几种化学纤维的各种性能及新型应用

谈化学纤维的各种性能及新型应用

聚酰亚胺纤维是20 世纪90 年代兴起的一种

高分子有机合成纤维，纤维分子结构中含有稳定的

酰亚胺基团。聚酰亚胺纤维具有耐腐蚀、耐辐射、

耐高温和电绝缘等特性，同时还有很好的机械性

能，其强度和模量全面超过了Kevlar-49 纤维，在

航空航天、原子能、电子、核工业等领域得到了广泛的应用[1]。由于聚酰亚胺纤维良好的力学性能和

电绝缘性能，欧美及日本等一些发达国家已经将其

应用扩展到了造纸领域[2, 3]，并且做了初步的研究。由于聚酰亚胺纤维性质稳定，表面钝化，没有

活性基团，且经过打浆处理也不会产生分丝帚化，

经过湿法成形得到的原纸强度较低。为了提高其强度，需要用树脂对原纸进行浸渍处理，但是浸渍量

过小纸页强度性能改善不明显，浸渍量过大则对纸

页撕裂强度和伸缩率有较大影响。聚酯纤维具有较

好的介电性能和耐高温性能，其熔点在255~260℃

之间，在205℃时开始产生黏结，初始分解温度在350℃以上，且纤维伸长率可达7.5%~12.5% ；同时

还有优良的耐皱性、弹性和尺寸稳定性，有良好的

电绝缘性能，耐日光，耐摩擦，不霉不蛀，有较好的耐化学试剂性能，能耐弱酸及弱碱，能够与其他具

有耐高温性能和电绝缘性能的合成纤维混合抄造

耐高温绝缘纸[4]。在聚酰亚胺纤维原纸的抄造过程

中添加一定比例的聚酯纤维，不但能够提高纸张的

强度，还能在热压过程中发生熔融从而提高纤维间

结合力，改善纸张的电气性能。

本文主要研究聚酯纤维对聚酰亚胺纤维纸基

材料的强度性能、电气性能、耐高温性能和纸张表

面结构的影响，旨在为开发高性能聚酰亚胺纤维纸

基材料打下一定理论基础。

随着聚酯纤维添加量的增加，纤维间结合力

增强，成纸的抗张指数和伸长率逐渐增大，而撕裂

指数逐渐减小。

纸张的耐压强度和介电常数随着聚酯纤维添

加量的增大而上升，但介电损耗正切值受其影响不大。

添加聚酯纤维后纤维间结合更加紧密，纸张

孔隙率降低，当聚酯纤维添加量为9% 时纸张有较

好的强度性能和电气性能，但是对纸张的热稳定性

有一定影响。

聚乙烯醇纤维，即聚乙烯醇羧甲醛纤维，其英文缩写为P VA，也简称维纶、维尼纶。1924年，德国化学

家Hermann WO和Hannel W首先在实验室制得

水溶性聚乙烯醇纤维；1939年，日本的樱田一郎等人将这种水

溶性纤维用甲醛处理，制得耐热水的聚乙烯醇羧甲醛纤维，并

于1950年由可乐丽公司和尤尼契卡公司实现工业化生产，商品

名为维尼纶[1～3]。聚乙烯醇纤维被认为是一种与棉花状态相

近的合成纤维，该纤维强度、耐磨性、吸湿性较好，耐腐蚀、耐

日晒，尤其是具有高强度、高模量的聚乙烯醇纤维发展迅速，

作为工业原料，其应用范围日趋广泛[4]。

造纸用聚乙烯醇纤维目前主要分为易溶、难溶两种，根据其类型不同可用来生产增强纤维纸、水溶性纤维纸，也可

作为合成纤维纸的黏胶纤维等使用[5～7]。聚乙烯醇纤维既可单

独抄纸，也可与植物纤维或其他合成纤维配抄，聚乙烯醇纤维

的存在可以明显改善纸页的强度性能[4]。在合成纤维中，聚乙烯醇纤维占据了十分重要的位置，在造纸行业中广

泛应用。

涉及聚乙烯醇纤维纸的原创专利大多为日本公司所有，如可乐丽股份有限公司，而国内申请大多是在日本原创专利的基础上对制备工艺进行改进。但近年来国内申请人的专利申请量明显提升，表明国内申请人的研发热情、专利布局意愿和知识产权保护意识都在增强，但是真正获得应用，并在市场中产生良好经济、社会效益的专利技术从绝对数量上来说

仍很少。此外，没有形成具有较强研发、生产能力的大公司和企业，国内申请人呈现分散、小型企业化、高校研究和个人申请多等特点。笔者结合上述对造纸用聚乙烯醇纤维专利技术现状的分析，就如何发展高性能聚乙烯醇纤维纸给出如下建

议：目前，日本的可乐丽、东丽等主要生产聚乙烯醇纤维的企业无论是在专利拥有量，还是企业销售量方面都占据主导地位，其中维纶纸水溶性材料专利技术已达到一个相当成熟的地步。而最近几年国内的企业如中国印钞造币总公司在造纸

用聚乙烯醇纤维的研发方面有所突破，其通过共混改性、表面改性等方式提高了聚乙烯醇纤维的强度、防伪性能。目前国内对导电维纶纸、核壳结构的聚乙烯醇维纶纸等并没有行研究、开发，国内申请人可尝试从造纸用聚乙烯醇纤维

的制备过程出发，通过工艺过程的改进，或是通过物理共混、化学交联等改性方式制备得到性能优越的造纸用聚乙烯醇

纤维。同时，需要国家在这方面做好产业布局和规划，出台相应的政策鼓励和扶持企业进行研发和生产，做大做强一批龙头企业，鼓励优势企业之间进行强强联合，使产业链逐步完善，有利于优势互补和技术融合和促进；对具有重大开发利用价值的环保技术与装备组织攻关、试验鉴定和成果转化，建立范工程后进行推广应用。

聚乙烯醇( PVA) 纤维是合成纤维主要品种之

一，早在1924 年德国Hermann 和Haehnel 就将聚醋

酸乙烯醇解制得聚乙烯醇，随后又以其水溶液干法

纺丝制得纤维。目前聚乙烯醇纤维主要有湿法、干

法、凝胶法3 种纺丝方法，干法纺丝以其工艺流程

短、环保等优异特点而被用来生产聚乙烯醇水溶长

丝和其他多功能性或差别化聚乙烯醇纤维［1］。干

法纺丝过程较复杂，纺丝原液经喷丝孔挤出后在纺

丝甬道中有拉伸流动，丝条在干燥凝固成形的过程

中伴随着传热和传质。Ohzawa 等［2 － 3］曾对聚乙烯

醇等几种干纺体系进行模拟，Sano Y［4］基于纺丝工

艺对聚乙烯醇干纺体系进行了较准确的数学模拟，

并对丝条径向浓度分布进行了研究。但已报道的干