CN112030249A - 用于土工织物的聚丙烯纤维及其制备方法、土工织物 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于土工织物的聚丙烯纤维及其制备方法、土工织物，用于土工织物的聚丙烯纤维的制备方法包括：将原料进行熔融挤丝处理得初生丝，其中原料包括聚丙烯；将初生丝进行液体冷却处理；将经过液体冷却处理后的初生丝进行两次拉伸处理；将经过两次拉伸处理后的初生丝进行加捻处理，得聚丙烯纤维。本发明提供的用于土工织物的聚丙烯纤维及其制备方法、土工织物，通过对初生丝进行液体冷却处理以及二次拉伸处理，能够显著提高聚丙烯纤维的拉伸强度，进而提高土工织物的拉伸强度，延长了土工织物的使用寿命。

Description

用于土工织物的聚丙烯纤维及其制备方法、土工织物
技术领域
本发明一般涉及土工织物技术领域，具体涉及粗旦聚丙烯纤维技术领域，尤其涉及用于土工织物的聚丙烯纤维及其制备方法、土工织物。
背景技术
土工织物为透水性土工合成材料，按制造工艺分为织造土工织物和非织造土工织物。土工织物由于其质量轻、抗拉强度高、施工方便、抗微生物侵蚀性和耐腐蚀性好等突出的优点，主要用于护岸放冲等工程领域。其中，土工织物中最常使用是聚丙烯土工织物，即主要使用聚丙烯纤维制备形成的土工织物，所以聚丙烯纤维在土工织物中的应用需求量大，具有较好的市场前景。
为了便于聚丙烯纤维下游产品中对聚丙烯进行充分浸胶处理，多使用纤度较大的粗旦聚丙烯纤维。粗旦聚丙烯纤维一般由熔融挤丝、风冷、一次拉伸工艺以及加捻处理制备形成，然而上述的制备工艺制备出的粗旦聚丙烯纤维强度较低，导致聚丙烯土工织物在室外使用时的使用寿命较短。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种用于土工织物的聚丙烯纤维及其制备方法、土工织物。
第一方面，本申请提供一种用于土工织物的聚丙烯纤维的制备方法，聚丙烯纤维的单丝纤度为16-31dtex，制备方法包括：
将聚丙烯纤维的原料进行熔融挤丝处理得初生丝，其中原料包括聚丙烯；
将初生丝进行液体冷却处理；
将经过液体冷却处理后的初生丝进行两次拉伸处理；
将经过两次拉伸处理后的初生丝进行加捻处理，得聚丙烯纤维。
进一步地，液体冷却处理中的冷却液为水，且冷却液的温度为10-40℃。
进一步地，两次拉伸处理包括一级拉伸处理和二级拉伸处理，一级拉伸处理为热油浴拉伸处理，二级拉伸处理为热拉伸。
进一步地，热油浴拉伸处理中，拉伸温度为85℃，含油率为4％，拉伸倍数为6.5倍；热拉伸中，拉伸温度为160℃，拉伸倍数为2.2倍。
进一步地，在一级拉伸处理之后以及在二级拉伸处理之前，还包括初次加捻处理；
在初次加捻处理中，加捻捻度为20捻。
在二级拉伸处理之后和加捻处理之前，还包括热定型和上油处理。
进一步地，原料还包括抗老化剂，抗老化剂包括聚丙烯、LLDPE、POE、抗氧化剂和紫外吸收剂，其中聚丙烯的重量占抗老化剂的重量的20-40％，LLDPE的重量占抗老化剂的重量的4-56％，POE的重量占抗老化剂的重量的20-40％，抗氧化剂的重量占抗老化剂的重量的3-9％，紫外吸收剂的重量占抗老化剂的重量的1-7％；
或者，抗老化剂包括聚丙烯、无机纳米粒子、抗氧化剂和紫外吸收剂，其中聚丙烯的重量占抗老化剂的重量的86-89％，无机纳米粒子的重量占抗老化剂的重量的1-4％，抗氧化剂的重量占抗老化剂的重量的3-9％，紫外吸收剂的重量占抗老化剂的重量的1-7％。
进一步地，抗氧化剂包括抗氧化剂1010和抗氧化剂168，抗氧化剂1010与抗氧化剂168的重量比为1:2；紫外吸收剂包括紫外吸收剂UV326和紫外吸收剂UV531，紫外吸收剂UV326和紫外吸收剂UV531的重量比为1:1。
第二方面，本申请还提供一种用于土工织物的聚丙烯纤维，由上述的聚丙烯纤维的制备方法制备形成。
第三方面，本申请还提供一种土工织物，包括聚丙烯纤维，聚丙烯纤维为上述的聚丙烯纤维。
本发明提供的用于土工织物的聚丙烯纤维及其制备方法、土工织物，通过对初生丝进行液体冷却处理以及二次拉伸处理，能够显著提高聚丙烯纤维的拉伸强度，进而提高土工织物的拉伸强度，延长了土工织物的使用寿命。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例提供的医用聚丙烯单丝制备方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本申请提供一种用于土工织物的聚丙烯纤维的制备方法，聚丙烯纤维的单丝纤度为16-31dtex，制备方法包括：
S100：将聚丙烯纤维的原料进行熔融挤丝处理得初生丝，其中原料包括聚丙烯；
S200：将初生丝进行液体冷却处理；
S300：将经过液体冷却处理后的初生丝进行两次拉伸处理；
S400：将经过两次拉伸处理后的初生丝进行加捻处理，得聚丙烯纤维。
在本实施例中，聚丙烯纤维的单丝纤度为16-31dtex，所以聚丙烯纤维为粗旦聚丙烯纤维。粗旦聚丙烯纤维具有表面光滑、起球起毛少，较小的比表面积便于后道能够充分浸胶的优点。聚丙烯纤维的原料包括聚丙烯，聚丙烯可以为切片状。
聚丙烯纤维的制备工艺具体包括：
S100：将聚丙烯纤维的原料进行熔融挤丝处理，以获得熔融状的初生丝。实施熔融挤丝的设备为螺杆挤出机。螺杆挤出机中喷丝板规格例如但不限于为Ф180-360-0.4×2.0。
S200：将初生丝进行液体冷却处理。液体冷却处理是通过液浴的方式对初生丝进行冷却作业。其中，由于液体冷却相比风冷冷却具有快速散热的性能，对初生丝会产生骤冷的作用，使得冷却后的初生丝中产生β型次晶结构或近晶结构，且初生丝分子取向度高以及径向结构均一，便于后期的两次拉伸处理，进而提高聚丙烯纤维的拉伸强度。
S300：将经过两次拉伸处理后的初生丝进行加捻处理，得聚丙烯纤维。由于经过液体冷却后的初生丝具有较好的拉伸性能，使得初生丝在经过两次拉伸处理后能够显著提高初生丝的拉伸强度，即提高聚丙烯纤维的拉伸强度。
S400：将经过两次拉伸处理后的初生丝进行加捻处理，得聚丙烯纤维。加捻处理用于将多根聚丙烯单丝抱合于一起，提高聚丙烯纤维的力学性能。加捻捻度可为20捻。
在一些优选的实施例中，液体冷却处理中的冷却液为水，且冷却液的温度为10-40℃。
在本实施例中，液体冷却处理中通过水对初生丝进行冷却，冷却液的温度为10-40℃。如此设置，可降低初生丝的冷却成本且冷却效果好。冷却液的温度优选为30℃，可使单丝的结晶度最小且为32.98％，β晶面的半高宽最小且为1.417A，β晶体晶粒尺寸大且完整，内部缺陷小，易于后期拉伸。
在一些优选的实施例中，两次拉伸处理包括一级拉伸处理和二级拉伸处理，一级拉伸处理为热油浴拉伸处理，二级拉伸处理为热拉伸。
在本实施例中，初生丝经过热油浴拉伸处理后，不仅能提高初生丝的拉伸强度，还能够减少单丝之间的摩擦且不易起毛，同时还可以增加单丝的抗静电性能，避免在加捻处理出现静电反应。初生丝在经过热拉伸时，能够提高初生丝的拉伸强度。其中，热拉伸可通过烘箱设备实现。
其中，热油浴拉伸处理的油剂含量为4％，拉伸温度为85℃，含油率为4％，拉伸倍数为6.5倍，拉伸速度为140m/min；热拉伸中拉伸温度为160℃，拉伸倍数为2.2倍。
在一些优选的实施例中，在一级拉伸处理之后以及在二级拉伸处理之前，还包括初次加捻处理；
在初次加捻处理中，加捻捻度为20捻。
在本实施例中，在对经过一级拉伸处理的多根初生丝进行加捻处理，可避免由于多根初生丝的长度参差不齐导致二级拉伸时出现断丝一级拉伸不均衡问题的出现。
在初次加捻处理之后还可以进行收卷作业，以对加捻处理后的纤维进行整理收纳。
在一些优选的实施例中，在二级拉伸处理之后和加捻处理之前，还包括热定型和上油处理。
在本实施例中，通过热定型处理能够消除聚丙烯纤维中存在的内应力，使聚丙烯纤维的形状固定成型。上油处理能够增加聚丙烯纤维的加工性能，便于后期的加捻和收卷作业，且还可以提高聚丙烯纤维的平滑性和抗静电性等。
在一些优选的实施例中，原料还包括抗老化剂，抗老化剂包括聚丙烯、LLDPE、POE、抗氧化剂和紫外吸收剂，其中聚丙烯的重量占抗老化剂的重量的20-40％，LLDPE的重量占抗老化剂的重量的4-56％，POE的重量占抗老化剂的重量的20-40％，抗氧化剂的重量占抗老化剂的重量的3-9％，紫外吸收剂的重量占抗老化剂的重量的1-7％。
在本实施例中，抗老化剂通过在聚丙烯基体中添加LLDPE(线性低密度聚乙烯)和POE(乙烯-1-辛烯共聚物)进行增韧改性，使得使用抗老化剂制备出的聚丙烯纤维的韧性能够得到明显的提升。其中，LLDPE和POE提高聚丙烯纤维韧性的机理为：两者之间通过协同作用，能够抑制聚丙烯的结晶，并使其形成微晶，进而提高聚丙烯纤维的韧性。
同时，还通过在聚丙烯基体中添加抗氧化剂和紫外吸收剂，能够明显提升使用聚丙烯纤维抗老化剂制备出的聚丙烯纤维的抗氧化性和耐紫外线辐射性，进而提高了聚丙烯纤维的抗老化性。所以，本实施例提供的抗老化剂能够在提高聚丙烯纤维的韧性的同时还可以提高聚丙烯纤维的耐老化性能，使得抗氧化性和韧性之间的平衡性较好，延长了聚丙烯纤维的使用寿命。
此外，聚乙烯、LLDPE和POE之间相容性较好，无需使用相容剂，进而降低了聚丙烯纤维的制备成本。
聚丙烯纤维抗老化剂采用母粒结构，能够在制备聚丙烯时使得聚丙烯纤维抗老化剂比较均匀地分散于聚丙烯中，使得聚丙烯纤维的抗老化性和韧性得到进一步提高。
在一些优选的实施例中，聚丙烯的重量百分比为30％，LLDPE的重量百分比为30％，POE的重量百分比为30％，抗氧化剂的重量百分比为6％，紫外吸收剂的重量百分比为4％。当各组分的重量如此配比时，能够使得抗老化剂对聚丙烯纤维的抗老化性能和韧性皆得到最高的提升。
在一些优选的实施例中，抗氧化剂包括抗氧化剂1010和抗氧化剂168，抗氧化剂1010与抗氧化剂168的重量比为1:2。
在本实施例中，抗氧化剂采用两种氧化剂复配的方式，且抗氧化剂1010与抗氧化剂168的重量比为1:2，能够使得由抗老化剂制备出的聚丙烯纤维的抗氧化性能最好。
在一些优选的实施例中，紫外吸收剂包括紫外吸收剂UV326和紫外吸收剂UV531，紫外吸收剂UV326和紫外吸收剂UV531的重量比为1:1。
在本实施例中，紫外吸收剂采用两种氧化剂复配的方式，且紫外吸收剂UV326和紫外吸收剂UV531的重量比为1:1，能够使得由抗老化剂制备出的聚丙烯纤维的耐紫外线辐射性能最好。
本申请还提供抗老化剂的另一实施例，抗老化剂包括重量百分比为86-89％的聚丙烯、重量百分比为1-4％的无机纳米粒子、重量百分比为3-9％的抗氧化剂和重量百分比为1-7％的紫外吸收剂。
在本实施例中，通过在聚丙烯基体中添加无机纳米粒子，无机纳米粒子的比表面积较大，与聚丙烯基体之间的接触面积较大。无机纳米粒子能够引发和偏转基体中产生的微裂纹，吸收外部对基体的冲击能量，使得医用聚丙烯纤维的韧性得以提升。具体地：当医用聚丙烯纤维受到外力冲击时会产生微裂纹，微裂纹遇到无机纳米粒子时会发生偏转且引发新的裂纹以吸收更多的冲力力量，提高聚丙烯纤维的增韧性能。同时，通过在聚丙烯基体中添加抗氧化剂和紫外吸收剂，能够明显提升使用抗老化剂制备出的聚丙烯纤维的抗氧化性和耐紫外线辐射性，进而提高了聚丙烯纤维的抗老化性。所以，本实施例提供的抗老化剂能够在提高聚丙烯纤维的韧性的同时还可以提高聚丙烯纤维的耐老化性能，使得抗氧化性和韧性之间的平衡性较好，延长了聚丙烯纤维的使用寿命。
在一些优选的实施例中，无机纳米粒子为二氧化硅纳米粒子。
在本实施例中，二氧化硅纳米粒子的成本相对较低，使得抗老化剂的成本较低。当然，在其他实施例中，无机纳米粒子还可以为二氧化钛纳米粒子或者石墨烯纳米粒子等。其中，无机纳米粒子的粒径为50-120nm。
本申请还提供一种用于土工织物的聚丙烯纤维，由上述实施例中的聚丙烯纤维的制备方法制备形成。
本申请还提供一种土工织物，包括聚丙烯纤维，聚丙烯纤维为上述的聚丙烯纤维。
需要理解的是，本文如有涉及术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是三个或三个以上。
以上描述仅为本发明的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本发明中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本发明中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种用于土工织物的聚丙烯纤维的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯纤维的单丝纤度为16-31dtex，所述制备方法包括：
将所述聚丙烯纤维的原料进行熔融挤丝处理得初生丝，其中所述原料包括聚丙烯；
将所述初生丝进行液体冷却处理；
将经过所述液体冷却处理后的所述初生丝进行两次拉伸处理；
将经过所述两次拉伸处理后的所述初生丝进行加捻处理，得所述聚丙烯纤维。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述液体冷却处理中的冷却液为水，且冷却液的温度为10-40℃。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述两次拉伸处理包括一级拉伸处理和二级拉伸处理，所述一级拉伸处理为热油浴拉伸处理，所述二级拉伸处理为热拉伸。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述热油浴拉伸处理中，拉伸温度为85℃，含油率为4％，拉伸倍数为6.5倍；所述热拉伸中，拉伸温度为160℃，拉伸倍数为2.2倍。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述一级拉伸处理之后以及在所述二级拉伸处理之前，还包括初次加捻处理；
在所述初次加捻处理中，加捻捻度为20捻。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述二级拉伸处理之后和所述加捻处理之前，还包括热定型和上油处理。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述原料还包括抗老化剂，所述聚丙烯的重量百分比为94-97％，所述抗老化剂的重量百分比为3-6％；
所述抗老化剂包括聚丙烯、LLDPE、POE、抗氧化剂和紫外吸收剂，其中所述聚丙烯的重量占所述抗老化剂的重量的20-40％，所述LLDPE的重量占所述抗老化剂的重量的4-56％，所述POE的重量占所述抗老化剂的重量的20-40％，所述抗氧化剂的重量占所述抗老化剂的重量的3-9％，所述紫外吸收剂的重量占所述抗老化剂的重量的1-7％；
或者，所述抗老化剂包括聚丙烯、无机纳米粒子、抗氧化剂和紫外吸收剂，其中所述聚丙烯的重量占所述抗老化剂的重量的86-89％，所述无机纳米粒子的重量占所述抗老化剂的重量的1-4％，所述抗氧化剂的重量占所述抗老化剂的重量的3-9％，所述紫外吸收剂的重量占所述抗老化剂的重量的1-7％。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述抗氧化剂包括抗氧化剂1010和抗氧化剂168，抗氧化剂1010与抗氧化剂168的重量比为1:2；紫外吸收剂包括紫外吸收剂UV326和紫外吸收剂UV531，紫外吸收剂UV326和紫外吸收剂UV531的重量比为1:1。
9.一种用于土工织物的聚丙烯纤维，其特征在于，由权利要求1-8任意一项所述的制备方法制备形成。
10.一种土工织物，包括聚丙烯纤维，其特征在于，所述聚丙烯纤维为权利要求9所述的聚丙烯纤维。
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