“非主流”维纶的“主流”研究

　　维纶以其使用量来说，在化纤业内的角色绝对属于“非主流”，然而其独特的性能却使得国内对其研究越发深入。不论是在军警作训服的应用，还是其在民用领域的作用，都显示出这一纤维品种的独特价值。在日前举行的中国国际化纤会议期间举办了“先进的维纶技术”专场，相关专家、学者与上下游企业代表就维纶的应用与研究进行了研讨。

　　总后军需装备研究所施楣梧博士

　　高强维纶提高军警作训服耐磨性

　　军警作训服对面料性能的要求主要有高强耐磨、迷彩印花、透气舒适、外观挺括、成本适中等，这就需要多种性能纤维的配合。

　　所用原料的设计思路是采用维纶/涤纶/棉混纺。由维纶实现高强耐磨，兼顾舒适、印花、较低价位，由涤纶实现挺快外观和低价位，兼顾印花效果，由棉纤维实现舒适和有助于印花。

　　高强维纶具有独特的性能。首先表现出优异的力学性能，高强维纶的强度约为普通维纶的1.7倍，且强度离散程度相当或略小；断裂伸长率稍小于普通维纶，断裂伸长率的离散程度小于普通维纶。在合理选择纺织加工方法后，断裂伸长率小的问题可以从增加纱中纤维的弯曲程度、以及增加织物中纱线的曲屈波高等办法，来保证织物应有的延伸变形性能。

　　高强维纶的耐热水性能对于染整加工至关重要。维纶纤维在醛化前是不耐热水的，高强维纶成品的耐热水性RP值可以达到113℃~115℃。模拟定形加工和印花焙烘发色加工，对维纶样品在烘箱中进行干热处理实验显示，在175℃，6min干热处理后高强维纶的强度保持率达到94.2%～99.0%；200℃，2min干热处理后高强维纶的强度保持率为91.3%～98.0%。

　　在光老化箱中以相同的条件对普通涤纶、棉纤维和高性能维纶进行192h的氙灯照射实验，强度保持率分别为：高强维纶95%、涤纶83%、棉纤维70%。

　　高性能维纶具有很高的强度、良好的染整加工性能、以及优于涤纶和棉花的耐光性能。目前工业化生产的高强维纶技术指标为：拉伸断裂强度≥8.0cN/dt，断裂伸长率≥12%，水中软化点≥114℃，卷曲数≥15个/25mm。纤维规格有棉型、中长型和毛型产品。

　　可采用的纺纱方法多种多样，可以是环锭纺、赛洛纺、紧密纺、聚纤纺等。在织物组织的选择上，夏季服装采用1/1平纹、春秋服装采用2/1斜纹、冬季服装采用3/1破斜纹。

　　染整加工时也要注意几个问题：一是前处理中可经受碱高温处理；二是不宜进行氧漂处理，以免降强和黄变；三是适合还原、活性染料染色，可采用溢流和长车；四是避免湿态高温定型，控制面料手感；五是采用含生物酶皂洗剂的洗消技术。

　　目前已将含高强维纶的面料应用于军队和武警的作训服。在原涤棉作训服的基础上添加20%高强维纶，强度提高30%，耐平磨指标从原作训服标准规定的125次提高到了新标准规定的900次，增加到了7.2倍。实际穿着使用的坚牢结实程度大幅度提高，并具有良好的舒适性。

　　四川大学叶光斗教授

　　聚乙烯醇胶原蛋白复合纤维值得研究

　　高性能聚乙烯醇及胶原蛋白复合纤维的研究要从聚乙烯醇与胶原蛋白的分子结构说起。聚乙烯醇满足制备高性能纤维的条件：一是分子链处于伸直链构象，单位面积排列分子数多；二是可以合成超高分子量聚乙烯醇（PVA）；三是分子链间相互作用力强，结晶度高；四是含烷基和大量羟基，具有乳化作用，易于加入功能性改性剂制得功能化。

　　聚乙烯醇主链为C-C链结构，分子链横截面积小（0.228nm2）、侧基上有大量羟基（38.6%），链中键的离解能为25～314KJ/mol，机械破坏能为250KJ/mol，分子间相互作用能为38～42KJ/mol，内聚能密度为159CED，其纤维理论强度和模量分别为210cN/dtex和2003cN/dtex，仅次于PE纤维。PVA分子结构具有高相对分子质量、高规整度、高醇解度等特点，其纺丝技术包括干湿法凝胶纺丝、湿法冻胶纺丝、高倍拉伸、结晶与热定型等工艺。

　　超高分子质量PVA的合成是个值得研究的问题。利用无乳化剂乳液聚合制备超高分子量PVA，其优点一是避免乳化剂对纤维结晶及力学性能的影响；二是避免乳化剂与单体和引发剂分子之间的相互作用，更易制得高分子量PVA；三是有利于聚合过程中传热和传质；四是由合成的超高分子质量聚醋酸乙烯醇解制得超高分子质量PVA。

　　采用含硼湿法凝胶纺丝纺丝技术获得的高强PVA纤维，经醛化处理得到高强维纶。该纤维具有优异的耐磨性，面料中含20%高强维纶，其耐平磨次数可提高7.2 倍、强度提高1～2倍，可用于作训服、矿工工装、消防水龙带等。利用硼化物与PVA大分子在碱性溶液中形成交联网络结构，减少初生纤维中PVA大分子的缠结，提高后拉伸倍数，得到高强度半成品纤维。

　　再看胶原蛋白的分子结构：胶原蛋白分子链含三条肽链，它们分别呈左手螺旋构象，组成一个大的三股螺旋体，分子量约30万。肽链间的相互作用力保证了螺旋体的牢固。肽链间的相互作用力有极性基团产生离子键、氢键、范德华力；非极性基团产生疏水键、范德华力等。

　　PVA水溶液与胶原蛋白水溶液纺前混合（含改性剂），通过纺丝原液→静止脱泡→凝固浴→浴中拉伸（凝固浴中）→初拉伸→卷绕→干热拉伸→热定型→复合与缩醛化，就得到了聚乙烯醇/胶原蛋白复合纤维。

　　胶原蛋白与PVA相容性较差，需要采用连接剂（改性剂）对纺丝溶液进行改性，提高相互之间相容性和蛋白在纤维中的保留率。

　　胶原蛋白/聚乙烯醇复合纤维的断裂强度是4.42cN/dtex，断裂伸长率是12.30%，Rp是114℃，而胶原蛋白含量为28.35%，保留了胶原蛋白的特性。

　　安徽省交通规划设计研究院席进

　　改性PVA纤维提升工程寿命

　　水泥是制备水泥砂浆、混凝土及各种水泥制品的重要原材料，是土木工程中不可缺少的重要建筑材料之一。水泥虽然有良好的强度和可施工性，但是水泥砂浆、混凝土及其制品存在抗裂性差的缺陷，易产生干缩裂纹和温度裂纹。这些裂纹随时间的推移是不断变化与发展的，细微的裂纹不断扩展，最终发展为较大的裂缝。因此进行抗裂改性水泥的性能与应用研究对提高工程结构的使用性能和耐久性具有重要意义。

　　用于混凝土中的高强高弹模PVA纤维具有高强度、高弹性模量、低伸长率和分散性好的优点，还具有耐酸、耐碱、耐盐、耐磨损和耐腐蚀等特点，而且无毒、无污染、对人体无害，与水泥基材料有良好的亲和力和结合性，是一种优良的水泥混凝土抗裂防渗和增强材料。

　　目前在我国的沥青路面中，基本采用“强基薄面”理论设计，广泛采用水泥稳定碎石这种半刚性基层。而水泥稳定碎石基层在铺筑完成后，受干燥收缩应力、温度收缩应力及上部荷载应力的共同作用，基层内部容易出现局部的应力集中现象，从而在基层连接力较薄弱处形成裂缝。这也是我国路面损坏过早的重要原因之一。

　　研究发现，在水泥稳定碎石混合料中掺入聚乙烯醇纤维形成抗裂基层可以很好地改善这个现象。通过纤维与水泥稳定碎石混合料之间的界面吸附粘结力等，增加了材料抵抗开裂的塑性抗拉强度，从而使水泥稳定碎石材料的开裂状况得以减轻，甚至消失。

　　在合肥新桥国际机场高速公路的抗裂基层调制试验研究中，抗裂基层采用在水泥稳定碎石中掺长约20mm～30mm的聚乙烯醇纤维，掺量为0.9 kg/m3～1.2kg/m3，以提高基层的抗裂能力。掺入PVA纤维的水泥稳定碎石裂缝较普通水稳减少90%以上；抗裂水泥稳定碎石的配合比、材料要求均与正常水泥稳定碎石相同。为使纤维较均匀地分布于水泥稳定碎石混合料中，较正常水泥稳定碎石——抗裂水稳碎石的施工须增加一道预拌工艺。纤维长度和掺量对水泥稳定碎石的抗压强度有一定影响，但影响不大。

　　综合来看，合成纤维混凝土在国外已得到了广泛的研究和应用。目前，美国合成纤维混凝土的使用量已占混凝土总量的7％，数量已远远超过先期开发的钢纤维混凝土。PVA纤维在工程中的进一步推广应用还需要进行长期使用状态下的老化、疲劳试验。

　　从桥面铺装和道路的全寿命周期来分析，虽然在混凝土、水泥稳定碎石中掺入PVA纤维会提高造价，但其节省大量用于治理桥面和路面裂缝的费用，效益是巨大的。