一种新型产业用纤维——POM纤维

POM纤维背景
中国国务院办公厅于2009年4月24日公布的《纺织工业调 整和振兴规划》，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 国内市场占有率由20%提高到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 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 POM 纤维的生产技术列入为欲突破关键技术问题。
POM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
阻裂 抗渗 耐久 增韧 增强 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。
POM纤维在产业用纺织品中的应用
★ 土工合成材料 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
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。
POM纤维在产业用纺织品中的应用
★ 土工合成材料
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。天然纤维在碱性条件下会发生分子降解而失去力 学性能。 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， 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。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。
耐光性、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 POM纤维在85℃碳弧灯照射100小时下，强度仍能保持90%，是目前合成纤维中最好 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 需求量约500万m2，需用纤维1000吨。按POM纤维市场占有50%计，每年需要POM纤维 500吨。
遭遇火灾后，POM纤
维增强的混凝土，不 会因大火燃烧而产生 崩裂坍塌。
a b c
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
★ 土工合成材料
土木工程增强纤维与POM纤维对比
纤维 钢纤维 石棉纤维 天然纤维 玻纤 维纶 丙纶 增强
●●●●● ●● ● ●●● ●●●● ●● ●● ●● ●●● ●● ●●
POM纤维背景
POM纤维国外研究现状
1、1967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、1969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、1971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。
POM纤维的性能
POM纤维与K-49、PET化学性能对比
性能 耐碱性 耐酸性 耐光性 测试方法 10％NaOH溶液中浸200h后强度保持率/％ 10％HCl溶液中浸50h后强度保持率/％ 83℃, 碳弧灯灯照射120h后强度保持率/ ％ K-49 49 20 76 50 2 PET 40 95 55 － 0.2 POM纤维 100 57 88 100 0.2
POM纤维在产业用纺织品中的应用
★土工合成纤维的要求
高抗碱性 分散性 安全性 性能均一性 强度高 变形能力 黏结强度 弹性模量
阻裂 抗渗 耐久 增韧 增强
减重
POM纤维在产业用纺织品中的应用
★ 土工合成材料
耐碱性
纤维增强水泥的耐碱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纤维背景
POM纤维国内研究现状
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。
国内外研究现状
研究单位 四川省纺织科学研究院 日本旭化成公司 日本宝理塑料有限公司 研究阶段 已进入工业放大生产和纤维应用研究阶段 工业化初期，详情未知 工业化初期
POM纤维在产业用纺织品中的应用
★ 土工合成材料
目前我国每年的建筑混凝土用量以千
亿吨计，按1%的混凝土使用增强纤维（保
守按1千亿吨），按掺量0.5%计，需要增强 纤维500万吨，如果POM纤维的使用量占10%
的情况下，每年的需求量就有50万吨。
POM纤维在产业用纺织品中的应用
★ 户外增强蓬盖材料市场
★ 土工合成材料
土工布、混凝土增强。高强度、耐 碱性、分散性、耐磨性、耐候性
★ 户外增强蓬盖材料
耐光性、耐碱性能、耐候性
wk.baidu.com
★ 防洪沙袋、军事掩体
耐碱性、耐候性、染色性、耐光性
★ 过滤器
耐热、耐碱、耐药品性
★ 其他工业用途
POM纤维在产业用纺织品中的应用
★ 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
一种新型产业用纤维——聚甲醛 （POM）纤维
王 桦 四川省纺织科学研究院
目 录
POM纤维背景 POM纤维的性能 POM纤维在产业用纺织品中的应用 POM纤维制备难点 POM纤维探索研究介绍
POM纤维背景
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。
相容性
分散性
● ●●● ●● ●●● ●● ●●
耐碱性
●●●● ●● ●
耐光性
●●●● ●● ● ●●
环境友好
●●
●●●● ●● ●●●● ●●●●
●●● ●●
●●● ●●
涤纶
POM纤维
●●
●●●●
●●
●●●●
●●
●●●●
●●
●●●●
●●
●●●●
●●●●
●●●●
POM纤维在产业用纺织品中的应用
★ 土工合成材料 土木工程增强用合成纤维与POM纤维对比
POM纤维在产业用纺织品中的应用
★ 土工合成材料 POM纤维耐碱性非常好
POM纤维的耐碱性(10% NaOH)
100
强保率持度 (%)
75
50
25
0 0 50 100 150 200
处时间理 (h)
POM纤维在产业用纺织品中的应用
★ 土工合成材料 POM纤维变形能力好
100
伸长回复率（％）
80
60
东华大学
四川大学
实验室研究，未进行进一步的工业化研究
研究起步阶段
POM纤维的性能
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 2～3倍。 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，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，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，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。
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和聚丙 烯纤维等。
POM纤维背景
常用聚丙烯聚酯纤维，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，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 的聚丙烯纤维。
性能 强度/cN²dtex-1 断裂延伸率/% 比重/g²cm-3 伸长回复率/% 静摩擦系数 动摩擦系数 使用温度/°C 耐碱性 耐光性 价格/万元²吨-1 涤纶 2.2～5 15～40 1.38 20 0.375 0.355 140 不好 不好 1.7 丙纶 3.1～6.4 15～35 0.91 85 0.52 0.29～0.4 80 好 不好 1.8 维纶 3.5～5.7 12～26 1.3 15 0.35～0.37 0.3～0.33 100 好 尚好 2.5 POM纤维 5～10 10～50 1.41 80 0.29 0.245 140 好 好 3.5
伸长回复率/%
静摩擦系数 动摩擦系数 使用温度 (℃)
20
0.375 0.355 140
80
0.29 0.245 140
POM纤维的性能
POM纤维耐光性
100 80
强度保持率（%）
60 40 20 0 0 20 40 60 80 100 120
POM PET
85o碳弧灯处理时间（h）
POM纤维在产业用纺织品中的应用
40
POM纤维
尼龙纤维
20 0
PET纤维
5
10
15
20
伸长率（％）
POM纤维在产业用纺织品中的应用
★ 土工合成材料 POM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 的产生与扩延。
POM纤维应变弹性响应与PP纤维对比
POM纤维在产业用纺织品中的应用
★ 土工合成材料
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 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20%提高到50%。
POM纤维在产业用纺织品中的应用
★ 防洪沙袋、军事掩体
耐碱性、耐候性、染色性、耐光性
耐海水性 海水中浸一年后的强度保持率/ ％ 吸水性 水中浸24h的吸水率/％
POM纤维的性能
POM纤维与聚酯纤维物理性能对比
性能
强度/GPa 强度/cN²dtex-1 断裂延伸率/% 比重/g²cm-3
聚酯纤维
0.3～0.7 2.2～5 15～40 1.38
POM纤维
0.7～1.4 5～10 10～50 1.41