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聚乙烯醇纤维 • ---聚乙烯醇纤维概述 • ---聚乙烯醇的性质与制备 • ---聚乙烯醇纤维的生产 • ---聚乙烯醇纤维的应用与研究进展
聚乙烯醇纤维-概述
以聚乙烯醇为原料纺织的纤维。 聚乙烯醇（Polyvinyl alcohol 缩写：PVA）由德 国化学家 Herrmann 和 Haehnee 于 1924 年合成并 纺制成纤维。 由于其具有水溶性，不能作服使用纤维。 日本化学家樱田一朗和朝鲜化学家李升基通过对 聚乙烯醇纤维热处理和缩甲醛化，于1939年获得 耐热水性良好的聚乙烯醇缩甲醛纤维。 1950年在日本实现了聚乙烯醇缩甲醛纤维的工业 化生产，商品名称维尼纶（ Vinylon ），中国称 之为维尼纶或维纶。
聚乙烯醇纤维-概述
1963年8月，我国从日本可乐丽公司引进年产1万
吨的维纶成套生产装置并在北京顺义建设北京维 尼纶厂。1965年投产。 1963年到1980年之间，我国先后建成14个维尼纶 厂，维纶年生产能力达到16.5万吨。 但由于维纶服用性差，1981年后产量逐年下降。 2000年以后产量逐步趋于稳定。 2003年全国维伦总产量3.26万吨。
– 纤维增强材料 可以作为塑料以及水泥、 陶瓷等的增强材料。特别是作为致癌物 质——石棉的代用品，制成的石棉板受 到建筑业的极大重视。 – 渔网 利用维纶断裂强度、耐冲击强度和 耐海水腐蚀等都比较好的长处，用其制 造各种类型的渔网、渔具、渔线。
聚乙烯醇纤维-概述
– 绳缆 维纶绳缆质轻、耐磨、不易扭结，
聚乙烯醇纤维-原料制备
• (2)乙烯法：乙烯法则以乙烯和醋酸为原料，以钯-
金为催化剂，醋酸钾或醋酸钠为助催化剂，活性 氧化铝或硅胶为载体，在100℃以上，加压下反 应制得醋乙烯。
聚乙烯醇的性质与制备
2．醋酸乙烯聚合 醋酸乙烯容易发生自由基型聚合反应。
在引发剂作用下，醋酸乙烯能在较缓 和的条件下发生聚 合。制造聚乙烯醇纤维使用的聚醋酸乙烯，通常是以甲醇 为溶剂采用溶剂聚合法制得。其主反应式为：
聚乙烯醇的性质与制备
与一元醛反应时，缩醛化反应主要在分子内进行，
分子间反应极少。 与二元醛缩醛化时，则主要在分子间进行，形成 交联的体型结构。 聚乙烯醇纤维缩醛化反应是一个多相反应，反应 快慢主要取决于扩散及吸附两个因素。扩散速度 快，吸附能力强，反应速度快，反之则慢。 缩醛化后纤维的强度、杨氏模量、耐热性都有所 下降。 已有一定结晶度和取向度的聚乙烯醇纤维缩甲醛 度在30mol%以上时，强度变化不大，耐热水性 还有较大提高。
聚乙烯醇的性质与制备
聚乙烯醇分子量分布 宽度与纤维强度的关 系
聚乙烯醇的性质与制备
c. 醇解度 醇解度决定纤维性质，影响分子间作用力。 大分子上存在体积较大的醋酸根，不但阻
碍纤维中大分子的取向和结晶，而且降低 了分子间的作用力。 醇解度愈低，大分子链上所含醋酸根愈多， 纤维强度愈低，水溶性愈好。
16971
1333 471 3690 2397 15094
16294
3066 1212 4202 3204 15890
12065
710 1552 1639 3559 7680
9007
2355 1678 2838 3786 2192
6292
2281 1121 1610 — 5108
7664
1600 2943 3728 —
我国1995-2003年PVA纤维产量 （t/a）
年份 北维
1995 5073 1996 2483 1997 452 1998 3 1999 — 2000 2001 2002 2003 5 — — — 1030 11354 1 11728 4859 — 4904 4080 — — —
川维
福维 广维 湘维 兰维 上海 石化
聚乙烯醇的性质与制备
• 力学性能
聚乙烯醇主链为C-C链结构，侧基上有大量羟基 （38.6%），分子间相互作用力强,链中键的离解能为250314KJ/mol，机械破坏能为250KJ/mol，分子间相互作用 能为38-42KJ/mol，内聚能密度高。
聚乙烯醇大分子截面积小，因此其纤维有较高的 理论强度和模量，分别为210cN/dtex和 2003cN/dtex，是除聚乙烯纤维外，强度较高纤
维。 聚乙烯醇的断裂强度变化范围很大，取决于聚乙 烯醇的原料和加工方法。断裂强度可在 3~27cN/dtex之间
聚乙烯醇的性质与制备
热性能
聚乙烯醇受热后发生软化(210~215℃)，但
在一般情况下，它在熔融前便分解。聚乙 烯醇在加热到140℃以下时不发生明显的变 化，加热至180℃以上时，由碱法醇解得到 的聚乙烯醇开始发生变化，大分子发生脱 水，在长链上形成共轭双键。
且大分子链都有可能获得取向。
聚乙烯醇的性质与制备
b.非晶态结构
非晶态结构对纤维的强度、模量、伸长和耐水性
影响极大 聚集态模型有“缨状微胞”理论和缨状原纤理论 模型 非晶态结构对纤维力学性能影响最大,是因为纤维 的力学破坏主要发生在非晶区的薄弱环节。 在生产高强高模纤维时，应尽量使非晶区的大分 子形成伸直链结构 对于生产纺织用纤维，应保持适当的非晶区结构， 因非晶区为吸湿和染色提供了所需要的羟基。
聚乙烯醇的性质与制备
d. 纤维横断面形态结构
聚乙烯醇通过不同纺丝方法获得的纤维除取向和
结晶不同之外，其横断面形态结构差异亦较大。 如采用硫酸钠作凝固浴纺丝成形的纤维横断面呈 肾形，有较厚的皮层结构 干湿法凝胶纺丝和湿法凝胶纺丝纤维的横断面为 圆形 干法纺丝成形的纤维横断面为豆形 而由PVA纺制的中空纤维横断面为环状的网络结 构
方法
a（nm）
0.781 0.782 0.783 0.781 0.785±0.001
b(nm)
0.252 0.252 0.252 0.252 0.253±0.000 1
c(nm)
0.551 0.560 00553 0.551 0.5495±0.0007
β
90°42′ 90° 87° 91°42′ 91°10′±20′
聚乙烯醇纤维-原料制备
一、醋酸乙烯的聚合
游离态的乙烯醇极不稳定，不能单独存在，所以要获得具 有实用价值的聚乙烯醇，通常以醋酸乙烯为单体进行聚合， 进而醇解或水解制成聚乙烯醇。 1．醋酸乙烯制备 目前醋酸乙烯的合成主要有乙炔法和乙烯 法。 (1)乙炔法：乙炔法是以乙炔和醋酸为原料，在200℃左右， 常压下以气相通到以活性炭等为载体的催化剂醋酸锌上反 应制得醋酸乙烯。
聚乙烯醇的性质与制备
聚乙烯醇的性质与制备
d. 为等规立构（I-
PVA），间规立构（S-PVA）和无规立构（A-PVA）三种立体结构。
聚乙烯醇的性质与制备
e.连接方式
有“头一尾”相连、“头一头”或“尾一
尾”连接。 “头一尾”结构的聚乙烯醇，羟基的排列 规整，有利于大分子的取向和结晶，纤维 的力学性能和耐热水性能好。 “头一头”或“尾-尾”结构，由于羟基的 立体障碍，规整性差性，纤维的结晶性受 到影响。
X射线
衍射法
电子衍射 法
0.78±0.002
0.543±0.0001
91°30′±15′
聚乙烯醇的性质与制备
聚乙烯醇纤维单元晶胞结构示意图
聚乙烯醇的性质与制备
聚乙烯醇纤维为半结晶聚合物，纤维密度介于
晶区和非晶区密度之间。非晶态结构对纤维的 强度、模量、伸长和耐水性影响极大，研究也 较多。
聚乙烯醇纤维在低温下拉伸时，一般只发生链 段取向，而在玻璃化温度以上，特别是在200~ 220℃左右进行拉伸时，不但大分子链段，而
特开照61－215711 特开照62－289606 特开照62－162010 特开平1－124611 国内工业装置生产 国内工业装置生产
聚乙烯醇的性质与制备
b. 分子量分布 醋酸乙烯聚合时，常常会发生链转移，使其醇解
后形成分子量不等的聚乙烯醇。 聚乙烯醇分子量分布将影响纤维的强度及其它性 能。 适合纺丝的聚乙烯醇分子量分布为2-3.5 聚乙烯醇羟基在大分子上的位置不同，可分为等 规立构（I-PVA），间规立构（S-PVA）和无规立 构（A-PVA）三种立体结构。
聚乙烯醇的性质与制备
c. 取向度
纤维的取向度是指大分子或结晶沿纤维轴取向的
程度 聚乙烯醇纤维在低温下拉伸时，一般只发生链段 取向 在玻璃化温度以上，特别是在200-220℃左右进 行拉伸时，大分子链才可能获得取向 晶区的取向较非晶区复杂 取向因子变化较小，纤维中大分子取向有利于结 晶结构的形成
专 利 纺丝方法 干湿法 干湿法 干湿法 干湿法 普通湿法
FWB纤维
聚合度
3100 4900 6600 7000 1700 1700
强度 杨氏模量 （cN/dt （cN/dtex） ex）
15.9 18.5 22.9 24.3 7.5 11.0 366.2 344.6 440.0 552.3 150 260
1780 1487 3928 3400 6598 6414 3906 — —
皖维
合计
—
45029
2504
45683
2851
30508
2636
24495
—
16412
4780 6991 7690
2313 2832 33114
7859
聚乙烯醇纤维-概述
• 现在维伦纤维已很少直接作为服装用纤维。 • 在工业飞农业、渔业、运输和医用等方面的应用 不断扩大。其主要用途如下
聚乙烯醇主链大分子上有大量仲羟基，在 化学性质方面有许多与纤维素相似之处。 聚乙烯醇可与多种酸、酸酐、酰氯等作用， 生成相应的聚乙烯醇的酯。但其反应能力 低于一般低分子醇类。
聚乙烯醇的性质与制备