CN106637500A - 一种耐热性高的皮芯结构聚乳酸纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐热性高的皮芯结构聚乳酸(PLA)纤维及其制备方法，皮芯结构PLA纤维的芯层为立构复合聚乳酸(sc‑PLA)，皮层为左旋乳酸结构单元(D‑LA)含量为0～5mol％的PLA。皮芯结构PLA纤维的制备方法为：原料烘干后分别加入到复合纺丝机对应的料斗中，通过熔体输送——纺丝——吹风冷却——卷绕喂入——油浴拉伸——蒸汽浴拉伸——紧张热定型——上油——叠丝——卷曲——松弛——切断工序制得皮芯结构PLA短纤维；或者原料烘干后分别加入到复合纺丝机对应的料斗中，通过熔融纺丝——侧吹风冷却——上油——拉伸——热定型一步法制得皮芯结构复丝。所得皮芯结构PLA纤维具有较高的耐热性，可用于纺织和复合材料等领域。

Description

一种耐热性高的皮芯结构聚乳酸纤维及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，具体涉及耐热性高的皮芯结构聚乳酸(PLA)纤维及其制备方法。
背景技术
聚乳酸(PLA)是资源可再生，生物可降解，可熔融加工，PLA纤维可以作为非织造材料的原料，以解决非织造材料的发展面临的资源短缺和环境污染等问题，热粘合是非织造加工中主要的加固方式之一，然而，对于PLA纤维网而言，若进行热粘合，其性能将会受到严重的破坏，主要原因为：无论是热风粘合还是热轧粘合，PLA纤维的取向和结晶结构将会受到破坏，由于PLA的结晶速度慢，熔融部分冷却后主要以无定形的形态存在，易发生物理老化，从而变脆变硬，以致于得到的非织造材料几乎无实际使用价值。若将PLA纤维做成皮芯结构，在热粘合的过程中，仅皮层熔融，而芯层保持原有的结构和形态将能解决此问题，即皮层为低熔点的PLA，而芯层为高熔点的PLA；另外，幸运的是PLA的熔点可以通过左旋乳酸结构单元(L-LA)和右旋乳酸结构单位(D-LA)的比例进行调控，以这种皮芯结构的PLA纤维为原料，既能保证PLA非织造材料的优异性能，又能保证该非织造材料全部由PLA纤维制得，确保了其环境友好性。目前，市场上已出现以D-LA含量低的PLA为芯，L-LA含量高的PLA为皮制得了皮芯结构PLA纤维，为了保证所得的皮芯结构PLA纤维加工成非织造材料和复合材料时有一定的加工窗口，皮的熔融温度需远低于芯的熔融温度，这里芯的熔融温度最高只能达到175℃左右，以致于所得的皮芯结构PLA纤维及其对应的非织造材料和复合材料的耐热性远低于175℃，无法满足对耐热性要求相对较高的场合。
发明内容
本发明的目的是针对皮芯结构PLA纤维的现状，开发出一种耐热性高的皮芯结构PLA纤维，并提供了其制备方法。
耐热性高的皮芯结构PLA纤维的原料组成为：
芯层原料为立构复合聚乳酸(sc-PLA)，其中sc-PLA为左旋聚乳酸(PLLA)和右旋聚乳酸(PDLA)的混合物，PLLA和PDLA的重量比为1：1，PLLA和PDLA的粘均分子量为5.0×104～1.0×106，皮层为D-LA含量为0～5mol％的PLA，粘均分子量为3.0×104～1.0×106；
皮层和芯层的质量比为10：90～95：5。
所述耐热性高的皮芯结构PLA纤维，其制备方法包括如下步骤：
(1)皮层和芯层的PLA原料分别在真空烘箱中干燥8～48h，干燥温度为50～105℃；
(2)将皮层和芯层对应的PLA原料加入到复合纺丝机对应的料斗中，通过熔体输送——纺丝——吹风冷却——卷绕喂入——油浴拉伸——蒸汽浴拉伸——紧张热定型——上油——叠丝——卷曲——松弛——切断工序制得皮芯结构PLA短纤维，皮层熔融挤出温度为160～250℃，芯层熔融挤出温度为225～260℃，纺丝速度为500～2000m/min，一道拉伸温度为60～120℃，一道拉伸倍数为2～5倍，二道拉伸温度为70～140℃，二道拉伸倍数为1.1～3倍，热定型温度为90～150℃；或者将皮层和芯层对应的PLA原料加入到复合纺丝机对应的料斗中，经熔融纺丝——侧吹风冷却——上油——拉伸——热定型一步法制得皮芯结构PLA复丝，皮层熔融挤出温度为160～250℃，芯层熔融挤出温度为225～260℃，拉伸温度为60～120℃，拉伸倍数为2～12倍，热定型温度为60～140℃，纺丝速度为500～5000m/min。
有益效果：
(1)皮芯结构PLA纤维的芯层为sc-PLA，熔融温度约为225℃，皮层为D-LA小于5mol％的PLA，当D-LA含量为0时，PLA即为PLLA，熔点约为175℃，以致于所得到的皮芯结构PLA纤维在加工成非织造材料和复合材料时加工窗口可达50℃。
(2)由于皮层的D-LA含量小，因此，皮芯结构PLA纤维以及由其制得的非织造材料和复合材料的耐热性好。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明各种改动或修改，这些等价形式同样落入本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
(1)首先将立构复合聚乳酸(sc-PLA)和D-LA含量为2mol％的PLA在105℃的真空烘箱中干燥和预结晶24小时备用，sc-PLA中PLLA和PDLA的粘均分子量分别为1.8×105和2.0×105，PLA的粘均分子量为2.2×105。
(2)将已干燥的皮层和芯层对应的PLA原料加入到复合纺丝机对应的料斗中，通过熔体输送——纺丝——吹风冷却——卷绕喂入——油浴拉伸——蒸汽浴拉伸——紧张热定型——上油——叠丝——卷曲——松弛——切断工序制得皮芯结构PLA短纤维，皮层熔融挤出温度为200℃，芯层的挤出温度为240℃，纺丝速度为300m/min，一道拉伸温度为90℃，一道拉伸倍数为4倍，二道拉伸温度为120℃，二道拉伸倍数为2倍，热定型温度为130℃，皮层和芯层的复合比20：80。所得皮芯结构PLA纤维的断裂强度为3.8cN/dtex，断裂伸长率为40.2％。
实施例2
(1)首先将立构复合聚乳酸(sc-PLA)和D-LA含量为2mol％的PLA在105℃的真空烘箱中干燥和预结晶24小时备用，sc-PLA中PLLA和PDLA的粘均分子量分别为1.8×105和2.0×105，PLA的粘均分子量为2.2×105。
(2)将已干燥的皮层和芯层对应的PLA原料加入到复合纺丝机对应的料斗中，通过熔体输送——纺丝——吹风冷却——卷绕喂入——油浴拉伸——蒸汽浴拉伸——紧张热定型——上油——叠丝——卷曲——松弛——切断工序制得皮芯结构PLA短纤维，皮层熔融挤出温度为200℃，芯层的挤出温度为240℃，纺丝速度为300m/min，一道拉伸温度为90℃，一道拉伸倍数为4倍，二道拉伸温度为120℃，二道拉伸倍数为2.2倍，热定型温度为130℃，皮层和芯层的复合比35：65。所得皮芯结构PLA纤维的断裂强度为4.2cN/dtex，断裂伸长率为32.7％。
实施例3
(1)首先将立构复合聚乳酸(sc-PLA)和PLLA在105℃的真空烘箱中干燥和预结晶24小时备用，sc-PLA中PLLA和PDLA的粘均分子量分别为1.8×105和2.0×105，皮层PLLA的粘均分子量为1.8×105。
(2)将已干燥的皮层和芯层对应的PLA原料加入到复合纺丝机对应的料斗中，通过熔体输送——纺丝——吹风冷却——卷绕喂入——油浴拉伸——蒸汽浴拉伸——紧张热定型——上油——叠丝——卷曲——松弛——切断工序制得皮芯结构PLA短纤维，皮层熔融挤出温度为200℃，芯层的挤出温度为240℃，纺丝速度为200m/min，一道拉伸温度为90℃，一道拉伸倍数为4.5倍，二道拉伸温度为120℃，二道拉伸倍数为2.2倍，热定型温度为130℃，皮层和芯层的复合比30：70。所得皮芯结构PLA纤维的断裂强度为4.8cN/dtex，断裂伸长率为28％。
实施例4
(1)首先将立构复合聚乳酸(sc-PLA)和PLLA在105℃的真空烘箱中干燥和预结晶24小时备用，sc-PLA中PLLA和PDLA的粘均分子量分别为1.8×105和2.0×105，皮层PLLA的的粘均分子量为1.8×105。
(2)将已干燥的皮层和芯层对应的PLA原料加入到复合纺丝机对应的料斗中，通过熔体输送——纺丝——吹风冷却——卷绕喂入——油浴拉伸——蒸汽浴拉伸——紧张热定型——上油——叠丝——卷曲——松弛——切断工序制得皮芯结构PLA短纤维，皮层熔融挤出温度为200℃，芯层的挤出温度为240℃，纺丝速度为100m/min，一道拉伸温度为80℃，一道拉伸倍数为3.5倍，二道拉伸温度为110℃，二道拉伸倍数为2倍，热定型温度为130℃，皮层和芯层的复合比30：70。所得皮芯结构PLA纤维的断裂强度为2.8cN/dtex，断裂伸长率为50.3％。
实施例5
(1)首先将立构复合聚乳酸(sc-PLA)和PLLA在105℃的真空烘箱中干燥和预结晶24小时备用，sc-PLA中PLLA和PDLA的粘均分子量分别为1.8×105和2.0×105，皮层PLLA的的粘均分子量为1.8×105。
(2)将已干燥的皮层和芯层对应的PLA原料加入到复合纺丝机对应的料斗中，通过熔融纺丝——侧吹风冷却——上油——拉伸——热定型一步法制得皮芯结构PLA复丝，皮层熔融挤出温度为200℃，芯层熔融挤出温度为240℃，拉伸温度为90℃，拉伸倍数为6倍，热定型温度为120℃，纺丝速度为2000m/min，皮层和芯层的复合比30：70。所得皮芯结构PLA纤维的断裂强度为3.2cN/dtex，断裂伸长率为42.5％。

Claims (2)

1.一种耐热性高的皮芯结构聚乳酸(PLA)纤维，其原料组成为：
芯层原料为立构复合聚乳酸(sc-PLA)，sc-PLA为左旋聚乳酸(PLLA)和右旋聚乳酸(PDLA)的混合物，PLLA和PDLA的重量比为1：1，PLLA和PDLA的粘均分子量为5.0×104～1.0×106，皮层为D-LA含量为0～5mol％的PLA，粘均分子量为3.0×104～1.0×106；
皮层和芯层的质量比为10：90～95：5。
2.根据权利要求1所述的耐热性高的皮芯结构PLA纤维，其制备方法包括如下步骤：
(1)皮层和芯层的PLA原料分别在真空烘箱中干燥8～48h，干燥温度为50～105℃；
(2)将皮层和芯层对应的PLA原料加入到复合纺丝机对应的料斗中，通过熔体输送——纺丝——吹风冷却——卷绕喂入——油浴拉伸——蒸汽浴拉伸——紧张热定型——上油——叠丝——卷曲——松弛——切断工序制得皮芯结构PLA短纤维，皮层熔融挤出温度为160～250℃，芯层熔融挤出温度为225～260℃，纺丝速度为100～2000m/min，一道拉伸温度为60～120℃，一道拉伸倍数为2～5倍，二道拉伸温度为70～140℃，二道拉伸倍数为1.1～3倍，热定型温度为90～150℃；或者将皮层和芯层对应的PLA原料加入到复合纺丝机对应的料斗中，经熔融纺丝——侧吹风冷却——上油——拉伸——热定型一步法制得皮芯结构PLA复丝，皮层熔融挤出温度为160～250℃，芯层熔融挤出温度为225～260℃，拉伸温度为60～120℃，拉伸倍数为2～12倍，热定型温度为60～140℃，纺丝速度为500～5000m/min。
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