國內(nèi)聚甲醛纖維研究進(jìn)展與應(yīng)用展望

李滿枝，陳威，李亞斌

（天津渤化永利化工股份有限公司，天津300450）

聚甲醛（POM）是一種性能優(yōu)良的工程塑料。其物理機械性能十分優(yōu)異，如耐磨損，摩擦系數(shù)小，是優(yōu)良的抗摩擦材料[1]。聚甲醛纖維屬于合成纖維的一種，是一種復(fù)合增強纖維新材料，聚甲醛纖維具有以下優(yōu)點：1）強度高,與常用的尼龍纖維和聚酯纖維相比，聚甲醛纖維的強度更好，為常見的尼龍纖維和聚酯纖維的2~3倍。2）耐摩擦磨損性能優(yōu)異。動摩擦系數(shù)低于0.25，靜摩擦系數(shù)低于0.3。3）拉伸回復(fù)性能非常優(yōu)異。4）耐久性十分優(yōu)異。5）具有優(yōu)異的耐化學(xué)品性能。由于聚甲醛纖維具有以上眾多的優(yōu)良性能，極有希望成為下一個重點開發(fā)的高性能纖維之一。

1 聚甲醛（POM）纖維的制備方法

聚甲醛纖維的制備方法分為：①以熔融紡絲法為基本原理的制備方法，該方法是提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的最佳方法。②以靜電紡絲法為基本原理的制備方法，該方法主要應(yīng)用于納米聚甲醛纖維的制備。

1.1 熔融-水浴拉伸紡絲法

該方法是很常見的紡絲法，它是將聚甲醛粒子通過喂料器進(jìn)入到螺桿擠出機中加熱熔融，由噴絲板熔融擠出，卷繞后獲得初生纖維。之后再把絲條在熱水槽里預(yù)熱，在兩個導(dǎo)絲輥間完成拉伸，通過控制卷入輥和卷出輥線速度來控制拉伸的倍數(shù)，完成最終纖維的制備。

1.2 溶液靜電紡絲法

溶液靜電紡絲法是將聚合物溶解在極性溶劑中制成聚合溶液，然后將該溶液加入到紡絲器中，將電壓正極與金屬針頭相接，鋁箔作為負(fù)極和接收器，設(shè)置電壓和接收距離，在鋁箔上就可以得到無規(guī)排列的電紡纖維。

1.3 熔融-靜電紡絲法

熔融-靜電紡絲法是前兩種方法結(jié)合在一起而改進(jìn)的制備聚甲醛纖維方法，該方法利用熔體靜電紡絲裝置，加熱料筒到設(shè)定溫度，加入一定量聚甲醛原料，通過加熱，使其在料筒內(nèi)熔融，再加入一定量助劑。當(dāng)熔體向下滴出時，打開高壓電源，然后調(diào)節(jié)電壓，使熔體在高壓靜電的作用下噴射到接收裝置上，得到聚甲醛纖維[2]。

2 聚甲醛（POM）纖維制備的難點

由于聚甲醛結(jié)晶度高、結(jié)晶速率快，并且熔點和分解溫度接近，很容易造成聚甲醛初生纖維結(jié)構(gòu)不均勻，進(jìn)而影響成品纖維的力學(xué)性能。聚甲醛纖維制備的難點主要是在紡絲和成型兩個階段。

2.1 紡絲過程

聚甲醛熔融溫度與分解溫度比較接近，聚甲醛熔融溫度為165℃左右，高于200℃就開始分解。同時，在熔融紡絲過程中，聚甲醛樹脂與在螺桿中的停留時間過長也會導(dǎo)致分解，產(chǎn)生氣泡絲，從而給紡絲帶來困難，甚至中斷紡絲。因此，控制好紡絲溫度，避免聚甲醛過熱分解產(chǎn)生甲醛氣體是解決該問題的關(guān)鍵所在。目前，通常做法是通過螺桿轉(zhuǎn)速減少熔體的停留時間，控制聚甲醛分解所產(chǎn)生的氣泡絲。

2.2 成型過程

聚甲醛結(jié)晶溫度與紡絲溫度接近，結(jié)晶速度過快。由于聚甲醛的結(jié)晶特性和聚甲醛高分子結(jié)晶度高的特點，噴絲口處遇到冷空氣后會快速冷卻結(jié)晶，形成脆態(tài)，不利于后序的牽伸。因此，延長聚甲醛的結(jié)晶時間是解決該問題的關(guān)鍵所在。目前，通常做法是設(shè)計初生纖維的延長固化裝置，通過噴絲口的延時加熱，冷卻和噴頭拉伸比的控制，使聚甲醛高分子鏈呈有序排列，縮短結(jié)晶誘導(dǎo)期。

3 聚甲醛（POM）纖維的市場前景

聚甲醛是一種高密度、高結(jié)晶的線型聚合物，具有優(yōu)異的物理化學(xué)性能。通過聚甲醛制備的纖維材料也將是綜合性能最好的合成纖維之一，聚甲醛纖維材料可廣泛應(yīng)用于繩索、混凝土、綜絲、民用紡織品等方面。聚甲醛納米纖維材料更是在傳感器、過濾材料、芯片覆蓋膜以及其他特殊領(lǐng)域有著非常好的應(yīng)用前景。

3.1 繩索、降落傘等生活品領(lǐng)域

繩索早期是以鋼絲為材料，接著使用了尼龍、聚丙烯等合成纖維繩索，但是用聚丙烯等原料制備的合成纖維繩索容易斷裂。而鋼絲不僅易斷裂，還容易生銹。聚甲醛纖維具有密度小、高強度和高模量的特點，并且線性膨脹系數(shù)接近于石英，在力學(xué)性能方面要明顯優(yōu)于尼龍、聚丙烯等材料，是非常理想的制備合成纖維繩索的復(fù)合材料之一。

3.2 混凝土纖維增強等建筑領(lǐng)域

在水泥中摻入增強用纖維，有效的提高了水泥混凝土的抗?jié)B性、抗凍性、抗裂性，大大增強了水泥混凝土的抗沖擊及抗震性。目前用于增強增韌水泥混凝土的纖維主要有聚酰胺、碳纖維、聚酯、PP等。聚甲醛纖維所具有的特殊力學(xué)性能及化學(xué)穩(wěn)定性，更適合作為混凝土增強的纖維材料。

3.3 綜絲等紡織品領(lǐng)域

傳統(tǒng)綜絲是用不銹鋼制作的，不銹鋼綜絲存在對機器的損耗大、耗能大、容易生銹并且質(zhì)量大等缺點。而聚甲醛綜絲具有對機器的損耗小、質(zhì)量輕、抗靜電、不會生銹、容易清洗，具有一定的回彈性等優(yōu)點，并且聚甲醛綜絲價格比傳統(tǒng)鋼綜更便宜，更省電，可大大降低織造企業(yè)成本。所以聚甲醛綜絲是一個非常有生命力的產(chǎn)品。

3.4 其他領(lǐng)域

聚甲醛纖維材料還可應(yīng)用于交叉網(wǎng)狀的各種過濾器，土工布合成材料等方面。此外，由于聚甲醛纖維的熔點及熱變形溫度較低，即使-200℃也能保持纖維的穩(wěn)定性，可應(yīng)用于超低溫材料中，并且其磨耗系數(shù)小，摩擦系數(shù)低，適用于耐磨耗的制品中。

4 結(jié)語

隨著國內(nèi)聚甲醛產(chǎn)品產(chǎn)能不斷增加，國外高端產(chǎn)品的市場壟斷，對聚甲醛進(jìn)行深加工，拓寬其產(chǎn)品的應(yīng)用范圍對于聚甲醛生產(chǎn)企業(yè)來說特別重要。聚甲醛作為一種綜合性能良好的工程塑料，對其進(jìn)行纖維材料的制備，能解決長期以來困擾聚甲醛企業(yè)的銷售難題。因此，我們應(yīng)大力投入到聚甲醛纖維制備的研發(fā)工作當(dāng)中，盡快找出適合工業(yè)化生產(chǎn)的工藝路線，制備出性能優(yōu)良的新材料纖維產(chǎn)品，以滿足更多應(yīng)用領(lǐng)域的需求，早日擺脫國內(nèi)聚甲醛產(chǎn)品在低端市場惡性競爭的局面，將國內(nèi)聚甲醛項目帶入良性的可持續(xù)發(fā)展的軌道當(dāng)中。