CN100497770C - 一种聚烯烃类草丝纤维及制备方法 - Google Patents

一种聚烯烃类草丝纤维及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚烯烃类草丝纤维及其制备方法，其草丝纤维是将聚烯烃树脂、功能型母粒、加工助剂混合后经熔融、冷却、拉伸、加热定型制备而得；其各物料含量：聚烯烃树脂70～95%、功能型母粒3～25%、塑料加工助剂0.1～10%。本发明在基体树脂中加入了功能型母粒后进行纤维成型加工，有利于制备出具有良好力学性能以及抗老化、抗静电等性能的聚烯烃类草丝纤维，由该草丝纤维编织而成的草坪材料，具有良好的力学性能和抗老化性，适用于专业运动场地或者休闲场地的铺装。

Description

一种聚烯烃类草丝纤维及制备方法
技术领域
本发明涉及塑料纤维及制备方法，具体地说是一种聚烯烃类草丝纤维及其制备方法。
背景技术
人造草坪的发展源于天然草对气候条件变化的局限性。随着人造草丝纤维的技术革新，人造草坪的力学性能、安全性能和舒适性能已经接近天然草，因此人造草坪的应用范围也逐步扩展到专业运动场地，甚至国际足联(FIFA)提出将在2010年南非世界杯将采用人造草坪。同时，FIFA还提出了人造运动草坪足球场的评估标准——人造草坪品质概念(FIFA quality concept forartificial turf)，并从2001年开始推动人造草坪场地“FIFA推荐标志”的认证。到目前为止，全世界6大区的270个成员国中，有19个公司铺设的106块场地获得认证。其中，欧洲人造草坪场地通过认证的数量最多、级别最高(2星级)；亚洲有19块场地通过低级别(1星级)认证，而中国尚无一块通过FIFA品质认证的场地。伴随国际足联人造草坪品质概念的提出，人造草坪逐步取代天然草坪成为大势所趋。据估计，目前世界上人造草坪使用量已达2亿平方米以上，国内应用面积在150万平方米以上。
人造草丝纤维材料是人造草坪的核心材料，其性能决定了草坪的力学性能、安全性能和舒适性能。目前，欧洲的人造草丝产业已走在世界前列。荷兰皇家昙卡集团是世界上最大的人造草纤维生产商，其塞尔隆牌号系列产品可以为多种形式的运动场地面层提供解决方案。但从目前来看，人造草丝的研究大多集中于其应用方面，如人造草丝的外形(如USP 5462778、WO2005/005731)、编织、铺装方法(如USP 4381805、USP 6491991、USP 6815059、USP6955841、WO 01/0161110、WO 2005/124028)以及性能测试仪器设计(如USP 6854316、USP 6962073)等方面，而对于人造草丝的关键技术方面却鲜有报道(如WO 2006/066777)。
人造草丝纤维的制备方法主要是将基体树脂和功能型母粒等原料由螺杆挤出机均匀混合后熔融挤出，经过拉伸、定型、卷绕等工艺制备而成。由于户外使用的人造草坪需要承载高强度的运动磨损以及面临恶劣的气候变化，同时运动场地用人造草坪还需要具有运动安全性能，因此和通用塑料一样，人造草丝纤维材料面临主要问题在于如何提高其抗老化性能和抗静电性能等。专利WO 2006/066777虽然提及了人造草丝纤维材料的配方和力学性能，但并未解决其抗老化性能和抗静电性能。
发明内容
本发明的目是针对现有技术的不足而提供的一种聚烯烃类草丝纤维及其制备方法，所得到的草丝纤维具有良好的力学性能、抗老化性能和抗静电性能。
实现本发明目的的具体技术方案是：
一种聚烯烃类草丝纤维，它是将聚烯烃树脂、功能型母粒、加工助剂混合后经熔融、冷却、拉伸、加热定型制备而得，其各物料含量(以重量百分比计)为：
A)聚烯烃树脂70～95％；
B)功能型母粒3～25％；
C)塑料加工助剂0.1～10％。
制备上述聚烯烃类草丝纤维的方法包括下列步骤：
(a)将聚烯烃树脂、功能型母粒及加工助剂，按比例计量混合后加入料斗，并经螺杆挤出机熔融挤出；
(b)挤出后的物料进入水槽冷却成膜，由导丝辊排列整齐后，由一组或几组转动速度递增的滚筒进行拉伸，并经过一个或几个烘箱进行加热；
(c)经过拉伸后，再经过一个或几个烘箱进行加热，由一组或几组转动速度递减的滚筒进行定型；
(d)经定型后，再经上油、卷绕，制得人造草坪用聚烯烃类草丝纤维。
所述功能型母粒是以聚烯烃树脂30～75％，颜料20～50％，光稳定剂1～15％，抗氧剂0.1～5％，抗静电剂1～15％，分散剂2～20％，增塑剂0.2～5％为原料，经混合、造粒而得。
所述塑料加工助剂是有机硅类、含氟类的聚合物。
所述螺杆挤出机螺杆长径比为大于30，熔融挤出温度为180～260℃。
所述聚烯烃树脂熔体流动速率保持在0.3～8g/10min。
所述拉伸过程中，总拉伸比为3～12；烘箱温度为80～140℃。
所述定型过程中，总回缩率为4～10％。
本发明功能型母粒中的光稳定剂包括水杨酸酯类、苯酮类、苯并三唑类、取代丙烯腈类、三嗪类等稳定剂；抗氧剂包括胺类、受阻酚类、亚磷酸盐、硫代酸酯、天然基抗氧剂；抗静电剂包括季铵盐、胺盐、磷酸盐、磺酸盐、多元醇、多元醇脂肪酸酯、聚氧化乙烯附加物、季铵内盐、丙胺酸盐；分散剂包括脂肪酸类、脂肪族酰胺类、酯类、石蜡类、金属皂类、低分子蜡类；增塑剂包括苯二甲酸酯(DOP)、脂肪族二元酸酯、磷酸酯环氧化合物、偏苯三酸酯、石油酯、含氯增塑剂和聚合增塑剂。
经本发明得到的聚烯烃类草丝纤维，具有合适的力学性能和良好抗老化、抗静电等性能。
附图说明
附图为本发明制备方法的流程图
具体实施方式
参阅附图，本发明的方法是将聚烯烃树脂与功能型母粒以及加工助剂等原料，按比例计量混合后加入料斗1，并经过螺杆挤出机2熔融挤出；挤出的熔体经过模头3后进入水槽4冷却成膜，再由导丝辊5排列整齐、由一组或几组转动速度递增的滚筒6、8进行拉伸，并经过一个或几个烘箱7进行加热。根据使用要求的不同，草丝纤维可以制备成单丝以及纤化扁丝，其中制备单丝时使用圆模头，圆模头上开数个单丝孔；制备纤化扁丝时使用平模头，平模头上开一条尺寸合适的平模唇，同时在导丝辊5上装备有间距合适的刀片，以便将平膜切割成扁丝；拉伸时，后滚筒与前滚筒的速度之比称为拉伸比，总拉伸比保持在3～12；拉伸段烘箱7的温度为80～140℃；拉伸后再经过一个或几个烘箱9进行加热后，由一组或几组转动速度递减的滚筒10进行定型，定型时，前后滚筒速度差与前滚筒的速度之比成为回缩率，总回缩率控制在4～10％；再经上油11、卷绕12，最终制得聚烯烃类草丝纤维。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，其目的是更好理解本发明的内容；因此，本发明的保护范围不受实施例的限制：
实施例1
将80kg LLDPE、20kg EVA、13kg功能型母粒以及3kg加工助剂混合均匀后加入螺杆挤出机料斗，螺杆挤出机各段温度分别为：200℃，210℃，220℃，220℃，220℃，螺杆转速为42.9rpm，采用圆模头拉单丝，总拉伸比为4.5，总回缩率为5.7％，拉伸烘箱温度为120℃，定型烘箱温度为100℃。
制得的草丝单丝纤维拉伸强度为11.43cN/Tex，断裂伸长率为118.48％，热收缩率为1.63％，表面电阻3.7×109Ω，按ASTM G 154标准老化3000h后，草丝纤维的拉伸强度为10.07 cN/Tex，断裂伸长率为105.81％，热收缩率为1.17％。
实施例2
将435g PP、50kg功能型母粒以及15kg加工助剂混合均匀后加入螺杆挤出机料斗，螺杆挤出机各段温度分别为：240℃，250℃，260℃，260℃，260℃，螺杆转速为35.2rpm，采用平模头拉纤化扁丝，总拉伸比为4.7，总回缩率为4.84％，拉伸烘箱温度为130℃，定型烘箱温度为115℃。
制得的草丝纤化扁丝纤维拉伸强度为11.85cN/Tex，断裂伸长率为76.63％，热收缩率为0.94％，表面电阻2.2×1010Ω，按ASTM G154标准老化3000h后，草丝纤维的拉伸强度为10.07cN/Tex，断裂伸长率为68.74％，热收缩率为0.83％。

Claims (6)

1、一种聚烯烃类草丝纤维，其特征在于它是将聚烯烃树脂、功能型母粒、塑料加工助剂混合后经熔融、冷却、拉伸、加热定型制备而得，其各物料含量(以重量百分比计)为：
A)聚烯烃树脂70～95％；
B)功能型母粒3～25％；
C)塑料加工助剂0.1～10％；
其中：所述功能型母粒是以聚烯烃树脂30～75％，颜料20～50％，光稳定剂1～15％，抗氧剂0.1～5％，抗静电剂1～15％，分散剂2～20％，增塑剂0.2～5％为原料，经混合、造粒而得；所述塑料加工助剂是有机硅或含氟的聚合物。
2、一种制备权利要求1所述聚烯烃类草丝纤维的方法，其特征在于该方法包括下列步骤：
(a)将聚烯烃树脂、功能型母粒及塑料加工助剂，按比例计量混合后加入料斗，并经螺杆挤出机熔融挤出；
(b)挤出后的物料进入水槽冷却成膜，由导丝辊排列整齐后，由一组或几组转动速度递增的滚筒进行拉伸，并经过一个或几个烘箱进行加热；
(c)经过拉伸后，再经过一个或几个烘箱进行加热，由一组或几组转动速度递减的滚筒进行定型；
(d)经定型后，再经上油、卷绕，制得人造草坪用聚烯烃类草丝纤维。
3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述螺杆挤出机螺杆长径比为大于30，熔融挤出温度为180～260℃。
4、根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述聚烯烃树脂熔体流动速率保持在0.3～8g/10min。
5、根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述拉伸过程中，总拉伸比为3～12；烘箱温度为80～140℃。
6、根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述定型过程中，总回缩率为4～10％。
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