CN102080277B - 一种复合弹性纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合弹性纤维及其制备方法。该复合弹性纤维呈海岛状结构，熔融指数为25-100g/10min的低熔点树脂切片为海，数均分子量为50000-250000的热塑性聚氨酯为岛，其中两种组分的质量百分比为：低熔点树脂切片70～95％，热塑性聚氨酯5～30％。该发明的制备方法经过低熔点树脂切片和热塑性聚氨酯的干燥和混合，复合母粒的制备，熔融纺丝后得到复合弹性纤维。本发明的复合弹性纤维综合了低熔点树脂切片和热塑性聚氨酯的优点，复合弹性纤维的弹性伸长率可达5％-30％，弹性回复率可达80-95％。本发明复合弹性纤维的制备方法简单，成本低、设备要求低，操作控制方便，易于实现工业化生产，纤维产品多样，应用领域广泛。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合弹性纤维及其制备方法，属于纺织技术领域。
背景技术
日本的日清纺公司于1967年成功开发出熔融纺丝弹性纤维生产工艺，并推出商标为″Mobilon″的熔纺聚氨酯弹性纤维产品。特别是近些年来，聚氨酯热稳定性问题得到改善，如：采用聚己内酯二醇和聚碳酸酯二醇为原料合成聚氨酯或在TPU熔体中加入预聚体，熔融纺丝法聚氨酯纤维已经开始进入市场，弹性纤维开始走进人们的视线。然而，常规纤维产品趋于饱和，供大于求的现象日益突出，竞争越来越激烈，功能化纤维、复合纤维和差别化纤维日益显示出潜在的商业价值。因此，科研人员和众多公司企业也逐渐表现出将非弹性纤维制备成具有弹性纤维的兴趣。其中，低熔点树脂弹性纤维以其潜在的应用而备受关注。
有关弹性纤维的研究报导很多，中国专利申请号200910098509.3，公开日2009年11月11日，发明专利名称为“多海岛状高回弹性纤维及其生产方法”，该申请案公开了一种多海岛状高回弹性纤维及其生产方法，将聚酯与聚酰胺采用物理共混的方法，制备成岛为涤纶，海为锦纶的弹性复合纤维。中国专利申请号02156927.4，公开日2003年10月15日，发明专利名称为“一种聚丙烯弹性纤维”，该申请案公开了一种聚丙烯弹性纤维，通过在纤维级聚丙烯中添加一定比例的由二甲基硅橡胶与载体聚丙烯粉料、润滑剂硬脂酸钙、稳定剂330、降解剂BTBP经高速混合、熔融挤出造粒而成的改性母料，经熔融纺丝后加工制成聚丙烯工业用或民用长丝或短纤维。中国专利申请号200910050663.3，公开日2010年06月02日，发明专利名称为“一种高性能聚酯复合弹性纤维及其制造方法”，该申请案公开了一种高性能聚酯复合弹性纤维及其制造方法，该复合纤维有两种粘度差异的聚酯或共聚酯组分，经复合纺丝工艺制得。中国专利申请号200710143441.7，公开日2009年2月4日，发明专利名称为“一种新型弹性纤维及其制造方法”，该申请案公开了一种新型弹性纤维及其制造方法，它是由双组分复合纤维，一种成分是该发明合成的高收缩性共聚酯，另一种成分是聚对苯二甲酸丙二醇酯。然而，这些报导的弹性纤维缺乏多样性，弹性纤维的制备方法受到纤维材料本身的限制，不同种类的纤维需要采用不同的改性方法才能制备成弹性体，缺乏一种广泛适用且简单易行的制备方法。
发明内容
针对上述存在问题，本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种以低熔点树脂切片为海，热塑性聚氨酯为岛的复合弹性纤维及其制备方法，为满足本发明目的的技术解决方案是：
复合弹性纤维由低熔点树脂切片和热塑性聚氨酯经熔融共混纺丝而成，复合弹性纤维呈海岛状结构，其中低熔点树脂切片为海，热塑性聚氨酯为岛，且复合弹性纤维按如下质量百分比组成：
低熔点树脂切片 70～95％
热塑性聚氨酯 5～30％。
所述的低熔点树脂切片为聚丙烯切片或聚乙烯切片中的一种，其熔融指数为25-100g/10min。
所述的热塑性聚氨酯为数均分子量为50000-250000的热塑性聚氨酯。
一种复合弹性纤维的制备方法采用以下步骤：
A低熔树脂切片和热塑性聚氨酯的干燥与混合
将低熔点树脂切片和热塑性聚氨酯按如下质量百分比，低熔点树脂切片70～95％，热塑性聚氨酯5～30％的比例，放入干燥箱中进行干燥，干燥温度为90-120℃，干燥时间2h，然后将干燥后的低熔点树脂切片和热塑性聚氨酯放入共混机中，并在其中加入0.5～2％的相容剂和0.5～2％抗氧剂，在温度为60℃条件下进行混合，混合时间为20min；
B复合母粒的制备
将经A制备的混合料加入到双螺杆挤出机上进行熔融共混挤出，熔融共混挤出温度为170-200℃，然后将熔融共混后的混合料进行造粒、冷却和切粒，得到复合母粒；
C熔融纺丝
将经B制备的复合母粒采用熔融纺丝方法，通过纺丝卷绕、热牵伸、热定型后得到复合弹性纤维，其中，纺丝温度为170-200℃，热牵伸温度为80-150℃，热牵伸倍数为1-5倍，热定型温度为50-160℃。
所述的相容剂为接枝马来酸酐的聚丙烯或接枝马来酸酐的聚乙烯中的一种。
所述的抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂1098中的一种。
由于采用了以上技术方案，本发明具有以下优点：
本发明的复合弹性纤维以具有弹性特性的热塑性聚氨酯为岛，低熔点树脂切片为海的复合弹性纤维，当该纤维受到外力拉伸时，纤维轴向方向伸长，直径方向缩小。当外力去除时，由于热塑性聚氨酯的弹性，复合纤维具有回复弹性，另外，热塑性聚氨酯在直径方向受到的压缩也会回复，因此，以热塑性聚氨酯为岛，低熔点树脂切片为海的复合弹性纤维的弹性伸长率可达5％-30％，弹性回复率可达80-95％。
本发明复合弹性纤维的制备方法采用双螺杆挤出机将低熔点树脂切片和热塑性聚氨酯进行熔融共混，依靠双螺杆挤出机中的两个螺杆之间的剪切力将热塑性聚氨酯剪切成分散相，均匀的分散在低熔点树脂切片连续相中。通过调整双螺杆的使用温度、两个螺杆之间的间距和转速来调节连续相和分散相的形貌尺寸，为获得不同弹性性能的复合弹性纤维提供基本的结构基础，得到复合母粒。另外，由于两相之间的不相容性，需要添加相容剂来改善两相之间的粘合力，更有利与两相之间力的传递，更好的赋予复合纤维弹性性能。采用熔融纺丝的方法可以制备以热塑性聚氨酯为岛、低熔点树脂切片为海的复合弹性纤维，在纺丝过程中，热牵伸、热定型的参数变化可以调节复合弹性纤维的结晶度和取向度，调整结构，获得不同弹性的复合弹性纤维。由于热塑性聚氨酯为一种改性材料，添加到不同的低熔树脂切片中制备复合弹性纤维，与现有的复合弹性纤维产品相比，本发明的复合弹性纤维产品具有多样性。
本发明所述的一种复合弹性纤维及其制备方法，复合纤维结构简单，产品多样，应用广泛，制备方法工艺简单，设备要求低，操作控制方便，易于实现工业化生产，无需特殊设备，在常规熔融加工设备与熔融纺丝机上即可生产高分子低熔树脂切片复合弹性纤维。
具体实施方式
一种复合弹性纤维及其制备方法，制备方法采用以下步骤：
A低熔树脂切片和热塑性聚氨酯的干燥与混合
将熔融指数范围为25-100g/10min的低熔点树脂切片和数均分子量为50000-250000的热塑性聚氨酯按如下质量百分比，低熔点树脂切片70～95％，热塑性聚氨酯5～30％的比例，放入鼓风干燥箱中进行干燥，干燥温度为90-120℃，干燥时间2h，然后将干燥后的低熔点树脂切片和热塑性聚氨酯放入共混机中，并在其中加入0.5～2％的相容剂和0.5～2％抗氧剂，在温度为60℃条件下进行混合，混合时间为20min，其中，相容剂为接枝马来酸酐的聚丙烯和接枝马来酸酐的PE中的一种，抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂1098中的一种。
B复合母粒的制备
将经A制备的混合料加入到双螺杆挤出机上进行熔融共混挤出，熔融共混挤出温度为170-200℃，然后将熔融共混后的混合料进行造粒、冷却和切粒，得到复合母粒。
C熔融纺丝
将经B制备的复合母粒采用熔融纺丝方法，通过纺丝卷绕、热牵伸、热定型后得到复合弹性纤维，其中，纺丝温度为170-200℃，热牵伸温度为80-150℃，热牵伸倍数为1-5倍，热定型温度为50-160℃。
下面结合具体实施例对本发明的复合弹性纤维的制备方法做进一步详细描述：
实施例1
A将熔融指数为25g/10min的聚丙烯切片和数均分子量为50000的热塑性聚氨酯按如下质量百分比，聚丙烯切片70％，热塑性聚氨酯30％的比例，放入鼓风干燥箱中进行干燥，干燥温度为90℃，干燥时间2h，然后将干燥后的聚丙烯切片和热塑性聚氨酯放入共混机中，并在其中加入0.5g接枝马来酸酐的聚丙烯和1.0g的抗氧剂1010，在温度为60℃条件下进行混合，混合时间为20min。
B将经A制备的混合料加入到双螺杆挤出机上进行熔融共混挤出，熔融共混挤出温度为200℃，然后将熔融共混后的混合料进行造粒、冷却和切粒，得到复合母粒。
C将经B制备的复合母粒采用熔融纺丝方法，通过纺丝卷绕、热牵伸、热定型后得到复合弹性纤维，其中，纺丝温度为200℃，热牵伸温度为150℃，热牵伸倍数为1倍，热定型温度为160℃。
实施例2
A将熔融指数为100g/10min的聚乙烯切片和数均分子量为250000的热塑性聚氨酯按如下质量百分比，聚乙烯切片95％，热塑性聚氨酯5％的比例，放入鼓风干燥箱中进行干燥，干燥温度为100℃，干燥时间2h，然后将干燥后的聚乙烯切片和热塑性聚氨酯放入共混机中，并在其中加入0.8g接枝马来酸酐的聚乙烯和0.5g的抗氧剂1098，在温度为60℃条件下进行混合，混合时间为20min。
B将经A制备的混合料加入到双螺杆挤出机上进行熔融共混挤出，熔融共混挤出温度为170℃，然后将熔融共混后的混合料进行造粒、冷却和切粒，得到复合母粒。
C将经B制备的复合母粒采用熔融纺丝方法，通过纺丝卷绕、热牵伸、热定型后得到复合弹性纤维，其中，纺丝温度为170℃，热牵伸温度为100℃，热牵伸倍数为2倍，热定型温度为120℃。
实施例3
A将熔融指数为50g/10min的聚丙烯切片和数均分子量为100000的热塑性聚氨酯按如下质量百分比，聚丙烯切片75％，热塑性聚氨酯25％的比例，放入鼓风干燥箱中进行干燥，干燥温度为105℃，干燥时间2h，然后将干燥后的聚丙烯切片和热塑性聚氨酯放入共混机中，并在其中加入1.0g接枝马来酸酐的聚丙烯和1.5g的抗氧剂1098，在温度为60℃条件下进行混合，混合时间为20min。
B将经A制备的混合料加入到双螺杆挤出机上进行熔融共混挤出，熔融共混挤出温度为190℃，然后将熔融共混后的混合料进行造粒、冷却和切粒，得到复合母粒。
C将经B制备的复合母粒采用熔融纺丝方法，通过纺丝卷绕、热牵伸、热定型后得到复合弹性纤维，其中，纺丝温度为190℃，热牵伸温度为140℃，热牵伸倍数为5倍，热定型温度为130℃。
实施例4
A将熔融指数为80g/10min的聚乙烯切片和数均分子量为150000的热塑性聚氨酯按如下质量百分比，聚乙烯切片80％，热塑性聚氨酯20％的比例，放入鼓风干燥箱中进行干燥，干燥温度为110℃，干燥时间2h，然后将干燥后的聚乙烯切片和热塑性聚氨酯放入共混机中，并在其中加入1.5g接枝马来酸酐的聚乙烯和2.0g的抗氧剂1010，在温度为60℃条件下进行混合，混合时间为20min。
B将经A制备的混合料加入到双螺杆挤出机上进行熔融共混挤出，熔融共混挤出温度为160℃，然后将熔融共混后的混合料进行造粒、冷却和切粒，得到复合母粒。
C将经B制备的复合母粒采用熔融纺丝方法，通过纺丝卷绕、热牵伸、热定型后得到复合弹性纤维，其中，纺丝温度为160℃，热牵伸温度为90℃，热牵伸倍数为3倍，热定型温度为80℃。
实施例5
A将熔融指数为70g/10min的聚丙烯切片和数均分子量为200000的热塑性聚氨酯按如下质量百分比，聚丙烯切片85％，热塑性聚氨酯15％的比例，放入鼓风干燥箱中进行干燥，干燥温度为120℃，干燥时间2h，然后将干燥后的聚丙烯切片和热塑性聚氨酯放入共混机中，并在其中加入2.0g接枝马来酸酐的聚丙烯和0.8g的抗氧剂1010，在温度为60℃条件下进行混合，混合时间为20min。
B将经A制备的混合料加入到双螺杆挤出机上进行熔融共混挤出，熔融共混挤出温度为180℃，然后将熔融共混后的混合料进行造粒、冷却和切粒，得到复合母粒。
C将经B制备的复合母粒采用熔融纺丝方法，通过纺丝卷绕、热牵伸、热定型后得到复合弹性纤维，其中，纺丝温度为180℃，热牵伸温度为80℃，热牵伸倍数为4倍，热定型温度为50℃。
Claims (3)
1.一种复合弹性纤维的制备方法，其特征在于制备方法采用以下步骤：
A低熔树脂切片和热塑性聚氨酯的干燥与混合
将低熔点树脂切片和热塑性聚氨酯按如下质量百分比，低熔点树脂切片70～95％，热塑性聚氨酯5～30％的比例，放入干燥箱中进行干燥，干燥温度为90-120℃，干燥时间2h，然后将干燥后的低熔点树脂切片和热塑性聚氨酯放入共混机中，并在其中加入0.5～2％的相容剂和0.5～2％抗氧剂，在温度为60℃条件下进行混合，混合时间为20min；
B复合母粒的制备
将经A制备的混合料加入到双螺杆挤出机上进行熔融共混挤出，熔融共混挤出温度为170-200℃，然后将熔融共混后的混合料进行造粒、冷却和切粒，得到复合母粒；
C熔融纺丝
将经B制备的复合母粒采用熔融纺丝方法，通过纺丝卷绕、热牵伸、热定型后得到复合弹性纤维，其中，纺丝温度为170-200℃，热牵伸温度为80-150℃，热牵伸倍数为1-5倍，热定型温度为50-160℃。
2.如权利要求1所述的一种复合弹性纤维的制备方法，其特征在于：所述的相容剂为接枝马来酸酐的聚丙烯或接枝马来酸酐的聚乙烯中的一种。
3.如权利要求1所述的一种复合弹性纤维的制备方法，其特征在于：所述的抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂1098中的一种。
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