CN100591811C - 纺丝方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高分子及其复合材料的纺丝方法，用于解决现有技术中纺丝方法操作复杂、所得丝线纤度有限且连续性差的问题。本发明提供的一种纺丝方法，包括步骤：将一高分子材料与一用于稀释和分散的溶剂混合以形成一混合液；提供一含极性分子且与该混合液不易相溶的液体；将该混合液加入该液体并使其在该液体表面形成一薄膜；提供一具有一尖端的提拉器件，用其尖端接触该薄膜并提拉该提拉器件使得从该混合液中拉出丝线。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种高分子及其复合材料的纺丝方法。
【背景技术】
有机高分子材料通过纺丝工艺成为细丝后，在纺织工程、生物医学、特种材料等方面有着重要的应用。目前纺丝工艺主要有以下四种。
1)干法纺丝。利用易挥发的溶剂对高分子聚合物进行溶解，制成适于纺丝的粘稠液。将纺丝粘液从喷丝头压出形成细丝流，通过热空气套筒使细丝流中的溶剂迅速挥发而凝固，通过牵伸成丝。
2)湿法纺丝。将成纤高分子聚合物溶解于溶剂中制成纺丝溶液，由喷丝头喷出形成粘液细丝流，使它进入凝固液中，由于粘液细丝流内的溶剂扩散以及凝固剂向粘液细丝流中渗透，使细丝流凝固成纤维。
3)反应法纺丝。一般用于加工聚氨酯材料。将带有-NCO端基的预聚体经过滤、计量送至喷丝头，喷出的预聚体丝条，在凝固浴中与二胺类溶液发生化学反应，使长丝表面及内部逐步形成不溶性脲-氨基甲酸酯结构的纤维长丝，在设定温度的热水或有机胺溶液中完成聚氨酯纤维的交联反应，完成反应后的长丝经喷淋水洗脱除残留的二胺类化合物，然后进入干燥定型机中进行定型。
4)熔融纺丝。将高分子聚合物加热熔融成为一定粘度的纺丝熔体，利用纺丝泵连续均匀地挤压到喷丝头，通过喷丝头的细孔压出成为细丝流，然后在空气或水中使其降温凝固，通过牵伸成丝。
但是这些方法通常设备投资大、工艺复杂且流程过长，所得丝线连续性差、纤度不易根据实际需要改变且质量不稳定，造成生产成本提高。
现在，随着纳米材料的开发和应用，人们已开始研究把纳米材料添加到纺丝材料中。例如，添加银基纳米粒子的织物可获得抗菌性能。而如果添加碳纳米管后，则会提高织物的强度、导电性能和导热性能等。
对于碳纳米管的添加，一般首先要使它在较稀的溶剂中获得良好的分散，而且碳纳米管定向排列才会发挥其优良性能。有研究表明，在充分分散的前提下，高分子与碳纳米管的复合材料所拉出的丝越细越有利于碳纳米管在复合材料中的定向排列。
目前，高分子与碳纳米管的复合材料纺丝方法主要沿用传统的纺丝方法，包括：1)复合材料通过小孔挤压，2)复合材料经同心喷嘴在盐浴流中固化抽丝。然而，这些方法同样需要复杂的压力设备，工艺繁琐，所得的丝线纤度有限，连续性差，不利于实现碳纳米管的定向排列。
因此，有必要提供一种操作简便、所得丝线连续性好且纤度易控的纺丝方法。
【发明内容】
为解决现有技术中纺丝方法操作复杂、所得丝线纤度有限且连续性差的问题，本发明的目的在于提供一种所得丝线连续性好且纤度易控的纺丝方法。
为实现该发明目的，本发明提供的一种纺丝方法，包括步骤：将一高分子材料与一用于稀释和分散的溶剂混合以形成一混合液；提供一含极性分子且与该混合液不易相溶的液体；将该混合液加入该液体并使其在该液体表面形成一薄膜；提供一具有一尖端的提拉器件，用其尖端接触该薄膜并提拉该提拉器件使得从该混合液中拉出丝线。
上述混合液中可以进一步混合有用于改善丝线性能的添加剂。其中，该添加剂可选自纳米材料。该添加剂可为碳纳米管。
上述含极性分子的液体包括水。
相对于现有技术，本发明采用一含极性分子的液体作为载体，承载主要由高分子材料和溶剂混合而成的混合液，利用极性分子和表面张力的作用，使该混合液在该液体表面形成薄且均匀的膜层，从而增加分子间的粘度，使其最终能提拉出均匀且连续性好的丝线。同时，可以通过调整该混合液的组成、加入量、提拉器件尖端的直径或提拉的速度，控制丝线的纤度，简便易行。并且，整个方法设备简单，不需要加温或加压，操作简便，流程短，生产成本低。
另外，对于进一步加入有添加剂的混合液而言，成膜的步骤有助于添加剂微粒的再分散，从而实现添加剂微粒在高分子材料中的均匀分布，提高最终产品的质量及其稳定性。由于本发明易于控制丝线纤度，还可以根据实际所用添加剂的种类和性能，即时调整丝线至合理纤度，有利于充分发挥添加剂的作用，提高产品性能。
【附图说明】
图1为本发明的纺丝方法的流程图。
【具体实施方式】
下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
请参阅图1，本发明提供的纺丝方法10，包括以下步骤。
步骤11，将一高分子材料与一溶剂混合以形成一混合液。
步骤12，提供一含极性分子且与该混合液不易相溶的液体。
步骤13，将该混合液加入该液体并使其在该液体表面形成一薄膜。
步骤14，提供一具有一尖端的提拉器件，用其尖端接触该薄膜并提拉该提拉器件使得从该混合液中拉出丝线。
其中，步骤11中，所述的高分子材料可为聚氨酯。而溶剂主要用于溶解稀释该高分子材料并使其分散均匀，如乙酸乙酯。
当然，该混合液中可以进一步添加用于改善丝线性能的添加剂。该添加剂可选自纳米材料，例如碳纳米管、碳纳米球或其他纳米微粒。并且可以采用诸如超声波震荡等方法使该添加剂在混合液中得到充分分散。
步骤12中，所述的含极性分子的液体与该混合液相比，比重较大，主要起承载作用，例如水或水溶液。该液体可盛放在一敞口器皿中，且该器皿最好开口较宽，使得该液体具有一较大的表面积。
步骤13中，由于极性分子和表面张力的作用，该混合液会快速地在该含极性分子的液体表面形成一层薄且均匀的薄膜。
步骤14中，所述的提拉器件最好具有一针状尖端。需注意的是，所得的丝线的直径与该混合液的组成、加入量、该提拉器件尖端的直径和提拉的速度有关。也就是说，可以根据需要，通过改变上述相关条件得到所需直径大小的丝线。
可以理解的是，采用机械提拉，并连续补充滴入该混合液即重复进行步骤13、14，则可实现连续纺丝。同时，该纺丝方法10可进一步包括使所得丝线固化的步骤。另外，该纺丝方法10还可进一步包括缠绕收集所得丝线的步骤。
实施例1
向一盛有20ml乙酸乙脂的烧杯中加入6滴(约0.2毫升)聚氨脂胶(101胶)，再加入碳纳米管2毫克，形成一混合液。将盛有该混合液的烧杯在KQ-500B型超声清洗机中超声分散5分钟。然后立即用注射用针管抽取该混合液，并向不锈钢盘装的去离子水中滴入6-10滴(约0.2-0.3毫升)混合液，水温约30摄氏度。约20～30秒后，用医用针头蘸液面拉出丝来，绕到步进电机带动的塑料轴上，步进电机转动带动拉丝，约12cm/sec。丝的直径约1微米。
另外，本领域技术人员应明白，本发明提供的纺丝方法可应用于其他高分子材料，也可以根据需要选用其他添加剂。应指出的是，含极性分子的液体和溶剂应根据所需加工的高分子材料加以选择，而不必限于本具体实施例。
相对于现有技术，本发明采用一含极性分子的液体作为载体，承载主要由高分子材料和溶剂混合而成的混合液，利用极性分子和表面张力的作用，使该混合液在该液体表面形成薄且均匀的膜层，从而增加分子间的粘度，使其最终能提拉出均匀且连续性好的丝线。同时，可以通过调整该混合液的组成、加入量、提拉器件尖端的直径或提拉的速度，控制丝线的纤度，简便易行。并且，整个方法设备简单，不需要加温或加压，操作简便，流程短，生产成本低。
另外，对于进一步加入有添加剂的混合液而言，成膜的步骤有助于添加剂微粒的再分散，从而实现添加剂微粒在高分子材料中的均匀分布，提高最终产品的质量及其稳定性。由于本发明易于控制丝线纤度，还可以根据实际所用添加剂的种类和性能，即时调整丝线至合理纤度，有利于充分发挥添加剂的作用，提高产品性能。
Claims (10)
1.一种纺丝方法，包括步骤：将一高分子材料与一用于稀释和分散的溶剂混合以形成一混合液；提供一含极性分子且与该混合液不易相溶的液体；将该混合液加入该液体并使其在该液体表面形成一薄膜；提供一具有一尖端的提拉器件，用其尖端接触该薄膜并提拉该提拉器件使得从该混合液中拉出丝线。
2.如权利要求1所述的纺丝方法，其特征在于，上述混合液中进一步混合有用于改善丝线性能的添加剂。
3.如权利要求2所述的纺丝方法，其特征在于，上述添加剂选自纳米材料。
4.如权利要求2所述的纺丝方法，其特征在于，上述添加剂包括碳纳米管。
5.如权利要求1所述的纺丝方法，其特征在于，上述含极性分子的液体包括水。
6.如权利要求1所述的纺丝方法，其特征在于，上述溶剂为乙酸乙酯。
7.如权利要求1所述的纺丝方法，其特征在于，上述高分子材料为聚氨酯。
8.如权利要求1所述的纺丝方法，其特征在于，该纺丝方法进一步包括使该丝线固化的步骤。
9.如权利要求1所述的纺丝方法，其特征在于，该纺丝方法进一步包括缠绕收集该丝线的步骤。
10.如权利要求1所述的纺丝方法，其特征在于，上述提拉器件具有一针状尖端。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20100224 |