CN115584569A - 一种气凝胶纺单丝及其制备方法 - Google Patents

一种气凝胶纺单丝及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及涤纶单丝生产技术领域，尤其是涉及的是一种气凝胶纺单丝及其制备方法。该方法是将气凝胶与涤纶切片经过熔融切片、干燥、再熔融、出丝、水冷、牵伸、热压定型、单丝成品。或将气凝胶、功能性母粒与涤纶切片经过熔融切片、干燥、再熔融、出丝、水冷、牵伸、热压定型、单丝成品。通过优化气凝胶纺单丝的制备方法，制备出的单丝结构透明，软硬度可调节，耐高温、隔热隔冷，具有良好的保温功能，有立体感。整体结构为皮芯结构，外部低温，内里高温。由于单丝的外表面的熔点低，更容易与其他纱线融合更加贴切，结构更加紧贴、硬挺。通过增加功能性母粒，使得制备出的单丝具有相应功能效果，满足多种多样的使用需求。

Description

一种气凝胶纺单丝及其制备方法
技术领域
本申请涉及涤纶单丝生产技术领域，尤其是涉及的是一种气凝胶纺单丝及其制备方法。
背景技术
气凝胶是指通过溶胶凝胶法，用一定的干燥方式使气体取代凝胶中的液相而形成的一种纳米级多孔固态材料。如明胶、阿拉伯胶、硅胶、毛发、指甲等。气凝胶也具凝胶的性质，即具膨胀作用、触变作用、离浆作用。
气凝胶纺单丝是纺织产业中为了使纺织制品具有更加好的使用效果所制备形成的单丝产品，其具备气凝胶的优良性能，单一的组成材质使得单丝具有的功能效果也较为单一。材质、结构的不同往往所制备出的单丝使用效果也不同，如何制备出性能优良的气凝胶纺单丝就显得尤为重要了，现有技术中气凝胶纺单丝的制备方法，其制备的气凝胶纺单丝使用效果欠佳，具体表现在耐高温、隔热隔冷等功能效果上。
发明内容
本申请的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过说明书指出的结构来实现和获得。
本申请的目的在于克服上述不足，提供一种气凝胶纺单丝及其制备方法。
为实现上述目的，本申请的技术解决方案是：
一种气凝胶纺单丝，气凝胶纺单丝包括涤纶与气凝胶，基于气凝胶纺单丝的总质量计，涤纶的质量含量为85％-99％，气凝胶的质量含量为1％-15％。
在一些实施方式中，气凝胶纺单丝还包括功能性母粒。
在一些实施方式中，基于气凝胶纺单丝的总质量计，涤纶的质量含量为82％-98％，气凝胶的质量含量为1％-4％，功能性母粒的质量含量为1％-14％。
在一些实施方式中，功能性母粒为抗菌母粒或防紫外线母粒。
一种气凝胶纺单丝的制备方法，包括以下步骤：熔融切片，将质量含量为1％-15％的气凝胶材料与涤纶切片共混，造粒成涤纶气凝胶切片；干燥，涤纶气凝胶切片经155-165℃预结晶干燥6个小时，170-180℃真空干燥5小时；再熔融，挤出温度设270℃-280℃，螺杆压力设定 12Mpa，均匀剪切塑化，经计量泵计量，送至组件模板；出丝；水冷，冷水槽温度设定60-70℃；牵伸，一牵与二牵之间的热水箱设定温度90-100℃，拉伸4.4倍，通过二牵与三牵，设备定热烘箱温度155-165℃，达到5.0-5.8倍高强度拉伸，继续通过三牵与四牵；热压定型，设定定型箱温度170-180℃预缩10％-20％，使成品丝收缩尺寸稳定，单丝经过油收卷。制备出的单丝结构较为透明，软硬度可调节，耐高温、隔热隔冷，具有良好的保温功能，有立体感。整体结构为皮芯结构，外部低温，内里高温。由于单丝的外表面的熔点低，更容易与其他纱线融合更加贴切，结构更加紧贴、硬挺。气凝胶与涤纶混合时，气凝胶的质量含量、涤纶的质量含量相加等于100％。
在一些实施方式中，熔融切片步骤中，共混时还添加质量含量为1％-14％的功能性母粒，此时气凝胶材料质量含量为1％-4％。功能性母粒其作用是使制备出的单丝具有一定的功能效果，如：抗菌、防紫外线等功能。在实际应用中，气凝胶纺单丝可以只由涤纶(PET)和气凝胶做成单丝，也可以由涤纶(PET)、气凝胶、功能性母粒做成单丝。PET通常指聚对苯二甲酸乙二酯，俗称涤纶。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是由对苯二甲酸(PTA)和乙二醇(EG) 经过缩聚产生的，聚对苯二甲酸乙二醇酯俗称涤纶，其中的部分聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET) 再通过水下切粒而最终生成。纤维级聚酯切片用于制造涤纶短纤维和涤纶长丝。气凝胶、功能性母粒与涤纶混合时，气凝胶的质量含量、涤纶的质量含量、功能性母粒的质量含量相加等于100％。
在一些实施方式中，功能性母粒可以为抗菌母粒或者抗紫外线母粒，还可以是具有其他功能效果的母粒。
在一些实施方式中，出丝步骤中，纺丝组件采用30-50目海沙，300-400目过滤网。
在一些实施方式中，再熔融步骤中，计量泵为1×4行星计量泵。
在一些实施方式中，纺丝组件通过喷丝板挤出喷丝，经0.4DX12H喷出原丝。
在一些实施方式中，过油收卷中通过油轮上油至收卷，收卷机采用全自动PLC张力控制器，步进电机均匀收卷。
通过采用上述的技术方案，本申请的有益效果是：
本申请通过优化气凝胶纺单丝的制备方法，制备出的单丝结构较为透明，软硬度可调节，耐高温、隔热隔冷，具有良好的保温功能，有立体感。整体结构为皮芯结构，外部低温，内里高温。由于单丝的外表面的熔点低，更容易与其他纱线融合更加贴切，结构更加紧贴、硬挺。通过增加功能性母粒，使得制备出的单丝具有相应功能效果，满足多种多样的使用需求。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式对本申请进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本申请，但并不用于限定本申请。
另外，在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。但注明直接连接则说明连接地两个主体之间并不通过过渡结构构建连接关系，只通过连接结构相连形成一个整体。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
根据本申请的一些实施方式，本申请提供了一种气凝胶纺单丝，包括涤纶与气凝胶，基于气凝胶纺单丝的总质量计，涤纶的质量含量为85％-99％，气凝胶的质量含量为1％-15％。单丝结构较为透明，软硬度可调节，耐高温、隔热隔冷，具有良好的保温功能，有立体感。整体结构为皮芯结构，外部低温，内里高温。由于单丝的外表面的熔点低，更容易与其他纱线融合更加贴切，结构更加紧贴、硬挺。
皮芯结构，即包含两个部分，一是表皮，还有就是芯部，表皮在外、芯部在内。化学纤维在成纤过程中，由于条件的影响，纤维的表皮与芯部常表现出明显的结构差异这种并存的结构叫作皮芯结构。表层一般质地致密，经过拉伸有较强的定向性，对强度及手感有较大的贡献；芯部质地较疏松无序，时常对染色性能有较大的贡献。两种结构的匹配对纤维的综合性能有很大的作用。成纤时期凝固作用的速度、强度以及外力(拉伸等)的影响是形成这种结构的主要制约因素。这种结裢在湿纺纤维中表现尤为明显，通过对纤维截厦切片染色照片可以清楚地分辨出来。高速纺纤维在单轴拉伸形变中，由于表层和芯层温度不同，表层在冷却空气的作用下，熔体粘度降低，在较大的拉伸剪切应力作用下，皮层的取向和结晶皆高于芯层，故纤维结构出现了径向差异，形成了皮芯结构。皮芯结构是高速纺纤维的一个重要特征。
根据本申请的一些实施方式，可选的，气凝胶纺单丝还包括功能性母粒。
根据本申请的一些实施方式，本申请提供了一种气凝胶纺单丝，基于气凝胶纺单丝的总质量计，涤纶的质量含量为82％-98％，气凝胶的质量含量为1％-4％，功能性母粒的质量含量为 1％-14％。
根据本申请的一些实施方式，可选的，功能性母粒为抗菌母粒或防紫外线母粒。
本申请还提供了一种气凝胶纺单丝的制备方法，该制备方法用来生产制出上述气凝胶纺单丝，并例举其中几个实施例，具体如下：
实施例一
本实施例提供了一种气凝胶纺单丝的制备方法，制备方法是将气凝胶与涤纶切片(PET) 经过熔融切片、干燥、再熔融、出丝、水冷、牵伸、热压定型、单丝成品。制备方法中包含多个细分小步骤，如：熔融切片步骤、再熔融步骤、水冷步骤等。其中，PET通常指聚对苯二甲酸乙二酯，俗称涤纶。
熔融切片步骤；将质量含量2％的气凝胶材料与质量含量98％的涤纶切片(PET)共混，造粒成涤纶气凝胶切片。经160℃预结晶干燥6个小时，175℃真空干燥5小时制备。双螺杆挤出机挤出温度设置为270℃，螺杆压力设定12Mpa，均匀剪切塑化，经计量泵计量，送至组件模板。
出丝步骤；纺丝组件采用40目海沙，350目过滤网，分配组件，均匀过滤溶体杂质，经 0.4DX12H喷出原丝。
水冷步骤；冷水槽温度设定60℃，一牵与二牵之间热水箱温度设定90℃。
牵伸步骤；拉伸4.4倍，通过二牵与三牵，设备定热烘箱(拉伸箱)温度160℃，达到5.0倍高强度拉伸，通过三牵与四牵。
热压定型步骤；设定定型箱温度175℃预缩10％，使成品丝收缩尺寸稳定，丝经过油收卷，制得气凝胶涤纶单丝(白色)。
制备出的气凝胶单丝成品，指标如下：规格0.10MM/1F(100D)，116dtex，伸长率：17％-18％，断裂强度：4.6CN/dtex，沸水收缩：1-1.5％。通过物性指标，气凝胶单丝强度、伸长、沸水指标较好，均能达到要求。
实施例二
本实施例提供了一种气凝胶纺单丝的制备方法，制备方法是将气凝胶与涤纶切片(PET) 经过熔融切片、干燥、再熔融、出丝、水冷、牵伸、热压定型、单丝成品。制备方法中包含多个细分小步骤，如：熔融切片步骤、再熔融步骤、水冷步骤等。
熔融切片步骤；将质量含量5％的气凝胶材料与质量含量95％的涤纶切片(PET)共混，造粒成涤纶气凝胶切片。经155℃预结晶干燥6个小时，170℃真空干燥5小时制备。双螺杆挤出机挤出温度设置为275℃，螺杆压力设定12Mpa，均匀剪切塑化，经计量泵计量，送至组件模板。
出丝步骤；纺丝组件采用40目海沙，350目过滤网，分配组件，均匀过滤溶体杂质，经 0.4DX12H喷出原丝。
水冷步骤；冷水槽温度设定65℃，一牵与二牵之间热水箱温度设定95℃。
牵伸步骤；拉伸4.4倍，通过二牵与三牵，设备定热烘箱(拉伸箱)温度155℃，达到5.2倍高强度拉伸，通过三牵与四牵。
热压定型步骤；设定定型箱温度180℃预缩12％，使成品丝收缩尺寸稳定，丝经过油收卷，制得气凝胶涤纶单丝(白色)。
实施例三
本实施例提供了一种气凝胶纺单丝的制备方法，制备方法是将气凝胶、功能性母粒与涤纶切片(PET)经过熔融切片、干燥、再熔融、出丝、水冷、牵伸、热压定型、单丝成品。制备方法中包含多个细分小步骤，如：熔融切片步骤、再熔融步骤、水冷步骤等。其中，功能性母粒是指各种塑料助剂的浓缩物，直接添加助剂不易分散，使用效率不高，因而常以母粒的形式添加。如需要气凝胶纺单丝具有抗紫外线的功能，其需要添加的功能性母粒为抗紫外线母粒，抗紫外线母粒采用二种抗紫外线剂进行重合，再和载体、分散剂等助剂而制成的。如需要气凝胶纺单丝具有抗菌效果，其需要添加的功能性母粒为抗菌母粒。抗菌母粒是将各种抗菌剂均匀分散在基体树脂中作成的浓缩体。以一定量抗菌母粒和相应的树脂粒子掺混后，按照纤维的加工成型方法，即可制得表面具有抗菌作用(杀菌和抑菌作用)的抗菌纤维。
熔融切片步骤；将质量含量2％的气凝胶材料、质量含量8％的功能性母粒与质量含量90％的涤纶切片(PET)共混，造粒成涤纶气凝胶切片。经160℃预结晶干燥6个小时，175℃真空干燥5小时制备。双螺杆挤出机挤出温度设置为280℃，螺杆压力设定12Mpa，均匀剪切塑化，经计量泵计量，送至组件模板。
出丝步骤；纺丝组件采用40目海沙，350目过滤网，分配组件，均匀过滤溶体杂质，经 0.4DX12H喷出原丝。
水冷步骤；冷水槽温度设定60℃，一牵与二牵之间热水箱温度设定90℃。
牵伸步骤；拉伸4.4倍，通过二牵与三牵，设备定热烘箱(拉伸箱)温度160℃，达到5.5倍高强度拉伸，通过三牵与四牵。
热压定型步骤；设定定型箱温度180℃预缩20％，使成品丝收缩尺寸稳定，丝经过油收卷，制得气凝胶涤纶单丝(白色)。
聚酯纤维俗称涤纶，聚酯(PET)纤维是由大分子链中的各链节通过酯基连成成纤聚合物纺制的合成纤维。我国将聚对苯二甲酸乙二醇酯含量大于85％以上的纤维简称为涤纶。
通过共混改性的方法，在高黏聚酯切片中添加改善其流动性的添加剂，制备改性母粒，再与高黏聚酯切片共混纺丝，纺制出性能优良的产业用聚酯单丝。
实施例四
本实施例提供了一种气凝胶纺单丝的制备方法，制备方法是将气凝胶、功能性母粒与涤纶切片(PET)经过熔融切片、干燥、再熔融、出丝、水冷、牵伸、热压定型、单丝成品。制备方法中包含多个细分小步骤，如：熔融切片步骤、再熔融步骤、水冷步骤等。
熔融切片步骤；将质量含量5％的气凝胶材料、质量含量5％的功能性母粒与质量含量90％的涤纶切片(PET)共混，造粒成涤纶气凝胶切片。经165℃预结晶干燥6个小时，180℃真空干燥5小时制备。双螺杆挤出机挤出温度设置为270℃，螺杆压力设定12Mpa，均匀剪切塑化，经计量泵计量，送至组件模板。
出丝步骤；纺丝组件采用40目海沙，350目过滤网，分配组件，均匀过滤溶体杂质，经 0.4DX12H喷出原丝。
水冷步骤；冷水槽温度设定70℃，一牵与二牵之间热水箱温度设定95℃。
牵伸步骤；拉伸4.4倍，通过二牵与三牵，设备定热烘箱(拉伸箱)温度165℃，达到5.8倍高强度拉伸，通过三牵与四牵。
热压定型步骤；设定定型箱温度175℃预缩18％，使成品丝收缩尺寸稳定，丝经过油收卷，制得气凝胶涤纶单丝(白色)。
应该理解的是，本申请所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的此类特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。
说明书中提到的“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语或“实施例”并不一定均指同一个实施例。
此外，所描述的特征或特性可以任何其他合适的方式结合到一个或多个实施例中。在上面的描述中，提供一些具体的细节，例如厚度、数量等，以提供对本申请的实施例的全面理解。然而，相关领域的技术人员将明白，本申请无需上述一个或多个具体的细节便可实现或者也可采用其他结构、组件等实现。

Claims (10)

1.一种气凝胶纺单丝，其特征在于，该气凝胶纺单丝包括涤纶与气凝胶，基于该气凝胶纺单丝的总质量计，该涤纶的质量含量为85％-99％，该气凝胶的质量含量为1％-15％。
2.根据权利要求1所述的气凝胶纺单丝，其特征在于，该气凝胶纺单丝还包括功能性母粒。
3.根据权利要求2所述的气凝胶纺单丝，其特征在于，基于该气凝胶纺单丝的总质量计，该涤纶的质量含量为82％-98％，该气凝胶的质量含量为1％-4％，该功能性母粒的质量含量为1％-14％。
4.根据权利要求2或3所述的气凝胶纺单丝，其特征在于，该功能性母粒为抗菌母粒或防紫外线母粒。
5.一种气凝胶纺单丝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
熔融切片；将质量含量为1％-15％的气凝胶材料与涤纶切片共混，造粒成涤纶气凝胶切片；
干燥；涤纶气凝胶切片经155-165℃预结晶干燥6个小时，170-180℃真空干燥5小时；
再熔融；挤出温度设270℃-280℃，螺杆压力设定12Mpa，均匀剪切塑化，经计量泵计量，送至组件模板；
出丝；
水冷；冷水槽温度设定60-70℃；
牵伸；一牵与二牵之间的热水箱设定温度90-100℃，拉伸4.4倍，通过二牵与三牵，设备定热烘箱温度155-165℃，达到5.0-5.8倍高强度拉伸，继续通过三牵与四牵；
热压定型；设定定型箱温度170-180℃预缩10％-20％，使成品丝收缩尺寸稳定，单丝经过油收卷，过油收卷中通过油轮上油至收卷，收卷机采用全自动PLC张力控制器，步进电机均匀收卷。
6.根据权利要求5所述的气凝胶纺单丝的制备方法，其特征在于，熔融切片步骤中，共混时还添加质量含量为1％-14％的功能性母粒，此时气凝胶材料质量含量为1％-4％。
7.根据权利要求6所述的气凝胶纺单丝的制备方法，其特征在于，该功能性母粒为抗菌母粒或防紫外线母粒。
8.根据权利要求5所述的气凝胶纺单丝的制备方法，其特征在于，出丝步骤中，纺丝组件采用30-50目海沙，300-400目过滤网。
9.根据权利要求5所述的气凝胶纺单丝的制备方法，其特征在于，再熔融步骤中，该计量泵为1×4行星计量泵。
10.根据权利要求8所述的气凝胶纺单丝的制备方法，其特征在于，该纺丝组件通过喷丝板挤出喷丝，经0.4DX12H喷出原丝。
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