CN111139546B - 一种高强超细聚酰胺11纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强超细聚酰胺11纤维及其制备方法，属于高分子材料领域。本发明的制备方法，包括如下步骤：(1)按照复合纺丝比称将海成分PLA和岛成分PA11加入到复合纺丝机对应的料斗中进行复合纺丝，经熔融纺丝、侧吹风冷却、上油、卷绕、在线拉伸、热定型制得海岛型PLA/PA11复合纤维；其中，PLA的熔融指数大于PA11的熔融指数；(2)将海岛型PLA/PA11复合纤维在溶剂中进行处理，除去海成分PLA，制得高强超细PA11纤维。本发明的超强高细纤维强度可以达到3.2cN/dtex以上，断裂伸长率可以达到38％以下，线密度达到0.55dtex以下。

Description

一种高强超细聚酰胺11纤维及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高强超细聚酰胺11纤维及其制备方法，属于高分子材料领域。
背景技术
聚酰胺11(PA11)的原材料是蓖麻油，资源可再生，具有耐油性好、吸水性低、尺寸稳定性好、耐低温和电绝缘性能优良等特点，可用于海底输油管道、海水净化、油过滤等诸多苛刻领域。对于海水净化、油过滤等领域，PA11最好以纤维的形式存在，且纤维越细过滤性能越好，强度越高，使用寿命越长。因此，高强超细PA11纤维的开发具有广阔的前景。
目前超细PA11纤维主要通过溶液静电纺丝的方法制得[Dhanalakshmi,M.；Lele,A.K.；Jog,J.P.Electrospinning of Nylon11:Effect of processing parameters onmorphology and microstructure.Materials Today Communications 2015,3,141-148.]，但该方法制备得到的PA11纤维强度低，而且产量低、工业化困难。
因此，急需寻找一种强度高且适合于工业化的高强超细PA11纤维的制备方法。
发明内容
为了解决上述至少一个问题，本发明提供了一种高强超细PA11纤维，并提供了其制备方法。
本发明的第一个目的是提供一种高强超细PA11纤维的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照复合纺丝比称取海成分PLA和岛成分PA11原料，加入到复合纺丝机对应的料斗中进行复合纺丝，经熔融纺丝、侧吹风冷却、上油、卷绕、在线拉伸、热定型制得海岛型PLA/PA11复合纤维；其中，海成分PLA的熔融指数大于岛成分PA11的熔融指数；所述的在线拉伸和热定型过程中的加热方式采用的是CO2激光辐照加热方式；
(2)将步骤(1)制备得到的海岛型PLA/PA11复合纤维在溶剂中进行处理，除去海成分PLA，制得高强超细PA11纤维。
可选地，步骤(1)所述的PLA与PA11的纺丝复合质量比为(10-90)：(10-90)。
可选地，步骤(1)所述的纺丝过程中，侧吹风温度为20～35℃，冷却风相对湿度为50～80％，侧吹风的速度为0.5-1.5m/s；纺丝速度为4500-6000m/min。
可选地，步骤(1)所述的CO2激光辐照加热方式的具体参数为：在线拉伸的温度为60～120℃，拉伸倍数为3～20倍，热定型温度为90～120℃。
可选地，步骤(1)所述的卷绕步骤中的初生丝卷绕速度为10～100m/min。
可选地，步骤(1)所述的CO2激光辐照加热点离输出侧导丝辊间的距离不小于10cm。
可选地，步骤(1)所述的海成分PLA为D-LA结构单元含量为0～100mol％的PLA，当D-LA结构单元的含量为0时，PLA为左旋聚乳酸(PLLA)，PLA的粘均分子量为5.0×104～1.0×106；当D-LA结构单元的含量为100mol％时，PLA为PDLA。
可选地，步骤(1)所述的岛成分PA11的其粘均分子量为8.0×104～1.0×106。
可选地，步骤(1)所述的熔融纺丝过程中海成分PLA的熔融挤出温度为130～240℃，岛成分PA11的熔融挤出温度为190～240℃。
可选地，步骤(1)所述的纺丝过程中采用的喷丝板的孔数为24～96孔，每孔24～37岛。
可选地，步骤(1)所述PLA在使用之前需要在真空烘箱中干燥8～48h，干燥温度为50～105℃；PA11在使用之前需要在在真空烘箱中干燥8～48h，干燥温度为50～120℃。
可选地，步骤(2)所述溶剂为乙酸乙酯、四氢呋喃、丙酮、氯仿和N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种的混合溶剂。
可选地，步骤(2)所述在溶剂中进行处理的具体参数为：浴比为(25～30)：1，温度为25～30℃，溶解时间为20～200min。
本发明的第二个目的是本发明的制备方法制备得到的高强超细PA11纤维。
本发明的第三个目的是包括本发明所述的高强超细PA11纤维的纱线、织物。
本发明的第四个目的是本发明所述的高强超细PA11纤维在海水净化、油过滤领域的应用。
本发明的有益效果：
(1)本发明的高强超细PA11纤维的前驱体为海岛型PLA/PA11复合纤维，其海成分是PLA，岛成分是PA11，均为资源可再生的原料，具有可持续发展的特点。
(2)本发明的高强超细PA11纤维的前驱体海成分PLA的熔融指数高于岛成分PA11的熔融指数(也就是PLA的粘均分子量小于PA11的粘均分子量，同种物质而言，粘均分子量越大，粘度就越高，熔融指数就越低)，拉伸过程中拉伸外场主要施加在岛成分上，使其有序结构增加，实现高强。
(3)CO2激光辐照加热拉伸技术是一种制备高强和超细纤维的有效手段，CO2激光辐照加热技术中CO2激光能量高，能实现对纤维快速、均匀的加热。另外，激光的能量集中，缩小了加热区，减小了形变(细颈)区域而使形变速率显著提高，实现PA11纤维的高强和超细，强度可以达到2.5cN/dtex以上，断裂伸长率可以达到38％，线密度可以达到0.55dtex以下。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解实施例是为了更好地解释本发明，不用于限制本发明。
断裂强度和断裂伸长率的测量方法：按照国家标准《GB/T 14344-2008化学纤维长丝拉伸性能试验方法》进行测试，夹持距离为500mm，拉伸速度为500mm/min，预加张力为0.05cN/dtex。
细度的测试方法：按照国家标准《GB/T 14343-2008化学纤维长丝线密度试验方法》中的单根法进行测试，测试其长度和重量，计算出超细纤维复丝的线密度，然后用复丝的线密度除以复丝中纤维的根数得单根超细纤维的线密度。
实施例1
一种高强超细PA11纤维的制备方法，包括如下步骤：
(1)将D-LA含量为10％的PLA(粘均分子量为2.5×105)在真空烘箱中于60℃干燥36h备用，将PA11(粘均分子量为3.0×105)在真空烘箱中于80℃干燥24h备用；
(2)按照10：90的纺丝复合比称取PLA和PA11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、卷绕、在线拉伸、热定型制得海岛型PLA/PA11复合纤维；其中，海成分熔融挤出温度为170℃，岛成分熔融挤出温度为200℃，侧吹风温度为25℃，冷却风相对湿度为50％，侧吹风的速度为1.5m/s；纺丝速度为5000m/min，初生丝卷绕速度为30m/min，CO2激光辐照加热在线拉伸的温度为80℃，距离输出侧导丝辊间的距离为50cm，拉伸倍数为20倍，热定型温度为115℃；
(3)将步骤(2)得到的海岛型PLA/PA11复合纤维在乙酸乙酯中进行处理(浴比为25：1，温度为30℃，溶解时间为20min)，制得高强超细PA11纤维。
对制备得到的高强超细PA11纤维进行性能测试，可知，所得高强的断裂强度为5.6cN/dtex，断裂伸长率为8.2％，线密度为0.15dtex。
实施例2-4的参数设置以及强力、细度测试结果如表1所示：
表1
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
PLA的粘均分子量 2.5×10<sup>5</sup> 2.5×10<sup>5</sup> 2.5×10<sup>5</sup> 1.8×10<sup>5</sup>
PA11的粘均分子量 3.0×10<sup>5</sup> 3.5×10<sup>5</sup> 3.0×10<sup>5</sup> 3.0×10<sup>5</sup>
D-LA含量(％) 10 0 12 10
PLA和PA11质量比 10：90 15：85 10：90 20：80
海成分熔融挤出温度(℃) 170 200 195 180
岛成分熔融挤出温度为(℃) 170 200 210 220
初生丝卷绕速度为(m/min) 30 50 20 30
拉伸温度为(℃) 80 80 70 80
距离输出侧导丝辊间的距离为(cm) 50 40 30 45
拉伸倍数 20 10 20 15
热定型温度为(℃) 115 110 110 110
侧吹风温度(℃) 25 20 25 30
冷却风相对湿度(％) 50 60 80 70
侧吹风的速度(m/s) 1.5 0.8 0.6 0.8
纺丝速度(m/min) 5000 4500 5500 4500
溶剂 乙酸乙酯 四氢呋喃 乙酸乙酯 丙酮
溶剂处理浴比 25：1 20：1 25：1 20：1
溶剂处理温度(℃) 30 25 28 25
溶剂处理时间(min) 20 30 40 50
断裂强度(cN/dtex) 5.6 2.5 4.8 3.7
断裂伸长率(％) 8.2 38 10.8 20.8
线密度(dtex) 0.15 0.55 0.2 0.43
对照例1
调整实施例1中PLA的粘均分子量为3.0×105，PA11的粘均分子量为1.8×105，使得PLA的熔融指数小于PA11，其他参数保持不变，得到高强超细PA11纤维。
对照例2
调整实施例1中的在线拉伸的温度为50℃、140℃，其他参数保持不变，得到高强超细PA11纤维。
对照例3
同时调整调整实施例1中PLA的粘均分子量为3.0×105，PA11的粘均分子量为1.8×105，的且在线拉伸的温度为140℃，其他参数保持不变，得到高强超细PA11纤维。
将对照例1-3得到的高强超细PA11纤维进行性能测试，结果如下表2所示：
表2对照例1-3得到的高强超细PA11纤维性能测试结果
Figure BDA0002388532500000051
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (9)

1.一种高强超细PA11纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)按照复合纺丝比称取海成分PLA和岛成分PA11原料，加入到复合纺丝机对应的料斗中进行复合纺丝，经熔融纺丝、侧吹风冷却、上油、卷绕、在线拉伸、热定型制得海岛型PLA/PA11复合纤维；其中，海成分PLA的熔融指数大于岛成分PA11的熔融指数；所述的在线拉伸和热定型过程中的加热方式采用的是CO2激光辐照加热方式；所述的PLA与PA11的纺丝复合质量比为10：90；所述的CO2激光辐照加热方式的具体参数为：在线拉伸的温度为60～120℃，拉伸倍数为10～20倍，热定型温度为90～120℃；
(2)将步骤(1)制备得到的海岛型PLA/PA11复合纤维在溶剂中进行处理，除去海成分PLA，制得高强超细PA11纤维。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的卷绕步骤中的初生丝卷绕速度为10～100m/min。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的岛成分PA11的其粘均分子量为8.0×104～1.0×106。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的熔融纺丝过程中海成分PLA的熔融挤出温度为130～240℃，岛成分PA11的熔融挤出温度为190～240℃。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述海成分PLA的粘均分子量为5.0×104～1.0×106。
6.权利要求1～5任一项所述的制备方法制备得到的高强超细PA11纤维。
7.包括权利要求6所述的高强超细PA11纤维的纱线。
8.包括权利要求6所述的高强超细PA11纤维的织物。
9.权利要求6所述的高强超细PA11纤维在海水净化、油过滤领域的应用。
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