CN102493011B - 耐磨人造草丝纤维 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种耐磨人造草丝纤维，由下列重量份比的原料加工而成：基体树脂60-95份，耐磨母粒1-10份，色母粒1-10份，抗老化剂2-5份；所述的耐磨母粒含有硅酮粉。本发明的人造草丝纤维耐磨性能有了大幅提高，适用于使用频率高，使用时间长，比如学校等场所。本发明的制备方法简单，成本低。

Description

耐磨人造草丝纤维
技术领域
本发明涉及一种人造草丝纤维，具体地说是一种耐磨性能良好的人造草丝纤维。
背景技术
目前人造草坪已广泛应用于各种体育运动场所和休闲场所。人造草丝纤维是人造运动草坪的核心材料，其性能决定了草坪的运动力学性能、运动安全性能和运动舒适性能。目前人造草丝所用的主要材料为聚合物，这是由于聚合物复合材料具有优良的物理、化学和力学性能，如质轻、比强度高、比模量大、耐腐蚀性好、成型方便等特点。但聚合物材料的表面硬度低，承载能力差，易磨损；而人造草坪使用频率频繁，磨损力度大，从而造成人造草坪在长期频繁使用后，容易出现草丝开叉，掉毛、以及断裂现象。耐磨损性能已成为评价人造草坪质量的一个最为重要的指标，它是保证人造运动草坪质量稳定性的重要前提。
目前人们对草丝耐磨损性能的研究主要集中于对草丝外形的改变，如专利200920101996.X，但对于通过对草丝原料进行改性，提高草丝耐磨效果的研究较少，专利CN101476174A公开了一种增强型人造草坪，通过加入无机纳米粒子提高人造草丝的强度，如果按照其公布的生产工艺进行生产，无机纳米粒子通过高混形成增强母粒，则无机纳米粒子的团聚比较严重，导致无机纳米粒子在人造草丝纤维表面分散不均匀，从而使人造草丝纤维磨损率上升，大大降低无机纳米材料增强草丝纤维的功能，特别是对于提高人造草丝纤维耐磨性能的效果不理想。
发明内容
本发明目的是为克服上述人造草丝纤维不足之处，提供一种耐磨人造草丝纤维，通过对草丝材料进行改性，达到人造草丝纤维耐磨的效果。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
耐磨人造草丝纤维，由下列重量份比的原料加工而成：
基体树脂60-95份，
耐磨母粒1-10份，
色母粒1-10份，
抗老化剂2-5份，
所述的耐磨母粒含有硅酮粉。
上述的耐磨母粒原料的重量份比组成为：
载体树脂40-80份，
硅酮粉20-60份，
润滑剂0.1-5份，
分散剂2-20份。
所述的载体树脂为线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯中的一种或几种(任意比例)，其熔融指数为0.2-30g/10min，优选为1-20g/10min。
所述的润滑剂主要为硬脂酸盐类。
所述的分散剂主要为蜡类。
所述的耐磨母粒的重量份比组成优选为：
低密度聚乙烯50-60份，
硅酮粉30-50份，
硬酯酸盐0.5-3份，
PE蜡5-15份。
所述的基体树脂为线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯中的一种或几种(任意比例)。
所述的抗老化剂为光稳定剂、紫外线吸收剂、抗氧剂中的一种或几种(任意比例)的组合物，如UV326、UV770\UV-7。
上述耐磨人造草丝纤维的制备方法，包括步骤如下：
(1)耐磨母粒的制备：将载体树脂、硅酮粉、分散剂、润滑剂混合后在高速混合机中混合均匀，混合温度为50-150℃，混合时间为10-60min；将混合均匀的物料通过单螺杆或双螺杆挤出机挤出造料，挤出机温度控制为100-200℃，螺杆转速为20-50r/min；
(2)把制得的耐磨母粒与基体树脂、色母粒、抗老化剂混合均匀，经单螺杆或双螺杆在150-300℃的温度下熔融，挤压成薄膜，或通过熔融纺丝的工艺(常规熔融纺丝技术即可)，挤出形成单丝纤维；
(3)将挤出的薄膜或单丝纤维引入水中冷却固化，将薄膜切割成厚50-300μm、宽2-30mm的窄条(单丝纤维不需要切割)；在80-180℃的烘箱中或80-100℃的水中沿窄条或单丝纤维的拉伸方向牵伸，使窄条或单丝纤维牵伸4-10倍；牵伸后的窄条或单丝纤维在80-180℃的温度下进行1-10％的松弛热处理。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
本发明的人造草丝纤维在加入耐磨母粒后，因为耐磨母粒中的硅酮粉成份的主要材料是超高分子量的聚二甲硅氧烷，人造草丝纤维中加入这种物质后，会在草丝表面均匀析出，形成一层薄的转移膜，起到防粘、润滑作用。防粘作用可有效降低磨料粒子与草丝纤维表面的粘着，降低磨料粒子对草丝纤维的磨损速率；润滑作用可降低人造草丝纤维表面摩擦系数，从而降低人造草丝纤维的磨损率。通过这两方面共同作用，提高人造草丝纤维的耐磨损性能，特别适用于使用频率高，使用时间长的场所，比如学校运动场。通过摩损试验比较，加入耐磨母粒的人造草丝纤维，在相同的使用条件、使用频率的情况下，人造草丝纤维的耐磨损性能得到了大大的提高，可延长人造草坪使用寿命50％左右。
本发明是通过高混技术，将硅酮粉在载体树脂中预分散，用单螺杆或双螺杆挤出形成母粒，对于人造草丝纤维的生产厂家来说，不用增添设备。
附图说明
图1为模拟运动员在人造草坪上运动时对草坪磨损的检测设备。
其中1是可横向纵向运动的装置，2是足球鞋上的尼龙鞋钉，3是本发明的耐磨人造草丝纤维，4是人造草坪的底层。
具体实施方式
下面结合具体实施方式进一步说明，但本发明不限于所提供的实施例；
所用硅酮粉为市售产品，如佳华精华：SG-100。
实施例1：
(1)耐磨母粒制备
LDPE(1F7B)50kg，
硅酮粉30kg，
硬酯酸锌1kg，
PE蜡8kg，
将LDPE、PE蜡、硅酮粉、硬酯酸锌放入高速混合机中混合均匀，混合温度控制在75℃，混合时间为25min；将上述物料通过双螺杆挤出机挤出造料，挤出机温度第一至第七区分别为150℃、150℃、160℃、170℃、180℃、180℃、180℃，螺杆转速为30r/min；
(2)耐磨人造草丝纤维的制备
将制得的耐磨母粒与LLDPE(7042)、色母粒、抗老化剂按如下重量配比混合均匀：
LLDPE(7042)：89％
耐磨母粒：2％
色母粒：6％
抗老化剂：3％
加入单螺杆料斗中，螺杆挤出机各段温度为200℃、210℃、220℃、220℃、220℃、220℃，螺杆转速42.9r/min，采用圆模头挤出，将单丝纤维进入35℃水箱中冷却，然后在135℃烘箱中牵伸，牵伸倍数为4.8，然后进入130℃烘箱中进行回缩定型，回缩比7％，制备出纤度为2000DTEX/根的人造草丝纤维。
(3)耐磨人造草丝纤维耐磨性能测试
将耐磨草丝编织成草坪，装入图1所示模拟运动员在人造草坪上运动时对草坪磨损的检测设备中，在本发明的耐磨人造草丝纤维3、人造草坪的底层4组成的草坪上，进行20200次往复转动磨损，可横向纵向运动的装置1重量相当于普通人体重60公斤，在横纵两维方向运动，足球鞋上的尼龙鞋钉2随机分布，可模拟足球鞋在人造草坪上的运动情况，该装置已获得了国际足联的认可。分别在5000、10000、15000、20200次对比磨损效果。结果见表1。
实施例2：
(1)耐磨母粒制备
LDPE(1F7B)55kg
硅酮粉40kg
硬酯酸锌1kg
PE蜡8kg
将LDPE、PE蜡、硅酮粉、硬酯酸锌放入高速混合机中混合均匀，混合温度控制在75℃，混合时间为30min；将上述物料通过双螺杆挤出机挤出造料，挤出机温度第一至第七区分别为150℃、150℃、160℃、170℃、180℃、180℃、180℃，螺杆转速为30r/min；
(2)耐磨人造草丝纤维制备
将耐磨母粒、LLDPE(7042)、色母粒、抗老化剂按下列重量比例混合均匀，加LLDPE(7042)：87％
耐磨母粒：4％
色母粒：6％
抗老化剂：3％
入单螺杆料斗中，螺杆挤出机各段温度为210℃、220℃、230℃、235℃、235℃、235℃螺杆转速42.9r/min采用圆模头挤出，将单丝纤维进入35℃水箱中冷却，在135℃烘箱中牵伸，牵伸倍数为4.5，然后进入130℃烘箱中进行回缩定型，回缩比6％，制备出纤度为2000DTEX/根的草丝。
(3)耐磨草丝耐磨性能测试
将耐磨草丝编织成草坪，装入图1所示模拟运动员在人造草坪上运动时对草坪磨损的检测设备中，在本发明的耐磨人造草丝纤维3、人造草坪的底层4组成的草坪上，进行20200次往复转动磨损，可横向纵向运动的装置1重量相当于普通人体重60公斤，在横纵两维方向运动，足球鞋上的尼龙鞋钉2随机分布，可模拟足球鞋在人造草坪上的运动情况，该装置已获得了国际足联的认可。分别在5000、10000、15000、20200次对比磨损效果。
实施例3：
(1)耐磨母粒制备
LDPE(1F7B)60kg
硅酮粉50kg
硬酯酸锌2kg
PE蜡10kg
将LDPE、PE蜡、硅酮粉、硬酯酸锌放入高速混合机中混合均匀，混合温度控制在78℃，混合时间为35min；将上述物料通过双螺杆挤出机挤出造料，挤出机温度第一至第七区分别为150℃、150℃、160℃、170℃、180℃、180℃、180℃，螺杆转速为30r/min；
(2)耐磨人造草丝纤维的制备
将耐磨母粒、LLDPE(7042)、色母粒、抗老化剂、加工助剂母粒按下列比例混合均匀，加入
LLDPE(7042)：85％
耐磨母粒：6％
色母料：6％
抗老化剂：3％
单螺杆料斗中，螺杆挤出机各段温度为220℃、225℃、230℃、235℃、235℃、235℃螺杆转速42.9r/min采用圆模头挤出，将单丝纤维进入35℃水箱中冷却，在135℃烘箱中牵伸，牵伸倍数为4.0，然后进入130℃烘箱中进行回缩定型，回缩比4.5％，制备出纤度为2000DTEX/根的草丝。
(3)耐磨草丝耐磨性能测试
将耐磨草丝编织成草坪，装入图1所示模拟运动员在人造草坪上运动时对草坪磨损的检测设备中，在本发明的耐磨人造草丝纤维3、人造草坪的底层4组成的草坪上，进行20200次往复转动磨损，可横向纵向运动的装置1重量相当于普通人体重60公斤，在横纵两维方向运动，足球鞋上的尼龙鞋钉2随机分布，可模拟足球鞋在人造草坪上的运动情况，该装置已获得了国际足联的认可。分别在5000、10000、15000、20200次对比磨损效果。
比较例为与实施例1相同制备工艺，但不添加耐磨母粒，制备出相同规格的人造草丝纤维，再将其编织成草坪，用图1装置进行转动磨损，结果见表1。
表1
Figure BDA0000108311140000061

Claims (9)

1.耐磨人造草丝纤维，其特征是，它由下列重量份比的原料加工而成：
基体树脂   60-95份，
耐磨母粒   1-10份，
色母粒     1-10份，
抗老化剂   2-5份；
所述的耐磨母粒的重量份比组成为：载体树脂40-80份，硅酮粉20-60份，润滑剂0.1-5份，分散剂2-20份。
2.根据权利要求1所述的耐磨人造草丝纤维，其特征是，所述的耐磨母粒的重量份比组成为：载体树脂50-60份，硅酮粉30-50份，润滑剂0.5-3份，分散剂5-15份。
3.根据权利要求2所述的耐磨人造草丝纤维，其特征是，所述的载体树脂为线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯中的一种或几种，其熔融指数为0.2-30g/10min。
4.根据权利要求3所述的耐磨人造草丝纤维，其特征是，所述的载体树脂为低密度聚乙烯。
5.根据权利要求1或2所述的耐磨人造草丝纤维，其特征是，所述的分散剂为蜡类。
6.根据权利要求1或2述的耐磨人造草丝纤维，其特征是，所述的润滑剂为硬脂酸盐类。
7.权利要求1-6任意一项所述的耐磨人造草丝纤维的制备方法，其特征是，包括步骤如下：
（1）耐磨母粒的制备：将载体树脂、硅酮粉、分散剂、润滑剂混合后在高速混合机中混合均匀；将混合均匀的物料通过螺杆挤出机挤出造料；
（2）把制得的耐磨母粒与基体树脂、色母粒、抗老化剂混合均匀，经螺杆在150-300℃的温度下熔融，挤压成薄膜，或通过熔融纺丝的工艺，挤出形成单丝纤维；
（3）将挤出的薄膜或单丝纤维水中冷却固化，将薄膜切割成窄条；在80-180℃的空气中或80-100℃的水中沿窄条或单丝纤维的拉伸方向，使窄条或单丝纤维牵伸；用烘箱对牵伸后的窄条或单丝纤维在进行松弛热处理。
8.根据权利要求7所述的耐磨人造草丝纤维的制备方法，其特征是，步骤（1）中混合温度为50-150℃，混合时间为10-60min；挤出机温度控制为100-200℃，螺杆转速为20-50r/min。
9.根据权利要求7所述的耐磨人造草丝纤维的制备方法，其特征是，步骤（3）中为80-180℃的温度进行1-10%的松弛热处理。
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