CN108560080A - 一种超弹性锦纶皮芯纤维及其制备和应用 - Google Patents
一种超弹性锦纶皮芯纤维及其制备和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种超弹性锦纶皮芯纤维及其制备和应用。该纤维是以聚对苯二甲酸丁二醇酯为芯材、以锦纶为皮材的皮芯结构复合纤维;由以下质量百分比的原料组成:PBT 30%‑70%和PA 30%‑70%。纤维的力学性能好,弹性高,成本低且服用性好,可广泛应用在纺织领域。所述超弹性锦纶皮芯纤维的制备方法,在现有复合纤维的复合纺丝工艺基础上进行改进,将PBT原料依次经过第一次预结晶、第二次预结晶和干燥后再进行熔融挤压、纺丝;其粘度得到显著增加,可达到1.4‑1.5,纺丝后得到的皮芯纤维的弹性有显著增加,既充分利用了现有纺丝设备又显著改善了复合纤维的弹性,得到超弹性锦纶皮芯纤维,操作方便,适于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及复合纤维技术领域,具体涉及一种超弹性锦纶皮芯纤维及其制备和应用。
背景技术
复合纤维(composite fiber)是多组分纤维(multicomponent fibers)的一种。在同一根纤维截面上存在两种或两种以上不相混合的聚合物纤维,这种纤维称复合纤维,它是20世纪60年代发展起来的物理改性纤维,可用于填充料、织物、非织造布、医疗卫生用品等领域。利用复合纤维制造技术可以获得兼有两种或两种以上聚合物特性的双组分复合纤维或多组分复合纤维。市场上常用的双组分复合纤维有涤涤(涤纶和水溶性涤纶)复合纤维、涤锦(涤纶和锦纶)复合纤维、涤丙(涤纶和丙纶)复合纤维等等。
复合纤维有并列型、皮芯型、海岛型等结构,纤维横截面有圆形和异形。其中,皮芯型复合纤维,皮层和芯层各为一种聚合物;常见的皮芯型复合纤维如以锦纶为皮材、涤纶为芯材的皮芯结构复合纤维。
聚酰胺(又称锦纶或尼龙,简称PA)纤维丝由于具有高强度且染色性、加工性优异,在纺织织物等领域中得以广泛应用,单纯锦纶纤维丝一般单独使用或者与其它纤维丝一起使用。由于PA弹性不够,一般采用氨纶来增加弹性,但氨纶不仅成本高且生产中耐氯、耐热差,且在染色、高温时氨纶弹性会丧失。聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)纤维柔软易染,拥有良好的耐久性、尺寸稳定性和较好的弹性,其弹性回复率优于涤纶,特别适用于制作游泳衣、连体袜、紧身衣等高弹性纺织品。虽然PBT弹性比氨纶小一些,但服用性与氨纶差不多,如能用PBT替代氨纶与PA紧密复合得到复合纤维,将大大降低生产成本、改善复合纤维的性能。
中国专利申请CN201110169699.0公开了一种PA250皮芯复合丝,包括复合丝主体,所述的复合丝主体为两层结构,外层为锦纶纤维层,内层为PBT纤维层;采用双层的结构显得产品更有层次,内层为PBT纤维层成本更低,与现有的全锦纶纤维丝具有相同的品质和性能,但由于PBT的分子链与PA的差别,使得该发明具有了PBT的回弹性好,悬垂感强等特点。但其仅泛泛的公开了PA250皮芯复合丝的结构以及内层和外层所用的材料,而对于各层材料的用量关系、PA250皮芯复合丝的制备方法以及复合丝的性能实验数据等等未做任何说明;从其公开的技术方案中无法知晓如何改善PBT/PA复合纤维的力学性能和弹性等。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题,本发明提供了一种超弹性锦纶皮芯纤维,其是以聚对苯二甲酸丁二醇酯为芯材、以聚酰胺为皮材的皮芯结构复合纤维,该纤维丝弹性高,能够达到甚至优于纺织领域的要求。
本发明还提供了所述超弹性锦纶皮芯纤维的制备方法,在现有复合纤维的复合纺丝工艺基础上进行改进,实现聚对苯二甲酸丁二醇酯与聚酰胺的紧密复合,改善复合纤维的力学性能和弹性等,操作方便,适于工业化生产。
本发明提供的具体技术方案如下:
一种超弹性锦纶皮芯纤维,是以聚对苯二甲酸丁二醇酯为芯材、以锦纶为皮材的皮芯结构复合纤维;由以下质量百分比的原料组成:
聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT) 30%-70%;
锦纶(PA) 30%-70%。
本发明采用PBT为芯材,做纤维的骨架,弹性大,采用PA为皮材,做纤维的表面,强度高,利用特定用量的两种纤维的结合,实现优势互补,提高纤维丝的力学性能和弹性等性能,得到高弹性的复合纤维,该纤维能够达到甚至优于纺织领域的要求。
为了达到更好的技术效果,进行以下优选:
所述超弹性锦纶皮芯纤维的线密度为55dtex-450dtex,更适用于纺织领域。
所述锦纶选用聚酰胺6,耐磨性能更好。
本发明发现,由于PBT在常规结晶工艺后粘度保持在0.8-0.9,强度较弱,作为PBT/PA复合纤维的芯材时强度欠佳,且复合纤维中的PA弹性较小,导致复合纤维的力学性能和弹性等较单纯的PBT纤维和单纯的PA纤维均偏低,无法兼顾。为了解决这个技术问题,最好将所述的PBT原料依次经过第一次预结晶、第二次预结晶和干燥后再进行熔融挤压、纺丝;第一次预结晶的条件为:温度70℃-120℃,时间大于等于6小时(为提高生产效率,进一步优选为6小时-8小时);第二次预结晶的条件为:温度80℃-140℃,时间为2小时-5小时;第一次预结晶和第二次预结晶的步骤可以操作一次,也可以重复操作一次或者两次以上。所述第二次预结晶的温度大于第一次预结晶的温度,效果更好。PBT原料依次经过第一次预结晶和第二次预结晶后其粘度得到显著增加,可达到1.4-1.5,纺丝后得到的皮芯纤维的强度高,弹性等有显著增加。
所述的超弹性锦纶皮芯纤维的制备方法,包括步骤:
采用复合纺丝工艺,纺丝组件为皮芯型复合纺丝组件;PBT为芯材,PA为皮材,分别经熔融挤压、计量后进入同心圆皮芯结构的喷丝板进行纺丝,纤维经冷却、上油导出后卷取,得到超弹性锦纶皮芯纤维。
所述芯材PBT最好在依次经过第一次预结晶、第二次预结晶和干燥之后再进行熔融挤压。第一次预结晶和第二次预结晶的步骤可以操作一次,也可以重复操作一次或者两次以上。
所述熔融挤压优选采用螺杆挤压机,PBT熔融挤压时其螺杆挤压机的螺杆温度优选为240℃-280℃,PA熔融挤压时其螺杆挤压机的螺杆温度优选为230℃-270℃(进一步优选为260℃-270℃);分别得到PBT熔体、PA熔体。
所述纺丝步骤,PBT压力为120Kg-160Kg,PA压力为100Kg-130Kg;PBT纺丝温度为240℃-280℃,PA纺丝温度为240℃-280℃;进一步保证喷出熔体细流质量的均一。
所述超弹性锦纶皮芯纤维可以为预取向丝(POY),也可以将POY采用拉伸变形工艺加工成拉伸变形丝(DTY)。
所述POY的卷取速度为3000m/min-4000m/min。
本发明超弹性锦纶皮芯纤维的力学性能好,弹性高,可用作纺织中的经线、纬线,有梭无梭均可使用;也可用于织成含有超弹性锦纶皮芯纤维的织物,织成的织物服用性优良。
与现有技术相比,本发明具有如下优点:
本发明超弹性锦纶皮芯纤维的力学性能好,弹性高,成本低且服用性好,可广泛应用在纺织领域。
本发明超弹性锦纶皮芯纤维的制备方法,在现有复合纤维的复合纺丝工艺基础上进行改进,将PBT原料依次经过第一次预结晶、第二次预结晶和干燥后再进行熔融挤压、纺丝;其粘度得到显著增加,可达到1.4-1.5,既充分利用了纺丝设备又显著改善了复合纤维的弹性,操作方便,成本低,适于工业化生产。
附图说明
图1为本发明超弹性锦纶皮芯纤维的横截面示意图。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图和实施例对本发明进行进一步的详细说明。应当理解,以下附图和实施例仅仅用于解释本发明,并不用于限定本发明。
如图1所示,本发明超弹性锦纶皮芯纤维为皮芯结构复合纤维,包括芯层1和包裹该芯层1的皮层2;其中,芯层1的材料为聚对苯二甲酸丁二醇酯,皮层2的材料为锦纶。
实施例1
采用复合纺丝工艺,纺丝组件为皮芯型复合纺丝组件,采用同心圆皮芯结构的喷丝板。
以30Kg PBT(纤维级长丝PBT切片,河南开祥精细化工有限公司)为芯材,70Kg PA6(纤维级长丝PA6切片,江苏弘盛新材料有限公司)为皮材。
PBT依次经过第一次预结晶、第二次预结晶和干燥后,再经螺杆温度为280℃的第一螺杆挤压机熔融挤压得到PBT熔体;其中,第一次预结晶的条件为:温度70℃,时间8小时;第二次预结晶的条件为:温度80℃,时间为5小时。
PA6经螺杆温度为260℃的第二螺杆挤压机熔融挤压得到PA6熔体。
PBT熔体和PA6熔体计量后进入同心圆皮芯结构的喷丝板进行纺丝,纺丝时PBT压力为120Kg,PA6压力为100Kg,PBT纺丝温度为280℃,PA6纺丝温度为240℃,纤维经冷却、上油导出后卷取,卷取速度3000m/min,得到超弹性锦纶皮芯纤维POY。
将超弹性锦纶皮芯纤维POY经过拉伸变形,得到超弹性锦纶皮芯纤维DTY,线密度为270dtex。
该超弹性锦纶皮芯纤维POY、DTY均为以PBT为芯材、以PA6为皮材的皮芯结构复合纤维,其横截面见图1。
实施例2
采用复合纺丝工艺,纺丝组件为皮芯型复合纺丝组件,采用同心圆皮芯结构的喷丝板。
以50Kg PBT(纤维级长丝PBT切片,河南开祥精细化工有限公司)为芯材,50Kg PA6(纤维级长丝PA6切片,江苏弘盛新材料有限公司)为皮材。
PBT依次经过第一次预结晶、第二次预结晶和干燥后,再经螺杆温度为240℃的第一螺杆挤压机熔融挤压得到PBT熔体;其中,第一次预结晶的条件为:温度100℃,时间7小时;第二次预结晶的条件为:温度110℃,时间为3小时。第一次预结晶和第二次预结晶的步骤重复操作一次后再干燥。
PA6经螺杆温度为270℃的第二螺杆挤压机熔融挤压得到PA6熔体。
PBT熔体和PA6熔体经分别计量后进入同心圆皮芯结构的喷丝板进行纺丝,纺丝时PBT压力为160Kg,PA6压力为130Kg,PBT纺丝温度为240℃,PA6纺丝温度为280℃,纤维经冷却、上油导出后卷取,卷取速度4000m/min,得到超弹性锦纶皮芯纤维POY。
将超弹性锦纶皮芯纤维POY经拉伸变形,得到超弹性锦纶皮芯纤维DTY,线密度为450dtex。
该超弹性锦纶皮芯纤维POY、DTY均为以PBT为芯材、以PA6为皮材的皮芯结构复合纤维,其横截面见图1。
实施例3
采用复合纺丝工艺,纺丝组件为皮芯型复合纺丝组件,采用同心圆皮芯结构的喷丝板。
以70Kg PBT(纤维级长丝PBT切片,河南开祥精细化工有限公司)为芯材,30Kg PA6(纤维级长丝PA6切片,江苏弘盛新材料有限公司)为皮材。
PBT依次经过第一次预结晶、第二次预结晶和干燥后,再经螺杆温度为265℃的第一螺杆挤压机熔融挤压得到PBT熔体;其中,第一次预结晶的条件为:温度120℃,时间6小时;第二次预结晶的条件为:温度140℃,时间为2小时。第一次预结晶和第二次预结晶的步骤重复操作两次后再干燥。
PA6经螺杆温度为270℃的第二螺杆挤压机熔融挤压得到PA6熔体。
PBT熔体和PA6熔体经分别计量后进入同心圆皮芯结构的喷丝板进行纺丝,纺丝时PBT压力为140Kg,PA6压力为120Kg,PBT纺丝温度为265℃,PA6纺丝温度为260℃,纤维经冷却、上油导出后卷取,卷取速度3000m/min,得到超弹性锦纶皮芯纤维POY。
将超弹性锦纶皮芯纤维POY经拉伸变形,得到超弹性锦纶皮芯纤维DTY,线密度为55dtex。
该超弹性锦纶皮芯纤维POY、DTY均为以PBT为芯材、以PA6为皮材的皮芯结构复合纤维,其横截面见图1。
对比例1
除了“以20Kg PBT(纤维级长丝PBT切片,河南开祥精细化工有限公司)为芯材,80Kg PA6(纤维级长丝PA6切片,江苏弘盛新材料有限公司)为皮材。PBT依次经过预结晶和干燥后,再经螺杆温度为280℃的第一螺杆挤压机熔融挤压得到PBT熔体,其中预结晶温度120℃,预结晶时间为13小时。”之外,其余操作同实施例1,得到皮芯复合纤维POY。
将皮芯复合纤维POY经拉伸变形,得到皮芯复合纤维DTY,线密度为270dtex。
该皮芯复合纤维POY、DTY均为以PBT为芯材、以PA6为皮材的皮芯结构复合纤维。
对比例2
除了“以20Kg PBT(纤维级长丝PBT切片,河南开祥精细化工有限公司)为芯材,80Kg PA6(纤维级长丝PA6切片,江苏弘盛新材料有限公司)为皮材。”之外,其余操作同实施例1,得到皮芯复合纤维POY。
将皮芯复合纤维POY经拉伸变形,得到皮芯复合纤维DTY,线密度为270dtex。
该皮芯复合纤维POY、DTY均为以PBT为芯材、以PA6为皮材的皮芯结构复合纤维。
将实施例1-3制得的超弹性锦纶皮芯纤维DTY和对比例1-2的制得的皮芯复合纤维DTY进行性能检测,检测标准依据GB/T 14343-2008《化学纤维长丝线密度试验方法》,GB/T14344-2008《化学纤维长丝拉伸性能试验方法》,GB/T 6505-2008《化学纤维长丝热收缩率试验方法》。检测结果见表1:
表1
从表1数据可见,本发明的超弹性锦纶皮芯纤维断裂伸长率在24%-30%,断裂强度在3.6CN/dtex-3.9CN/dtex,沸水收缩率在9%-11%,干热卷曲伸长率在65%-88%(控制在60%-90%内),干热卷曲收缩率在12.8%-15.2%(控制在12%-16%内),沸水收缩率、干热卷曲伸长率和干热卷曲收缩率均明显优于对比例1-2(与对比例1或对比例2对应性能指标数据相比具有显著性差异,P<0.05),弹性和手感良好,具有显著改善,成本低且服用性好,达到了纺织用纤维的要求,可安全应用于各类纺织品及服装;可用于织造织物,织成的织物服用性优良。
本发明超弹性锦纶皮芯纤维的制备方法,在现有复合纤维的复合纺丝工艺基础上进行改进,将PBT原料依次经过第一次预结晶、第二次预结晶和干燥后再进行熔融挤压、纺丝;其粘度得到显著增加,可达到1.4-1.5,纺丝后得到的皮芯纤维的弹性有显著增加,既充分利用了现有纺丝设备又显著改善了复合纤维的弹性,成本低,适于工业化生产。
本发明中,各组分在本发明限定的用量范围内的任意组合均可得到超弹性锦纶皮芯纤维,如不同厂家生产的聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰胺种类的变化等均可得到超弹性锦纶皮芯纤维,制备过程中参数在本发明范围内的变化并不影响聚对苯二甲酸丁二醇酯和聚酰胺紧密复合,对纤维力学性能和弹性等影响不大。因此,在本发明限定的参数范围内的任意组合均适用于本发明。在此不再赘述。
Claims (10)
1.一种超弹性锦纶皮芯纤维,其特征在于,所述超弹性锦纶皮芯纤维是以聚对苯二甲酸丁二醇酯为芯材、以锦纶为皮材的皮芯结构复合纤维;由以下质量百分比的原料组成:
聚对苯二甲酸丁二醇酯 30%-70%;
锦纶 30%-70%。
2.根据权利要求1所述的超弹性锦纶皮芯纤维,其特征在于,所述的聚对苯二甲酸丁二醇酯原料依次经过第一次预结晶、第二次预结晶和干燥后再进行熔融挤压、纺丝;
第一次预结晶的条件为:温度70℃-120℃,时间大于等于6小时;
第二次预结晶的条件为:温度80℃-140℃,时间为2小时-5小时。
3.根据权利要求2所述的超弹性锦纶皮芯纤维,其特征在于,所述第一次预结晶和第二次预结晶的步骤操作一次,或者重复操作一次以上。
4.根据权利要求2所述的超弹性锦纶皮芯纤维,其特征在于,所述第二次预结晶的温度大于第一次预结晶的温度。
5.根据权利要求1所述的超弹性锦纶皮芯纤维,其特征在于,所述锦纶选用聚酰胺6。
6.根据权利要求1所述的超弹性锦纶皮芯纤维,其特征在于,所述纤维的线密度为55dtex-450dtex。
7.根据权利要求1-6任一项所述的超弹性锦纶皮芯纤维的制备方法,其特征在于,包括步骤:
采用复合纺丝工艺,纺丝组件为皮芯型复合纺丝组件;聚对苯二甲酸丁二醇酯为芯材,锦纶为皮材,分别经熔融挤压、计量后进入同心圆皮芯结构的喷丝板进行纺丝,纤维经冷却、上油导出后卷取,得到超弹性锦纶皮芯纤维。
8.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,所述纺丝步骤,聚对苯二甲酸丁二醇酯压力为120Kg-160Kg,锦纶压力为100Kg-130Kg;聚对苯二甲酸丁二醇酯纺丝温度为240℃-280℃,锦纶纺丝温度为240℃-280℃。
9.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,所述超弹性锦纶皮芯纤维为预取向丝或者拉伸变形丝。
10.一种含有权利要求1-6任一项所述的超弹性锦纶皮芯纤维的织物。
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