CN112981962A - 一种涤纶包覆丝及其制备方法及高抗疲劳网布 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及纺织领域，更具体地说，它涉及一种涤纶包覆丝及其制备方法及高抗疲劳网布。涤纶包覆丝包括涤纶芯丝和包覆于涤纶芯丝表面的包覆层，所述包覆层的由包含热塑性聚酯弹性体TPEE的原料经混合熔融制得；高抗疲劳网布由上述涤纶包覆丝编织得到。本申请中的涤纶包覆丝制备得到的涤纶包覆丝与网布不仅具有较高的环保性能，易于回收利用，还具有优异的断裂强力和高抗疲劳性能。
Description
技术领域
本申请涉及纺织领域，更具体地说，它涉及一种涤纶包覆丝及其制备方法及高抗疲劳网布。
背景技术
涤纶包覆丝通常指将PVC共混物均匀包覆在高强涤纶长丝外围，形成的PVC/PET特征复合包芯丝。采用这种丝作为编织的经纬纱，得到的织物具有PVC包覆涤纶丝综合了两者的优点，具有优异的强度和耐磨性，还具有一定的阻燃性。该织物广泛应用于遮阳、家具等户外用品中。
如申请号为CN201910367829.8的中国专利申请中公开了一种PVC包覆改性涤纶丝及其生产方法，其包括如下步骤：配制SEBS的苯乙烯溶液，将涤纶长丝置于前述溶液中浸渍处理2～5小时，取出烘干得到表面改性的涤纶长丝；将PVC塑料母料投入塑料挤出机中，通过塑料挤出机挤压系统塑化成均匀熔体，并挤出机头；将表面改性的涤纶长丝穿过塑料挤出机机头，并使所挤出的PVC熔体包覆在表面改性的涤纶长丝外层，经降温后得到所述PVC包覆改性涤纶丝。
采用PVC作为包覆材料制备得到的包覆丝具有优异的强度及使用性，但由于PVC塑料难以降解，对环境污染较大，环保性较低，导致其无法满足环保需求。
申请内容
为了解决相关技术中涤纶包覆丝的PVC外层难以降解，对环境污染大的问题，本申请提供一种涤纶包覆丝及其制备方法及高抗疲劳网布，该网布不仅具有优异的强度，且容易降解，极大的降低了对环境的污染。
第一方面，本申请提供一种涤纶包覆丝，采用如下的技术方案：
一种涤纶包覆丝，包括涤纶芯丝和包覆于涤纶芯丝表面的包覆层，所述包覆层由包含热塑性聚酯弹性体TPEE的原料经混合熔融制得。
传统的PVC包覆涤纶丝，由于材包含PVC和PET(涤纶)两种成分差距较大的涂料，导致其难以回收利用，且不够环保。而本申请中采用热塑性聚酯弹性体TPEE作为包覆层原料，由于TPEE与涤纶同为聚酯基材料，使得涤纶包覆丝可熔融回收利用。且TPEE相比PVC具有更好的环保性，对环境污染较小；同时，相比于PVC，TPEE还具有更高的弹性与韧性，其断裂强度高，回弹抗疲劳力极强。
优选的，所述热塑性聚酯弹性体TPEE的邵氏硬度为D25～D42。
通过采用上述技术方案，采用该硬度范围内的TPEE，制备得到的涤纶包覆丝的断裂强度与抗疲劳性较为平衡。
优选的，所述涤纶芯丝的纤度为300D～2000D。
纤度太低，则制得的涤纶包覆丝断裂强度与抗疲劳力性能难以达到使用需求；纤度太高，制得的包覆丝回弹性下降，其抗疲劳性下降。
优选的，所述包覆层的原料包含如下重量份的物质：
热塑性聚酯弹性体TPEE：30～50份；
抗氧剂：0.1～0.5份；
紫外光吸收剂：0.2～1份；
纳米水滑石：5～10份。
由于涤纶包覆丝制得的织物常用于户外，容易受到日光照射，因而其需要具有一定的耐紫外光老化与耐热老化性能。本申请中通过采用抗氧剂与紫外光吸收剂以提高包覆层的抗紫外性能，并采用水滑石以提高其耐热稳定性，减少包覆层在光照下的降解，从而提高涤纶包覆丝的耐老化性能。
优选的，所述纳米水滑石按照如下方法改性得到：
S101:将纳米水滑石与加入水中混合均匀，得到质量浓度为6～8％的浆料，然后于70～90℃的温度下,加入0.8～1.5％wt的硬脂酸钠，搅拌1～2h，制得预混料；
S102:将预混料取出滤干，置于105～120℃下烘干，筛选后制得改性纳米水滑石。
纳米水滑石填充于聚合物中，能够提高涤纶包覆丝在户外光照下的稳定性，减少降解，从而增强其耐老化性能，但由于纳米水滑石具有亲水疏油性，在聚合物内部分散性较差；另外，纳米水滑石与聚合物本体的相容性、结合力差，使用不当，可能法制涤纶包覆丝的性能下降。
本申请中通过对纳米水滑石进行疏水改性，有效提高了其在聚合物中的分散性、相容性，从而促进了涤纶包覆丝断裂强度与抗疲劳性能的提高。
第二方面，本申请提供一种涤纶包覆丝的制备方法，采用如下的技术方案：
一种涤纶包覆丝的制备方法，包括如下步骤：
S201:先将热塑性聚酯弹性体TPEE进行干燥，再将包覆层的原料混合熔融，挤出造粒，制得混合母粒；
S202:将混合母粒熔融挤出，包覆于涤纶芯丝表面，经冷却卷绕，制得涤纶包覆丝。
通过采用上述技术方案，制备得到的涤纶包覆丝不仅具有优异的强度与抗疲劳性能，且容易降解，极大的降低了对环境造成的污染。
优选的，步骤S202中，挤出时采用的挤出机的螺杆长径比为28～30，挤出温度为180～230℃。
当螺杆长径比低于28时，物料混合不均，制备得到的涤纶包覆丝外表较为毛糙，其机械性能下降；当螺杆长径比高于30时，物料在螺杆上的停留时间较长，容易发生降解，使得其性能下降。另外，挤出温度太高，TPEE容易发生降解，导致其耐老化性能下降；采用上述范围内的温度及螺杆长径比，能够使涤纶芯丝与TPEE包覆层发生相互渗透，形成类似榫卯连接的结构，有利于提高TPEE包覆层与涤纶芯丝的结合力，进而提高涤纶包覆丝的耐老化性能。
优选的，步骤S201中，在包覆层的原料进行混合熔融前，先将热塑性聚酯弹性体TPEE置于100～120℃的温度下干燥2～4h。
热塑性聚酯弹性体TPEE在100～120℃的温度下，发生预结晶，适当提高熔融温度，并降低其水分含量，挤出后不易产生气泡，包覆层成型后更为均匀致密，其外观质量更高，且耐老化性能更佳。
第三方面，本申请提供一种高抗疲劳网布，采用如下的技术方案：
一种高抗疲劳网布，由上述中任一项所述的涤纶包覆丝制得。
通过采用上述技术方案，制备得到的网布具有较高的断裂强度，同时，其回弹性好，且抗疲劳性能高，在长期使用后依然能够保持优异的回弹性；另外，该网布还具有抗紫外线耐热等优点，使得其不易在室外光照环境下发生降解老化。
1、由于本申请采用热塑性聚酯弹性体TPEE作为涤纶包覆丝的包覆原料，由于TPEE为聚酯基弹性材料，使制得的涤纶包覆丝容易降解；同时，还具有优异的断裂强度与抗疲劳性。
2、本申请的包覆层原料优选采用改性纳米水滑石，利用水滑石具有的紫外线屏蔽作用与热稳定性，提高了涤纶包覆丝的抗紫外性能与耐老化性能。
3、本申请的方法，采用28～30的螺杆长径比与180～230℃的挤出温度，使涤纶包覆丝的包覆层成型后更为致密均匀，有效的提高了涤纶包覆丝的机械性能与耐老化性能。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
制备例
制备例1，一种改性纳米水滑石，按照如下方法制备得到：
S101:将纳米水滑石与加入水中混合均匀，得到质量浓度为8％的浆料，然后于80℃的温度下,加入1％wt的硬脂酸钠，搅拌1h，制得预混料；
S102:将预混料取出滤干，置于110℃的温度下烘干，经200目的标准筛筛选后制得改性纳米水滑石。
实施例
实施例1，一种涤纶包覆丝，包覆层的原料选择及其相应含量如表1所示，且按照如下步骤制备得到：
S201:先将热塑性聚酯弹性体TPEE置于110℃下进行干燥3h，再将包覆层的原料混合熔融，挤出造粒，制得混合母粒；
S202:采用螺杆长径比为30的螺杆挤出机，于200℃的挤出温度下，将混合母粒熔融挤出，并包覆于纤度为1000D的涤纶芯丝表面，经冷却卷绕，制得涤纶包覆丝，其中包覆层的厚度为0.6mm。
实施例2～5，一种涤纶包覆丝，与实施例1的区别在于，包覆层的原料选择及其相应含量如表1所示。
表1实施例1～5中包覆层的原料组分及其相应含量(kg)
其中，表1中采用的热塑性聚酯弹性体TPEE的邵氏硬度为D30，纳米水滑石采用制备例1中制备得到的改性纳米水滑石。
实施例6，一种涤纶包覆丝，与实施例1的区别在于，采用的热塑性聚酯弹性体TPEE的邵氏硬度为D20。
实施例7，一种涤纶包覆丝，与实施例1的区别在于，采用的热塑性聚酯弹性体TPEE的邵氏硬度为D45。
实施例8，一种涤纶包覆丝，与实施例1的区别在于，步骤S202中，采用的涤纶芯丝的纤度为150D。
实施例9，一种涤纶包覆丝，与实施例1的区别在于，步骤S202中，采用的涤纶芯丝的纤度为2500D。
实施例10，一种涤纶包覆丝，与实施例2的区别在于，采用未改性的纳米水滑石替代制备例1制得的改性9纳米水滑石。
实施例11，一种涤纶包覆丝，与实施例1的区别在于，步骤S202中，挤出机的螺杆长径比为26，挤出温度为170℃。
实施例12，一种涤纶包覆丝，与实施例1的区别在于，步骤S202中，挤出机的螺杆长径比为31，挤出温度为240℃。
实施例13，一种涤纶包覆丝，与实施例1的区别在于，步骤S201中，热塑性聚酯弹性体TPEE不进行干燥。
对比例
对比例1，一种涤纶包覆丝，与实施例1的区别在于，采用POE弹性体替代热塑性聚酯弹性体TPEE，且挤出温度为180℃。
对比例2，一种PVC包覆改性涤纶丝，按照如下步骤制备得到：
步骤一,配制质量浓度为15％的SEBS的苯乙烯溶液,将纤度为1000D的涤纶长丝充分置于前述溶液中浸渍处理5小时,取出后烘干去除溶剂,得到表面改性的涤纶长丝；
步骤二,将PVC塑料母料、占PVC塑料母料质量7％的EVA投入塑料挤出机进料口中共混,PVC塑料母料通过塑料挤出机的挤压系统而塑化成均匀熔体，并挤出机头；
步骤三,将步骤一得到的表面改性的涤纶长丝穿过塑料挤出机机头,并使步骤所挤出的PVC熔体包覆在表面改性的涤纶长丝外层，包覆温度为165℃,挤出机螺杆转速为35rpm、卷绕速度为115rpm。然后从冷却水槽内经过降温后,得到所述PVC包覆改性涤纶丝。
应用例
应用例1，一种高抗疲劳网布，将实施例1制得的的涤纶包覆丝采用剑杆织机进行整经、织造加热定型后做成网布；网布的经向密度为15根/inch，纬向密度为13根/inch，且该网布采用平纹组织结构进行编织。
应用例2～13，一种高抗疲劳网布，与应用例1的区别在于，依次采用实施例2～13制得的的涤纶包覆丝替代实施例1制得的的涤纶包覆丝。
对比例3，一种网布，与应用例1的区别在于，采用对比例1制得的的涤纶包覆丝替代实施例1制得的的涤纶包覆丝。
对比例4，一种网布，与应用例1的区别在于，采用对比例2制得的的涤纶包覆丝替代实施例1制得的的涤纶包覆丝。
性能检测试验
试验1：网布断裂强度测试试验方法：参照ISO 13934-1《织物拉伸强力测试》中的测试标准，对网布的经向断裂强度与纬向断裂强度进行检测，测试结果如表2所示。
1.1试样制备：取应用例1～13与对比例3～4制得的网布，分别剪取2组500mm×50mm的试样，一组经向，另一组纬向，每组各5块布样。
表2网布断裂强度测试结果
试验2：网布抗疲劳性能测试试样制备：取应用例1～13和对比例3～4制得的网布一张，参照FZ/T 70006-2004《针织物拉伸弹性回复率试验方法》中附录A中的阶梯裁样法在上述每张网布上裁取3块100mm×50mm的试样。
试验方法：参照FZ/T 70006-2004《针织物拉伸弹性回复率试验方法》中的测试标准进行试验，将试样长度方向的两端平整地紧固在夹持器内,开动仪器,施加1N的预加张力,当施加到预定力值时,停置1min,再以回程速度回到起点,停置3min,加上1N预加张力，自动记录此时试样长度,测试结果以3块试样试验数据的平均值表示。通过测量网布的定力拉伸弹性回复率来表征网布与涤纶包覆丝的抗疲劳性能，测试结果如表3所示。
试验设备：测试仪器采用CRE型拉伸试验仪。
试验条件：预定力值为25N,反复拉伸次数分别为1次与1000次。
表3网布抗疲劳性能测试结果(％)
试验结果分析：
(1)结合应用例1～13和对比例3～4并结合表2与表3可以看出，采用热塑性聚酯弹性体TPEE制备得到的涤纶包覆丝，可显著提高网布的断裂强度和抗疲劳性能。其原因可能在于，热塑性聚酯弹性体TPEE具有卓越的回弹力，出众的韧性与强度，将其熔融包覆于涤纶丝表面，形成包覆层，在解决传统PVC包覆涤纶丝难以回收利用、环保性低等问题的前提下，利用TPEE出众的韧性与强度，提高涤纶包覆丝的断裂强度；利用TPEE卓越的回弹力与韧性，增强涤纶包覆丝的抗疲劳性能。
(2)结合应用例1和应用例6～7并结合表2与表3可以看出，采用邵氏硬度为D25～D42的热塑性聚酯弹性体TPEE，可有效提高网布的断裂强度和抗疲劳性能。其原因可能在于，TPEE的邵氏硬度越大，则硬度越大，其弹性与韧性将下降，从而使制得的涤纶包覆丝与网布的抗疲劳性能下降；TPEE的邵氏硬度越小，TPEE的屈服强度将下降，从而使制得的涤纶包覆丝与网布的的断裂强度下降。
(3)结合应用例2和应用例5、应用例10并结合表2与表3可以看出，采用改性纳米水滑石均可改善网布的断裂强度和抗疲劳性能，而采用未改性的纳米水滑石反而降低其断裂强度和抗疲劳性能。其原因可能在于，分散均匀的纳米水滑石在聚合物中能够抑制裂纹的产生和扩展，从而具有增强增韧作用，因此能够改善涤纶包覆丝与网布的的断裂强度和抗疲劳性能。然而未经疏水改性的纳米水滑石在聚合物中难以分散均匀，容易团聚而破坏聚合物的机械性能。
另外，纳米水滑石具有的插层结构，使得其具有优异的热稳定性，能够减少弹性体TPEE在熔融挤出过程中的降解，保障其机械性能。
(4)结合应用例2和应用例11～12并结合表2与表3可以看出，采用螺杆长径比为28～30的挤出机，并调节挤出温度为180～230℃，有利于保障涤纶包覆丝与网布的断裂强度与抗疲劳性能。其原因可能在于，挤出温度与挤出机螺杆长径比共同影响包覆层原料的熔融挤出时间及剪切强度，挤出温度过高与长径比过大，使得物料在挤出机内的停留时间增加，剪切作用过强，导致聚合物发生降解，破坏聚合物的力学性能；而挤出温度过低与长径比过小，则难以充分反应，同样影响其力学性能。
试验3：耐老化性能测试试验方法：参照GB/T 16422.3中的1A型灯日光紫外区的相对紫外光谱辐照度(方法A)对试样进行辐照处理，然后参照ISO 13934-1《织物拉伸强力测试》中的测试标准，对网布的经向断裂强度与纬向断裂强度进行检测，对比表2，按照K＝(辐照前断裂强力-辐照后断裂强力)/辐照前断裂强力×100％计算得到网布的断裂强力保持率，测试结果如表4所示。
试验条件：暴露周期：8h干燥、0.25h喷淋、3.75h凝露；暴露时间为144h,共12个暴露周期；灯型为1A型(UVA-340)灯。
表4网布耐老化性能测试结果
试验结果分析：
(1)结合应用例1～13和对比例3～4并结合表2与表3可以看出，相比POE弹性体和PVC,采用热塑性聚酯弹性体TPEE制备得到的涤纶包覆丝，网布的耐老化性能更优。
(2)结合实施例2和实施例5、实施例10并结合表2与表3可以看出，采用纳米水滑石与改性纳米水滑石均可改善网布的耐老化性能，而采用未改性的纳米水滑石反而降低其断裂强度和抗疲劳性能。其原因可能在于，纳米水滑石具有紫外线屏蔽作用和热稳定性，其均匀的分散于聚合物中，能够起到抑制因紫外线辐照和辐照温升导致的降解现象，从而有效降低涤纶包覆丝与网布的老化速率。
(3)结合实施例2和实施例11～12并结合表2与表3可以看出，采用螺杆长径比为28～30的挤出机，并调节挤出温度为180～230℃，有利于提高涤纶包覆丝与网布的耐老化性能。其原因可能在于，在上述条件下包覆形成的包覆层，更为均匀致密，其表面光滑无裂纹，对紫外线及高温具有更好的耐受性，从而降低其老化速率。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (9)
1.一种涤纶包覆丝，其特征在于，包括涤纶芯丝和包覆于涤纶芯丝表面的包覆层，所述包覆层由包含热塑性聚酯弹性体TPEE的原料经混合熔融制得。
2.根据权利要求1所述的一种涤纶包覆丝，其特征在于：所述热塑性聚酯弹性体TPEE的邵氏硬度为D25～D42。
3.根据权利要求1所述的一种涤纶包覆丝，其特征在于：所述涤纶芯丝的纤度为300D～2000D。
4.根据权利要求1所述的一种涤纶包覆丝，其特征在于：所述包覆层的原料包含如下重量份的物质：
热塑性聚酯弹性体TPEE：30～50份；
抗氧剂：0.1～0.5份；
紫外光吸收剂：0.2～1份；
纳米水滑石：5～10份。
5.根据权利要求4所述的一种涤纶包覆丝，其特征在于：所述纳米水滑石按照如下方法改性得到：
S101:将纳米水滑石与加入水中混合均匀，得到质量浓度为6～8%的浆料，然后于70～90℃的温度下,加入0.8～1.5%wt的硬脂酸钠，搅拌1～2h，制得预混料；
S102:将预混料取出滤干，置于105～120℃下烘干，筛选后制得改性纳米水滑石。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的一种涤纶包覆丝的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S201:先将热塑性聚酯弹性体TPEE进行干燥，再将包覆层的原料混合熔融，挤出造粒，制得混合母粒；
S202:将混合母粒熔融挤出，包覆于涤纶芯丝表面，经冷却卷绕，制得涤纶包覆丝。
7.根据权利要求6所述的一种涤纶包覆丝的制备方法，其特征在于：步骤S202中，挤出时采用的挤出机的螺杆长径比为28～30，挤出温度为180～230℃。
8.根据权利要求6所述的一种涤纶包覆丝的制备方法，其特征在于：步骤S201中，在包覆层的原料进行混合熔融前，先将热塑性聚酯弹性体TPEE置于100～120℃的温度下干燥2～4h。
9.一种高抗疲劳网布，由权利要求1～8中任一项所述的涤纶包覆丝制得。
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