CN103397526A - 一种机场用耐瞬时高温人造草丝纤维及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种机场用耐瞬时高温人造草丝纤维,其特征在于:室温离子液体溶剂与聚间苯二甲酰间苯二胺涂层在人造草丝纤维上的应用,由人造草丝纤维为原材料,经过在整理液中浸轧、在凝固液中凝固、在预热液中预热、在水液中牵伸、热处理工序制备而得。本发明所制备的耐瞬时高温人造草丝纤维,由于在草丝表面添加了聚间苯二甲酰间苯二胺涂层,同时制备工序中的牵伸工序也增加了原草丝的取向度,所以拉断力有一定幅度的提高。聚间苯二甲酰间苯二胺涂层具有良好的耐高温性能与优异的隔热性能,从而在受到瞬时高温作用时,对内部的人造草丝纤维形成良好保护作用,可满足机场草坪除雪要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种人造草丝纤维,尤其是指一种机场用耐瞬时高温人造草丝纤维及其制备工艺。
背景技术
人造草坪发展到现在已有四十多年的历史,它最早起源于美国,当时因为在顶棚底下的天然草无法生长,为了解决这个问题,采用了人造草坪。自此以后人造草坪从美国向世界范围内流行开来,形成了美洲草、欧洲草、澳洲草以及亚洲草分割市场的局面。人造草克服了天然草几个主要缺点:一是在极端的气候条件下无法生长;二是需要支付高昂的维护费用;三是在一些带有顶棚的体育场馆内无法种植。除了这些之外,人造草还具有可使用频率高,铺装容易、维护保养简单、排水快捷的特点,这些优点都使得人造草具有广阔的发展空间,大有取代天然草的趋势。
由于人造草坪的各种优点,在运动场、机场等场所也逐渐开始应用。这些场所对人造草坪提出了更高要求。特别是机场,为保证不耽误航班,在冬天降雪后需要用热吹车等设施快速除雪,要求草坪要能够在2~3s内耐500℃以上的高温。目前对人造草坪的研究,多数还是集中于草坪外形、耐磨等方面,如US643250581,设计了截面形状为菱形的草丝纤维;W099/60213,设计了截面形状为U形的草丝纤维;CN201751460U设计了截面为O形的草丝纤维。而耐瞬时500℃以上高温的人造草丝纤维,目前还未见报道。
发明内容
本发明目的是为克服目前人造草丝纤维的不足之处,提供一种耐瞬时高温的人造草丝纤维及其制备工艺。
为实现上述目的,本发明采用下述技术方案:
一种机场用耐瞬时高温人造草丝纤维,其特征在于:室温离子液体溶剂与聚间苯二甲酰间苯二胺涂层在人造草丝纤维上的应用。
所述的一种机场用耐瞬时高温人造草丝纤维,其特征在于:由人造草丝纤维为原材料,经过在整理液中浸轧、在凝固液中凝固、在预热液中预热、在水液中牵伸、热处理工序制备而得,各组份重量份配比如下所示:
人造草丝纤维 70~100份
聚间苯二甲酰间苯二胺 10~20份
丁苯橡胶 1~3份
偶联剂 0.5~3份
所述整理液为以室温离子液体溶剂为溶剂,由重量份配比的聚间苯二甲酰间苯二胺10~20份、丁苯橡胶1~3份、偶联剂0.5~3份配制成的重量百分比浓度为10%~40%的溶液;所述凝固液为以水为溶剂,配制成的重量百分比浓度为5%~15%室温离子液体溶剂的水溶液;所述预热液为以水为溶剂,配制成的重量百分比浓度为10%~30%室温离子液体溶剂的水溶液。
所述室温离子液体溶剂为咪唑类室温离子液体溶剂,为1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸、1-丁基-3-甲基咪唑氯、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯、1-乙基-3-甲基咪唑溴、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸中的一种或几种的混合物;所述聚间苯二甲酰间苯二胺的分子量在80000~200000之间;所述偶联剂为硅烷偶联剂;所述人造草丝纤维为截面形状为扁平状的人造草丝纤维。
为实现以上发明目的,本发明的一种机场用耐瞬时高温人造草丝纤维的制备工艺,其特征在于其具体操作步骤为:
(1)整理液配置:按照配比取聚间苯二甲酰间苯二胺、丁苯橡胶与偶联剂,加入到室温离子液体溶剂中,配制成浓度为10%~40%的溶液作为整理液,混合搅拌均匀,倒入浸渍槽;
(2)凝固液配置:将室温离子液体溶剂加入到水中,配置成5~15%的水溶液作为凝固液,混合搅拌均匀,倒入凝固浴;
(3)预热液配置:将室温离子液体溶剂加入到水中,配置成10~30%的水溶液作为预热液,混合搅拌均匀,倒入预热浴;
(4)将人造草丝纤维通过导丝板进入到浸渍槽中进行浸轧,然后通过凝固浴在凝固液中凝固,温度40~60℃;
(5)再依次通过预热浴、牵伸浴,预热温度70~90℃,牵伸温度80~100℃,牵伸液为水,牵伸比1.1~1.5;
(6)对最终得到的草丝纤维进行热处理,热处理温度110℃~150℃。
本发明的原理是:采用了室温离子液体作为溶剂制备整理液,在室温下制备了聚间苯二甲酰间苯二胺溶液。在草丝纤维通过整理液时,草丝纤维表面涂敷有一层聚间苯二甲酰间苯二胺溶液。经过凝固浴时,由于聚间苯二甲酰间苯二胺溶液中的溶剂与水结合力强,因此会向水中扩散,从而在草丝纤维表面形成仅含有少量溶剂的聚间苯二甲酰间苯二胺涂层。同时由于该少量溶剂的存在,使得聚间苯二甲酰间苯二胺涂层仍有一定的塑性。涂层经过预热与牵伸后,形成一定的取向,提高了强度与韧性,最后通过热处理消除了内应力。
在整理液中,丁苯橡胶的加入可以提高涂层的韧性,避免人造草丝在编织成人造草坪时被破坏。偶联剂的加入改善了各组分之间的界面特性,提高了结合力。
本发明的有益效果是:本发明所制备的耐瞬时高温人造草丝纤维,由于在草丝表面添加了聚间苯二甲酰间苯二胺涂层,同时制备工序中的牵伸工序也增加了原草丝的取向度,所以拉断力有一定幅度的提高。聚间苯二甲酰间苯二胺涂层具有良好的耐高温性能与优异的隔热性能,从而在受到瞬时高温作用时,对内部的人造草丝纤维形成良好保护作用,可满足机场草坪除雪要求。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明。
附图1为耐瞬时高温草丝纤维截面示意图;
附图2为耐瞬时高温草丝纤维制备示意图;
附图3为耐瞬时高温草丝纤维截面电镜扫描照片;
附图4为耐瞬时高温草丝纤维高温下拉断力随时间变化示意图;
图中,1-聚间苯二甲酰间苯二胺涂层,2-人造草丝纤维,3-导丝板,4-浸轧辊,5-耐瞬时高温人造草丝纤维,6-浸渍槽,7-凝固浴,8-预热浴,9-牵伸浴,10-导辊。
具体实施方式
下面通过具体实施方式,对本发明做进一步说明。
实施例1:
(1)整理液配置:按照配比取分子量为80000的聚间苯二甲酰间苯二胺100g、丁苯橡胶10g、KH550硅烷偶联剂5g,加入到1-烯丙基-3-甲基咪唑氯900g中,混合搅拌均匀,制备成整理液,倒入浸渍槽;
(2)凝固液配置:将1-烯丙基-3-甲基咪唑氯100g加入到水中,配置成5%的水溶液,混合搅拌均匀,倒入凝固浴;
(3)预热液配置:将1-烯丙基-3-甲基咪唑氯200g加入到水中,配置成10%的水溶液,混合搅拌均匀,倒入预热浴;
(4)将人造草丝纤维700g通过导丝板进入到浸渍槽中进行浸轧,然后通过凝固浴在凝固液中凝固,温度40℃;
(5)再依次通过预热浴、牵伸浴,预热温度70℃,牵伸温度80℃,牵伸液为水,牵伸比1.5;
(6)对最终得到的草丝纤维进行热处理,热处理温度110℃。
实施例2:
(1)整理液配置:按照配比取分子量为200000的聚间苯二甲酰间苯二胺200g、丁苯橡胶20g、KH550硅烷偶联剂30g,加入到1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸380g中,混合搅拌均匀,制备成整理液,倒入浸渍槽;
(2)凝固液配置:将1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸100g加入到水中,配置成15%的水溶液,混合搅拌均匀,倒入凝固浴;
(3)预热液配置:将1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸200g加入到水中,配置成30%的水溶液,混合搅拌均匀,倒入预热浴;
(4)将人造草丝纤维1000g通过导丝板进入到浸渍槽中进行浸轧,然后通过凝固浴在凝固液中凝固,温度60℃;
(5)再依次通过预热浴、牵伸浴,预热温度90℃,牵伸温度100℃,牵伸液为水,牵伸比1.1;
(6)对最终得到的草丝纤维进行热处理,热处理温度150℃。
实施例3:
对实施例1与实施例2中制备的耐瞬时高温草丝纤维进行力学性能测试,并与普通草丝纤维对比,如表1所示。
从表1中可以看到,本发明所制备的耐瞬时高温人造草丝纤维,由于在草丝表面添加了聚间苯二甲酰间苯二胺涂层,同时制备工序中的牵伸工序也增加了原草丝的取向度,所以拉断力有一定幅度的提高。采用分子量较高的聚间苯二甲酰间苯二胺提高效果更加明显。
实施例4
对实施例2中制备的耐瞬时高温草丝纤维截面进行电镜扫描,所得到的结果如图3所示。
从图3中可以看到,涂层与草丝纤维本体界面较为清晰,有过渡层,说明结合情况良好。
实施例5
对实施例2中制备的耐瞬时高温草丝纤维进行500℃下,草丝纤维拉断力随时间变化的试验。试验结果如图4所示。
从图4中可以看到,在500℃高温下,时间3s以内时,草丝拉断力基本不发生变化,3~5s时有一定幅度的下降,达到5s以上时快速下降,8s以上时下降幅度有所减缓。因此本发明所制备的草丝纤维可以在500℃下,时间3s以内使用,可满足机场草坪除雪要求。
实施例6
(1)整理液配置:按照配比取分子量为150000的聚间苯二甲酰间苯二胺150g、丁苯橡胶15g、KH550硅烷偶联剂15g,加入到1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸900g中,混合搅拌均匀,制备成整理液,倒入浸渍槽;
(2)凝固液配置:将1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸100g加入到水中,配置成10%的水溶液,混合搅拌均匀,倒入凝固浴;
(3)预热液配置:将1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸200g加入到水中,配置成20%的水溶液,混合搅拌均匀,倒入预热浴;
(4)将人造草丝纤维800g通过导丝板进入到浸渍槽中进行浸轧,然后通过凝固浴在凝固液中凝固,温度50℃;
(5)再依次通过预热浴、牵伸浴,预热温度80℃,牵伸温度90℃,牵伸液为水,牵伸比1.3;
(6)对最终得到的草丝纤维进行热处理,热处理温度130℃。
实施例7:
(1)整理液配置:按照配比取分子量为100000的聚间苯二甲酰间苯二胺100g、丁苯橡胶10g、KH550硅烷偶联剂5g,加入到1-烯丙基-3-甲基咪唑氯200g中,混合搅拌均匀,制备成整理液,倒入浸渍槽;
(2)凝固液配置:将1-烯丙基-3-甲基咪唑氯100g加入到水中,配置成5%的水溶液,混合搅拌均匀,倒入凝固浴;
(3)预热液配置:将1-烯丙基-3-甲基咪唑氯200g加入到水中,配置成10%的水溶液,混合搅拌均匀,倒入预热浴;
(4)将人造草丝纤维700g通过导丝板进入到浸渍槽中进行浸轧,然后通过凝固浴在凝固液中凝固,温度40℃;
(5)再依次通过预热浴、牵伸浴,预热温度70℃,牵伸温度80℃,牵伸液为水,牵伸比1.4;
(6)对最终得到的草丝纤维进行热处理,热处理温度140℃。
实施例8:
(1)整理液配置:按照配比取分子量为180000的聚间苯二甲酰间苯二胺200g、丁苯橡胶20g、KH550硅烷偶联剂30g,加入到1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸1800g中,混合搅拌均匀,制备成整理液,倒入浸渍槽;
(2)凝固液配置:将1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸100g加入到水中,配置成15%的水溶液,混合搅拌均匀,倒入凝固浴;
(3)预热液配置:将1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸200g加入到水中,配置成30%的水溶液,混合搅拌均匀,倒入预热浴;
(4)将人造草丝纤维1000g通过导丝板进入到浸渍槽中进行浸轧,然后通过凝固浴在凝固液中凝固,温度60℃;
(5)再依次通过预热浴、牵伸浴,预热温度90℃,牵伸温度100℃,牵伸液为水,牵伸比1.2;
(6)对最终得到的草丝纤维进行热处理,热处理温度115℃。
Claims (4)
1.一种机场用耐瞬时高温人造草丝纤维,其特征在于:室温离子液体溶剂与聚间苯二甲酰间苯二胺涂层在人造草丝纤维上的应用。
2.根据权利要求1所述的一种机场用耐瞬时高温人造草丝纤维,其特征在于:由人造草丝纤维为原材料,经过在整理液中浸轧、在凝固液中凝固、在预热液中预热、在水液中牵伸、热处理工序制备而得,各组份重量份配比如下所示:
人造草丝纤维 70~100份
聚间苯二甲酰间苯二胺 10~20份
丁苯橡胶 1~3份
偶联剂 0.5~3份
所述整理液为以室温离子液体溶剂为溶剂,由重量份配比的聚间苯二甲酰间苯二胺10~20份、丁苯橡胶1~3份、偶联剂0.5~3份配制成的重量百分比浓度为10%~40%的溶液;所述凝固液为以水为溶剂,配制成的重量百分比浓度为5%~15%室温离子液体溶剂的水溶液;所述预热液为以水为溶剂,配制成的重量百分比浓度为10%~30%室温离子液体溶剂的水溶液。
3.根据权利要求2所述的一种机场用耐瞬时高温人造草丝纤维,其特征在于:所述室温离子液体溶剂为咪唑类室温离子液体溶剂,为1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸、1-丁基-3-甲基咪唑氯、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯、1-乙基-3-甲基咪唑溴、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸中的一种或几种的混合物;所述聚间苯二甲酰间苯二胺的分子量在80000~200000之间;所述偶联剂为硅烷偶联剂;所述人造草丝纤维为截面形状为扁平状的人造草丝纤维。
4.根据权利要求1-3所述的一种机场用耐瞬时高温人造草丝纤维的制备工艺,其特征在于其具体操作步骤为:
(1)整理液配置:按照配比取聚间苯二甲酰间苯二胺、丁苯橡胶与偶联剂,加入到室温离子液体溶剂中,配制成浓度为10%~40%的溶液作为整理液,混合搅拌均匀,倒入浸渍槽;
(2)凝固液配置:将室温离子液体溶剂加入到水中,配置成5~15%的水溶液作为凝固液,混合搅拌均匀,倒入凝固浴;
(3)预热液配置:将室温离子液体溶剂加入到水中,配置成10~30%的水溶液作为预热液,混合搅拌均匀,倒入预热浴;
(4)将人造草丝纤维通过导丝板进入到浸渍槽中进行浸轧,然后通过凝固浴在凝固液中凝固,温度40~60℃;
(5)再依次通过预热浴、牵伸浴,预热温度70~90℃,牵伸温度80~100℃,牵伸液为水,牵伸比1.1~1.5;
(6)对最终得到的草丝纤维进行热处理,热处理温度110℃~150℃。
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PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
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C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |