CN112981708A - 一种可降解混杂纤维透气毡、其制备方法及干燥方法 - Google Patents

一种可降解混杂纤维透气毡、其制备方法及干燥方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可降解混杂纤维透气毡、其制备方法及干燥方法。所述制备方法包括：将聚乳酸与聚（3－羟基丁酸酯－co－3－羟基己酸酯）均匀混合并进行熔融纺丝加工，获得可降解聚酯纤维；对天然植物纤维和可降解聚酯纤维依次进行开松、梳理、纤维网铺层、针刺、后修整处理，制得可降解混杂纤维透气毡。本发明提供的可降解混杂纤维透气毡的生物降解性、透气性、力学性能、耐高温高压性能等均较为优良，能反复使用，同时其制备工艺简单易实施，与现有复合透气毡制备工艺兼容，原料绿色、廉价，成本低，无废气废水排放，安全环保，并适应规模化生产的需求，此外其干燥方法简单，易于使透气毡再生并基本保持初始性能。

Description

一种可降解混杂纤维透气毡、其制备方法及干燥方法
技术领域
本发明涉及一种透气毡，特别涉及一种可降解混杂纤维透气毡及其制备方法，属于复合材料成型辅材技术领域。
背景技术
复合材料热压罐成型技术由于其特殊的成型工艺，在航空航天、新能源汽车等高性能先进复合材料结构件的制造中己获得越来越广泛的应用，它可以保证复合材料固化过程中水汽及小分子气体的充分排出。经热压罐成型技术制造的复合材料具有力学性能优异、耐热性好、树脂含量均匀、内部结构致密及内部质量优良等优点。而透气毡作为实现固化时小分子气体排出的通道，其在高温高压条件下的透气性将严重影响复合材料制件性能的提升，所以高性能、低成本的透气毡的研制成为极其迫切的任务。
目前制备透气毡的主要原料是聚酯短纤、尼龙短纤、芳纶短纤维等化学纤维，作为一种纯化学合成纤维的产品，它们无一例外地存在高温高压环境下容易软化变形压扁，导致透气性能不佳，且使用后的透气毡不能回收再利用，造成白塑料工业垃圾、污染环境等问题。CN103741373A公开了一种热压罐成型复合材料用耐高温高压高透气性透气毡，其采用的主要原料为聚酯短纤、改性聚酯短纤以及防掉毛短纤。这种透气毡产品同样也存在合成纤维高温高压下软化变形、产品成本高，同时使用后的废弃透气毡存在回收困难，造成废弃塑料污染环境等问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种可降解混杂纤维透气毡及其制备方法和干燥方法，以克服现有技术中的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明的一些实施例提供了一种可降解混杂纤维透气毡的制备方法，其包括：
（1）将第一可降解聚酯与第二可降解聚酯按照10：1~3的质量比均匀混合并进行熔融纺丝加工，获得可降解聚酯纤维，所述第二可降解聚酯采用Mw为20000~200000的聚（3－羟基丁酸酯－co－3－羟基己酸酯）（简称PHBHHx）；
（2）对天然植物纤维和所述可降解聚酯纤维依次进行开松、梳理、纤维网铺层、针刺、后修整处理，制得可降解复合透气毡。
在一些实施方式中，所述的熔融纺丝加工包括：将第一可降解聚酯与第二可降解聚酯的混合物在80~100℃干燥6~8h，之后以纺丝螺杆熔融挤出，纺丝螺杆温度为200~250℃，纺丝速度为1200~2600m/min，其后以50~60℃/s的降温速度迅速降温至室温，然后以100~120℃的拉伸温度依次进行预拉伸、一次拉伸、二次拉伸，所述预拉伸、一次拉伸、二次拉伸的拉伸倍率分别为1.1~1.2、2.2~2.8、1.05~1.15，并且所述预拉伸、一次拉伸、二次拉伸的时间均为12~15min。
在一些实施方式中，所述第一可降解聚酯的Mw为10000~100000，包括聚乳酸、聚（丁二酸丁二酯）、聚（对苯二甲酸-己二酸丁二酯）中的一种或多种的组合，且不限于此。进一步的，所述第一可降解聚酯的Mw优选为30000~80000。
在一些实施方式中，所述第二可降解聚酯的Mw优选为20000~100000，更优选为20000~50000。
在一些实施方式中，所述天然植物纤维包括黄麻纤维、汉麻纤维、苎麻纤维、洋麻纤维、亚麻纤维、红麻纤维中的一种或多种的组合。
在一些实施方式中，所述可降解复合透气毡包含20wt%~100wt%天然植物纤维和0wt%-80wt%可降解聚酯纤维。
在一些实施方式中，步骤（2）中所述的开松处理包括：先对所述天然植物纤维、可降解聚酯纤维分别进行开松，之后将所述天然植物纤维与可降解聚酯纤维混合开松。
在一些实施方式中，步骤（2）中所述的梳理处理包括：将经混合开松后的纤维输入梳理机中梳理成网，所述梳理机的喂入频率为1~30 Hz、锡林转动频率为10~30Hz、道夫转动频率为5~25Hz。
在一些实施方式中，步骤（2）中所述的纤维网铺层处理包括：将经梳理处理所获的单层纤维网经过铺网机交叉折叠成纤维厚网。
在一些实施方式中，步骤（2）中所述的针刺处理包括：将纤维网铺层处理后所获的纤维厚网依次送入预针刺机、主针刺机，经针刺作用固结成纤维毡，其中采用的刺针植针密度为1000~5000枚/m、针刺频率为400~500次/min、针刺深度为2~10mm、针刺遍数为1~3遍。
在一些实施方式中，步骤（2）中所述的后修整处理包括：对针刺处理后获得的纤维毡进行切边。
本发明的一些实施例还提供了由前述任一种方法制备的可降解混杂纤维透气毡。
本发明的一些实施例还提供了一种可降解混杂纤维透气毡的干燥方法，其包括：将经长期使用后的所述可降解混杂纤维透气毡依次在由体积比为1~2：1的乙醇与水组成的混合物、由体积比为5~10：1的乙醇与水组成的混合物、无水乙醇中充分超声清洗，之后置入真空干燥箱，再使所述真空干燥箱内的温度以1~3℃/min的升温速度从室温升温至60~80℃，并保温至所述可降解混杂纤维透气毡被烘干。
本发明以上实施例通过将微生物合成聚酯PHBHHx与其它可降解聚酯按照合适的质量比例组配，再进行熔融纺丝加工获得可降解聚酯纤维，可以在保障和提升可降解聚酯纤维热学、力学等性能的情况下，使其具有更佳生物降解性能，并降低其综合生产成本。进一步，通过采用前述的PHBHHx与其它可降解聚酯的质量配比，可以保障熔融纺丝加工工序的顺利进行，同时可防止PHBHHx在加工过程中分解，以及使PHBHHx与其它可降解聚酯能更好的复合。尤其是，在熔融挤出完成后，通过对所获纤维中间产品进行骤冷降温处理，可以使其表面沿轴向一体形成有一系列不连续的不规则突起，这可能是由于其表面和内部的聚酯结晶速度差异较大而引起，这种粗糙的表面形貌有利于使最终所获可降解聚酯纤维能够更好的与天然植物纤维结合。进而，在骤冷降温处理完成后，通过对所获纤维中间产品进行多次拉伸，可使形成的可降解聚酯纤维具有优异弹性，断裂强度和断裂伸长率较高。之后，通过采用针刺等工艺将所述可降解聚酯纤维与天然植物纤维复合，可以在降低可降解混杂纤维透气毡成本的同时，使其保持优异的透气性、力学性能、耐高温高压性能以及生物降解性能，且使之能多次重复使用。
总之，相较于现有技术，本发明至少具有如下优点：
（1）提供的可降解混杂纤维透气毡成本低，生物降解性好，同时其透气性、力学性能、耐高温高压性能均较为优异，能反复使用而基本保持其透气性等，应用前景广泛；
（2）提供的可降解混杂纤维透气毡制备工艺简单易实施，与现有复合透气毡制备工艺兼容，且原料绿色、廉价，成本低，无废气废水排放，安全环保，并适应规模化生产的需求；
（3）提供的可降解混杂纤维透气毡干燥方法简便，能实现透气毡的快速、彻底的清洁和干燥，从而使之能很好的再生，并在重复使用时基本保持其初始性能。
具体实施方式
下面给出本发明的具体实施例。这些实施例仅用于详细具体说明本发明的技术方案，并不限制本申请权利要求保护的范围。
实施例1 一种可降解混杂纤维透气毡的制备方法包括：
（1）将Mw约为10000的聚乳酸与Mw约为200000的聚（3－羟基丁酸酯－co－3－羟基己酸酯）按照10：1的质量比均匀混合并进行熔融纺丝加工获得可降解聚酯纤维，所述的熔融纺丝加工包括：将前述两种可降解聚酯的混合物在80℃干燥8h，之后以纺丝螺杆熔融挤出，纺丝螺杆温度约为220℃，纺丝速度约为2600m/min，其后以50℃/s左右的降温速度迅速降温至室温，然后以120℃左右的拉伸温度依次进行预拉伸、一次拉伸、二次拉伸，所述预拉伸、一次拉伸、二次拉伸的拉伸倍率分别为1.1、2.5、1.1，并且所述预拉伸、一次拉伸、二次拉伸的时间均为12min左右。
（2）取800克黄麻纤维和200克前述可降解聚酯纤维，分别开松一次，之后混合开松一次。
（3）将混合开松的纤维喂入梳理机，进行第一遍梳理得到定量为667g/m2的纤维网，随后进行第二遍梳理，梳理机的喂入频率为2.69Hz，锡林频率为20.15Hz，道夫频率为13.01Hz。
（4）将经第二遍梳理输出的单层纤维网经过铺网机交叉折叠成厚网，丁帘频率为3Hz。
（5）将交叉铺成的纤维厚网依次送入牵伸机、预针刺机，经针刺作用固结成纤维毡。刺针植针密度为1750枚/m；针刺频率为437刺/min；针刺深度为4mm；针刺遍数为1遍。
（6）将纤维毡进行切边等修整，即可得到透气毡。
将该透气毡应用于一种常见碳纤维树脂基复合材料的热压罐固化成型工艺中，以对其在不同温度和不同压力下的透气性能进行测试，结果显示，该透气毡的最高使用温度可达250℃、最大承受压力可达1.2Mpa，且其透气率可达2678.25L/m2•s。该透气毡的其余性能测试结果详见表1。
该透气毡在前述热压罐固化成型工艺中长期连续使用后，透气性有所下降，其可能是因为该透气毡吸附了部分的水蒸气及有机物等杂质，但经试验发现，由于该透气毡内丰富而致密的孔洞结构，普通的清洗、烘干等方法不适用于对该透气毡进行净化、干燥处理。为此，本案发明人还经大量实践后提出了一种可降解混杂纤维透气毡的干燥方法，包括：将经长期使用后的所述透气毡依次在由体积比为1~2：1的乙醇与水组成的混合物、由体积比为5~10：1的乙醇与水组成的混合物、无水乙醇中充分超声清洗，之后置入真空干燥箱，再使所述真空干燥箱内的温度以1~3℃/min的升温速度从室温升温至60~80℃，并保温至所述透气毡被烘干。该干燥方法中，在前期的清洗过程内，一方面以溶剂置换方式逐步将透气毡内的水等置换除去，利于后期彻底的干燥，另一方面还能溶解和清洗去除其中的无机杂质和有机杂质，使透气毡恢复其初始的内部结构。经前述清洗、干燥处理后，透气毡的透气性可恢复至初始性能的95%以上。
对比例1：本对比例所提供的一种可降解聚酯纤维透气毡的制备方法包括：
（1）取800克黄麻纤维开松一次后喂入梳理机，进行第一遍梳理得到定量为655g/m2的纤维网，随后进行第二遍梳理，梳理机的喂入频率为2.69Hz，锡林频率为20.15Hz，道夫频率为13.01Hz。
（2）将经第二遍梳理输出的单层纤维网经过铺网机交叉折叠成厚网，丁帘频率为3Hz。
（3）将交叉铺成的纤维厚网依次送入牵伸机、预针刺机，经针刺作用固结成纤维毡。刺针植针密度为1750枚/m；针刺频率为437刺/min；针刺深度为4mm；针刺遍数为1遍。
（4）将纤维毡进行切边等修整，得到透气毡。
对比例2：本对比例所提供的一种可降解混杂纤维透气毡的制备方法与实施例1基本相同，区别在于，未包含步骤（1），且步骤（2）中是以市售的一种聚乳酸纤维替代了前述可降解聚酯纤维。
实施例2 一种可降解复合透气毡的制备方法包括：
（1）将Mw约为50000的聚（丁二酸丁二酯）与Mw约为100000的聚（3－羟基丁酸酯－co－3－羟基己酸酯）按照5：1的质量比均匀混合并进行熔融纺丝加工获得可降解聚酯纤维，所述的熔融纺丝加工包括：将前述两种可降解聚酯的混合物在100℃干燥6h，之后以纺丝螺杆熔融挤出，纺丝螺杆温度约为250℃，纺丝速度约为1600m/min，其后以60℃/s左右的降温速度迅速降温至室温，然后以100℃左右的拉伸温度依次进行预拉伸、一次拉伸、二次拉伸，所述预拉伸、一次拉伸、二次拉伸的拉伸倍率分别为1.1、2.2、1.05，并且所述预拉伸、一次拉伸、二次拉伸的时间分别为12min、15min、12min左右。
（2）取200g黄麻纤维与800g前述可降解聚酯纤维分别进行一次开松，然后混合开松。
（3）将混合开松后的纤维喂入到梳理机中进行第一遍梳理，并得到定量为667g/m2的纤维网，随后进行第二遍梳理，梳理机的喂入频率为2.9Hz，锡林频率为20.15Hz，道夫频率为13.01Hz。
（4）将第二遍梳理输出的单层纤维网经过铺网机交叉折叠成厚网，丁帘频率为3.87Hz。
（5）将交叉铺成的纤维厚网依次送入牵伸机、预针刺机，经针刺作用固结成纤维毡。刺针植针密度为1750枚/m；针刺频率为437刺/min；针刺深度为4mm；针刺遍数为1遍。
（6）将纤维毡进行切边等修整，即可得到透气毡。该透气毡的最高使用温度可达250℃、最大承受压力可达1.2Mpa。
对比例3：本对比例所提供的一种可降解混杂纤维透气毡的制备方法与实施例2基本相同，区别在于：步骤（1）中在纺丝螺杆熔融挤出完成后，是将所获的挤出产物以45℃/s左右的降温速度降温至室温，之后进行拉伸处理。
对比例4：本对比例所提供的一种可降解复合透气毡的制备方法与实施例2基本相同，区别在于：步骤（2）中是采用了100g黄麻纤维与900g前述可降解聚酯纤维。
实施例3 一种可降解复合透气毡的制备方法包括：
（1）将Mw约为100000的聚（对苯二甲酸-己二酸丁二酯）与Mw约为30000的聚（3－羟基丁酸酯－co－3－羟基己酸酯）按照10：3的质量比均匀混合并进行熔融纺丝加工获得可降解聚酯纤维，所述的熔融纺丝加工包括：将前述两种可降解聚酯的混合物在80℃左右干燥8h，之后以纺丝螺杆熔融挤出，纺丝螺杆温度为250℃，纺丝速度为1500m/min左右，其后以55℃/s左右的降温速度迅速降温至室温，然后以115℃左右的拉伸温度依次进行预拉伸、一次拉伸、二次拉伸，所述预拉伸、一次拉伸、二次拉伸的拉伸倍率分别为1.2、2.8、1.15，并且所述预拉伸、一次拉伸、二次拉伸的时间均为15min左右。
（2）取500克前述可降解聚酯纤维和500克洋麻纤维，分别进行一次开松，然后混合开松；
（3）将混合开松后的纤维喂入梳理机，进行第一遍梳理并得到定量为1833g/m2的纤维网；随后进行第二遍梳理。梳理机的喂入频率为2.69Hz，锡林频率为20.15Hz，道夫频率为13.01Hz。
（4）将第二遍梳理输出的单层纤维网经过铺网机交叉折叠成厚网，丁帘频率为3.87Hz。
（5）将交叉铺成的纤维厚网依次送入牵伸机、预针刺机，经针刺作用固结成纤维毡。刺针植针密度为1750枚/m；针刺频率为437刺/min；针刺深度为4mm；针刺遍数为1遍。
（6）将纤维毡进行切边等修整，即可得到透气毡。该透气毡的最高使用温度可达250℃、最大承受压力可达1.2Mpa。
实施例4 一种可降解混杂纤维透气毡的制备方法包括：
（1）将Mw约为30000的聚乳酸、Mw约为30000的聚（丁二酸丁二酯）与Mw约为80000的聚（3－羟基丁酸酯－co－3－羟基己酸酯）按照5：5：2的质量比均匀混合并进行熔融纺丝加工获得可降解聚酯纤维，所述的熔融纺丝加工包括：将前述两种可降解聚酯的混合物在100℃左右干燥8h，之后以纺丝螺杆熔融挤出，纺丝螺杆温度为240℃左右，纺丝速度为1250m/min左右，其后以60℃/s左右的降温速度迅速降温至室温，然后以120℃左右的拉伸温度依次进行预拉伸、一次拉伸、二次拉伸，所述预拉伸、一次拉伸、二次拉伸的拉伸倍率分别为1.2、2.8、1.05，并且所述预拉伸、一次拉伸、二次拉伸的时间分别为15min、15min、12min。
（2）取400克苎麻纤维、600g前述可降解聚酯纤维分别开松一次后，再混合开松；
（3）将混合开松的纤维喂入梳理机进行第一遍梳理，得到定量为1833g/m2的纤维网，随后进行第二遍梳理。梳理机的喂入频率为2.9Hz，锡林频率为20.15Hz，道夫频率为13.01Hz。
（4）将第二遍梳理输出的单层纤维网经过铺网机交叉折叠成厚网，丁帘频率为3.87Hz。
（5）将交叉铺成的纤维厚网依次送入牵伸机、预针刺机，经针刺作用固结成纤维毡。刺针植针密度为1750枚/m；针刺频率为437刺/min；针刺深度为4mm；针刺遍数为1遍。
（6）将纤维毡进行切边等修整，即可得到透气毡。该透气毡的最高使用温度可达250℃、最大承受压力可达1.2Mpa。
实施例5 一种可降解复合透气毡的制备方法包括：
（1）将Mw约为52000的聚（丁二酸丁二酯）、Mw约为48000的聚（对苯二甲酸-己二酸丁二酯）与Mw约为48000的聚（3－羟基丁酸酯－co－3－羟基己酸酯）按照3：7：3的质量比均匀混合并进行熔融纺丝加工获得可降解聚酯纤维，所述的熔融纺丝加工包括：将前述两种可降解聚酯的混合物在100℃左右干燥6h，之后以纺丝螺杆熔融挤出，纺丝螺杆温度为230℃左右，纺丝速度为1400m/min左右，其后以55℃/s左右的降温速度迅速降温至室温，然后以105℃左右的拉伸温度依次进行预拉伸、一次拉伸、二次拉伸，所述预拉伸、一次拉伸、二次拉伸的拉伸倍率分别为1.1~1.2、2.2~2.8、1.05~1.15，并且所述预拉伸、一次拉伸、二次拉伸的时间为12~15min。
（2）取700克前述可降解聚酯纤维、200克黄麻纤维与100克苎麻落麻纤维分别进行一次开松，然后混合开松。
（3）将混合开松后的纤维喂入到梳理机中进行第一遍梳理，并得到定量为690g/m2的纤维网，随后进行第二遍梳理，梳理机的喂入频率为3.0Hz，锡林频率为20.15Hz，道夫频率为13.01Hz。
（4）将第二遍梳理输出的单层纤维网经过铺网机交叉折叠成厚网，丁帘频率为3Hz。
（5）将交叉铺成的纤维厚网依次送入牵伸机、预针刺机，经针刺作用固结成纤维毡。刺针植针密度为1750枚/m；针刺频率为437刺/min；针刺深度为4mm；针刺遍数为1遍。
（6）将纤维毡进行切边等修整，即可得到透气毡。该透气毡的最高使用温度可达250℃、最大承受压力可达1.2Mpa。
实施例1-实施例5及对比例1-对比例4所获产品的部分性能测试数据详见下表1。
表1
Figure 859352DEST_PATH_IMAGE001
本发明以上实施例采用天然植物纤维和可降解聚酯纤维的混合物所制备的可降解透气毡具有绿色可降解、成型工艺良好，耐高温高压、透气性、力学性能优良等特点。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种可降解混杂纤维透气毡的制备方法，其特征在于包括：
（1）将由质量比为10：1~3的第一可降解聚酯与第二可降解聚酯组成的混合物在80~100℃干燥6~8h，之后以纺丝螺杆熔融挤出，纺丝螺杆温度为200~250℃，纺丝速度为1200~2600m/min，其后以50~60℃/s的降温速度迅速降温至室温，然后以100~120℃的拉伸温度依次进行预拉伸、一次拉伸、二次拉伸，所述预拉伸、一次拉伸、二次拉伸的拉伸倍率分别为1.1~1.2、2.2~2.8、1.05~1.15，并且所述预拉伸、一次拉伸、二次拉伸的时间均为12~15min，获得可降解聚酯纤维，所述第二可降解聚酯采用Mw为20000~200000的聚（3－羟基丁酸酯－co－3－羟基己酸酯）；
（2）对所述可降解聚酯纤维和天然植物纤维依次进行开松、梳理、纤维网铺层、针刺、后修整处理，制得可降解混杂纤维透气毡。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一可降解聚酯的Mw为10000~100000，包括聚乳酸、聚（丁二酸丁二酯）、聚（对苯二甲酸-己二酸丁二酯）中的一种或多种的组合。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述天然植物纤维包括黄麻纤维、汉麻纤维、苎麻纤维、洋麻纤维、亚麻纤维、红麻纤维中的一种或多种的组合。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述可降解混杂纤维透气毡包含20wt%~100wt%天然植物纤维和0wt%-80wt%可降解聚酯纤维。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的开松处理包括：先对所述天然植物纤维、可降解聚酯纤维分别进行开松，之后将所述天然植物纤维与可降解聚酯纤维混合开松。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的梳理处理包括：将经混合开松后的纤维输入梳理机中梳理成网，所述梳理机的喂入频率为1-30 Hz、锡林转动频率为10-30Hz、道夫转动频率为5-25Hz。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的纤维网铺层处理包括：将经梳理处理所获的单层纤维网经过铺网机交叉折叠成纤维厚网。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的针刺处理包括：将纤维网铺层处理后所获的纤维厚网依次送入预针刺机、主针刺机，经针刺作用固结成纤维毡，其中采用的刺针植针密度为1000-5000枚/m、针刺频率为400-500次/min、针刺深度为2-10mm、针刺遍数为1-3遍。
9.由权利要求1-8中任一项所述方法制备的可降解混杂纤维透气毡。
10.一种可降解混杂纤维透气毡的干燥方法，其特征在于包括：将经长期使用后的权利要求9所述可降解混杂纤维透气毡依次在由体积比为1~2：1的乙醇与水组成的混合物、由体积比为5~10：1的乙醇与水组成的混合物、无水乙醇中充分超声清洗，之后置入真空干燥箱，再使所述真空干燥箱内的温度以1~3℃/min的升温速度从室温升温至60~80℃，并保温至所述可降解混杂纤维透气毡被烘干。
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