CN101117734A - Pet/凹凸棒土纳米复合纤维 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种聚对苯二甲酸乙二醇酯/凹凸棒土纳米复合纤维，该纤维包括聚对苯二甲酸乙二醇酯和分散均匀的凹凸棒土，其凹凸棒土在纤维中呈纳米尺寸分布，本发明的复合纤维不仅具有聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维的优良性能，而且可提高PET纳米复合纤维的断裂强度等力学性能，还可大幅度降低PET纤维结晶所需时间。

Description

PET/凹凸棒土纳米复合纤维

技术领域

本发明属聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维，特别是涉及一种纳米改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯纳米复合纤维。

背景技术

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维是目前世界上产量最大的合成纤维，其分子链包括刚性的苯环和柔性的脂肪烃基，这使它具有各方面的优良特性。而且它价格低廉，目前约占化纤产量的70％，被广泛应用于服装、家用纺织品和产业用纺织品。

近年来PET产品开发的重点为舒适性纤维、功能性纤维、复合纤维和纤维的复合加工、纳米纤维和智能纤维，其中纳米PET复合纤维以其优良性能引起了国内外学术界和工业界的关注。

目前添加纳米粒子改性的PET纤维品种繁多，例如：王静江，远红外PET的制备及其性能研究，合成纤维工业，2006，Vol.29.No.5；韩克清，PET/纳米TiO₂抗紫外纤维的制备及性能研究，合成纤维工业，2005，Vol.28.No.2；专利02110160.4(申请号)和专利200610023161.8(申请号)分别公开了添加纳米级TiO₂、Cu₂O或ZnO粒子的PET抗菌纤维等。但是这些纳米粒子与PET基体间没有化学键结合，相互作用是很弱的范德华力，二者界面成为力学性能薄弱的环节，所以它们的存在会降低纳米PET纤维的断裂强度等力学性能。

凹凸棒土，又名坡缕石，是一种层链状的含水铝镁硅酸盐，其理想分子式为(OH₂)₄(Mg、Fe、Al)₅(OH)Si₈O₂₀·4H₂O，为三层结构，上下两层是Si-O四面体，中间一层是(Al、Mg、Fe)-O-(OH)八面体。将凹凸棒土经物理、化学方法对其表面进行处理，有目的地改变其表面的物理化学性质，可以改善其在高聚物基体中的分散性和亲和性以及与基体的界面结合力，因此被应用于高分子材料改性，相关报道有：Ping Ni，Jing Li，Study on mechanicalproperties of polyurethane-attapulgite nanocomposites，Mater Sci，2004，39，4671-673；王平华，徐国永，聚丙烯/凹凸棒土纳米复合材料得制备、结构与性能，高分子材料科学与工程，2005，Vol.21，No.2；郭洪，胡源，宋磊，聚酰亚胺/凹凸棒土纳米复合材料制备与表征，中国科学技术大学学报，2006，Vol.36，No.1；杨德安，梁辉，纳米凹凸棒土对碳纤维/BMI树脂复合材料的增强与增韧，天津大学学报，2000，Vol.33，No.4等。但未见添加了纳米凹凸棒土的PET树脂可以制备出性能优良的纳米复合纤维的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)/凹凸棒土纳米复合纤维，该PET纤维可以解决现有纳米改性的PET纤维普遍存在的力学性能降低的问题。

本发明的一种PET/凹凸棒土纳米复合纤维，该纤维包括聚对苯二甲酸乙二醇酯和分散均匀的凹凸棒土，其凹凸棒土在纤维中呈纳米尺寸分布。

所述的凹凸棒土其直径为10～90nm，长度为300nm～800nm；

所述的纳米凹凸棒土在纤维中的质量百分比为0.01％～10％；

本发明的一种PET/凹凸棒土纳米复合纤维的制备工艺，包括下列步骤：

(1)将PET/凹凸棒土复合材料切片干燥；

(2)通过纺丝和牵伸，得PET/凹凸棒土纳米复合纤维。

所述的干燥是指在60℃～150℃下真空干燥6～26小时，PET纳米复合树脂切片的含水率在20ppm以下；

所述的纺丝是指利用MST C-TYPE小型纺丝设备进行纺丝，其纺丝温度为290℃；

所述的牵伸是指利用平行牵伸机，其拉伸倍数为3倍。

本发明的有益效果：

(1)本发明的复合纤维不仅具有传统的优良性能，而且可提高PET纳米复合纤维的断裂强度等力学性能；

(2)该复合纤维可以大幅度降低PET纤维结晶所需时间。

(3)制备工艺简单，操作方便。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

将凹凸棒土含量为0.02％的PET/凹凸棒土复合材料的干燥切片通过MST C-TYPE小型纺丝设备和平行牵伸机进行纺丝、牵伸得到PET/凹凸棒土纳米复合纤维。控制纺丝温度为290℃，拉伸倍数为3倍。对得到的PET/凹凸棒土纳米复合纤维进行测试，其中，结晶所需时间用t_1/2来表示，其为聚合物融体在冷却过程中，体积收缩达到整个过程的一半所需的时间，采用DSC(示差扫描量热仪)将纤维样品加热熔融后，然后以10℃/min的降温速率冷却，记录该过程中的热焓变化，通过方程 $\mathrm{Xt}=\underset{T_0}{\overset{T}{\∫}}(\mathrm{dHc}/\mathrm{dT})\mathrm{dT}/\underset{T_0}{\overset{T\∞}{\∫}}(\mathrm{dHc}/\mathrm{dT})\mathrm{dT}$ 和Avrami方程1-Xt＝exp(-Z_ttⁿ)来计算t_1/2。测试结果显示，该纤维的断裂强度为3.07cN/dtex，断裂伸长28.12％，杨氏模量为3.07×10³g/dtex，t_1/2为1.44min。

实施例2

将凹凸棒土含量为0.2％的PET/凹凸棒土复合材料的干燥切片通过常规PET纤维的纺丝设备和工艺进行纺丝、牵伸得到PET/凹凸棒土纳米复合纤维。对得到的PET/凹凸棒土纳米复合纤维进行测试，其断裂强度为3.21cN/dtex，断裂伸长29.60％，杨氏模量为3.19×10³g/dtex，t_1/2为1.17min。

实施例3

将凹凸棒土含量为0.5％的PET/凹凸棒土复合材料的干燥切片通过常规PET纤维的纺丝设备和工艺进行纺丝、牵伸得到PET/凹凸棒土纳米复合纤维。对得到的PET/凹凸棒土纳米复合纤维进行测试，其断裂强度为3.46cN/dtex，断裂伸长为28.50％，杨氏模量为3.85×10³g/dtex，t_1/2为1.09min。

实施例4

将凹凸棒土含量为2％的PET/凹凸棒土复合材料的干燥切片通过常规PET纤维的纺丝设备和工艺进行纺丝、牵伸得到PET/凹凸棒土纳米复合纤维。对得到的PET/凹凸棒土纳米复合纤维进行测试，其断裂强度为3.11cN/dtex，断裂伸长为35.86％，杨氏模量为3.63×10³g/dtex，t_i/2为1.10min。

实施例5

将凹凸棒土含量为8％的PET/凹凸棒土复合材料的干燥切片通过常规PET纤维的纺丝设备和工艺进行纺丝、牵伸得到PET/凹凸棒土纳米复合纤维。对得到的PET/凹凸棒土纳米复合纤维进行测试，其断裂强度为2.94cN/dtex，断裂伸长38.61％，杨氏模量为3.52×10³g/dtex，t_1/2为1.02min。

对比例

将空白的PET切片干燥后通过常规PET纤维的纺丝设备和工艺进行纺丝、牵伸，对得到的空白PET纤维进行测试，其断裂强度为2.87cN/dtex，断裂伸长33.26％，杨氏模量为2.96×10³g/dtex，t_1/2为2.01min。

Claims (3)

1.一种聚对苯二甲酸乙二醇酯/凹凸棒土纳米复合纤维，其特征在于：该纤维包括聚对苯二甲酸乙二醇酯和分散均匀的凹凸棒土，其凹凸棒土在纤维中呈纳米尺寸分布。

2.根据权利要求1所述的一种聚对苯二甲酸乙二醇酯/凹凸棒土纳米复合纤维，其特征在于：所述的凹凸棒土其直径为10～90nm，长度为300nm～800nm。

3.根据权利要求1所述的一种聚对苯二甲酸乙二醇酯/凹凸棒土纳米复合纤维，其特征在于：所述的凹凸棒土在纤维中的质量百分比为0.01％～10％。