国内聚甲醛纤维研究进展与应用展望

李满枝，陈威，李亚斌

（天津渤化永利化工股份有限公司，天津300450）

聚甲醛（POM）是一种性能优良的工程塑料。其物理机械性能十分优异，如耐磨损，摩擦系数小，是优良的抗摩擦材料[1]。聚甲醛纤维属于合成纤维的一种，是一种复合增强纤维新材料，聚甲醛纤维具有以下优点：1）强度高,与常用的尼龙纤维和聚酯纤维相比，聚甲醛纤维的强度更好，为常见的尼龙纤维和聚酯纤维的2~3倍。2）耐摩擦磨损性能优异。动摩擦系数低于0.25，静摩擦系数低于0.3。3）拉伸回复性能非常优异。4）耐久性十分优异。5）具有优异的耐化学品性能。由于聚甲醛纤维具有以上众多的优良性能，极有希望成为下一个重点开发的高性能纤维之一。

1 聚甲醛（POM）纤维的制备方法

聚甲醛纤维的制备方法分为：①以熔融纺丝法为基本原理的制备方法，该方法是提高生产效率，降低生产成本，实现工业化生产的最佳方法。②以静电纺丝法为基本原理的制备方法，该方法主要应用于纳米聚甲醛纤维的制备。

1.1 熔融-水浴拉伸纺丝法

该方法是很常见的纺丝法，它是将聚甲醛粒子通过喂料器进入到螺杆挤出机中加热熔融，由喷丝板熔融挤出，卷绕后获得初生纤维。之后再把丝条在热水槽里预热，在两个导丝辊间完成拉伸，通过控制卷入辊和卷出辊线速度来控制拉伸的倍数，完成最终纤维的制备。

1.2 溶液静电纺丝法

溶液静电纺丝法是将聚合物溶解在极性溶剂中制成聚合溶液，然后将该溶液加入到纺丝器中，将电压正极与金属针头相接，铝箔作为负极和接收器，设置电压和接收距离，在铝箔上就可以得到无规排列的电纺纤维。

1.3 熔融-静电纺丝法

熔融-静电纺丝法是前两种方法结合在一起而改进的制备聚甲醛纤维方法，该方法利用熔体静电纺丝装置，加热料筒到设定温度，加入一定量聚甲醛原料，通过加热，使其在料筒内熔融，再加入一定量助剂。当熔体向下滴出时，打开高压电源，然后调节电压，使熔体在高压静电的作用下喷射到接收装置上，得到聚甲醛纤维[2]。

2 聚甲醛（POM）纤维制备的难点

由于聚甲醛结晶度高、结晶速率快，并且熔点和分解温度接近，很容易造成聚甲醛初生纤维结构不均匀，进而影响成品纤维的力学性能。聚甲醛纤维制备的难点主要是在纺丝和成型两个阶段。

2.1 纺丝过程

聚甲醛熔融温度与分解温度比较接近，聚甲醛熔融温度为165℃左右，高于200℃就开始分解。同时，在熔融纺丝过程中，聚甲醛树脂与在螺杆中的停留时间过长也会导致分解，产生气泡丝，从而给纺丝带来困难，甚至中断纺丝。因此，控制好纺丝温度，避免聚甲醛过热分解产生甲醛气体是解决该问题的关键所在。目前，通常做法是通过螺杆转速减少熔体的停留时间，控制聚甲醛分解所产生的气泡丝。

2.2 成型过程

聚甲醛结晶温度与纺丝温度接近，结晶速度过快。由于聚甲醛的结晶特性和聚甲醛高分子结晶度高的特点，喷丝口处遇到冷空气后会快速冷却结晶，形成脆态，不利于后序的牵伸。因此，延长聚甲醛的结晶时间是解决该问题的关键所在。目前，通常做法是设计初生纤维的延长固化装置，通过喷丝口的延时加热，冷却和喷头拉伸比的控制，使聚甲醛高分子链呈有序排列，缩短结晶诱导期。

3 聚甲醛（POM）纤维的市场前景

聚甲醛是一种高密度、高结晶的线型聚合物，具有优异的物理化学性能。通过聚甲醛制备的纤维材料也将是综合性能最好的合成纤维之一，聚甲醛纤维材料可广泛应用于绳索、混凝土、综丝、民用纺织品等方面。聚甲醛纳米纤维材料更是在传感器、过滤材料、芯片覆盖膜以及其他特殊领域有着非常好的应用前景。

3.1 绳索、降落伞等生活品领域

绳索早期是以钢丝为材料，接着使用了尼龙、聚丙烯等合成纤维绳索，但是用聚丙烯等原料制备的合成纤维绳索容易断裂。而钢丝不仅易断裂，还容易生锈。聚甲醛纤维具有密度小、高强度和高模量的特点，并且线性膨胀系数接近于石英，在力学性能方面要明显优于尼龙、聚丙烯等材料，是非常理想的制备合成纤维绳索的复合材料之一。

3.2 混凝土纤维增强等建筑领域

在水泥中掺入增强用纤维，有效的提高了水泥混凝土的抗渗性、抗冻性、抗裂性，大大增强了水泥混凝土的抗冲击及抗震性。目前用于增强增韧水泥混凝土的纤维主要有聚酰胺、碳纤维、聚酯、PP等。聚甲醛纤维所具有的特殊力学性能及化学稳定性，更适合作为混凝土增强的纤维材料。

3.3 综丝等纺织品领域

传统综丝是用不锈钢制作的，不锈钢综丝存在对机器的损耗大、耗能大、容易生锈并且质量大等缺点。而聚甲醛综丝具有对机器的损耗小、质量轻、抗静电、不会生锈、容易清洗，具有一定的回弹性等优点，并且聚甲醛综丝价格比传统钢综更便宜，更省电，可大大降低织造企业成本。所以聚甲醛综丝是一个非常有生命力的产品。

3.4 其他领域

聚甲醛纤维材料还可应用于交叉网状的各种过滤器，土工布合成材料等方面。此外，由于聚甲醛纤维的熔点及热变形温度较低，即使-200℃也能保持纤维的稳定性，可应用于超低温材料中，并且其磨耗系数小，摩擦系数低，适用于耐磨耗的制品中。

4 结语

随着国内聚甲醛产品产能不断增加，国外高端产品的市场垄断，对聚甲醛进行深加工，拓宽其产品的应用范围对于聚甲醛生产企业来说特别重要。聚甲醛作为一种综合性能良好的工程塑料，对其进行纤维材料的制备，能解决长期以来困扰聚甲醛企业的销售难题。因此，我们应大力投入到聚甲醛纤维制备的研发工作当中，尽快找出适合工业化生产的工艺路线，制备出性能优良的新材料纤维产品，以满足更多应用领域的需求，早日摆脱国内聚甲醛产品在低端市场恶性竞争的局面，将国内聚甲醛项目带入良性的可持续发展的轨道当中。