CN104674373B - 一种双向感应蓄能保温聚酯预取向丝及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双向感应蓄能保温聚酯预取向丝及其制备方法。采用聚酯干切片熔融纺丝过程中在线添加质量分数为10.0～30.0%的纳米碳化锆添加剂与聚酯干切片在螺杆中均匀共混熔融，共混熔体从喷丝板微孔中挤出，经侧吹风冷却固化成形，油嘴上油集束后被输入平行导丝卷绕系统装置，卷绕成型，制得高功效双向感应蓄能保温聚酯预取向丝。该纤维具有更高功效双向感应蓄能保温功能特性，将它与其它纤维交络复合，可获得不同结构功效特性的超仿棉仿毛复合纤维及其防寒保暖织物产品，具有良好的可持续发展前景。

Description

一种双向感应蓄能保温聚酯预取向丝及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种聚酯预取向丝及其制备方法，特别涉及一种可获得具有高功效吸收太阳能自然能源和可反射人体热辐射热源的双向感应蓄能放热保温保暖功能特性的纳米碳化锆聚酯预取向丝及其制备方法，属于新型功能化纤维材料技术领域。

背景技术

目前，用于服用纺织品领域的保暖保温纤维材料主要有依赖于纺织品织物的厚度和密度以及增大纤维之间的静止空气层，从而减少服装的热传导和热对流，达到传统保暖的目的，此外还有近期开发的中空纤维和超细纤维、相变发热保暖材料和远红外保暖材料，这种材料主要是利用热传导和热对流机理保暖或者靠外部环境来吸热或者放热来获得保温保暖的功能。但这些材料的吸热保温保暖功效不太理想，还不能真正满足人们对服用保暖保温服装所具有功能化和美观性的要求。因此，研究与开发具有高功效、智能型、环保型的储能放热保温保暖材料已成为服用纺织品领域的保暖保温纤维材料研究的重点。

对能获得更高功效、具有最大吸热储能、放热保温保暖功能的纳米碳化锆材料（ZrC）的研究发现，纳米碳化锆材料比纯金属或非金属材料具有较高的远红外发射率，具有更好的热传导和热对流以及热辐射特性，尤其是纳米碳化锆材料具有高效吸收阳光中波长为0.1～2.0 um远红外线总能量的95%以上的能力以及吸收远红外发射率达到87%以上，特殊条件下可达到92%，同时还有能反射大于2.0 um波长红外线的功能，即反射人体辐射的近红外线(4～14 um)。因此，纳米碳化锆是一种具有更好的远近红外线和可见光吸收性能的新型高功能、智能型、环保型的材料，用这种纳米碳化锆材料制备获得的纳米碳化锆聚酯预取向丝具备双向感应吸热储能、放热保温保暖功能的功效，具有良好的可持续发展前景。

在本发明作出之前，中国发明专利（CN103132177A）公开了一种纳米碳化锆感应蓄热保温聚酯纤维及其制备方法。以纳米碳化锆为添加剂，在线添加质量分数1.0～8.0%，与聚酯切片在螺杆中均匀共混熔融，共混熔体从喷丝板微孔中挤出，经冷却固化成形和油嘴上油集束工艺，以卷绕速度3000m/min～3200m/min卷绕制成POY丝筒，经平衡后，再进行拉伸变形，制得纳米碳化锆感应蓄热保温聚酯纤维。由于所添加的纳米碳化锆的质量分数仅为1.0～8.0%，因此，制备获得的纤维在放热保温保暖及双向感应吸热储能功能方面效果欠佳，尤其是在环境温度很低或极低的情况下还达不到人体保温保暖功能的要求；同时，还由于在该项技术中，纺丝过程中加入的纳米碳化锆添加剂呈纳米颗粒状态存在于熔体中或纤维表面，在制成POY丝与拉伸变形加工过程中，纤维需要在拉伸变形装置设备表面接触才能进行拉伸变形，由于纺丝拉伸一步法的技术是采用热辊拉伸工序，尤其是制备POY丝的纺丝过程中采用常规的上下大导丝盘卷绕系统装置，其丝束与上下大导丝盘卷绕系统装置之间的摩擦系数和摩擦阻力及拉伸张力较大，导致丝束拉伸张力较大，均匀稳定性较差，当添加了纳米碳化锆的POY丝在拉伸变形装置设备表面进行拉伸变形时，摩擦系数、摩擦阻力及拉伸变形张力比未添加纳米碳化锆的丝束有所增加，当所添加的纳米碳化锆的质量分数超过8.0%以上进行纺丝时，将导致加工过程中毛丝断头多，造成POY丝产品质量的均匀稳定性较差，制成的POY丝的后拉伸变形性能劣化，甚至使生产无法正常进行。因此，采用现有的生产工艺，所添加的纳米碳化锆的质量分数必须限制在8.0%以下，才能保证生产正常进行，获得较好的产品质量。由于上述原因，现有技术无法提供产品质量好，并具有高功效、双向感应蓄能放热保温保暖功能特性的聚酯纤维。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供一种可获得具有高效选择性地吸收太阳能辐射线中的可见光和近红外线，并可反射人体热辐射热源，具有高功效双向感应储能保温功能特性的纳米碳化锆聚酯预取向丝及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种双向感应蓄能保温聚酯预取向丝，它包括质量分数为10.0～30.0%纳米碳化锆，所述纳米碳化锆的粒径分布为10～100nm；所述预取向丝的断裂强度为1.60cN/dtex～2.20cN/dtex，断裂伸长率≥110%。

本发明所述的双向感应蓄能保温聚酯预取向丝，它的线密度规格为76dtex～265dtex/24f～96f。

本发明技术方案还包括一种制备如上所述的双向感应蓄能保温聚酯预取向丝的方法，包括切片干燥、熔融挤压、熔体挤出、侧吹风冷却、油嘴上油和卷绕成型工序，具体步骤及工艺条件如下：

1、在聚酯干切片中加入质量分数为10.0～30.0%的纳米碳化锆添加剂，纳米碳化锆的粒径分布为10～100nm，再在螺杆中混合熔融均化，得到共混纺丝熔体，共混熔体的纺丝温度为270℃～290℃之间；

2、共混熔体从喷丝板微孔中挤出，经侧吹风冷却固化成形，其工艺条件为：侧吹风速度0.30～0.70m/s，侧吹风温度22±2℃，侧吹风湿度75±5%；

3、丝束经喷嘴上油集束输入平行导丝卷绕系统装置，以2700m/min～3300m/min的卷绕速度进行卷绕成型，制成具有双向感应蓄能保温特性的纳米碳化锆聚酯预取向丝。

本发明采用了平行导丝卷绕系统加工工艺，当在线添加纳米碳化锆质量分数含量为10.0～30.0%时，丝束在整个纺丝线和平行导丝卷绕系统装置上的摩擦系数、摩擦阻力及拉伸张力，与现有技术中采用的高速纺丝线和上下导丝卷绕系统工艺相比，具有明显的降低，保证了生产过程中毛丝断头的减少，提高产品质量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明采用在线添加10%～30%的纳米碳化锆于聚酯干切片中进行共混熔融、高速纺丝、平行导丝卷绕成型工序及工艺技术，获得高功效双向感应蓄能保温聚酯预取向丝的制备方法，其纳米碳化锆添加剂主要是在纺丝阶段加入完成，整个制备加工过程没有废料排出，达到了清洁生产的目的。

2、本发明通过添加具有选择性吸收太阳能辐射线中的可见光和近红外线以及可反射人体热辐射热源的纳米碳化锆，所制得的双向感应蓄能保温聚酯预取向丝与其他保温保暖纤维相比，具有更好和更高功效的双向感应蓄能放热保温保暖功能的优点。

3、本发明利用生态自然能源制备获得的高功效双向感应蓄能保温聚酯预取向丝，与目前国内外市场上的防寒服服装的主要保暖方式相比，具备技术含量、耐久性好、附加值高、性价比优势明显，具有良好的可持续发展前景。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明技术方案作进一步的描述。

实施例1

本实施例提供一种采用在聚酯干切片中在线添加纳米碳化锆添加剂在螺杆中进行共混熔融、高速纺丝、卷绕成型工序及工艺技术，制备76dtex/24f纳米碳化锆聚酯预取向丝的方法。其生产工艺及条件如下：

在聚酯切片熔融纺丝中，添加聚酯原料质量分数为10.0%的纳米碳化锆添加剂的添加量，纳米碳化锆的粒径分布为20nm～60nm之间，在线添加的纳米碳化锆添加剂与聚酯干切片在纺丝螺杆中进行混合、熔融挤压，经熔体过滤器、熔体混合器、计量泵、纺丝组件、喷丝板挤出成为熔体细流，经侧吹风冷却固化成形，油嘴上油集束后被输入平行导丝卷绕系统装置，卷绕成型，制得高功效双向感应蓄能保温聚酯预取向丝。其主要工艺参数为：共混熔体纺丝温度为286±2℃，侧吹风速度0.40m/s，侧吹风温度22±2℃，侧吹风湿度75±5%，卷绕速度3100m/min，制成纳米碳化锆感应蓄热保温聚酯预取向丝，其断裂强度为2.13cN/dtex,断裂伸长率为131.3%。

实施例2

本实施例提供一种采用在聚酯干切片中在线添加纳米碳化锆添加剂在螺杆中进行共混熔融、高速纺丝、卷绕成型工序及工艺技术，制备122dtex/24f纳米碳化锆聚酯预取向丝的方法。其生产工艺及条件如下：

在聚酯切片熔融纺丝中，添加聚酯原料质量分数为15.0%的纳米碳化锆添加剂的添加量，纳米碳化锆的粒径分布为20nm～60nm之间，在线添加的纳米碳化锆添加剂与聚酯干切片在纺丝螺杆中进行混合、熔融挤压，经熔体过滤器、熔体混合器、计量泵、纺丝组件、喷丝板挤出成为熔体细流，经侧吹风冷却固化成形，油嘴上油集束后被输入平行导丝卷绕系统装置，卷绕成型，制得高功效双向感应蓄能保温聚酯预取向丝。其主要工艺参数为：共混熔体纺丝温度为285±2℃，侧吹风速度0.50m/s，侧吹风温度22±2℃，侧吹风湿度75±5%，卷绕速度3000m/min，制成纳米碳化锆感应蓄热保温聚酯预取向丝，其断裂强度为2.03cN/dtex,断裂伸长率为127.8%。

实施例3

本实施例提供一种采用在聚酯干切片中在线添加纳米碳化锆添加剂在螺杆中进行共混熔融、高速纺丝、卷绕成型工序及工艺技术，制备176dtex/36f纳米碳化锆聚酯预取向丝的方法。其生产工艺及条件如下：

在聚酯切片熔融纺丝中，添加聚酯原料质量分数为20.0%的纳米碳化锆添加剂的添加量，纳米碳化锆的粒径分布为20nm～60nm之间，在线添加的纳米碳化锆添加剂与聚酯干切片在纺丝螺杆中进行混合、熔融挤压，经熔体过滤器、熔体混合器、计量泵、纺丝组件、喷丝板挤出成为熔体细流，经侧吹风冷却固化成形，油嘴上油集束后被输入平行导丝卷绕系统装置，卷绕成型，制得高功效双向感应蓄能保温聚酯预取向丝。其主要工艺参数为：共混熔体纺丝温度为283±2℃，侧吹风速度0.55m/s，侧吹风温度22±2℃，侧吹风湿度75±5%，卷绕速度2850m/min，制成纳米碳化锆感应蓄热保温聚酯预取向丝，其断裂强度为1.85cN/dtex,断裂伸长率为121.1%。

实施例4

本实施例提供一种采用在聚酯干切片中在线添加纳米碳化锆添加剂在螺杆中进行共混熔融、高速纺丝、卷绕成型工序及工艺技术，制备267dtex/48f纳米碳化锆聚酯预取向丝的方法。其生产工艺及条件如下：

在聚酯切片熔融纺丝中，添加聚酯原料质量分数为30%的纳米碳化锆添加剂的添加量，纳米碳化锆的粒径分布为20nm～60nm之间，在线添加的纳米碳化锆添加剂与聚酯干切片在纺丝螺杆中进行混合、熔融挤压，经熔体过滤器、熔体混合器、计量泵、纺丝组件、喷丝板挤出成为熔体细流，经侧吹风冷却固化成形，油嘴上油集束后被输入平行导丝卷绕系统装置，卷绕成型，制得高功效双向感应蓄能保温聚酯预取向丝。其主要工艺参数为：共混熔体纺丝温度为280±2℃，侧吹风速度0.65m/s，侧吹风温度22±2℃，侧吹风湿度75±5%，卷绕速度2740m/min，制成纳米碳化锆感应蓄热保温聚酯预取向丝，其断裂强度为1.72cN/dtex,断裂伸长率为121.2%。

Claims (3)

1.一种双向感应蓄能保温聚酯预取向丝，其特征在于：它包括质量分数为10.0～30.0%纳米碳化锆，所述纳米碳化锆的粒径分布为10～100nm；所述预取向丝的断裂强度为1.60cN/dtex～2.20cN/dtex，断裂伸长率≥110%，采用下列方法制备获得：包括切片干燥、熔融挤压、熔体挤出、侧吹风冷却、油嘴上油和卷绕成型工序，具体步骤及工艺条件如下：

（1）在聚酯干切片中加入质量分数为10.0～30.0%的纳米碳化锆添加剂，纳米碳化锆的粒径分布为10～100nm，再在螺杆中混合熔融均化，得到共混纺丝熔体，共混熔体的纺丝温度为270℃～290℃之间；

（2）共混熔体经熔体过滤器、熔体混合器、计量泵、纺丝组件、从喷丝板微孔中挤出成为熔体细流，经侧吹风冷却固化成形，其工艺条件为：侧吹风速度0.30～0.70m/s，侧吹风温度22±2℃，侧吹风湿度75±5%；

（3）丝束经喷嘴上油集束输入平行导丝卷绕系统装置，以2700m/min～3300m/min的卷绕速度进行卷绕成型，制成具有双向感应蓄能保温特性的纳米碳化锆聚酯预取向丝。

2.根据权利要求1所述的双向感应蓄能保温聚酯预取向丝，其特征在于：它的线密度规格为76dtex～265dtex/24f～96f。

3.一种制备如权利要求1或2所述的双向感应蓄能保温聚酯预取向丝的方法，包括切片干燥、熔融挤压、熔体挤出、侧吹风冷却、油嘴上油和卷绕成型工序，其特征在于具体步骤及工艺条件如下：

（1）在聚酯干切片中加入质量分数为10.0～30.0%的纳米碳化锆添加剂，纳米碳化锆的粒径分布为10～100nm，再在螺杆中混合熔融均化，得到共混纺丝熔体，共混熔体的纺丝温度为270℃～290℃之间；

（2）共混熔体经熔体过滤器、熔体混合器、计量泵、纺丝组件、从喷丝板微孔中挤出成为熔体细流，经侧吹风冷却固化成形，其工艺条件为：侧吹风速度0.30～0.70m/s，侧吹风温度22±2℃，侧吹风湿度75±5%；

（3）丝束经喷嘴上油集束输入平行导丝卷绕系统装置，以2700m/min～3300m/min的卷绕速度进行卷绕成型，制成具有双向感应蓄能保温特性的纳米碳化锆聚酯预取向丝。