CN105603565A - 一种高韧性锦纶短纤维的生产方法 - Google Patents

一种高韧性锦纶短纤维的生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高韧性锦纶短纤维的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将锦纶切片进行加热升温至熔融态，然后添加碳纳米管和聚偏氟乙烯，搅拌均匀得到熔融原料液；2)过滤、除杂；3)初次干燥；4)纺丝；5)对纺丝进行清洗、二次干燥、卷绕，得到碳纳米管锦纶。与现有技术相比，本发明通过在锦纶中添加碳纳米管和聚偏氟乙烯，使得锦纶短纤维的韧性大幅提升，拉伸强度达到120Mpa以上，弯曲强度达到150Mpa以上。

Description

一种高韧性锦纶短纤维的生产方法
技术领域
本发明涉及一种高韧性锦纶短纤维的生产方法，属于新材料领域。
背景技术
锦纶是聚酰胺纤维的商品名称，又称耐纶(Nylon)。英文名称Polyamide(简称PA)，其基本组成物质是通过酰胺键连接起来的脂肪族聚酰胺。
碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构(径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口)的一维量子材料。碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，直径一般为2～20nm。并且根据碳六边形沿轴向的不同取向可以将其分成锯齿形、扶手椅型和螺旋型三种。其中螺旋型的碳纳米管具有手性，而锯齿形和扶手椅型碳纳米管没有手性。
碳纳米管具有良好的力学性能，CNTs抗拉强度达到50～200GPa,是钢的100倍，密度却只有钢的1/6，至少比常规石墨纤维高一个数量级；它的弹性模量可达1TPa，与金刚石的弹性模量相当，约为钢的5倍。对于具有理想结构的单层壁的碳纳米管，其抗拉强度约800GPa。碳纳米管的结构虽然与高分子材料的结构相似，但其结构却比高分子材料稳定得多。碳纳米管是目前可制备出的具有最高比强度的材料。若将以其他工程材料为基体与碳纳米管制成复合材料,可使复合材料表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性及各向同性，给复合材料的性能带来极大的改善。
在合成纤维中添加碳纳米管一定程度上可以增加其力学性能，但是在锦纶短纤维中直接添加碳纳米管，其力学性能提升有限。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高韧性锦纶短纤维的生产方法。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种高韧性锦纶短纤维的生产方法，包括如下步骤：
1)将锦纶切片进行加热升温至熔融态，然后添加碳纳米管和聚偏氟乙烯，搅拌均匀得到熔融原料液；
2)过滤、除杂；
3)初次干燥；
4)纺丝；
5)对纺丝进行清洗、二次干燥、卷绕，得到碳纳米管锦纶。
进一步，步骤1)中，加热升温至320℃。
进一步，步骤1)中，碳纳米管的管径为0.6-145nm，长度为350nm-0.05mm。
进一步，步骤2)中，通过筛网过滤的方式对原料混合液进行过滤除杂。
进一步，步骤3)中，在真空条件下进行初次干燥，控制真空度低于0.05MPa，干燥温度控制在90-140℃。
进一步，步骤4)中，采用湿法纺丝对原料溶液进行纺丝。
进一步，所述湿法纺丝的温度控制在215-245℃。
进一步，步骤5)中，利用去离子水对纺丝进行清洗。
进一步，步骤5)中，卷绕速度为25-165m/min。
进一步，碳纳米管添加量为锦纶切片重量的3～5％，聚偏氟乙烯添加量为锦纶切片重量的5～7％。
与现有技术相比，本发明通过在锦纶中添加碳纳米管和聚偏氟乙烯，使得锦纶短纤维的韧性大幅提升，拉伸强度达到120Mpa以上，弯曲强度达到150Mpa以上。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1
1)将锦纶切片进行加热升温320℃，然后添加碳纳米管和聚偏氟乙烯，搅拌均匀得到熔融原料液，碳纳米管添加量为锦纶切片重量的3％，聚偏氟乙烯添加量为锦纶切片重量的5％；
2)过滤、除杂；
3)在真空条件下进行初次干燥，控制真空度低于0.05MPa，干燥温度控制在140℃；
4)湿法纺丝的温度控制在245℃；
5)对纺丝进行清洗、二次干燥、卷绕，卷绕速度为25m/min，得到碳纳米管锦纶。
经检测，拉伸强度达到125Mpa，弯曲强度达到150Mpa。
实施例2
1)将锦纶切片进行加热升温320℃，然后添加碳纳米管和聚偏氟乙烯，搅拌均匀得到熔融原料液，碳纳米管添加量为锦纶切片重量的4％，聚偏氟乙烯添加量为锦纶切片重量的6％；
2)过滤、除杂；
3)在真空条件下进行初次干燥，控制真空度低于0.05MPa，干燥温度控制在140℃；
4)湿法纺丝的温度控制在285℃；
5)对纺丝进行清洗、二次干燥、卷绕，卷绕速度为235m/min，得到碳纳米管锦纶。
经检测，拉伸强度达到120Mpa，弯曲强度达到155Mpa。
实施例3
1)将锦纶切片进行加热升温320℃，然后添加碳纳米管和聚偏氟乙烯，搅拌均匀得到熔融原料液，碳纳米管添加量为锦纶切片重量的5％，聚偏氟乙烯添加量为锦纶切片重量的7％；
2)过滤、除杂；
3)在真空条件下进行初次干燥，控制真空度低于0.05MPa，干燥温度控制在120℃；
4)湿法纺丝的温度控制在275℃；
5)对纺丝进行清洗、二次干燥、卷绕，卷绕速度为100m/min，得到碳纳米管锦纶。
经检测，拉伸强度达到125Mpa，弯曲强度达到155Mpa。
实施例1-3拉伸强度测试标准DIN53455，完全强度测试标准DIN53452。
凡在不脱离本发明核心的情况下做出的简单的变形或修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高韧性锦纶短纤维的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将锦纶切片进行加热升温至熔融态，然后添加碳纳米管和聚偏氟乙烯，搅拌均匀得到熔融原料液；
2)过滤、除杂；
3)初次干燥；
4)纺丝；
5)对纺丝进行清洗、二次干燥、卷绕，得到碳纳米管锦纶。
2.根据权利要求1所述的一种高韧性锦纶短纤维的生产方法，其特征在于，步骤1)中，加热升温至320℃。
3.根据权利要求1所述的一种高韧性锦纶短纤维的生产方法，其特征在于，步骤1)中，碳纳米管的管径为0.6-145nm，长度为350nm-0.05mm。
4.根据权利要求1所述的一种高韧性锦纶短纤维的生产方法，其特征在于，步骤2)中，通过筛网过滤的方式对原料混合液进行过滤除杂。
5.根据权利要求1所述的一种高韧性锦纶短纤维的生产方法，其特征在于，步骤3)中，在真空条件下进行初次干燥，控制真空度低于0.05MPa，干燥温度控制在90-140℃。
6.根据权利要求1所述的一种高韧性锦纶短纤维的生产方法，其特征在于，步骤4)中，采用湿法纺丝对原料溶液进行纺丝。
7.根据权利要求6所述的一种高韧性锦纶短纤维的生产方法，其特征在于，所述湿法纺丝的温度控制在215-245℃。
8.根据权利要求1所述的一种高韧性锦纶短纤维的生产方法，其特征在于，步骤5)中，利用去离子水对纺丝进行清洗。
9.根据权利要求1所述的一种高韧性锦纶短纤维的生产方法，其特征在于，步骤5)中，卷绕速度为25-165m/min。
10.根据权利要求1所述的一种高韧性锦纶短纤维的生产方法，其特征在于，碳纳米管添加量为锦纶切片重量的3～5％，聚偏氟乙烯添加量为锦纶切片重量的5～7％。
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