CN110438584B - 一种高耐磨复合纤维材料及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明开了一种高耐磨复合纤维材料及其应用，复合纤维材料由聚酯切片与合金粉体混合后，将混合体系中的聚酯切片加热成熔融状态，并由双螺杆挤出装置进一步混合后，输送至纺丝装置中制成复合纤维材料，所述的合金粉体的化学组成为PtxAlyFemPn，其中，26≤x≤34、26≤y≤31、33≤m≤37、26≤n≤28；该方案不仅步骤简单、且过程原料的加工方法便利，能够适用于工业化推广生产和应用。

Description

一种高耐磨复合纤维材料及其应用
技术领域
本发明涉及纤维材料领域，尤其是一种高耐磨复合纤维材料及其应用。
背景技术
聚酯纤维是合成纤维中的一个重要品种，它是以精对苯二甲酸(PTA)或对苯二甲酸二甲酯(DMT)和乙二醇(EG)为原料经酯化或酯交换和缩聚反应而制得的成纤高聚物——聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，然后经纺丝和后处理制成的纤维。
目前市面上有很多种高强度和耐磨的聚酯纤维产品多是在其生产配方中增加了增韧剂的性能改性剂进行提高，而由于功能助剂在进行混合时，其发生了复杂的化学变化，而采用化学助剂进行增强改性的物性指标提升通常具有一定的可预见性和容易知晓其提升上限，因此，势必有必要另辟蹊径进行研究一种加入不与聚酯纤维发生化学反应的成分进行提升其性能，使聚酯纤维能够拓展其应用领域，如加入石墨烯等。
发明内容
针对现有技术的情况，本发明的目的在于提供一种制备可靠、操作简单且能够提高聚酯纤维耐磨能力的高耐磨复合纤维材料及其应用。
为了实现上述的技术目的，本发明采用的技术方案为：
一种高耐磨复合纤维材料，其由聚酯切片与合金粉体混合后，将混合体系中的聚酯切片加热成熔融状态，并由双螺杆挤出装置进一步混合后，输送至纺丝装置中制成复合纤维材料，所述的合金粉体的化学组成为PtxAlyFemPn，其中，26≤x≤34、26≤y≤31、33≤m≤37、26≤n≤28。
一种高耐磨复合纤维材料的制备方法，其包括如下步骤：
(1)将聚酯切片置于120～180℃环境下干燥处理4～6h，干燥过程中持续通入惰性气体，使聚酯切片在惰性气体氛围中进行干燥处理；
(2)按化学组成将Pt、Al、Fe和P原料放入真空熔炼炉中，以800～1200℃的温度进行熔炼，熔炼过程中充入氩气并在氩气气氛下进行熔炼，其中，各组分之间熔融混合后，恒温保持2h，然后将其随炉冷却至低于500℃后，再升温至800～1200℃的继续熔炼处理，反复3次后，将熔炼产物随炉冷却至室温，然后将其研磨成粒度小于0.1mm，得到合金粉体；
(3)将35～50份干燥处理后的聚酯切片、2～4份合金粉体、0.5～0.8份乙烯基双硬脂酰胺、0.3～0.6份结晶促进剂和0.8～1.0份热稳定剂混合后，在150～300r/min的转速下搅拌处理15～30min，再将其加入到双螺杆挤出机中挤压制成熔融体，其中，双螺杆挤出机螺杆转速为450～550r/min，挤出温度为235～280℃，机头温度为260～280℃；
(4)经挤出机挤出的熔融体直接输送至纺丝装置中纺丝处理，制得复合纤维材料。
进一步，步骤(1)中，经干燥后的聚酯切片的含水率低于200ppm。
进一步，步骤(1)中所述的惰性气体为氩气。
进一步，步骤(2)中，所述的Pt、Al、Fe和P原料的纯度不低于98％。
进一步，步骤(2)中，真空熔炼炉在熔炼时的真空度为3×10-3～4×10-3Pa。
进一步，步骤(3)中，结晶促进剂为1，3，3-正丁基苯三甲酰胺或4，6-二叔丁基苯基磷酸盐。
进一步，步骤(3)中，热稳定剂为双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯。
一种根据上述制备方法制得的复合纤维材料的应用，将制得的复合纤维材料纺织制成布料。
一种根据上述制备方法制得的复合纤维材料的应用，将制得的复合纤维材料掺入工业型材中制成复合纤维增强型材。
采用上述的技术方案，本发明的有益效果为：本发明方案通过巧妙利用合金粉末与聚酯切片混合，并令合金粉末在熔融状态下进一步分散混合到聚酯切片的熔融体中，另外，还通过加入了乙烯基双硬脂酰胺作为分散剂以提高其分散性，而采用乙烯基双硬脂酰胺的目的之一在于其无毒，对人体无副作用，常温下不溶于大多数溶剂，对酸碱和水介质稳定，而且其与传统的石蜡、聚乙烯蜡相比，不但具有很好的外部润滑作用，而且具有很好的内部润滑作用，使得合金粉末能够良好分散于聚酯切片的熔融体中，而加入结晶促进剂的作用在于提高聚酯切片熔融体在混入合金粉末后能够保持正常形成的塑料结晶状态，甚至提高其结晶后的结构强度，以使得生产出的复合纤维具有优异的耐磨性能，而在加工过程中，尽量保持物料在惰性气体氛围下的目的在于避免物料在高温环境中产生氧化后其他不可逆的化学变化，也是为提高产品最终物性具有优异的指标提供保障，该方案不仅步骤简单、且过程原料的加工方法便利，能够适用于工业化推广生产和应用。
具体实施方式
实施例1
一种高耐磨复合纤维材料的制备方法，其包括如下步骤：
(1)将聚酯切片置于140℃环境下干燥处理5h，干燥过程中持续通入氩气惰性气体，使聚酯切片在氩气气体氛围中进行干燥处理至含水率低于200ppm；
(2)按化学组成(PtxAlyFemPn，其中，x＝30、y＝28、m＝34、n＝27)将Pt、Al、Fe和P原料放入真空熔炼炉中，以1000℃的温度进行熔炼，熔炼过程中充入氩气并在氩气气氛下进行熔炼，其中，各组分之间熔融混合后，恒温保持2h，然后将其随炉冷却至低于500℃后，再升温至1000℃的继续熔炼处理，熔炼时的真空度为3×10-3～4×10-3Pa，反复3次后，将熔炼产物随炉冷却至室温，然后将其研磨成粒度小于0.1mm，得到合金粉体，其中，所述的Pt、Al、Fe和P原料的纯度不低于98％；
(3)将40份干燥处理后的聚酯切片、3份合金粉体、0.65份乙烯基双硬脂酰胺、0.5份1，3，3-正丁基苯三甲酰胺和0.9份双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯混合后，在200r/min的转速下搅拌处理20min，再将其加入到双螺杆挤出机中挤压制成熔融体，其中，双螺杆挤出机螺杆转速为500r/min，挤出温度为255℃，机头温度为270℃；
(4)经挤出机挤出的熔融体直接输送至纺丝装置中纺丝处理，制得复合纤维材料。
实施例2
一种高耐磨复合纤维材料的制备方法，其包括如下步骤：
(1)将聚酯切片置于120℃环境下干燥处理6h，干燥过程中持续通入氩气惰性气体，使聚酯切片在氩气气体氛围中进行干燥处理至含水率低于200ppm；
(2)按化学组成(PtxAlyFemPn，其中，x＝34、y＝31、m＝37、n＝28)将Pt、Al、Fe和P原料放入真空熔炼炉中，以1200℃的温度进行熔炼，熔炼过程中充入氩气并在氩气气氛下进行熔炼，其中，各组分之间熔融混合后，恒温保持2h，然后将其随炉冷却至低于500℃后，再升温至1200℃的继续熔炼处理，熔炼时的真空度为3×10-3～4×10-3Pa，反复3次后，将熔炼产物随炉冷却至室温，然后将其研磨成粒度小于0.1mm，得到合金粉体，其中，所述的Pt、Al、Fe和P原料的纯度不低于98％；
(3)将35份干燥处理后的聚酯切片、2份合金粉体、0.5份乙烯基双硬脂酰胺、0.3份1，3，3-正丁基苯三甲酰胺和0.8份双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯混合后，在150r/min的转速下搅拌处理30min，再将其加入到双螺杆挤出机中挤压制成熔融体，其中，双螺杆挤出机螺杆转速为450r/min，挤出温度为235℃，机头温度为260℃；
(4)经挤出机挤出的熔融体直接输送至纺丝装置中纺丝处理，制得复合纤维材料。
实施例3
一种高耐磨复合纤维材料的制备方法，其包括如下步骤：
(1)将聚酯切片置于180℃环境下干燥处理4h，干燥过程中持续通入氩气惰性气体，使聚酯切片在氩气气体氛围中进行干燥处理至含水率低于200ppm；
(2)按化学组成(PtxAlyFemPn，其中，x＝26、y＝26、m＝33、n＝26)将Pt、Al、Fe和P原料放入真空熔炼炉中，以800℃的温度进行熔炼，熔炼过程中充入氩气并在氩气气氛下进行熔炼，其中，各组分之间熔融混合后，恒温保持2h，然后将其随炉冷却至低于500℃后，再升温至800℃的继续熔炼处理，熔炼时的真空度为3×10-3～4×10-3Pa，反复3次后，将熔炼产物随炉冷却至室温，然后将其研磨成粒度小于0.1mm，得到合金粉体，其中，所述的Pt、Al、Fe和P原料的纯度不低于98％；
(3)将50份干燥处理后的聚酯切片、4份合金粉体、0.8份乙烯基双硬脂酰胺、0.6份4，6-二叔丁基苯基磷酸盐和1.0份双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯混合后，在300r/min的转速下搅拌处理15min，再将其加入到双螺杆挤出机中挤压制成熔融体，其中，双螺杆挤出机螺杆转速为550r/min，挤出温度为280℃，机头温度为280℃；
(4)经挤出机挤出的熔融体直接输送至纺丝装置中纺丝处理，制得复合纤维材料。
实施例4
一种高耐磨复合纤维材料的制备方法，其包括如下步骤：
(1)将聚酯切片置于160℃环境下干燥处理5h，干燥过程中持续通入氩气惰性气体，使聚酯切片在氩气气体氛围中进行干燥处理至含水率低于200ppm；
(2)按化学组成(PtxAlyFemPn，其中，x＝29、y＝29、m＝35、n＝27)将Pt、Al、Fe和P原料放入真空熔炼炉中，以900℃的温度进行熔炼，熔炼过程中充入氩气并在氩气气氛下进行熔炼，其中，各组分之间熔融混合后，恒温保持2h，然后将其随炉冷却至低于500℃后，再升温至900℃的继续熔炼处理，熔炼时的真空度为3×10-3～4×10-3Pa，反复3次后，将熔炼产物随炉冷却至室温，然后将其研磨成粒度小于0.1mm，得到合金粉体，其中，所述的Pt、Al、Fe和P原料的纯度不低于98％；
(3)将45份干燥处理后的聚酯切片、3.5份合金粉体、0.7份乙烯基双硬脂酰胺、0.5份4，6-二叔丁基苯基磷酸盐和0.9份双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯混合后，在250r/min的转速下搅拌处理25min，再将其加入到双螺杆挤出机中挤压制成熔融体，其中，双螺杆挤出机螺杆转速为480r/min，挤出温度为260℃，机头温度为275℃；
(4)经挤出机挤出的熔融体直接输送至纺丝装置中纺丝处理，制得复合纤维材料。
实施例5
一种高耐磨复合纤维材料的制备方法，其包括如下步骤：
(1)将聚酯切片置于140℃环境下干燥处理6h，干燥过程中持续通入氩气惰性气体，使聚酯切片在氩气气体氛围中进行干燥处理至含水率低于200ppm；
(2)按化学组成(PtxAlyFemPn，其中，x＝27、y＝28、m＝34、n＝27)将Pt、Al、Fe和P原料放入真空熔炼炉中，以1100℃的温度进行熔炼，熔炼过程中充入氩气并在氩气气氛下进行熔炼，其中，各组分之间熔融混合后，恒温保持2h，然后将其随炉冷却至低于500℃后，再升温至1100℃的继续熔炼处理，熔炼时的真空度为3×10-3～4×10-3Pa，反复3次后，将熔炼产物随炉冷却至室温，然后将其研磨成粒度小于0.1mm，得到合金粉体，其中，所述的Pt、Al、Fe和P原料的纯度不低于98％；
(3)将40份干燥处理后的聚酯切片、3份合金粉体、0.75份乙烯基双硬脂酰胺、0.45份4，6-二叔丁基苯基磷酸盐和0.95份双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯混合后，在200r/min的转速下搅拌处理20min，再将其加入到双螺杆挤出机中挤压制成熔融体，其中，双螺杆挤出机螺杆转速为480r/min，挤出温度为250℃，机头温度为270℃；
(4)经挤出机挤出的熔融体直接输送至纺丝装置中纺丝处理，制得复合纤维材料。
性能测试
取实施例1至5所制得的复合纤维材料制成宽幅为5cm长度为20cm的纤维条，然后再取常规的聚酯纤维和锦纶工业丝作为对照组也分别制成宽幅为5cm长度为20cm的纤维条进行测试其强度、断裂伸长和磨断次数数据，其中，磨断测试均以同一制作标准的自制轮式研磨器进行往复摩擦测试，所得结果如下：
组别\项目 磨断次数 断裂伸长率％ 强度cN/dtex
实施例1 73204 13.2％ 5.6
实施例2 74102 13.5％ 5.2
实施例3 76291 13.2％ 5.6
实施例4 75782 12.8％ 5.3
实施例5 76234 13.2％ 5.5
普通聚酯纤维 36012 11.4％ 4.8
锦纶工业丝 72020 14.4％ 5.2
由上表可知，由本发明方案所制备出的复合纤维材料在耐磨性上具有显著优异的耐磨性能，相较于未改性复合的聚酯纤维而言，本发明方案取得了明显的进步，而在断裂伸长率和强度性能上，本发明方案的复合纤维材料不仅没有下降，反而还具有一定提升。
以上所述为本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种高耐磨复合纤维材料的制备方法，其特征在于：其由聚酯切片与合金粉体混合后，将混合体系中的聚酯切片加热成熔融状态，并由双螺杆挤出装置进一步混合后，输送至纺丝装置中制成复合纤维材料，所述的合金粉体的化学组成为PtxAlyFemPn，其中，26≤x≤34、26≤y≤31、33≤m≤37、26≤n≤28；
所述制备方法具体包括如下步骤：
(1)将聚酯切片置于120～180℃环境下干燥处理4～6h，干燥过程中持续通入惰性气体，使聚酯切片在惰性气体氛围中进行干燥处理；
(2)按化学组成将Pt、Al、Fe和P原料放入真空熔炼炉中，以800～1200℃的温度进行熔炼，熔炼过程中充入氩气并在氩气气氛下进行熔炼，其中，各组分之间熔融混合后，恒温保持2h，然后将其随炉冷却至低于500℃后，再升温至800～1200℃的继续熔炼处理，反复3次后，将熔炼产物随炉冷却至室温，然后将其研磨成粒度小于0.1mm，得到合金粉体；
(3)将35～50份干燥处理后的聚酯切片、2～4份合金粉体、0.5～0.8份乙烯基双硬脂酰胺、0.3～0.6份结晶促进剂和0.8～1.0份热稳定剂混合后，在150～300r/min的转速下搅拌处理15～30min，再将其加入到双螺杆挤出机中挤压制成熔融体，其中，双螺杆挤出机螺杆转速为450～550r/min，挤出温度为235～280℃，机头温度为260～280℃；
(4)经挤出机挤出的熔融体直接输送至纺丝装置中纺丝处理，制得复合纤维材料。
2.根据权利要求1所述的一种高耐磨复合纤维材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，经干燥后的聚酯切片的含水率低于200ppm。
3.根据权利要求1所述的一种高耐磨复合纤维材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的惰性气体为氩气。
4.根据权利要求1所述的一种高耐磨复合纤维材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述的Pt、Al、Fe和P原料的纯度不低于98％。
5.根据权利要求1所述的一种高耐磨复合纤维材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，真空熔炼炉在熔炼时的真空度为3×10-3～4×10-3Pa。
6.根据权利要求1所述的一种高耐磨复合纤维材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，结晶促进剂为1，3，3-正丁基苯三甲酰胺或4，6-二叔丁基苯基磷酸盐。
7.根据权利要求1所述的一种高耐磨复合纤维材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，热稳定剂为双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯。
8.根据权利要求1至7之一所述的制备方法制得的复合纤维材料的应用，其特征在于：将制得的复合纤维材料纺织制成布料。
9.根据权利要求1至7之一所述的制备方法制得的复合纤维材料的应用，其特征在于：将制得的复合纤维材料掺入工业型材中制成复合纤维增强型材。
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