CN109898172B - 一种高强度纤维以及救生绳 - Google Patents

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Abstract

一种高强度纤维，组分包括碳纤维、尼龙、聚醚、二氧化硅微球、硅烷偶联剂，其中，所述二氧化硅的粒径在100微米以内，所述聚醚为如下单体A）至单体C）的共聚物：单体A）：CH2=CHR1‑CO‑O‑(CH2‑CH2‑O)m‑CH3，R1为H或C1‑C3的烷基；m为自然数，并且m使得单体A）的数均分子量在1000‑2000之间；单体B）：CH2=CHR2‑CH2‑O‑(CH2‑CH2‑O)n‑H或者，R2为H或C1‑C3的烷基；n为20‑80的自然数；单体C）：CH2=CHR3‑COOH，R2为H或C1‑C3的烷基。本发明所提供的高强度纤维，对加工条件要求较为宽松，无需严格限制剪切力，成品率高，产品性能稳定。

Description

一种高强度纤维以及救生绳
技术领域
本发明涉及一种救生用品及其所用的高强度纤维，尤其涉及一种救生绳以及所述救生绳所采用的高强度纤维。
背景技术
尼龙是救生绳常用材料，用碳纤维增强尼龙材料近年来发展很快，因为尼龙和碳纤维都是工程塑料领域性能优异的材料，其复台材料综台体现了二者的优越性，如强度与刚性比未增强的尼龙明细提高、高温蠕变小、热稳定性显著提高、尺寸精度好、耐磨性能提高等等。
碳纤维分为长丝、短纤维和短切纤维，其中长丝和短纤维具有一定的长度，并具有高强度、高韧性方面的优越性，但是加工性能较差。在双螺杆挤出中，在保证碳纤维在尼龙基体中分散良好的前提下，应尽可能保证碳纤维有较大的长径比，才能最大限度地发挥碳纤维的增强作用。由于碳纤维不耐剪切，挤出过程中，为了保证碳纤维有一定的长度，对挤出机剪切力控制要求非常严格。
发明内容
本发明提供了一种高强度纤维以及救生绳。
本发明第一个方面是提供一种高强度纤维，优选为碳纤维增强尼龙纤维。
本发明一种优选实施例中，所述高强度纤维组分包括：碳纤维、尼龙、聚醚、微球、硅烷偶联剂，其中，所述微球的粒径在100微米以内，所述聚醚为如下单体A)-单体C)的共聚物：
单体A)：CH2＝CHR1-CO-O-(CH2-CH2-O)m-CH3，R1为H或C1-C3的烷基；m为自然数，并且m使得单体A)的数均分子量在1000-2000之间；
单体B)：CH2＝CHR2-CH2-O-(CH2-CH2-O)n-H或者，R2为H或C1-C3的烷基；n为20-80的自然数；
单体C)：CH2＝CHR3-COOH，R3为H或C1-C3的烷基。
本发明的一种优选实施例中，所述微球优选为无机微球，例如，可以是玻璃微球、二氧化硅微球、陶瓷微球中的一种或更多种。
本发明的一种优选实施例中，所述微球的粒径优选地在50nm-80μm，优选为100nm-50μm，优选为500nm-10μm。
本发明的一种优选实施例中，所述碳纤维为长碳纤维长度≥30mm，优选为20-500mm，优选为30-200mm，优选为50-100mm。
本发明的一种优选实施例中，所述碳纤维为酚醛碳纤维、聚丙烯腈碳纤维中的一种或更多种。
本发明的一种优选实施例中，所述碳纤维为1-24K丝束的碳纤维(1K为1000根丝)，优选为3-12K丝束的碳纤维。
本发明的一种优选实施例中，单体A)与单体B)重量比例优选为1︰(0.8-1.5)，更优选为1︰(1-1.2)。
本发明的一种优选实施例中，所述C1-C3的烷基选自甲基、乙基、正丙基、异丙基中的一种，更优选地，所述C1-C3的烷基为甲基。
本发明的一种优选实施例中，所述高强度纤维中，按照重量，包括：尼龙80-100份，碳纤维20-40份，聚醚2-10份、微球5-15份、硅烷偶联剂2-10份。
本发明的一种优选实施例中，所述高强度纤维中，按照重量，包括：尼龙80-100份，碳纤维20-40份，聚醚5-10份、微球5-10份、硅烷偶联剂5-10份。
本发明第二个方面是提供一种救生绳，所述救生绳采用本发明第一个方面所述的高强度纤维。
本发明所提供的高强度纤维，对加工条件要求较为宽松，无需严格限制剪切力，成品率高，产品性能稳定。
具体实施方式
实施例1
聚醚的合成：
600g甲氧基聚乙二醇(MPEG 1200)与245g丙烯酸、1g对苯二酚和1.5g浓硫酸升温至110℃，保温反应10小时，降温至50℃，加入30g三乙醇氨、110g水、110g氢氧化钠水溶液(30wt％)，得到丙烯酸盐以及MPEG丙烯酸酯的混合物。
220g水中加入异丁烯醇聚氧乙烯醚(聚合度50)225g、过硫酸铵0.87g，滴加丙烯酸盐以及MPEG丙烯酸酯的混合物250g、65g水溶液(含0.5g巯基丙酸、0.1g辛硫醇、0.5g甲醛合次硫酸氢钠)，反应3小时，加入氢氧化钠水溶液(30wt％)中和，得到聚醚。
纤维的生成
将3kg聚醚、5kg二氧化硅微球(50nm)、3kg硅烷偶联剂混合，得到混合物A。
将20kg聚丙烯腈碳纤维(40mm)、混合物A加入到80kg尼龙66中，加入到挤出机中，熔融挤出喷丝，获得原丝，集束成纤维。其中，挤出机中螺杆转速250r/min。
对比例1A
将5kg二氧化硅微球(50nm)、3kg硅烷偶联剂混合，得到混合物A。
将20kg聚丙烯腈碳纤维(40mm)、混合物A加入到80kg尼龙66中，加入到挤出机中，熔融挤出喷丝，获得原丝，集束成纤维。其中，挤出机中螺杆转速250r/min。
对比例1B
将20kg聚丙烯腈碳纤维(40mm)加入到80kg尼龙66中，加入到挤出机中，熔融挤出喷丝，获得原丝，集束成纤维。其中，挤出机中螺杆转速250r/min。
实施例2
将10kg聚醚(实施例1所得)、10kg陶瓷微球(100nm)、10kg硅烷偶联剂混合，得到混合物A。
将30kg聚丙烯腈碳纤维(40mm)、混合物A加入到90kg尼龙66中，加入到挤出机中，熔融挤出喷丝，获得原丝，集束成纤维。其中，挤出机中螺杆转速300r/min。
对比例2A
将10kg陶瓷微球(100nm)、10kg硅烷偶联剂混合，得到混合物A。
将30kg聚丙烯腈碳纤维(40mm)、混合物A加入到90kg尼龙66中，加入到挤出机中，熔融挤出喷丝，获得原丝，集束成纤维。其中，挤出机中螺杆转速300r/min。
对比例2B
将30kg聚丙烯腈碳纤维(40mm)加入到90kg尼龙66中，加入到挤出机中，熔融挤出喷丝，获得原丝，集束成纤维。其中，挤出机中螺杆转速300r/min。
实施例3
将8kg聚醚(实施例1所得)、15kg二氧化硅微球(500nm)、8kg硅烷偶联剂混合，得到混合物A。
将30kg酚醛碳纤维(60mm)、混合物A加入到90kg尼龙66中，加入到挤出机中，熔融挤出喷丝，获得原丝，集束成纤维。其中，挤出机中螺杆转速350r/min。
对比例3A
将15kg二氧化硅微球(500nm)、8kg硅烷偶联剂混合，得到混合物A。
将30kg酚醛碳纤维(60mm)、混合物A加入到90kg尼龙66中，加入到挤出机中，熔融挤出喷丝，获得原丝，集束成纤维。其中，挤出机中螺杆转速350r/min。
对比例3B
将30kg酚醛碳纤维(60mm)加入到90kg尼龙66中，加入到挤出机中，熔融挤出喷丝，获得原丝，集束成纤维。其中，挤出机中螺杆转速350r/min。
实施例4
将5kg聚醚(实施例1所得)、8kg玻璃微球(10μm)、10kg硅烷偶联剂混合，得到混合物A。
将40kg酚醛碳纤维(40mm)、混合物A加入到100kg尼龙66中，加入到挤出机中，熔融挤出喷丝，获得原丝，集束成纤维。其中，挤出机中螺杆转速200r/min。
对比例4A
将8kg玻璃微球(10μm)、10kg硅烷偶联剂混合，得到混合物A。
将40kg酚醛碳纤维(40mm)、混合物A加入到100kg尼龙66中，加入到挤出机中，熔融挤出喷丝，获得原丝，集束成纤维。其中，挤出机中螺杆转速200r/min。
对比例4B
将40kg酚醛碳纤维(40mm)加入到100kg尼龙66中，加入到挤出机中，熔融挤出喷丝，获得原丝，集束成纤维。其中，挤出机中螺杆转速200r/min。
Figure GDA0002920376050000051
通过上述表格可以看出，本发明在较宽的转速(剪切力)范围内，均能够获得较好的强度，未采用聚醚的对比例中，均未获得其最为理想的强度性能。
本发明聚醚的加入，能够包覆在微球表面，聚醚的支链在微球表面形成立体空间位阻，阻止颗粒的相互接近，同时，微球的存在，能够对碳纤维的运动形成阻碍，使得碳纤维分散性更好，从而使得纤维加工具有更好的适应性。
本发明上述纤维具有良好的拉伸强度、较低的断裂伸长率，可以用来制作救生绳，也可以用于制作工业用强力纤维。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种高强度纤维，其特征在于，所述高强度纤维组分包括：碳纤维、尼龙、聚醚、二氧化硅微球、硅烷偶联剂，其中，所述二氧化硅的粒径在100微米以内，所述聚醚为：由MPEG1200、丙烯酸反应得到丙烯酸盐以及MPEG丙烯酸酯的混合物，然后与聚合度为50的异丁烯醇聚氧乙烯醚共聚所得的共聚物。
2.根据权利要求1所述的高强度纤维，其特征在于，所述碳纤维为长碳纤维，长度≥30mm。
3.根据权利要求1所述的高强度纤维，其特征在于，所述碳纤维为1-24K丝束的碳纤维。
4.根据权利要求1所述的高强度纤维，其特征在于，所述碳纤维为酚醛碳纤维、聚丙烯腈碳纤维中的一种或更多种。
5.根据权利要求1所述的高强度纤维，其特征在于，所述MPEG丙烯酸酯与所述异丁烯醇聚氧乙烯醚重量比例为1︰（0.8-1.5）。
6.根据权利要求1所述的高强度纤维，其特征在于，所述二氧化硅微球的粒径在50nm-80μm之间。
7.根据权利要求1所述的高强度纤维，其特征在于，所述高强度纤维中，按照重量，包括：尼龙80-100份，碳纤维20-40份，聚醚2-10份、二氧化硅微球5-15份、硅烷偶联剂2-10份。
8.一种救生绳，其特征在于，所述救生绳采用权利要求1所述的高强度纤维。
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