CN115262024A - 一种本征高导热聚甲醛纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种本征高导热聚甲醛纤维及其制备方法，其特点是在聚甲醛基体中引入与其相容性较好的酰胺、酰肼类自组装成核剂，利用其在聚甲醛熔体升降温过程中发生分子间氢键作用，自组装形成纤维状、树枝状等多种超分子结构，进而诱导聚甲醛分子在其表面发生附生结晶，形成较为有序的结晶结构；并在聚甲醛纺丝过程中促进聚甲醛分子结晶取向，获得高结晶度及取向程度，进一步通过高温退火处理，形成更为有序、完善的结晶结构，从而大幅提升聚甲醛纤维导热性能。

Description

一种本征高导热聚甲醛纤维及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料加工领域，涉及一种高分子聚合物，具体而言，涉及一种本征高导热聚甲醛纤维及其制备方法。
背景技术
聚甲醛(POM)是以[-CH2-O-]为主链、无支化、高密度、高熔点、高结晶热塑性工程塑料，综合性能优异，是工程塑料中最接近金属的品种，可用以代替铜、铝、锌等有色金属及合金制品。POM纤维的强度极高，为常用聚酯纤维、尼龙纤维的2-3倍，其耐摩擦磨损性、耐化学药品性优异，吸水率极低，作为混凝土增强材料、绳索、缆绳、渔用合成纤维等应用广泛。
为了进一步提升聚甲醛纤维的各项性能，技术人员做出了多方努力。黄廷健等，纺织学报，2018，39(10)：1-6，通过研究聚甲醛流变行为、热稳定性及结晶性能，确定了其熔融纺丝工艺条件，其纤维极限拉伸倍数可达17倍，断裂强度达8.87cN/dtex；陈丽萍等，合成纤维，2016，45(3)：24-28，采用熔融纺丝方法，通过调整纺丝工艺参数中的卷绕速度及后牵伸倍数，制备的聚甲醛纤维拉伸倍数可达7.4，具有良好的耐碱及耐弱酸性。
由于聚甲醛结晶度高达70％以上，经拉伸取向所得纤维结晶度可达80％左右，其高结晶度及有序排列的分子结构有利于声子(即晶格热振动)的传递和导热性的提升。有鉴于此，如何进一步提高聚甲醛结晶取向程度、获得有序、完善的结晶结构对制备本征高导热性聚甲醛纤维至关重要，然而还未见相关研究报道。
发明内容
本发明提供了一种本征高导热聚甲醛纤维及其制备方法，其特点是：在聚甲醛基体中引入与其相容性较好的酰胺、酰肼类自组装成核剂，利用其在聚甲醛熔体升降温过程中发生分子间氢键作用、自组装形成纤维状、树枝状等多种超分子结构，进而诱导聚甲醛在其表面发生附生结晶，形成较为有序的结晶结构；并在聚甲醛纺丝过程中促进聚甲醛分子结晶取向，获得高结晶度及取向程度，进一步通过高温退火处理，形成更为有序、完善的结晶结构，从而大幅提升聚甲醛纤维导热性能。
本发明的目的由以下技术措施实现，其中所述原料分数除特殊说明外，均为重量份数。
一种本征高导热聚甲醛纤维及其制备方法包括以下步骤：
S1：制备成核剂改性聚甲醛；
S2：制备成核剂改性聚甲醛初生纤维；
S3：制备成核剂改性聚甲醛纤维；
S4：制备本征高导热聚甲醛纤维。
具体而言，将100份聚甲醛与0.05-5份抗氧剂、0.01-5份自组装成核剂加入高速混合机中混合均匀，再用双螺杆挤出机熔融混炼，挤出造粒，螺杆转速150-400转/分，料筒温度150-210℃，即得成核剂改性聚甲醛；所述抗氧剂为四[-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(即：Irganox1010)、N,N'-双-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基]己二胺(即：Irganox 1098)、-(4-羟基-3，5-二叔丁基苯基)丙酸十八醇酯(即：Irganox 1076)、三甘醇双-3-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苄基)丙酸酯(即：Irganox 245)、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(即：BHT(264))中的任一种；所述自组装成核剂为多酰胺类化合物(即：TMC-328)、酰肼类化合物(即：TMC-300)、N,N’-二环己基-2,6-萘二酰胺中(即：NU-100)的任一种；
随后将上述成核剂改性聚甲醛在熔融纺丝机中进行纺丝，经螺杆挤出机、熔体过滤器、纺丝组件使熔融的聚甲醛熔体经计量泵计量后通过喷丝头喷出，经上油集束后进行热辊牵伸、卷绕，获得成核剂改性聚甲醛初生纤维，纺丝温度为180-230℃，卷绕速度为100-1000m.min-1；然后用热拉伸定型设备对初生纤维进行热拉伸定型，热拉伸温度为120-150℃，热拉伸倍数为5-10倍，热定型温度为140-150℃，热定型时间为1-10min，获得成核剂改性聚甲醛纤维；进一步将其于100-150℃进行张紧退火处理10-500min，获得本征高导热聚甲醛纤维。
本发明制备的本征高导热聚甲醛纤维，当热拉伸倍数为7倍时，其拉伸强度、拉伸模量及导热系数分别可达8.32-10.11cN·dtex-1、90.42-110.14cN·dtex-1、5.32-6.41W·m-1·K-1。
本发明具有如下优点：
1、在聚甲醛基体中引入与其相容性较好的酰胺、酰肼类自组装成核剂，利用其在聚甲醛熔体升降温过程中发生分子间氢键作用、自组装形成纤维状、树枝状等多种超分子结构，进而诱导聚甲醛分子在其表面发生附生结晶，形成较为有序的结晶结构；并在聚甲醛纺丝过程中促进聚甲醛分子结晶取向，获得高结晶度及取向程度，进一步通过高温退火处理，形成更为有序、完善的结晶结构，从而大幅提升聚甲醛纤维导热性能。
2、酰胺、酰肼类自组装成核剂的引入不仅可促进聚甲醛纤维结晶取向结构的形成，由于其含胺基，还可通过对聚甲醛降解产生的甲醛、甲酸的吸收，提升其热稳定性。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。实施例中所用的原料如无特殊说明，均可从常规商业途径得到。
实施例1
将100份聚甲醛与0.3-2份Irganox1010、0.01-0.1份TMC-328加入高速混合机中混合均匀，再用双螺杆挤出机熔融混炼，挤出造粒，螺杆转速150转/分，料筒温度150-190℃，即得成核剂改性聚甲醛；
随后将上述成核剂改性聚甲醛在熔融纺丝机中进行纺丝，经螺杆挤出机、熔体过滤器、纺丝组件使熔融的聚甲醛熔体经计量泵计量后通过喷丝头喷出，经上油集束后进行热辊牵伸、卷绕，获得成核剂改性聚甲醛初生纤维，纺丝温度为180-190℃，卷绕速度为100-200m.min-1；然后用热拉伸定型设备对初生纤维进行热拉伸定型，热拉伸温度为150℃，热拉伸倍数为7倍，热定型温度为140℃，热定型时间为2min，获得成核剂改性聚甲醛纤维；进一步将其于120℃进行张紧退火处理50min，获得本征高导热聚甲醛纤维。
实施例2
将100份聚甲醛与0.5-5份Irganox 245、0.5份TMC-300加入高速混合机中混合均匀，再用双螺杆挤出机熔融混炼，挤出造粒，螺杆转速200转/分，料筒温度170-200℃，即得成核剂改性聚甲醛；
随后将上述成核剂改性聚甲醛在熔融纺丝机中进行纺丝，经螺杆挤出机、熔体过滤器、纺丝组件使熔融的聚甲醛熔体经计量泵计量后通过喷丝头喷出，经上油集束后进行热辊牵伸、卷绕，获得成核剂改性聚甲醛初生纤维，纺丝温度为220-230℃，卷绕速度为200-300m.min-1；然后用热拉伸定型设备对初生纤维进行热拉伸定型，热拉伸温度为120-140℃，热拉伸倍数为8倍，热定型温度为150℃，热定型时间为5min，获得成核剂改性聚甲醛纤维；进一步将其于130℃进行张紧退火处理30min，获得本征高导热聚甲醛纤维。
实施例3
将100份聚甲醛与0.05-0.5份Irganox 1098、1-5份NU-100加入高速混合机中混合均匀，再用双螺杆挤出机熔融混炼，挤出造粒，螺杆转速300转/分，料筒温度160-210℃，即得成核剂改性聚甲醛；
随后将上述成核剂改性聚甲醛在熔融纺丝机中进行纺丝，经螺杆挤出机、熔体过滤器、纺丝组件使熔融的聚甲醛熔体经计量泵计量后通过喷丝头喷出，经上油集束后进行热辊牵伸、卷绕，获得成核剂改性聚甲醛初生纤维，纺丝温度为200℃，卷绕速度为400-1000m.min-1；然后用热拉伸定型设备对初生纤维进行热拉伸定型，热拉伸温度为145℃，热拉伸倍数为9倍，热定型温度为145℃，热定型时间为3min，获得成核剂改性聚甲醛纤维；进一步将其于140℃进行张紧退火处理20min，获得本征高导热聚甲醛纤维。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施方式和说明书中的描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种本征高导热聚甲醛纤维，其特征在于，所述本征高导热聚甲醛纤维由聚甲醛与自组装成核剂复合而成。
2.一种本征高导热聚甲醛纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：制备成核剂改性聚甲醛；
S2：制备成核剂改性聚甲醛初生纤维；
S3：制备成核剂改性聚甲醛纤维；
S4：制备本征高导热聚甲醛纤维。
3.根据权利要求2所述的本征高导热聚甲醛纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤S1包括：将100份聚甲醛与0.05-5份抗氧剂、0.01-5份自组装成核剂加入高速混合机中混合均匀，再用双螺杆挤出机熔融混炼，挤出造粒，螺杆转速150-400转/分，料筒温度150-210℃，即得成核剂改性聚甲醛。
4.根据权利要求3所述的本征高导热聚甲醛纤维的制备方法，其特征在于，所述抗氧剂为四[-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、N,N'-双-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基]己二胺、-(4-羟基-3，5-二叔丁基苯基)丙酸十八醇酯、三甘醇双-3-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苄基)丙酸酯、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚中的任一种。
5.根据权利要求3所述的本征高导热聚甲醛纤维的制备方法，其特征在于，所述自组装成核剂为多酰胺类化合物(即：TMC-328)、酰肼类化合物(即：TMC-300)、N,N’-二环己基-2,6-萘二酰胺中(即：NU-100)的任一种。
6.根据权利要求2所述的本征高导热聚甲醛纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤S2包括：将所述成核剂改性聚甲醛在熔融纺丝机中进行纺丝，经螺杆挤出机、熔体过滤器、纺丝组件使熔融的聚甲醛熔体经计量泵计量后通过喷丝头喷出，经上油集束后进行热辊牵伸、卷绕，获得成核剂改性聚甲醛初生纤维，纺丝温度为180-230℃，卷绕速度为100-1000m.min-1。
7.根据权利要求2所述的本征高导热聚甲醛纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤S3包括：用热拉伸定型设备对所述成核剂改性聚甲醛初生纤维进行热拉伸定型，热拉伸温度为120-150℃，热拉伸倍数为5-10倍，热定型温度为140-150℃，热定型时间为1-10min，获得成核剂改性聚甲醛纤维。
8.根据权利要求2所述的本征高导热聚甲醛纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤S4包括：将所述成核剂改性聚甲醛纤维于100-150℃进行张紧退火处理10-500min，获得本征高导热聚甲醛纤维。
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