CN106521704B - 一种聚酮-聚甲醛复合纤维的制备方法 - Google Patents

一种聚酮-聚甲醛复合纤维的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚酮‑聚甲醛复合纤维的制备方法。本发明所述的一种聚酮‑聚甲醛复合纤维的制备方法，其主要步骤如下：将聚酮与聚甲醛在高速混合机中混合，加入热稳定剂，在螺杆挤出机中挤出造粒后在熔融纺丝机上进行熔融纺丝、经二级热牵伸、热定型后得到所述聚酮‑聚甲醛纤维。本发明采用高变形能力聚酮来提高复合纤维的变形能力和总牵伸倍数，进而提高了聚甲醛纤维的力学性能；本发明工艺简单、无需特殊设备，容易实现产业化。

Description

一种聚酮-聚甲醛复合纤维的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高强高模聚甲醛纤维的制备方法，特别是涉及一种聚酮增强聚甲醛的聚酮-聚甲醛复合纤维的制备方法。
技术背景
聚甲醛(POM)是一种具有良好机械性能和优异耐化学性的高性能线性聚合物，由POM树脂经过高的牵伸比拉伸制备的纤维具有良好的拉伸强度和弹性模量，可充分发挥POM结构材料的潜力，满足更广阔的应用要求。
目前，POM纤维的研究主要集中在改变化学结构、控制加工工艺和添加改性剂三个方面。如通过引入聚合第三单体的含量，改变聚甲醛的分子结构，改变半结晶时间，降低结晶速度，开发纤维级纺丝原料方面，采用熔融纺丝方法制备纤维。如WO-2008001924、CN1715464A通过引入第三单体单元，控制POM的半结晶时间大于30s，通过熔融纺丝制备纤维；在控制加工工艺方面，如CN1555430A、CN102011201A、CN101792938A采用多级缓冷-骤冷的工艺，对初生纤维离开喷丝板后进行加热缓冷，同时采用加压蒸汽的拉伸方法，制备高强度的纤维。添加改性剂主要包括添加纳米填料增强和添加结晶抑制剂降低POM结晶度提高POM纤维的强度。如CN104499087A选用POM的结晶抑制剂醋酸纤维素类聚合物和POM作为POM的纺丝原料，再控制纺丝工艺，制备出高强高模的POM纤维。CN104451949A采用溶液纺丝的方法，在纺丝溶液中加入酯化的纳米纤维素晶须来增加POM纤维的强度，实现高强高模POM纤维的制备；CN105386151A在POM纤维的制备中，将POM与内润滑剂混合，在纺丝制备出高强度的POM纤维。
但是，上述方法仍然存在一些问题，如对于纺丝级POM原料的开发，主要从聚合角度出发，技术要求高，核心技术被国外几个大型公司所掌握，原料成本较高，难以进行大规模的工业化推广应用；多级缓冷-骤冷工艺对设备、工艺要求高，产业化时对生产设备的投入成本高。添加结晶抑制剂改性对POM结晶改性效果有限，仍需采用间隙式加压热定型消除POM纤维表面微孔的缺陷，不同于常规的熔融纺丝，需要热定型设备具有一定的保压能力。而采用纳米填料增强仍需溶液法，生产工艺复杂，且会产生溶剂污染等问题。
发明内容
本发明提供了一种聚酮增强制备聚酮-聚甲醛复合纤维的制备方法，本发明采用的聚酮是一种由一氧化碳、乙烯、丙烯在催化剂的作用下共聚的一种环保型高分子化合物，具有优异的力学性能，其抗拉强度是聚甲醛的1.07倍，冲击强度是聚甲醛的1.85倍，断裂伸长率是聚甲醛的7.7倍，可解决聚甲醛变形能力差，难以高倍牵伸制备高性能聚甲醛纤维的问题。
本发明提供了一种聚酮-聚甲醛复合纤维的制备方法，包括如下步骤：
(1)改性原料的制备：将聚酮(POK)、聚甲醛(POM)、热稳定剂在高速混合机中混合，然后在螺杆挤出机中进行熔融挤出后造粒，得到聚酮-聚甲醛改性料；
(2)熔融纺丝：将步骤(1)制得的聚酮-聚甲醛改性料在熔融纺丝机上进行纺丝，经螺杆挤出机、熔体过滤器、纺丝箱体及组件，收卷得到初生纤维；
(3)纤维的制备：将步骤(2)制得的初生纤维再经过二级热牵伸、一级松弛热定型后得到高强高模的聚酮-聚甲醛复合纤维；
步骤(1)中所述聚酮、聚甲醛、热稳定剂在高速混合机中，搅拌温度为130℃，搅拌时间为2min；
步骤(2)中所述聚酮-聚甲醛改性料的纺丝温度为220-240℃，初生纤维收卷速度为200-1500m/min；
步骤(3)中所述二级热牵伸条件：第一级热牵伸温度为120-140℃，第二级热牵伸温度为140-160℃；所述热定型条件：热定型温度为140-145℃，热定型时间为1-3min。
本发明所述步骤(1)中聚酮具有如下分子结构式
其中n，m为大于0的正整数，且n/m>11。
本发明所述聚酮由一氧化碳、乙烯、丙烯共聚得到的共聚物；所述聚酮的熔融指数为60-200g/10min，抗张强度＞50MPa，冲击强度≥12KJ/m2。
本发明所述热稳定剂为抗氧剂1010、抗氧剂245、抗氧剂168中的任意一种或二种的混合物。
本发明所述步骤(1)中聚酮的质量为聚甲醛树脂质量的5％-20％，当含量低于5％时，增强效果不明显，含量大于20％时，POK/POM混合物发现相分离，产生大量毛丝，不能稳定纺丝；
本发明所述步骤(1)中热稳定剂的质量为聚甲醛树脂质量的0.1％-1％，本发明纺丝温度高于常规的POM纤维，因此，添加热稳定剂，增加POM纤维在高温下的热稳定性。
本发明的特点及其有益效果：(1)不需要改变聚合工艺引入共聚单体，降低POM的结晶度，不需要特殊工艺和特殊设备，只需在聚甲醛原料中混入POK和热稳定剂，在较高的温度下，既不发生POM的降解，又可以提高聚甲醛的流动性，稳定的纺丝制备了聚酮-聚甲醛复合纤维；(2)POK与POM通过分子间氢键作用，在本发明的掺量下不存在相容性的问题，引入高变形能力、高力学强度的POK可提高复合纤维的总的牵伸倍数和牵伸速度，最终实现聚甲醛纤维的高强高模化；(3)本发明的制备工艺简单，易于工业化，而且生产成本低，具有很强的实用性。
具体实施方式
接下来结合实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述，但本发明绝不局限与此，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明实施例中使用的原料均为市售原料，且所有的百分比含量均为重量百分比。
本发明所述的抗拉强度和弹性模量的测试方法参考国家标准(GB/T19975-2005)。
本发明所用的聚甲醛(POM)，云天化集团有限公司的M90，熔融指数为9g/10min。
聚酮(POK)为：韩国晓星，熔融指数为60g-200/10min，抗张强度为＞50MPa，缺口冲击强度为≥12KJ/m2，断裂伸长率＞250％。
实施例1
原料的制备：将高速搅拌机升温至130℃，称取1000g的POM、1g的抗氧剂1010、50g的POK原料放入混合机中，开启搅拌混合2min放出，再将混合物在双螺杆挤出机中挤出造粒，得到纺丝聚酮-聚甲醛改性料。POK熔融指数为60g/10min，抗张强度为75MPa，缺口冲击强度为12.8KJ/m2，断裂伸长率350％。
纤维制备：将纺丝聚酮-聚甲醛改性料在熔融纺丝机中纺丝，经螺杆挤出机、熔体过滤器、纺丝箱体及组件，收卷得到初生纤维，纺丝温度为220℃，初生纤维收卷速度为200m/min，再将初生丝分别在120℃、140℃下进行二级热牵伸后在145℃条件下进行松弛热定型1min，得到聚酮-聚甲醛复合纤维。
实施例2
原料的制备：将高速搅拌机升温至130℃，称取1000g的POM、1g的抗氧剂1010、2g的抗氧剂245、100g的POK原料放入混合机中，开启搅拌混合2min放出，再将混合物在双螺杆挤出机中挤出造粒，得到纺丝聚酮-聚甲醛改性料。POK熔融指数为80g/10min，抗张强度为70MPa，缺口冲击强度为13.8KJ/m2，断裂伸长率275％。
纤维制备：将纺丝聚酮-聚甲醛改性料在熔融纺丝机中纺丝，经螺杆挤出机、熔体过滤器、纺丝箱体及组件，收卷得到初生纤维，纺丝温度为225℃，初生纤维收卷速度为1000m/min，再将初生丝分别在140℃、160℃下进行二级热拉伸后在145℃条件下进行松弛热定型1.5min，得到POK/POM复合纤维。
实施例3
原料的制备：将高速搅拌机升温至130℃，称取1000g的POM、5g的抗氧剂168、5g抗氧剂245、200g的POK原料放入混合机中，开启搅拌混合2min放出，再将混合物在双螺杆挤出机中挤出造粒，得到纺丝聚酮-聚甲醛改性料。POK熔融指数为200g/10min，抗张强度为50MPa，缺口冲击强度为14.5KJ/m2，断裂伸长率250％。
纤维制备：将纺丝聚酮-聚甲醛改性料在熔融纺丝机中纺丝，经螺杆挤出机、熔体过滤器、纺丝箱体及组件，收卷得到初生纤维，纺丝温度为240℃，初生纤维收卷速度为1500m/min，再将初生丝分别在140℃、160℃下进行二级热拉伸后在140℃条件下进行松弛热定型2min，得到POK/POM复合纤维。
实施例4
原料的制备：将高速搅拌机升温至130℃，称取1000g的POM、5g抗氧剂245、150g的POK原料放入混合机中，开启搅拌混合2min放出，再将混合物在双螺杆挤出机中挤出造粒，得到纺丝聚酮-聚甲醛改性料。POK熔融指数为120g/10min，抗张强度为65MPa，缺口冲击强度为13KJ/m2，断裂伸长率280％。
纤维制备：将纺丝聚酮-聚甲醛改性料在熔融纺丝机中纺丝，经螺杆挤出机、熔体过滤器、纺丝箱体及组件，收卷得到初生纤维，纺丝温度为230℃，初生纤维收卷速度为1200m/min，再将初生丝分别在120℃、160℃下进行二级热拉伸后在142℃条件下进行松弛热定型3min，得到POK/POM复合纤维。
实施例5
原料的制备：将高速搅拌机升温至130℃，称取1000g的POM、1g的抗氧剂1010、3g抗氧剂168、100g的POK原料放入混合机中，开启搅拌混合2min放出，再将混合物在双螺杆挤出机中挤出造粒，得到纺丝聚酮-聚甲醛改性料。POK熔融指数为60g/10min，抗张强度为70MPa，缺口冲击强度为12.8KJ/m2，断裂伸长率350％。
纤维制备：将纺丝聚酮-聚甲醛改性料在熔融纺丝机中纺丝，经螺杆挤出机、熔体过滤器、纺丝箱体及组件，收卷得到初生纤维，纺丝温度为220℃，初生纤维收卷速度为500m/min，再将初生丝分别在120℃、140℃下进行二级热拉伸后在140℃条件下进行松弛热定型2min，得到POK/POM复合纤维。
对比例
将高速搅拌机升温至130℃，称取1000gPOM、1g抗氧剂1010、3g抗氧剂168放入混合机中，开启搅拌混合2min放出，再将混合物在双螺杆挤出机中挤出造粒，得到改性POM。
纤维制备：将改性POM在熔融纺丝机中纺丝，经螺杆挤出机、溶体熔体过滤器、纺丝箱体及组件，收卷得到初生纤维，纺丝温度为220℃，初生纤维收卷速度为500m/min，再将初生丝分别在120℃、140℃下进行二级热拉伸后在140℃条件下进行松弛热定型2min，得到POM纤维。
测试实施例及对比例所述纤维的力学性能，如表1所示。
实施例 抗拉强度(MPa) 弹性模量(GPa)
实施例1 1356 15.9
实施例2 1492 18.3
实施例3 1536 22.5
实施例4 1456 19.8
实施例5 1441 18.8
对比例 785 6.4
由表1中数据可以看出，本发明方法通过在POM原料中混入POK和热稳定剂，实现POM纤维的高强高模化，与对比例制备的POM纤维相比，抗拉强度与弹性模量明显增高。

Claims (5)

1.一种聚酮-聚甲醛复合纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)改性原料的制备：将聚酮(POK)、聚甲醛(POM)、热稳定剂在高速混合机中混合，然后在螺杆挤出机中进行熔融挤出后造粒，得到聚酮-聚甲醛改性料；
(2)熔融纺丝：将步骤(1)制得的聚酮-聚甲醛改性料在熔融纺丝机上进行纺丝，经螺杆挤出机、熔体过滤器、纺丝箱体及组件，收卷得到初生纤维；
(3)纤维的制备：将步骤(2)制得的初生纤维再经过二级热牵伸、一级松弛热定型后得到高强高模的聚酮-聚甲醛复合纤维；
步骤(1)中所述聚酮、聚甲醛、热稳定剂在高速混合机中，搅拌温度为130℃，搅拌时间为2min；
步骤(2)中所述聚酮-聚甲醛改性料的纺丝温度为220-240℃，初生纤维收卷速度为200-1500m/min；
步骤(3)中所述二级热牵伸条件：第一级热牵伸温度为120-140℃，第二级热牵伸温度为140-160℃；热定型条件：热定型温度为140-145℃，热定型时间为1-3min。
2.根据权利要求1所述的一种聚酮-聚甲醛复合纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述聚酮具有如下分子结构式
其中n，m为大于0的正整数，且n/m>11。
3.根据权利要求2所述的一种聚酮-聚甲醛复合纤维的制备方法，其特征在于，所述聚酮由一氧化碳、乙烯、丙烯共聚得到的共聚物；所述聚酮的熔融指数为60-200g/10min，抗张强度＞50MPa，冲击强度≥12KJ/m2。
4.根据权利要求3所述的一种聚酮-聚甲醛复合纤维的制备方法，其特征在于，所述热稳定剂为抗氧剂1010、抗氧剂245、抗氧剂168中的任意一种或二种的混合物。
5.根据权利要求4所述的一种聚酮-聚甲醛复合纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中聚酮的质量为POM树脂质量的5％-20％，热稳定剂的质量为POM树脂质量的0.1％-1％。
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