CN115976680B - 一种疏水聚酯纤维及其制备方法 - Google Patents
一种疏水聚酯纤维及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115976680B CN115976680B CN202211592911.9A CN202211592911A CN115976680B CN 115976680 B CN115976680 B CN 115976680B CN 202211592911 A CN202211592911 A CN 202211592911A CN 115976680 B CN115976680 B CN 115976680B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- polyester
- polymer
- fiber
- viscosity
- hydrophobic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 title claims abstract description 182
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 142
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 title claims abstract description 80
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 21
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 91
- 238000009987 spinning Methods 0.000 claims abstract description 74
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 53
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 23
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 27
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 26
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 22
- 239000002352 surface water Substances 0.000 claims description 17
- -1 polypropylene Polymers 0.000 claims description 9
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 6
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 6
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 6
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 4
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 claims description 3
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 3
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 claims description 3
- 230000005251 gamma ray Effects 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 3
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 claims description 3
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 3
- 229920002959 polymer blend Polymers 0.000 claims description 3
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 claims description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 abstract description 4
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 27
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 23
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 23
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 14
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 7
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 7
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 6
- 230000003075 superhydrophobic effect Effects 0.000 description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- 241000255777 Lepidoptera Species 0.000 description 3
- 229920001410 Microfiber Polymers 0.000 description 3
- 240000002853 Nelumbo nucifera Species 0.000 description 3
- 235000006508 Nelumbo nucifera Nutrition 0.000 description 3
- 235000006510 Nelumbo pentapetala Nutrition 0.000 description 3
- 239000003658 microfiber Substances 0.000 description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005661 hydrophobic surface Effects 0.000 description 2
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 2
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 2
- 229920005594 polymer fiber Polymers 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000002074 melt spinning Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000008041 oiling agent Substances 0.000 description 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 210000004243 sweat Anatomy 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
- Y02P70/62—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product related technologies for production or treatment of textile or flexible materials or products thereof, including footwear
Landscapes
- Artificial Filaments (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
本发明涉及一种疏水聚酯纤维及其制备方法，制备方法：将聚酯和与聚酯不相容的第二聚合物混合得到混合物后进行熔融共混纺丝，通过控制第二聚合物和聚酯之间的界面张力不低于0.5×10‑3N/m，同时控制凹槽在纤维横向上的长度小于0.10μm制得疏水聚酯纤维；疏水聚酯纤维由纤维本体以及分布在纤维本体表面的凹槽构成，凹槽为相对于纤维本体表面凹陷的部分；本发明的纤维是由上述制备方法制得；本发明的方法简单，不需要利用后整理、涂层等后处理方法，就可以直接获得较好疏水性能的纤维。
Description
技术领域
本发明属于纤维技术领域，涉及一种疏水聚酯纤维及其制备方法。
背景技术
疏水表面具有自清洁、抗腐蚀、防污等特性，在油水分离、高压输电线防水等领域具有较大的应用前景。微纳米多级粗糙结构和低表面能物质是构筑超疏水表面的两个关键因素。
现有制备超疏水表面的方法有溶胶凝胶法、模板法、刻蚀法、沉积法、相分离法、等离子体、后整理技术。但这些制备方法大多工艺复杂或需要昂贵的加工设备，限制了其在现实生产中的应用。传统制备超疏水织物的方法，往往需要添加纳米粒子来构建粗糙表面结构，然而，纳米粒子与基材表面的结合牢度不是很强，需要加入相应的树脂或黏合剂，增加制备成本。现在较多使用的涂层法也存在易脱落、成本高等问题。此外，在机械摩擦的作用下，纳米粒子和涂层会逐渐脱落，使得表面原有的粗糙结构或涂层被破坏，最终失去超疏水特性。有研究者利用疏水聚偏氟乙烯等作为添加剂与聚酯进行熔融共混纺丝，提高聚酯纤维的疏水性能，但其与水的接触角仍小于90°。本发明基于模型分析，通过原料筛选、纺丝工艺参数控制，调控纤维表面微纳结构，提高纤维疏水性能。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种疏水聚酯纤维及其制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种疏水聚酯纤维的制备方法，将聚酯和与聚酯不相容的第二聚合物混合得到混合物后进行熔融共混纺丝，通过控制第二聚合物和聚酯之间的界面张力不低于0.5×10-3N/m，同时控制控制凹槽在纤维横向上的长度小于0.10μm制得具有疏水性能的聚酯纤维；
共混体系的界面张力通过实验方法测得，界面张力的测量方法结合嵌入纤维回缩法和形变液滴回缩法，通过观测嵌入纤维形状的回缩过程，利用小形变模型拟合，获得界面张力的数值，并通过测量不同分子量及分布和不同温度的界面张力，建立界面张力与温度、分子量及其分布的数据模型，用以研究更广泛温度和分子量及其分布范围内的界面张力；
疏水聚酯纤维由纤维本体以及分布在纤维本体表面的凹槽构成，凹槽为相对于纤维本体表面凹陷的部分。
荷叶、蝴蝶表面的纳米结构赋予了荷叶和蝴蝶身体表面良好的疏水性，使水滴极易从其表面上滑落，研究表明，超疏水微结构的临界值在100nm左右。液滴在粗糙固体表面上的接触视为复合接触形式。由于粗糙表面的微纳沟槽尺寸小于液滴的等效直径(含有3μL水的球形液滴)，液滴不能完全填满沟槽，液滴与固体表面之间会有一部分空气，两相间的固液界面实际上是由固液界面和气液界面组成，液滴难以润湿纤维表面，从而使表面形成疏水特性。
作为优选得技术方案：
如上所述的一种疏水聚酯纤维的制备方法，凹槽在纤维横向上的长度的值是通过控制常数a>4并控制常数C的取值范围为1～5控制的，常数C的取值范围为1～5可保证聚酯和第二聚合物之间发生微小的界面分离；常数a>4时，分散相会发生大形变，在拉伸条件下可形变成长微纤；C在1以上时，分散相所受拉伸应力相比界面结合力占主导，界面会发生分离，C的取值在1～5范围内时，分散相与基体间仅发生有限的相分离，从而形成较小的凹槽结构；
常数a的计算公式如下：
式中，ηm为聚酯的粘度，单位为Pa·s；为应力应变速率，单位为s-1；Dd为聚合物共混物在流入喷丝孔前第二聚合物的初始直径，单位为m；Γ为第二聚合物和聚酯之间的界面张力，单位为N/m；p为第二聚合物的粘度和聚酯的粘度的比值；聚合物粘度由毛细管流变仪测量得到，利用毛细管流变仪入口区收敛流场流动的压力降ΔP0计算熔体在拉伸流场中的粘度；
常数C的计算公式如下：
Wa＝γd+γm-Γ；
式中，F为熔融共混纺丝时纤维所受的拉伸应力，单位为N，F由在线张力仪测得；D为分散相的直径，单位为m；A为疏水聚酯纤维的横截面积，单位为m2；Wa为聚酯与第二聚合物之间的界面结合功，单位为N/m；γd和γm分别为第二聚合物和聚酯的表面能，单位为N/m。
如上所述的一种疏水聚酯纤维的制备方法，常数a的取值是通过调节聚酯的粘度和分子量及其分布、第二聚合物的种类和分子量及其分布、熔体挤出的速度、纺丝温度、拉伸温度和纺丝速度来实现控制的。
如上所述的一种疏水聚酯纤维的制备方法，常数C的取值是通过调节拉伸比、拉伸温度、纺丝速度、聚酯的粘度、第二聚合物的种类、纺丝温度和喷丝孔孔径来实现控制的。
如上所述的一种疏水聚酯纤维的制备方法，混合物中第二聚合物的含量的取值范围为10～20wt％；
聚酯在所述纺丝温度下的零切粘度的取值范围为50～1000Pa·s；
聚酯的数均分子量的取值范围为20000～30000，分子量分布指数的取值范围为2～5；
第二聚合物为聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺，在所述纺丝温度下的零切粘度的取值范围为60～4000Pa·s；零切粘度通过旋转流变仪测得的流变曲线，结合三参数Bird-Carreau-Yasuda模型回归测得；
第二聚合物的数均分子量的取值范围为1000～300000，分子量分布指数的取值范围为1～5；
第二聚合物的粘度和聚酯的粘度的比值的取值范围为0.01～20；
熔体挤出的速度的取值范围为2.5×10-11～1.5×10-8m3/s；
纺丝温度的取值范围为275～290℃；
拉伸温度的取值范围为60～160℃；
纺丝速度的取值范围为800m/min以上；
拉伸比的取值范围为2～5；
喷丝孔孔径的取值范围为0.2×10-3～0.3×10-3m。
本发明还提供一种疏水聚酯纤维，采用如上任一项所述的制备方法制得；疏水聚酯纤维由纤维本体以及分布在纤维本体表面的凹槽构成，凹槽为相对于纤维本体表面凹陷的部分。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种疏水聚酯纤维，在温度为25℃且相对湿度为65％的条件下，由疏水聚酯纤维制得的经纬密为33×22根/cm的织物的表面水接触角为95～140°。
本发明的原理如下：
本发明利用熔融共混纺丝的方法，在基体相聚合物(即聚酯)中引入不相容的分散相聚合物(与聚酯不相容的第二聚合物)，利用相分离和界面分离导致的形貌涨落，制备具有表面凹槽结构的聚合物纤维，基于对聚合物种类、纺丝速度、纺丝温度等原料和加工参数的调节，实现对分散相所受粘性力、界面张力、拉伸应力和界面结合力的控制，最终实现对表面凹槽结构的调控。
其中，纤维表面凹槽结构的产生，需要在满足界面张力在0.5×10-3N/m以上，才能发生较明显的相分离，界面张力值越大，相分离越明显，是分散相的调节提供必要条件。通过调整常数a的数值调节分散相所受粘性力和界面张力，常数a>4以上时，分散相所受粘性力相对界面张力占主导，发生形变形成微纤形状，a值越大，形变越大，越易形成微纤状；由于界面张力在0.5×10-3N/m以上，分散相和基体发生相分离，根据能量最低原理，分散相界面总是趋于圆形以保持能量最低；同时，由于不同聚合物具有不同的比热容和密度，在冷却过程中，分散相与基体的体积差异较大，在相分离的过程中产生一定的形貌涨落，从而促进表面凹槽结构的形成。在纤维成形过程中，纤维收到轴向的拉伸应力，并传递给基体中的分散相，通过分散相存在与基体树脂之间的界面结合力，因此分散相存在拉伸应力与界面结合力的平衡，可用常数C描述拉伸应力与界面结合力之间的平衡，C在1以上时，分散相所受拉伸应力相比界面结合力占主导，界面会发生分离，C值越大，分离越明显，形成的凹槽越长。C的取值在1～5范围内时，分散相与基体间仅发生有限的相分离，从而形成较小的凹槽结构。
本发明在不需要任何后处理的情况下，在熔融纺丝过程中，通过调节共混相间的界面张力、常数a以及常数C，在聚合物纤维表面构建凹槽结构，并对凹槽结构进行尺寸调控，一步直接制备疏水聚酯纤维。
有益效果：
(1)本发明提供了一种制备疏水聚酯纤维的制备和调控方法，利用熔融共混纺丝，在高速纺丝下，一步制备具有疏水表面结构的聚酯纤维，不需要利用后整理、涂层等后处理方法，就可以直接获得疏水性能。
(2)本发明的疏水聚酯纤维，具有较好的疏水性能，在快洗、快干服装材料领域具有较好的应用。
附图说明
图1为实施例1制得的疏水聚酯纤维的表面形貌图；
图2为实施例2制得的疏水聚酯纤维的表面形貌图；
图3为实施例3制得的疏水聚酯纤维的表面形貌图；
图4为实施例4制得的疏水聚酯纤维的表面形貌图；
图5为实施例5制得的疏水聚酯纤维的表面形貌图；
图6为实施例6制得的疏水聚酯纤维的表面形貌图；
图7为实施例7制得的疏水聚酯纤维的表面形貌图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
以下各实施例中：
常数a的计算公式如下：
式中，ηm为聚酯的粘度，单位为Pa·s；为应力应变速率，单位为s-1；Dd为聚合物共混物在流入喷丝孔前第二聚合物的初始直径，单位为m；Γ为第二聚合物和聚酯之间的界面张力，单位为N/m；p为第二聚合物的粘度和聚酯的粘度的比值；
常数a的取值是通过调节聚酯的粘度和分子量及其分布、第二聚合物的种类和分子量及其分布、熔体挤出的速度、纺丝温度、拉伸温度和纺丝速度来实现控制的。
常数C的计算公式如下：
Wa＝γd+γm-Γ；
式中，F为熔融共混纺丝时纤维所受的拉伸应力，单位为N；D为分散相的直径，单位为m；A为疏水聚酯纤维的横截面积，单位为m2；Wa为聚酯与第二聚合物之间的界面结合功，单位为N/m；γd和γm分别为第二聚合物和聚酯的表面能，单位为N/m。
常数C的取值是通过调节拉伸比、拉伸温度、纺丝速度、聚酯的粘度、第二聚合物的种类、纺丝温度和喷丝孔孔径来实现控制的。
凹槽为相对于纤维本体表面凹陷的部分，凹槽在纤维横向上的长度是通过控制常数a>4并控制常数C的取值范围为1～5控制的。
实施例中，表面水接触角的测试方法，具体步骤如下：
(1)将吸湿排汗聚酯纤维制得的经密为33根/cm、纬密为22根/cm的织物上的油剂及杂质，通过乙醇去除，并在60℃鼓风烘箱中干燥6h；
(2)在步骤(1)烘干的织物的不同位置选择了长宽均为3cm的3块矩形样品，所选的样品位置距面料边缘5cm以上，无任何瑕疵；
(3)将选取的织物样品平铺在样品台上，将体积为3μl的去离子滴缓缓滴在样品表面。一旦水滴接触到织物，摄像机就会记录下水滴的运动。水接触角的平均值至少是从三次不同的测量中获得的，测量是通过水接触角测量仪；当液滴消失或时间达到5min时停止记录液滴运动。
实施例1
一种疏水聚酯纤维的制备方法，具体步骤如下：
(1)原料的准备；
聚酯：聚酯在步骤(2)的纺丝温度下的零切粘度(即剪切速率为0时粘度)为100Pa·s；聚酯的数均分子量为20000，分子量分布指数为2.5；
与聚酯不相容的第二聚合物：聚丙烯，在步骤(2)的纺丝温度下的零切粘度(即剪切速率为0时粘度)为430Pa·s；第二聚合物的数均分子量为113000，分子量分布指数为3.06；
第二聚合物的粘度和聚酯的粘度的比值为4.3；
(2)熔融共混纺丝；
将聚酯和与聚酯不相容的第二聚合物混合，在双螺杆挤出机中共混挤出、造粒，得到平均长宽3×3mm的混合物粒子，共混挤出前原料需在100℃的真空烘箱内干燥12小时，以控制水分，共混挤出，后粒子在真空烘箱中80℃去除表面水3小时，120℃预结晶14小时，110℃干燥12小时，原料干燥和预结晶得到混合物后进行熔融共混纺丝，制得疏水聚酯纤维；
其中，混合物中第二聚合物的含量为10wt％；熔体挤出的速度为9.4×10-9m3/s；纺丝温度为290℃；拉伸温度为80℃；纺丝速度为2400m/min；拉伸比为3.5；喷丝孔孔径为0.25×10-3m。
如图1所示，制得疏水聚酯纤维由纤维本体以及分布在纤维本体表面的凹槽构成；在温度为25℃且相对湿度为65％的条件下，由疏水聚酯纤维制得的经纬密为33×22根/cm的织物的表面水接触角为115°，织物表面体积为3μL的液滴10min不扩散。
之所以能够制得疏水聚酯纤维的凹槽结构，是因为通过控制第二聚合物和聚酯之间的界面张力不低于0.5×10-3N/m，同时控制凹槽在纤维横向上的长度小于0.10μm，本实施例中第二聚合物和聚酯之间的界面张力为6.20×10-3N/m，凹槽在纤维横向上的长度为0.089μm，是通过控制常数a为5000并控制常数C为3.2控制的。
实施例2
一种疏水聚酯纤维的制备方法，具体步骤如下：
(1)原料的准备；
聚酯：聚酯在步骤(2)的纺丝温度下的零切粘度(即剪切速率为0时粘度)为100Pa·s；聚酯的数均分子量为20000，分子量分布指数为2.5；
与聚酯不相容的第二聚合物：聚乙烯，在步骤(2)的纺丝温度下的零切粘度(即剪切速率为0时粘度)为450Pa·s；第二聚合物的数均分子量为50000，分子量分布指数为4.2；
第二聚合物的粘度和聚酯的粘度的比值为4.5；
(2)熔融共混纺丝；
将聚酯和与聚酯不相容的第二聚合物混合，在双螺杆挤出机中共混挤出、造粒，得到平均长宽3×3mm的混合物粒子，共混挤出前原料需在100℃的真空烘箱内干燥12小时，以控制水分，共混挤出，后粒子在真空烘箱中80℃去除表面水3小时，120℃预结晶14小时，110℃干燥12小时，原料干燥和预结晶得到混合物后进行熔融共混纺丝，制得疏水聚酯纤维；
其中，混合物中第二聚合物的含量为10wt％；熔体挤出的速度为9.4×10-9m3/s；纺丝温度为290℃；拉伸温度为80℃；纺丝速度为2400m/min；拉伸比为3.5；喷丝孔孔径为0.25×10-3m。
如图2所示，制得疏水聚酯纤维由纤维本体以及分布在纤维本体表面的凹槽构成；在温度为25℃且相对湿度为65％的条件下，由疏水聚酯纤维制得的经纬密为33×22根/cm的织物的表面水接触角为130°，织物表面体积为3μL的液滴10min不扩散。
之所以能够制得疏水聚酯纤维的凹槽结构，是因为通过控制第二聚合物和聚酯之间的界面张力不低于0.5×10-3N/m，同时控制凹槽在纤维横向上的长度小于0.10μm，本实施例中第二聚合物和聚酯之间的界面张力为9.00×10-3N/m，凹槽在纤维横向上的长度为0.098μm，是通过控制常数a为1636并控制常数C为3控制的。
实施例3
一种疏水聚酯纤维的制备方法，具体步骤如下：
(1)原料的准备；
聚酯：聚酯在步骤(2)的纺丝温度下的零切粘度(即剪切速率为0时粘度)为100Pa·s；聚酯的数均分子量为20000，分子量分布指数为2.5；
与聚酯不相容的第二聚合物：聚苯乙烯，在步骤(2)的纺丝温度下的零切粘度(即剪切速率为0时粘度)为200Pa·s；第二聚合物的数均分子量为120000，分子量分布指数为1；
第二聚合物的粘度和聚酯的粘度的比值为2；
(2)熔融共混纺丝；
将聚酯和与聚酯不相容的第二聚合物混合，在双螺杆挤出机中共混挤出、造粒，得到平均长宽3×3mm的混合物粒子，共混挤出前原料需在100℃的真空烘箱内干燥12小时，以控制水分，共混挤出，后粒子在真空烘箱中80℃去除表面水3小时，120℃预结晶14小时，110℃干燥12小时，原料干燥和预结晶得到混合物后进行熔融共混纺丝，制得疏水聚酯纤维；
其中，混合物中第二聚合物的含量为15wt％；熔体挤出的速度为9.4×10-9m3/s；纺丝温度为290℃；拉伸温度为80℃；纺丝速度为2400m/min；拉伸比为3.5；喷丝孔孔径为0.25×10-3m。
如图3所示，制得疏水聚酯纤维由纤维本体以及分布在纤维本体表面的凹槽构成；在温度为25℃且相对湿度为65％的条件下，由疏水聚酯纤维制得的经纬密为33×22根/cm的织物的表面水接触角为120°，织物表面体积为3μL的液滴10min不扩散。
之所以能够制得疏水聚酯纤维的凹槽结构，是因为通过控制第二聚合物和聚酯之间的界面张力不低于0.5×10-3N/m，同时控制凹槽在纤维横向上的长度小于0.10μm，本实施例中第二聚合物和聚酯之间的界面张力为2.00×10-3N/m，凹槽在纤维横向上的长度为0.05μm，是通过控制常数a为1840并控制常数C为2控制的。
实施例4
一种疏水聚酯纤维的制备方法，具体步骤如下：
(1)原料的准备；
聚酯：聚酯在步骤(2)的纺丝温度下的零切粘度(即剪切速率为0时粘度)为100Pa·s；聚酯的数均分子量为20000，分子量分布指数为2.5；
与聚酯不相容的第二聚合物：聚酰胺，在步骤(2)的纺丝温度下的零切粘度(即剪切速率为0时粘度)为120Pa·s；第二聚合物的数均分子量为20000，分子量分布指数为1.5；
第二聚合物的粘度和聚酯的粘度的比值为1.2；
(2)熔融共混纺丝；
将聚酯和与聚酯不相容的第二聚合物混合，在双螺杆挤出机中共混挤出、造粒，得到平均长宽3×3mm的混合物粒子，共混挤出前原料需在100℃的真空烘箱内干燥12小时，以控制水分，共混挤出，后粒子在真空烘箱中80℃去除表面水3小时，120℃预结晶14小时，110℃干燥12小时，原料干燥和预结晶得到混合物后进行熔融共混纺丝，制得疏水聚酯纤维；
其中，混合物中第二聚合物的含量为10wt％；熔体挤出的速度为9.4×10-9m3/s；纺丝温度为290℃；拉伸温度为85℃；纺丝速度为2400m/min；拉伸比为3.5；喷丝孔孔径为0.25×10-3m。
如图4所示，制得疏水聚酯纤维由纤维本体以及分布在纤维本体表面的凹槽构成；在温度为25℃且相对湿度为65％的条件下，由疏水聚酯纤维制得的经纬密为33×22根/cm的织物的表面水接触角为128°，织物表面体积为3μL的液滴10min不扩散。
之所以能够制得疏水聚酯纤维的凹槽结构，是因为通过控制第二聚合物和聚酯之间的界面张力不低于0.5×10-3N/m，同时控制凹槽在纤维横向上的长度小于0.10μm，本实施例中第二聚合物和聚酯之间的界面张力为1.25×10-3N/m，凹槽在纤维横向上的长度为0.068μm，是通过控制常数a为5888并控制常数C为4.5控制的。
实施例5
一种疏水聚酯纤维的制备方法，具体步骤如下：
(1)原料的准备；
聚酯：聚酯在步骤(2)的纺丝温度下的零切粘度(即剪切速率为0时粘度)为100Pa·s；聚酯的数均分子量为20000，分子量分布指数为2.5；
与聚酯不相容的第二聚合物：聚丙烯，在步骤(2)的纺丝温度下的零切粘度(即剪切速率为0时粘度)为540Pa·s；第二聚合物的数均分子量为150000，分子量分布指数为3.33；
第二聚合物的粘度和聚酯的粘度的比值为5.4；
(2)熔融共混纺丝；
将聚酯和与聚酯不相容的第二聚合物混合，在双螺杆挤出机中共混挤出、造粒，得到平均长宽3×3mm的混合物粒子，共混挤出前原料需在100℃的真空烘箱内干燥12小时，以控制水分，共混挤出，后粒子在真空烘箱中80℃去除表面水3小时，120℃预结晶14小时，110℃干燥12小时，原料干燥和预结晶得到混合物后进行熔融共混纺丝，制得疏水聚酯纤维；
其中，混合物中第二聚合物的含量为10wt％；熔体挤出的速度为9.4×10-9m3/s；纺丝温度为290℃；拉伸温度为80℃；纺丝速度为2400m/min；拉伸比为3.5；喷丝孔孔径为0.25×10-3m。
如图5所示，制得疏水聚酯纤维由纤维本体以及分布在纤维本体表面的凹槽构成；在温度为25℃且相对湿度为65％的条件下，由疏水聚酯纤维制得的经纬密为33×22根/cm的织物的表面水接触角为112°，织物表面体积为3μL的液滴10min不扩散。
之所以能够制得疏水聚酯纤维的凹槽结构，是因为通过控制第二聚合物和聚酯之间的界面张力不低于0.5×10-3N/m，同时控制凹槽在纤维横向上的长度小于0.10μm，本实施例中第二聚合物和聚酯之间的界面张力为6.20×10-3N/m，凹槽在纤维横向上的长度为0.097μm，是通过控制常数a为6400并控制常数C为3.5控制的。
实施例6
一种疏水聚酯纤维的制备方法，具体步骤如下：
(1)原料的准备；
聚酯：聚酯在步骤(2)的纺丝温度下的零切粘度(即剪切速率为0时粘度)为100Pa·s；聚酯的数均分子量为20000，分子量分布指数为2.5；
与聚酯不相容的第二聚合物：聚丙烯，在步骤(2)的纺丝温度下的零切粘度(即剪切速率为0时粘度)为260Pa·s；第二聚合物的数均分子量为59000，分子量分布指数为4.66；
第二聚合物的粘度和聚酯的粘度的比值为2.6；
(2)熔融共混纺丝；
将聚酯和与聚酯不相容的第二聚合物混合，在双螺杆挤出机中共混挤出、造粒，得到平均长宽3×3mm的混合物粒子，共混挤出前原料需在100℃的真空烘箱内干燥12小时，以控制水分，共混挤出，后粒子在真空烘箱中80℃去除表面水3小时，120℃预结晶14小时，110℃干燥12小时，原料干燥和预结晶得到混合物后进行熔融共混纺丝，制得疏水聚酯纤维；
其中，混合物中第二聚合物的含量为10wt％；熔体挤出的速度为9.4×10-9m3/s；纺丝温度为290℃；拉伸温度为80℃；纺丝速度为2400m/min；拉伸比为3.5；喷丝孔孔径为0.25×10-3m。
如图6所示，制得疏水聚酯纤维由纤维本体以及分布在纤维本体表面的凹槽构成；在温度为25℃且相对湿度为65％的条件下，由疏水聚酯纤维制得的经纬密为33×22根/cm的织物的表面水接触角为120°，织物表面体积为3μL的液滴10min不扩散。
之所以能够制得疏水聚酯纤维的凹槽结构，是因为通过控制第二聚合物和聚酯之间的界面张力不低于0.5×10-3N/m，同时控制凹槽在纤维横向上的长度小于0.10μm，本实施例中第二聚合物和聚酯之间的界面张力为6.20×10-3N/m，凹槽在纤维横向上的长度为0.08μm，是通过控制常数a为3000并控制常数C为2.5控制的。
实施例7
一种疏水聚酯纤维的制备方法，具体步骤如下：
(1)原料的准备；
聚酯：聚酯在步骤(2)的纺丝温度下的零切粘度(即剪切速率为0时粘度)为100Pa·s；聚酯的数均分子量为20000，分子量分布指数为2.5；
与聚酯不相容的第二聚合物：聚丙烯，在步骤(2)的纺丝温度下的零切粘度(即剪切速率为0时粘度)为130Pa·s；第二聚合物的数均分子量为25000，分子量分布指数为3；
第二聚合物的粘度和聚酯的粘度的比值为1.3；
(2)熔融共混纺丝；
将聚酯和与聚酯不相容的第二聚合物混合，在双螺杆挤出机中共混挤出、造粒，得到平均长宽3×3mm的混合物粒子，共混挤出前原料需在100℃的真空烘箱内干燥12小时，以控制水分，共混挤出，后粒子在真空烘箱中80℃去除表面水3小时，120℃预结晶14小时，110℃干燥12小时，原料干燥和预结晶得到混合物后进行熔融共混纺丝，制得疏水聚酯纤维；
其中，混合物中第二聚合物的含量为10wt％；熔体挤出的速度为9.4×10-9m3/s；纺丝温度为290℃；拉伸温度为80℃；纺丝速度为2400m/min；拉伸比为3.5；喷丝孔孔径为0.25×10-3m。
如图7所示，制得疏水聚酯纤维由纤维本体以及分布在纤维本体表面的凹槽构成；在温度为25℃且相对湿度为65％的条件下，由疏水聚酯纤维制得的经纬密为33×22根/cm的织物的表面水接触角为125°，织物表面体积为3μL的液滴10min不扩散。
之所以能够制得疏水聚酯纤维的凹槽结构，是因为通过控制第二聚合物和聚酯之间的界面张力不低于0.5×10-3N/m，同时控制凹槽在纤维横向上的长度小于0.10μm，本实施例中第二聚合物和聚酯之间的界面张力为6.20×10-3N/m，凹槽在纤维横向上的长度为0.074μm，是通过控制常数a为1500并控制常数C为2控制的。
Claims (6)
1.一种疏水聚酯纤维的制备方法，其特征在于，将聚酯和与聚酯不相容的第二聚合物混合得到混合物后进行熔融共混纺丝，通过控制第二聚合物和聚酯之间的界面张力不低于0.5×10-3N/m，同时控制凹槽在纤维横向上的长度小于0.10μm制得疏水聚酯纤维；
疏水聚酯纤维由纤维本体以及分布在纤维本体表面的凹槽构成，凹槽为相对于纤维本体表面凹陷的部分；
凹槽在纤维横向上的长度的值是通过控制常数a>4并控制常数C的取值范围为1～5控制的；
常数a的计算公式如下：
式中，ηm为聚酯的粘度，单位为Pa·s；为应力应变速率，单位为s-1；Dd为聚合物共混物在流入喷丝孔前第二聚合物的初始直径，单位为m；Γ为第二聚合物和聚酯之间的界面张力，单位为N/m；p为第二聚合物的粘度和聚酯的粘度的比值；
常数C的计算公式如下：
Wa＝γd+γm-Γ；
式中，F为熔融共混纺丝时纤维所受的拉伸应力，单位为N；D为分散相的直径，单位为m；A为疏水聚酯纤维的横截面积，单位为m2；Wa为聚酯与第二聚合物之间的界面结合功，单位为N/m；γd和γm分别为第二聚合物和聚酯的表面能，单位为N/m。
2.根据权利要求1所述的一种疏水聚酯纤维的制备方法，其特征在于，常数a的取值是通过调节聚酯的粘度和分子量及其分布、第二聚合物的种类和分子量及其分布、熔体挤出的速度、纺丝温度、拉伸温度和纺丝速度来实现控制的。
3.根据权利要求2所述的一种疏水聚酯纤维的制备方法，其特征在于，常数C的取值是通过调节拉伸比、拉伸温度、纺丝速度、聚酯的粘度、第二聚合物的种类、纺丝温度和喷丝孔孔径来实现控制的。
4.根据权利要求3所述的一种疏水聚酯纤维的制备方法，其特征在于，混合物中第二聚合物的含量的取值范围为10～20wt％；
聚酯在所述纺丝温度下的零切粘度的取值范围为50～1000Pa·s；
聚酯的数均分子量的取值范围为20000～30000，分子量分布指数的取值范围为2～5；
第二聚合物为聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺，在所述纺丝温度下的零切粘度的取值范围为60～4000Pa·s；
第二聚合物的数均分子量的取值范围为1000～300000，分子量分布指数的取值范围为1～5；
第二聚合物的粘度和聚酯的粘度的比值的取值范围为0.01～20；
熔体挤出的速度的取值范围为2.5×10-11～1.5×10-8m3/s；
纺丝温度的取值范围为275～290℃；
拉伸温度的取值范围为60～160℃；
纺丝速度的取值范围为800m/min以上；
拉伸比的取值范围为2～5；
喷丝孔孔径的取值范围为0.2×10-3～0.3×10-3m。
5.一种疏水聚酯纤维，其特征在于，采用如权利要求1～4任一项所述的制备方法制得；疏水聚酯纤维由纤维本体以及分布在纤维本体表面的凹槽构成，凹槽为相对于纤维本体表面凹陷的部分。
6.根据权利要求5所述的一种疏水聚酯纤维，其特征在于，在温度为25℃且相对湿度为65％的条件下，由疏水聚酯纤维制得的经纬密为33×22根/cm的织物的表面水接触角为95～140°。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211592911.9A CN115976680B (zh) | 2022-12-13 | 2022-12-13 | 一种疏水聚酯纤维及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211592911.9A CN115976680B (zh) | 2022-12-13 | 2022-12-13 | 一种疏水聚酯纤维及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115976680A CN115976680A (zh) | 2023-04-18 |
| CN115976680B true CN115976680B (zh) | 2024-02-23 |
Family
ID=85973126
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211592911.9A Active CN115976680B (zh) | 2022-12-13 | 2022-12-13 | 一种疏水聚酯纤维及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115976680B (zh) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1521579A (en) * | 1975-09-17 | 1978-08-16 | Biax Fiberfilm Corp | Process for stretching a thermoplastic material |
| CN112281229A (zh) * | 2020-09-30 | 2021-01-29 | 浙江恒澜科技有限公司 | 一种具有特殊表面结构的聚酯纤维的制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6824680B2 (en) * | 2001-05-07 | 2004-11-30 | New Jersey Institute Of Technology | Preparation of microporous films from immiscible blends via melt processing and stretching |
-
2022
- 2022-12-13 CN CN202211592911.9A patent/CN115976680B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1521579A (en) * | 1975-09-17 | 1978-08-16 | Biax Fiberfilm Corp | Process for stretching a thermoplastic material |
| CN112281229A (zh) * | 2020-09-30 | 2021-01-29 | 浙江恒澜科技有限公司 | 一种具有特殊表面结构的聚酯纤维的制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Surface Structured Polymer Blend Fibers and Their Application in Fiber Reinforced Composite;Dan Pan等;materials;1-13 * |
| 聚丙烯/聚酯双组分微纳米纤维熔喷非织造材料制备及其性能;甄琪;张恒;朱斐超;史建宏;刘雍;张一风;;纺织学报(第02期);27-32 * |
| 表面结构化 PET / PA 6 共混纤维的制备及性能研究;周 昉等;《合成纤维工业》;第45卷(第4期);38-42 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115976680A (zh) | 2023-04-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Blizard et al. | The morphology and rheology of polymer blends containing a liquid crystalline copolyester | |
| Chen et al. | Hierarchical fibers for water collection inspired by spider silk | |
| Medeiros et al. | Electrospun nanofibers of poly (vinyl alcohol) reinforced with cellulose nanofibrils | |
| Utracki et al. | Melt rheology of high density polyethylene/polyamide‐6 blends | |
| Starita | Microstructure of melt blended polymer systems | |
| IE853292L (en) | Blend of polyethylene and polypropylene | |
| Li et al. | Preparation of SiO 2/PS superhydrophobic fibers with bionic controllable micro–nano structure via centrifugal spinning | |
| CN113293517A (zh) | 一种聚乳酸弹性超细纤维非织造材料及其制备方法和应用 | |
| CN110453308A (zh) | 一种改性聚四氟乙烯纤维及其制备方法 | |
| CN112391691B (zh) | 一种超高分子量聚乙烯/剪切增稠流体复合纤维制备的防弹材料 | |
| Rezanova et al. | Regularities of producing of nano-filled polypropylene microfibers | |
| EP2363516A1 (de) | Verfahren zur Herstellung von Fasern aus Polymerdispersionen | |
| Kumar et al. | Poly (1, 6-heptadiyne)/ABS functionalized microfibers for hydrophobic applications | |
| CN110943194B (zh) | 一种可控表面结构的锂电池隔膜制备方法及其涂覆应用 | |
| CN115976680B (zh) | 一种疏水聚酯纤维及其制备方法 | |
| KR100746643B1 (ko) | 폴리스티렌 초발수성 멤브레인의 제조 방법 및 그에 의하여제조된 초발수성 멤브레인 | |
| Carotenuto et al. | A method for the preparation of PMMA-SiO 2 nanocomposites with high homogeneity | |
| Zhou et al. | Study on spinnability of PP/PU blends and preparation of PP/PU bi-component melt blown nonwovens | |
| EP3237657B1 (en) | Method for producing high tensile strength nanofiber yarn | |
| He et al. | Studies on melt spinning of sea-island fibers. I. morphology evolution of polypropylene/polystyrene blend fibers | |
| Chai et al. | Superhydrophobic nanofibrous polytetrafluoroethylene and composite membranes with tunable adhesion for micro-droplet manipulation, self-cleaning and oil/water separation | |
| WO2005024102A1 (de) | Formkörper, insbesondere fasern und deren flächengebilde, mit thermoregulativen eigenschaften | |
| CN116180266B (zh) | 一种吸湿排汗聚酯纤维及其制备方法 | |
| Dou et al. | Preparation and characterization of electrospun polylactic acid micro/nanofibers under different solvent conditions | |
| EP2495359A1 (en) | Polytetrafluoroethylene fiber |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |