应与PP纤维对比纤维对比 POMPOM纤维的弹性模量高纤维的弹性模量高 蠕变停止若除去负荷，蠕变又能恢复，更有效地阻止混凝土塑性收缩裂缝蠕变停止若除去负荷，蠕变又能恢复，更有效地阻止混凝土塑性收缩裂缝的产生与扩延。的产生与扩延。POM纤维在产业用纺织品中的应用纤维在产业用纺织品中的应用 土工合成材料土工合成材料

17、遭遇火灾后，遭遇火灾后，POMPOM纤纤维增强的混凝土，不维增强的混凝土，不会因大火燃烧而产生会因大火燃烧而产生崩裂坍塌。崩裂坍塌。a:没有添加纤维的混凝土，b:添加PP纤维的混凝土；c:添加POM纤维的混凝土POM纤维在产业用纺织品中的应用纤维在产业用纺织品中的应用 土工合成材料土工合成材料纤维纤维增强增强相容性相容性分散性分散性耐碱性耐碱性耐光性耐光性环境友好环境友好钢纤维钢纤维石棉纤维石棉纤维天然纤维天然纤维玻纤玻纤维纶维纶丙纶丙纶涤纶涤纶POMPOM纤维纤维土木工程增强纤维与土木工程增强纤维与POMPOM纤维对比纤维对比POM纤维在产业用纺织品中的应用纤维在产业用纺织品中的应用土木工程

18、增强用合成纤维与土木工程增强用合成纤维与POMPOM纤维对比纤维对比性能涤纶丙纶维纶POMPOM纤维纤维强度/cNdtex-12.253.16.43.55.75 51010断裂延伸率/%15401535122610105050比重/gcm-31.380.911.31.411.41伸长回复率/%2085158080静摩擦系数0.3750.520.350.370.290.29动摩擦系数0.3550.290.40.30.330.2450.245使用温度/C14080100140140耐碱性不好好好好好耐光性不好不好尚好好好价格/万元吨-11.71.82.53.53.5 土工合成材料土工合成材料POM

19、纤维在产业用纺织品中的应用纤维在产业用纺织品中的应用 目前我国每年的建筑混凝土用量以千目前我国每年的建筑混凝土用量以千亿吨计，按亿吨计，按1%1%的混凝土使用增强纤维的混凝土使用增强纤维（保（保守按守按1 1千亿吨），千亿吨），按掺量按掺量0.5%0.5%计，需要增强计，需要增强纤维纤维500500万吨，万吨，如果如果POMPOM纤维的使用量占纤维的使用量占10%10%的情况下，每年的需求量就有的情况下，每年的需求量就有5050万吨。万吨。土工合成材料土工合成材料POM纤维在产业用纺织品中的应用纤维在产业用纺织品中的应用 户外增强蓬盖材料市场户外增强蓬盖材料市场 耐光性、耐碱性能、耐候性耐光性

20、、耐碱性能、耐候性 目前所使用的丙纶和涤纶在高原地区的强紫外线辐射下，会加速老化，缩短使用寿命，用丙纶和涤纶生产的高原牧民的居家帐篷、遮阳材料等不能满足要求。而而POMPOM纤维在纤维在8585碳弧灯照射碳弧灯照射100100小时下，强度仍能保持小时下，强度仍能保持90%90%，是目前合成纤维中最好，是目前合成纤维中最好的。的。户外增强蓬盖材料在强紫外线辐射下，会加速老化，缩短使用寿命。尤其在四川藏区、西藏、青海等地处高原，紫外线辐射强烈。目前我国每年户外蓬盖材料的目前我国每年户外蓬盖材料的需求量约需求量约500500万万m m2 2，需用纤维，需用纤维10001000吨。按吨。按POMPOM

21、纤维市场占有纤维市场占有50%50%计，每年需要计，每年需要POMPOM纤维纤维500500吨。吨。POM纤维在产业用纺织品中的应用纤维在产业用纺织品中的应用 防洪沙袋、军事掩体防洪沙袋、军事掩体 耐碱性、耐候性、染色性、耐光性耐碱性、耐候性、染色性、耐光性 目前防洪沙袋现有产品主要为聚乙（丙）烯，其耐候性能、染色性很差，每年使用量在1千万条以上，需要纤维材料1200120015001500吨吨，按照市场占有率50%计，每年需POM纤维600750吨。军事掩体用沙袋每年需求量在1千万条以上，需要纤维1200120015001500吨吨。POM纤维在产业用纺织品中的应用纤维在产业用纺织品中的应用

22、POM纤维制备难点纤维制备难点1 1、纺丝、纺丝POMPOM熔融温度与分解温度接近熔融温度与分解温度接近 POM熔融温度160160，高于200 200 时就开始分解。同时在熔融纺丝过程中，在高温下POM树脂与在螺杆中停留时间过长也会导致分解，产生气泡丝，给纺丝带来困难，甚至中断纺丝。meltsolid喷丝口易产生气泡丝，导致出丝异常，无法正常成丝。通过提高纺丝压力相对降低纺丝温度，精确控制纺丝温度，避免POM在更高温度下纺丝所导致的高温降解反应的发生。并通过螺杆、计量泵结构设计，减少熔体停留时间，控制POM高分子材料的分解而产生气泡丝。喷丝孔分布、喷丝孔分布、喷丝孔熔体导喷丝孔熔体导入角的角

23、度入角的角度螺杆挤出机及熔体螺杆挤出机及熔体管道分布的设计管道分布的设计 1 1、纺丝、纺丝POMPOM熔融温度与分解温度接近熔融温度与分解温度接近POM纤维制备难点纤维制备难点 由于POM的结晶特性和POM高分子结晶度高（70%以上）的特点，喷丝口出丝遇到冷空气会快速冷却结晶，导致形成脆态，不利于后续牵伸。2 2、成形、成形POMPOM结晶温度与纺丝温度接近，结晶速度快结晶温度与纺丝温度接近，结晶速度快 设计初生纤维的延长固化装置，通过喷丝口的延时加热冷却和喷头拉伸比控制，使POM高分子链呈有序排列而形成晶核，缩短结晶诱导期；经过延时加热冷却固化工艺后，POM纤维的后续牵伸性能明显提高。PO

24、M纤维制备难点纤维制备难点玻璃化温度（玻璃化温度（-50）与最大结晶与最大结晶温度（温度（141）差距较大）差距较大，大分子，大分子链段排入晶格困难链段排入晶格困难 定型阶段时，相当一部分的大分子定型阶段时，相当一部分的大分子会发生解取向会发生解取向纤维性能下降 3 3、定型、定型取向、结晶取向、结晶POM纤维制备难点纤维制备难点 设计在加压自锁条件下对纤维进设计在加压自锁条件下对纤维进行拉伸热处理行拉伸热处理，提高纤维的取向上的结晶，赋予POM纤维良好的物理机械性能。设计促使聚合物分子末端运动、高分子发生进一步完善结晶的定型工艺，提高纤维的强度。有效地降低了定型过程中纤维大分子的解取向程度，

25、显著提高了有效地降低了定型过程中纤维大分子的解取向程度，显著提高了纤维的在取向上得结晶，保证纤维的力学性能。纤维的在取向上得结晶，保证纤维的力学性能。3 3、定型、定型取向、结晶取向、结晶POM纤维制备难点纤维制备难点POM纤维探索研究介绍纤维探索研究介绍 四川省纺织科学研究院四川省纺织科学研究院是我国第一家对POM纤维进行研究与开发，并持续不断地进行了实验室小试、中试，积聚了丰富的研究数据和研究经验，并形成专利技术。四川省纺织科学研究院近年对聚甲醛纤维的研究，获得20102010年年四川省产业研究与开发资金项目四川省产业研究与开发资金项目“聚甲醛（POM）纤维的研究开发”项目（项目编号201

26、1XM054）、20112011年四川省科技支撑项目年四川省科技支撑项目“高性能聚氧亚甲基（POM）纤维的研究及应用开发”项目（项目编号2011GZ0226）的支持。POMPOM纤维应用于混凝土增强技术进行探索研究纤维应用于混凝土增强技术进行探索研究POMPOM与与PPPP纤维增强混凝土对比纤维增强混凝土对比编号原材料用量kg/m3工作性能描述7d水泥粉煤灰矿粉天然砂碎石水外加剂纤维抗压抗折1347.9 30.8 60.8 697.9 1140.8 150.2 4.840坍落度240mm,流动性好，较轻43.43.80 2347.9 30.8 60.8 697.9 1140.8 162.7 4

27、.840.9%PP坍落度190mm44.24.10 3347.9 30.8 60.8 697.9 1140.8 162.7 4.840.9%POM坍落度坍落度210mm46.24.50 POM纤维探索研究介绍纤维探索研究介绍 我院制备的POM纤维经四川省纺织产品质量监督检验测试中心 2011年9月6日的检验结果，及与GB/T 21120-2007水泥混凝土和砂浆用合成纤维中所要求的主要性能指标对比见下表。本项目本项目POMPOM纤维质量指标对比标准纤维质量指标对比标准指标名称单位GB/T 21120-2007我院我院POMPOM纤维指标纤维指标初始模量MPa5.01032.79102.7910

28、4 4断裂强度MPa450729729耐碱能力（极限拉力保持率）%9598.298.2断裂伸长率%3015101510达到达到GB/T 21120-2007GB/T 21120-2007水泥混凝土和砂浆用合成纤维水泥混凝土和砂浆用合成纤维中所要求的主中所要求的主要性能指标，达到项目制定的预期目标。要性能指标，达到项目制定的预期目标。POM纤维探索研究介绍纤维探索研究介绍从理论到实践，进行了广泛而深入的研究，解决了技术上的许多难题，关键技术已经成熟关键技术已经成熟。已成功通过实验室阶段、小试生产研究、和小批量生产的工艺流程，项目产品性能指标、质量指标已超过GB/T 21120-2007水泥混凝土和砂浆用合成纤维水泥混凝土和砂浆用合成纤维中所要求的主要性能指标。已申请国家发明专利国家发明专利1项（申请号：项（申请号：201010588776.1）。）。后期的应用开发研究工作已于中国交通总公司、国防大学、武中国交通总公司、国防大学、武汉纺织大学汉纺织大学等进行相关应用的探索性研究，本项目下一步的技术开发内容及产业化内容是优化工艺流程，实施工程设计和实现产业化生产。POM纤维探索研究介绍纤维探索研究介绍小试纺丝设备小试纺丝设备在建纺丝生产线在建纺丝生产线POM纤维探索研究介绍纤维探索研究介绍实验室纺实验室纺POMPOM纤维纤维结束结束