CN109575535A - 一种自润滑pet纤维复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种自润滑PET纤维复合材料，涉及复合材料领域。其以聚对苯二甲酸乙二醇酯类材料作为主体材料，一方面实现成本的控制，另一方面可以保持复合材料良好的机械性能和耐老化性能。聚对苯二甲酸丁二醇酯类材料具有摩擦系数小自润滑性、吸水率低、耐化学性能优异等特点，有利于改善复合材料的自润滑性。阳离子改性共聚醚酯的加入，不仅可有效地提高吸色率，改善染色性能，而且柔软性好，克服了聚对苯二甲酸乙二醇酯类材料易起球、吸湿性及抗静电性不好的缺点。一种自润滑PET纤维复合材料的制备方法。该制备方法的操作简单，对设备要求不高，可以大规模地生产上述自润滑PET纤维复合材料。

Description

一种自润滑PET纤维复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料领域，具体而言，涉及一种自润滑PET纤维复合材料及其制备方法。
背景技术
聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是一种性能优良的热塑性材料，不仅有良好的机械性能，耐疲劳性、耐老化性能优异，而且成本较低，因此广泛应用于纺织服装、汽车和家电行业。但一方面普通PET材料由于其结构紧密，分子中缺少吸附离子染料的基团，故难染色，而且色谱不全，色泽不鲜艳，染料容易造成环境。另一方面由于其硬度高，纺制的单丝不柔软，摩擦系数大，所以制成的拉链使用时响声大，以致只能用于外套上等低价值的产品上。
目前、涤纶织物正向着仿毛、仿丝、仿麻、仿鹿皮等合成纤维天然化的方向发展。目前，科技含量高、生态环保、时尚设计等功能性的服饰产品成为当今市场的主流趋势和核心产品。而且由于经济、生态环境以及技术等原因，自润滑材料技术是目前润滑技术的发展趋势，机械强度高和摩擦性能好的自润滑复合材料的开发成为了摩擦学领域重点。PET基自润滑材料以其重量轻、成本低等优点也受到特别的关注。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自润滑PET纤维复合材料，其生产成本低，具有良好的机械性能和耐老化性能，同时，还具备良好的自润滑性能。
本发明的另一目的在于提供一种自润滑PET纤维复合材料的制备方法，其操作简单，对设备要求不高，可以大规模地生产上述自润滑PET纤维复合材料。
本发明的实施例是这样实现的：
一种自润滑PET纤维复合材料，按照重量份数计，其包括：
聚对苯二甲酸乙二醇酯类材料35～65份，聚对苯二甲酸丁二醇酯类材料10～40份，阳离子改性共聚醚酯5～15份，润滑剂1～10份，相容剂1～5份。
一种上述自润滑PET纤维复合材料的制备方法，其包括：
将聚对苯二甲酸乙二醇酯类材料，聚对苯二甲酸丁二醇酯类材料，阳离子改性共聚醚酯，润滑剂，相容剂在20～60℃下混合15～60min，得到混合料；
将混合料挤出得到自润滑PET复合粒子；
用自润滑PET复合粒子进行熔融纺丝，得到自润滑PET纤维复合材料。
本发明实施例的有益效果是：
本发明实施例提供了一种自润滑PET纤维复合材料，其由聚对苯二甲酸乙二醇酯类材料，聚对苯二甲酸丁二醇酯类材料，阳离子改性共聚醚酯(ECDP)等按特定比例混合制成。其以聚对苯二甲酸乙二醇酯类材料作为主体材料，一方面实现成本的控制，另一方面可以保持复合材料良好的机械性能和耐老化性能。聚对苯二甲酸丁二醇酯类材料具有摩擦系数小自润滑性、吸水率低、耐化学性能优异等特点，有利于改善复合材料的自润滑性。阳离子改性共聚醚酯的加入，不仅可有效地提高吸色率，改善染色性能，而且柔软性好，克服了聚对苯二甲酸乙二醇酯类材料易起球、吸湿性及抗静电性不好的缺点。
本发明实施例还提供了一种自润滑PET纤维复合材料的制备方法，其将各原料混合均匀后挤出得到自润滑PET复合粒子，再用该自润滑PET复合粒子熔融纺丝。该制备方法的操作简单，对设备要求不高，可以大规模地生产上述自润滑PET纤维复合材料。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的一种自润滑PET纤维复合材料及其制备方法进行具体说明。
聚对苯二甲酸乙二醇酯，英文缩写PET，是一种性能优良的热塑性材料。聚对苯二甲酸乙二醇酯的强度高，弹性、热塑性、耐磨性、耐光性、耐腐蚀性俱佳，同时，其制备工艺简单，生产成本低，被广泛应用于纺织服装、汽车和家电行业。但一方面普通PET材料由于其结构紧密，分子中缺少吸附离子染料的基团，故难染色，而且色谱不全，色泽不鲜艳，染料容易造成环境。另一方面由于其硬度高，纺制的单丝不柔软，摩擦系数大，所以制成的拉链使用时响声大，以致只能用于外套上等低价值的产品上。
基于上述理由，本申请发明人创造性地将聚对苯二甲酸乙二醇酯类材料与其它原料按照特定比例制成复合材料，来对其自润滑性和染色性能加以改进。
本发明实施例提供了一种自润滑PET纤维复合材料，按照重量份数计，其包括：
聚对苯二甲酸乙二醇酯类材料35～65份，聚对苯二甲酸丁二醇酯类材料10～40份，阳离子改性共聚醚酯5～15份，润滑剂1～10份，相容剂1～5份。
其中，聚对苯二甲酸乙二醇酯类材料、聚对苯二甲酸丁二醇酯类材料和阳离子改性共聚醚酯均属于聚酯材料，本身具备一定的相容性。以聚对苯二甲酸乙二醇酯类材料作为主体材料，一方面实现成本的控制，另一方面可以保持复合材料良好的机械性能和耐老化性能。聚对苯二甲酸丁二醇酯类材料具有摩擦系数小自润滑性、吸水率低、耐化学性能优异等特点，有利于改善复合材料的自润滑性。阳离子改性共聚醚酯的加入，不仅可有效地提高吸色率，改善染色性能，而且柔软性好，克服了聚对苯二甲酸乙二醇酯类材料易起球、吸湿性及抗静电性不好的缺点。
进一步地，本申请实施例的聚对苯二甲酸乙二醇酯类材料即可以是聚合物分子链完全由对苯二甲酸和乙二醇单体构成，例如，PET、APET、RPET等，也可以是部分由对苯二甲酸和乙二醇单体构成，例如，PETG等。优选地，为了达到更好地混合效果，聚对苯二甲酸乙二醇酯类材料的特性粘度为0.6～1.2dL/g。
聚对苯二甲酸丁二醇酯类材料包括PBT。PBT具有摩擦系数小自润滑性、吸水率低、耐化学性能优异等特点，将其与聚对苯二甲酸乙二醇酯类材料复合使用可以弥补聚对苯二甲酸乙二醇酯类材料自润滑性差的缺点。优选地，本发明实施例所采用的聚对苯二甲酸丁二醇酯类材料在235℃，载荷2.16kg的条件下的熔融指数为14～19g/10min。
进一步地，阳离子改性共聚醚酯中，间苯二甲酸-5-磺酸钠(5-SSIPA)的含量为1.5～2.5mol％，聚乙二醇(PEG)的含量为2～6mol％。阳离子改性共聚醚酯不仅可以用阳离子燃料在常压沸染的条件下染出鲜艳的色彩，还兼有一定的吸湿、抗起球的特性。将其与聚对苯二甲酸乙二醇酯类材料复合使用可以弥补聚对苯二甲酸乙二醇酯类材料染色性能差、易起球、吸湿性差、抗静电性差的缺点。
此外，为了保证有更好的加工性能和材料性能，需添加少量润滑剂和相容剂，确保材料能实现充分的混合，且克服因材料熔点不同带来的加工困难。其中，润滑剂包括TAF润滑剂、N,N'-乙撑双硬脂酰胺、硅酮粉、金属皂盐中的至少一种。相容剂包括马来酸酐接枝苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯、丙烯腈-苯乙烯-马来酸酐三元共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物中的至少一种。
于此同时，根据复合材料的性能需求，还可以添加抗氧剂、增韧剂等助剂。优选地，该自润滑PET纤维复合材料还包括0.1～1.0重量份的抗氧剂；其中，抗氧剂包括抗氧剂1010，抗氧剂1076和抗氧剂168中的至少一种。优选地，自润滑PET纤维复合材料还包括0.1～1.0重量份的增韧剂；其中，增韧剂为热塑性聚酯弹性体(TPEE)；优选邵氏D硬度为28～82的增韧剂。
本发明实施例还提供了一种上述自润滑PET纤维复合材料的制备方法，其包括：
S1.将聚对苯二甲酸乙二醇酯类材料，聚对苯二甲酸丁二醇酯类材料，阳离子改性共聚醚酯，润滑剂，相容剂在20～60℃下混合15～60min，得到混合料。
S2.将混合料挤出得到自润滑PET复合粒子。
S3.用自润滑PET复合粒子进行熔融纺丝，得到自润滑PET纤维复合材料。
其中，在将原料进行混合之前，可以先将聚对苯二甲酸乙二醇酯类材料，聚对苯二甲酸丁二醇酯类材料和阳离子改性共聚醚酯进行高温干燥，除去其中的水分等小分子杂质。干燥的温度为110～140℃，干燥时间为2～4h。
进一步地，用自润滑PET复合粒子进行熔融纺丝的温度为270～300℃，纺丝速度为300～2000m/min。纺丝后将产品冷却，再经过上油、平衡、卷绕、牵伸处理等步骤，即可得到自润滑PET纤维复合材料。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种自润滑PET纤维复合材料，按照重量份数计，其包括：
PET(特性粘度0.8dl/g)55份，PBT(18g/min)23.5份，ECDP(2mol％的5-SSIPA，4mol％的PEG)13份，TAF润滑剂3份，聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯4份，抗氧剂1份(抗氧剂1010：抗氧剂168＝1:1)，TPEE(硬度为60D)0.5份。
其制备方法包括：
S1.将PET、PBT和ECDP分别放入真空干燥设备，高温干燥2小时，干燥温度140℃。
S2.将PET材料、PBT材料、ECDP材料、润滑剂、相容剂、抗氧剂和增韧剂放置于高速混合机中混合，控制温度为60℃，混合时间15分钟，得到混合料。
S3.将S2中制备得到的混合料经双螺杆挤出机挤出造粒制备得到自润滑PET复合粒子。
S4.将S3中制备得到的自润滑PET复合粒子置于螺杆型纺丝机进行熔融纺丝，纺丝温度为300℃，纺丝速度范围为300m/min，冷却后，进行上油、平衡、卷绕、牵伸处理，得到自润滑PET纤维复合材料。
实施例2
本实施例提供了一种自润滑PET纤维复合材料，其制备方法与实施例1相同，按照重量份数计，其包括：
PET(特性粘度0.8dl/g)55份，PBT(18g/min)23.5份，ECDP(2mol％的5-SSIPA，4mol％的PEG)13份，N,N'-乙撑双硬脂酰胺3份，聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯4份，抗氧剂1份(抗氧剂1010：抗氧剂168＝1:1)，TPEE(硬度为60D)0.5份。
实施例3
本实施例提供了一种自润滑PET纤维复合材料，其制备方法与实施例1相同，按照重量份数计，其包括：
PET(特性粘度0.8dl/g)39份，PBT(18g/min)39.5份，ECDP(2mol％的5-SSIPA，4mol％的PEG)13份，TAF润滑剂3份，聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯4份，抗氧剂1份(抗氧剂1010：抗氧剂168＝1:1)，TPEE(硬度为60D)0.5份。
实施例4
本实施例提供了一种自润滑PET纤维复合材料，其制备方法与实施例1相同，按照重量份数计，其包括：
PET(特性粘度0.8dl/g)65份，PBT(18g/min)13.5份，ECDP(2mol％的5-SSIPA，4mol％的PEG)13份，TAF润滑剂3份，聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯4份，抗氧剂1份(抗氧剂1010：抗氧剂168＝1:1)，TPEE(硬度为60D)0.5份。
实施例5
本实施例提供了一种自润滑PET纤维复合材料，按照重量份数计，其包括：
APET(特性粘度0.6dl/g)55份，PBT(15g/min)25份，ECDP(2.5mol％的5-SSIPA，6mol％的PEG)5份，硅酮粉10份，马来酸酐接枝苯乙烯2份，抗氧剂1份(抗氧剂1076：抗氧剂168＝1:1)，TPEE(硬度为30D)1份。
其制备方法包括：
S1.将PET、PBT和ECDP分别放入真空干燥设备，高温干燥4小时，干燥温度110℃。
S2.将PET材料、PBT材料、ECDP材料、润滑剂、相容剂、抗氧剂和增韧剂放置于高速混合机中混合，控制温度为20℃，混合时间60分钟，得到混合料。
S3.将S2中制备得到的混合料经双螺杆挤出机挤出造粒制备得到自润滑PET复合粒子。
S4.将S3中制备得到的自润滑PET复合粒子置于螺杆型纺丝机进行熔融纺丝，纺丝温度为270℃，纺丝速度范围为1800m/min，冷却后，进行上油、平衡、卷绕、牵伸处理，得到自润滑PET纤维复合材料。
实施例6
本实施例提供了一种自润滑PET纤维复合材料，其制备方法与实施例5相同，按照重量份数计，其包括：
PETG(特性粘度1.0dl/g)40份，PBT(15g/min)30份，ECDP(1.5mol％的5-SSIPA，2mol％的PEG)10份，金属皂盐3份，丙烯腈-苯乙烯-马来酸酐三元共聚物4份，抗氧剂0.6份(抗氧剂1076：抗氧剂168＝1:1)，TPEE(硬度为80D)0.5份。
对比例1
本实施例提供一种PET纤维复合材料，其制备方法与实施例1相同，按照重量份数计，其包括：
PET(特性粘度0.8dl/g)99份，抗氧剂1份(抗氧剂1010：抗氧剂168＝1:1)。
对比例2
本实施例提供一种PET纤维复合材料，其制备方法与实施例1相同，按照重量份数计，其包括：
PET(特性粘度0.8dl/g)56份，PBT(18g/min)24.5份，ECDP(2mol％的5-SSIPA，4mol％的PEG)14份，聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯4份，抗氧剂1份(抗氧剂1010：抗氧剂168＝1:1)，TPEE(硬度为60D)0.5份。
对比例3
本实施例提供一种PET纤维复合材料，其制备方法与实施例1相同，按照重量份数计，其包括：
PET(特性粘度0.8dl/g)95.5份，TAF润滑剂3份，抗氧剂1份(抗氧剂1010：抗氧剂168＝1:1)，TPEE(硬度为60D)0.5份。
对比例4
本实施例提供一种PET纤维复合材料，其制备方法与实施例1相同，按照重量份数计，其包括：
PET(特性粘度0.8dl/g)64份，PBT(18g/min)27.5份，TAF润滑剂3份，聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯4份，抗氧剂1份(抗氧剂1010：抗氧剂168＝1:1)，TPEE(硬度为60D)0.5份。
试验例
采用实施例1～4和对比例1～4所提供的PET纤维复合材料，对其各项性能进行测试，测试方法或结果如表1和表2所示。
表1.实施例1～4的测试结果
表2.对比例1～4的测试结果
由表1和表2的对比可以看出，本发明实施例1～4所提供的自润滑PET纤维复合材料，其在拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、冲击强度、断裂强度、纤维伸长率等各项力学性能均表现优异的情况下，具备较佳的染色效果以及自润滑性能。相比之下，对比例1和对比例3，采用单一的PET材料，而未与PBT和ECDP复合，造成了各项力学性能的明显降低，同时还出现了染色性差、自润滑性差等问题。对比例2和对比例4在实施例1的基础上，分别缺少了润滑剂和ECDP材料，虽然依旧保有较好的力学性能，但染色性和自润滑性都变差了。
综上所述，本发明实施例提供了一种自润滑PET纤维复合材料，其由聚对苯二甲酸乙二醇酯类材料，聚对苯二甲酸丁二醇酯类材料，阳离子改性共聚醚酯(ECDP)等按特定比例混合制成。其以聚对苯二甲酸乙二醇酯类材料作为主体材料，一方面实现成本的控制，另一方面可以保持复合材料良好的机械性能和耐老化性能。聚对苯二甲酸丁二醇酯类材料具有摩擦系数小自润滑性、吸水率低、耐化学性能优异等特点，有利于改善复合材料的自润滑性。阳离子改性共聚醚酯的加入，不仅可有效地提高吸色率，改善染色性能，而且柔软性好，克服了聚对苯二甲酸乙二醇酯类材料易起球、吸湿性及抗静电性不好的缺点。
本发明实施例还提供了一种自润滑PET纤维复合材料的制备方法，其将各原料混合均匀后挤出得到自润滑PET复合粒子，再用该自润滑PET复合粒子熔融纺丝。该制备方法的操作简单，对设备要求不高，可以大规模地生产上述自润滑PET纤维复合材料。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自润滑PET纤维复合材料，其特征在于，按照重量份数计，包括：
聚对苯二甲酸乙二醇酯类材料35～65份，聚对苯二甲酸丁二醇酯类材料10～40份，阳离子改性共聚醚酯5～15份，润滑剂1～10份，相容剂1～5份。
2.根据权利要求1所述的自润滑PET纤维复合材料，其特征在于，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯类材料包括PET、APET、RPET和PETG中的至少一种；优选地，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯类材料的特性粘度为0.6～1.2dL/g。
3.根据权利要求1所述的自润滑PET纤维复合材料，其特征在于，所述聚对苯二甲酸丁二醇酯类材料包括PBT；优选地，所述聚对苯二甲酸丁二醇酯类材料在235℃，载荷2.16kg的条件下的熔融指数为14～19g/10min。
4.根据权利要求1所述的自润滑PET纤维复合材料，其特征在于，所述阳离子改性共聚醚酯中，间苯二甲酸-5-磺酸钠的含量为1.5～2.5mol％，聚乙二醇的含量为2～6mol％。
5.根据权利要求1所述的自润滑PET纤维复合材料，其特征在于，所述润滑剂包括TAF润滑剂、N,N'-乙撑双硬脂酰胺、硅酮粉、金属皂盐中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的自润滑PET纤维复合材料，其特征在于，所述相容剂包括马来酸酐接枝苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯、丙烯腈-苯乙烯-马来酸酐三元共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的自润滑PET纤维复合材料，其特征在于，所述自润滑PET纤维复合材料还包括0.1～1.0重量份的抗氧剂；优选地，所述抗氧剂包括抗氧剂1010，抗氧剂1076和抗氧剂168中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的自润滑PET纤维复合材料，其特征在于，所述自润滑PET纤维复合材料还包括0.1～1.0重量份的增韧剂；优选地的，所述增韧剂为热塑性聚酯弹性体；优选地，所述增韧剂的邵氏D硬度为28～82。
9.一种如权利要求1～8任一项所述的自润滑PET纤维复合材料的制备方法，其特征在于，包括：
将所述聚对苯二甲酸乙二醇酯类材料，所述聚对苯二甲酸丁二醇酯类材料，所述阳离子改性共聚醚酯，所述润滑剂，所述相容剂在20～60℃下混合15～60min，得到混合料；
将所述混合料挤出得到自润滑PET复合粒子；
用所述自润滑PET复合粒子进行熔融纺丝，得到所述自润滑PET纤维复合材料。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，用所述自润滑PET复合粒子进行熔融纺丝的温度为270～300℃，纺丝速度为300～2000m/min。
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