專利名稱：高模低縮聚酯簾子線及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚酯纖維及制法，尤其是高模低縮聚酯簾子線及制備方法。
背景技術(shù)：
聚酯(PET)材料是二十世紀(jì)六十年代發(fā)展起來(lái)的一種高分子復(fù)合材料，因具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、力學(xué)強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、熱穩(wěn)定性高、衛(wèi)生性能好、透明性好和易加工等優(yōu)良的性能，故得到了極為廣泛的應(yīng)用，可作為包裝薄膜、包裝瓶、工程塑料、纖維(工業(yè)絲)等產(chǎn)品應(yīng)用于各行各業(yè)。作為聚酯材料的聚酯工業(yè)絲是最重要的產(chǎn)業(yè)用纖維，它的最大的用途是作為輕卡和轎車輪胎的骨架材料。目前，人們意欲獲得高模量低收縮(HMLS)的聚酯簾子線，常在加工工藝上進(jìn)行改進(jìn)，如在2003年12月31日公布的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開說(shuō)明書CN1464078A中披露了一種“高模量低收縮型滌綸工業(yè)絲的制備工藝及其滌綸工業(yè)絲”。它采取用聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)熔融紡絲，PET自噴絲孔擠出，經(jīng)過(guò)暖冷、固化、上油后卷繞，得到未拉伸絲，未拉伸絲再經(jīng)過(guò)張力調(diào)節(jié)裝置到喂入輥，并依次經(jīng)過(guò)第一拉伸輥、高溫區(qū)域、第二拉伸輥和定型輥，最后經(jīng)過(guò)張力調(diào)節(jié)裝置卷裝成型而制得滌綸工業(yè)絲。然而，這種制備方法采用高速的紡絲工藝和熱定型工藝來(lái)獲得高模量低收縮性能的，對(duì)強(qiáng)度模量和收縮有著相反的要求，因而很難得到完全滿足要求的高模量低收縮聚酯工業(yè)絲。另外，這種制備方法不能在傳統(tǒng)的聚酯工業(yè)絲生產(chǎn)設(shè)備上進(jìn)行，需要進(jìn)行設(shè)備的更新和工藝的調(diào)整。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，利用傳統(tǒng)的紡絲設(shè)備和工藝，通過(guò)對(duì)聚酯切片的改性，來(lái)得到一種有著優(yōu)良物理機(jī)械性能、制備簡(jiǎn)便的高模低縮聚酯簾子線及制備方法。
高模低縮聚酯簾子線含有聚合物和均勻分布在聚合物中的無(wú)機(jī)納米粒子，特別是所說(shuō)無(wú)機(jī)納米粒子呈單顆粒分散狀，其與聚合物間是以化學(xué)鍵相連接的，所說(shuō)聚合物與無(wú)機(jī)納米粒子間的質(zhì)量比為90～99.9比0.1～10，所說(shuō)聚酯簾子線的特性粘度為0.65～1.2，強(qiáng)度≥7.0cN/dtex，在44N下的定負(fù)荷伸長(zhǎng)≤4.5％，干熱收縮率在177℃和0.05cN/dtex預(yù)張力下，2分鐘后的干熱收縮率≤4.0％。
作為高模低縮聚酯簾子線的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的無(wú)機(jī)納米粒子的粒徑為2～100nm；所述的無(wú)機(jī)納米粒子為二氧化硅或二氧化鈦或氧化鋅或碳酸鈣或氧化鋯或三氧化二鋁或金屬銀；所述的聚合物為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯或聚奈二甲酸乙二醇酯或聚酰胺或它們的共混物。
高模低縮聚酯簾子線的制備方法包括用粒子分散法和原位聚合法獲得聚合物與無(wú)機(jī)納米粒子的復(fù)合材料，特別是它是按以下步驟完成的(1)、先將復(fù)合材料于140～160℃下預(yù)結(jié)晶4～5小時(shí)，再將其于200～230℃和50～80Pa的壓力下固相反應(yīng)22～26小時(shí)；(2)、先將熔融狀的復(fù)合材料于280～310℃下由噴絲孔擠入280～450℃的熱套，再將絲狀的復(fù)合材料于500～2000米/分鐘的速度下卷繞成型，得到未拉伸絲；(3)、將未拉伸絲牽伸3～10倍，制得高模低縮聚酯簾子線。
作為高模低縮聚酯簾子線的制備方法的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的熱套的長(zhǎng)度為5～8米。
相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是，其一，利用聚酯PET的單體之一的乙二醇具有與無(wú)機(jī)氧化物相似的相親性質(zhì)，把具有表面活性的單顆粒狀的無(wú)機(jī)納米粒子均勻分布于其中，由無(wú)機(jī)納米粒子表面的-OH基與聚合物鏈中-COOR和-COOH基形成化學(xué)鍵，增強(qiáng)了分子間的作用力，其的成核作用，促使了聚合物的均勻結(jié)晶和提高了結(jié)晶度，從而顯著地提高了模量，在此基礎(chǔ)上，再經(jīng)常規(guī)紡絲和拉伸后，結(jié)晶度和取向度均進(jìn)一步得到了提高，無(wú)機(jī)納米粒子的釘扎作用，也使非晶區(qū)中的分子鏈段難以運(yùn)動(dòng)，降低了解取向的可能性，從而降低了聚酯簾子線在后續(xù)使用過(guò)程中的收縮率，經(jīng)測(cè)試，其特性粘度為0.65～1.2、強(qiáng)度≥7.0cN/dtex、在44N下的定負(fù)荷伸長(zhǎng)≤4.5％、干熱收縮率在177℃和0.05cN/dtex預(yù)張力下，2分鐘后的干熱收縮率≤4.0％，具體數(shù)據(jù)詳見表1和表2；其二，通過(guò)對(duì)聚合物與無(wú)機(jī)納米粒子間的質(zhì)量比以及無(wú)機(jī)納米粒子的粒徑進(jìn)行調(diào)節(jié)，可改變聚酯簾子線的性能和尺寸穩(wěn)定性，進(jìn)而確保了聚酯簾子線物理機(jī)械性能的優(yōu)良性；其三，使用現(xiàn)有的粒子分散法和原位聚合法獲得聚合物與無(wú)機(jī)納米粒子的復(fù)合材料切片后，再將其預(yù)結(jié)晶和固相反應(yīng)以進(jìn)行增粘，并經(jīng)紡絲設(shè)備進(jìn)行紡絲、熱定型和拉伸工藝，使制備聚酯簾子線的工藝成熟、簡(jiǎn)單、周期短。在常規(guī)的聚酯工業(yè)絲生產(chǎn)裝置上即可實(shí)現(xiàn)高模量低收縮的性能，無(wú)須更大的設(shè)備投資和工藝改進(jìn)。
表1
表2
具體實(shí)施方式
首先用常規(guī)方法制得或從市場(chǎng)購(gòu)得粒徑分別為5±2nm、9±2nm、12±2nm、25±2nm、50±2nm、100±2nm的二氧化硅、二氧化鈦、氧化鋅、碳酸鈣、氧化鋯、三氧化二鋁和金屬銀的納米粒子，以及合成聚合物分別為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚奈二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯與聚酰胺的共混物和聚奈二甲酸乙二醇酯與聚酰胺的共混物的原料。
實(shí)施例1選用粒徑為5nm的二氧化硅納米粒子和聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，采用粒子分散法和原位聚合法獲得聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯和二氧化硅納米粒子的復(fù)合材料，其中，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯與二氧化硅納米粒子間的質(zhì)量比為99比1。再按以下步驟完成制備1)、將復(fù)合材料于140℃下預(yù)結(jié)晶5小時(shí)，再將其于200℃和50Pa的壓力下固相反應(yīng)26小時(shí)；2)、將熔融狀的復(fù)合材料于280℃下由噴絲孔擠入280℃的熱套，其中，熱套的長(zhǎng)度為8米，再將絲狀的復(fù)合材料于500米/分鐘的速度下卷繞成型，得到未拉伸絲；3)、將未拉伸絲牽伸5倍，制得如表1所示數(shù)據(jù)的高模低縮聚酯簾子線。通過(guò)改變聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯與二氧化硅納米粒子間的質(zhì)量比，兩者間的范圍為90～99.9比0.1～10，制得近似于如表2所示數(shù)據(jù)的高模低縮聚酯簾子線。
實(shí)施例2選用粒徑為9nm的二氧化硅納米粒子和聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，采用粒子分散法和原位聚合法獲得聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯和二氧化硅納米粒子的復(fù)合材料，其中，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯與二氧化硅納米粒子間的質(zhì)量比為99比1。再按以下步驟完成制備1)、將復(fù)合材料于145℃下預(yù)結(jié)晶4.8小時(shí)，再將其于208℃和58Pa的壓力下固相反應(yīng)25小時(shí)；2)、將熔融狀的復(fù)合材料于288℃下由噴絲孔擠入320℃的熱套，其中，熱套的長(zhǎng)度為7.2米，再將絲狀的復(fù)合材料于700米/分鐘的速度下卷繞成型，得到未拉伸絲；3)、將未拉伸絲牽伸5.8倍，制得如表1所示數(shù)據(jù)的高模低縮聚酯簾子線。通過(guò)改變聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯與二氧化硅納米粒子間的質(zhì)量比，兩者間的范圍為90～99.9比0.1～10，制得近似于如表2所示數(shù)據(jù)的高模低縮聚酯簾子線。
實(shí)施例3選用粒徑為12nm的二氧化硅納米粒子和聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，采用粒子分散法和原位聚合法獲得聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯和二氧化硅納米粒子的復(fù)合材料，其中，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯與二氧化硅納米粒子間的質(zhì)量比為99比1。再按以下步驟完成制備1)、將復(fù)合材料于145℃下預(yù)結(jié)晶4.8小時(shí)，再將其于208℃和58Pa的壓力下固相反應(yīng)25小時(shí)；2)、將熔融狀的復(fù)合材料于288℃下由噴絲孔擠入320℃的熱套，其中，熱套的長(zhǎng)度為7.2米，再將絲狀的復(fù)合材料于900米/分鐘的速度下卷繞成型，得到未拉伸絲；3)、將未拉伸絲牽伸5.8倍，制得如表1所示數(shù)據(jù)的高模低縮聚酯簾子線。通過(guò)改變聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯與二氧化硅納米粒子間的質(zhì)量比，兩者間的范圍為90～99.9比0.1～10，制得如表2所示數(shù)據(jù)的高模低縮聚酯簾子線。
實(shí)施例4選用粒徑為25nm的二氧化硅納米粒子和聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，采用粒子分散法和原位聚合法獲得聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯和二氧化硅納米粒子的復(fù)合材料，其中，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯與二氧化硅納米粒子間的質(zhì)量比為99比1。再按以下步驟完成制備1)、將復(fù)合材料于150℃下預(yù)結(jié)晶4.5小時(shí)，再將其于215℃和65Pa的壓力下固相反應(yīng)24小時(shí)；2)、將熔融狀的復(fù)合材料于295℃下由噴絲孔擠入365℃的熱套，其中，熱套的長(zhǎng)度為6.5米，再將絲狀的復(fù)合材料于1250米/分鐘的速度下卷繞成型，得到未拉伸絲；3)、將未拉伸絲牽伸6.5倍，制得如表1所示數(shù)據(jù)的高模低縮聚酯簾子線。通過(guò)改變聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯與二氧化硅納米粒子間的質(zhì)量比，兩者間的范圍為90～99.9比0.1～10，制得近似于如表2所示數(shù)據(jù)的高模低縮聚酯簾子線。
實(shí)施例5選用粒徑為50nm的二氧化硅納米粒子和聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，采用粒子分散法和原位聚合法獲得聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯和二氧化硅納米粒子的復(fù)合材料，其中，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯與二氧化硅納米粒子間的質(zhì)量比為99比1。再按以下步驟完成制備1)、將復(fù)合材料于155℃下預(yù)結(jié)晶4.3小時(shí)，再將其于223℃和73Pa的壓力下固相反應(yīng)23小時(shí)；2)、將熔融狀的復(fù)合材料于303℃下由噴絲孔擠入410℃的熱套，其中，熱套的長(zhǎng)度為5.8米，再將絲狀的復(fù)合材料于1700米/分鐘的速度下卷繞成型，得到未拉伸絲；3)、將未拉伸絲牽伸7.2倍，制得如表1所示數(shù)據(jù)的高模低縮聚酯簾子線。通過(guò)改變聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯與二氧化硅納米粒子間的質(zhì)量比，兩者間的范圍為90～99.9比0.1～10，制得近似于如表2所示數(shù)據(jù)的高模低縮聚酯簾子線。
實(shí)施例6選用粒徑為100nm的二氧化硅納米粒子和聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，采用粒子分散法和原位聚合法獲得聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯和二氧化硅納米粒子的復(fù)合材料，其中，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯與二氧化硅納米粒子間的質(zhì)量比為99比1。再按以下步驟完成制備1)、將復(fù)合材料于160℃下預(yù)結(jié)晶4小時(shí)，再將其于230℃和80Pa的壓力下固相反應(yīng)22小時(shí)；2)、將熔融狀的復(fù)合材料于310℃下由噴絲孔擠入450℃的熱套，其中，熱套的長(zhǎng)度為5米，再將絲狀的復(fù)合材料于2000米/分鐘的速度下卷繞成型，得到未拉伸絲；3)、將未拉伸絲牽伸8倍，制得如表1所示數(shù)據(jù)的高模低縮聚酯簾子線。通過(guò)改變聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯與二氧化硅納米粒子間的質(zhì)量比，兩者間的范圍為90～99.9比0.1～10，制得近似于如表2所示數(shù)據(jù)的高模低縮聚酯簾子線。
再分別選用粒徑為5±2nm、9±2nm、12±2nm、25±2nm、50±2nm、100±2nm的二氧化鈦或氧化鋅或碳酸鈣或氧化鋯或三氧化二鋁或金屬銀的納米粒子，以及分別選用聚奈二甲酸乙二醇酯或聚酰胺或聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯與聚酰胺的共混物或聚奈二甲酸乙二醇酯與聚酰胺的共混物，重復(fù)上述實(shí)施例1～6，均制得了近似于如上表1和表2所示數(shù)據(jù)的高模低縮聚酯簾子線。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明的高模低縮聚酯簾子線及制備方法進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高模低縮聚酯簾子線，含有聚合物和均勻分布在聚合物中的無(wú)機(jī)納米粒子，其特征在于所述無(wú)機(jī)納米粒子呈單顆粒分散狀態(tài)，其與聚合物間是以化學(xué)鍵相連接的，所說(shuō)聚合物與無(wú)機(jī)納米粒子間的質(zhì)量比為90～99.9比0.1～10，所說(shuō)聚酯簾子線的特性粘度為0.65～1.2，強(qiáng)度≥7.0cN/dtex，在44N下的定負(fù)荷伸長(zhǎng)≤4.5％，干熱收縮率在177℃和0.05cN/dtex預(yù)張力下，2分鐘后的干熱收縮率≤4.0％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高模低縮聚酯簾子線，其特征是無(wú)機(jī)納米粒子的粒徑為2～100nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高模低縮聚酯簾子線，其特征是無(wú)機(jī)納米粒子為二氧化硅或二氧化鈦或氧化鋅或碳酸鈣或氧化鋯或三氧化二鋁或金屬銀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高模低縮聚酯簾子線，其特征是聚合物為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯或聚奈二甲酸乙二醇酯或聚酰胺或它們的共混物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高模低縮聚酯簾子線的制備方法，包括用粒子分散法和原位聚合法獲得聚合物與無(wú)機(jī)納米粒子的復(fù)合材料，其特征在于是按以下步驟完成的5.1、將復(fù)合材料于140～160℃下預(yù)結(jié)晶4～5小時(shí)，再將其于200～230℃和50～80Pa的壓力下固相反應(yīng)22～26小時(shí)；5.2、將熔融狀的復(fù)合材料于280～310℃下由噴絲孔擠入280～450℃的熱套，再將絲狀的復(fù)合材料于500～2000米/分鐘的速度下卷繞成型，得到未拉伸絲；5.3、將未拉伸絲牽伸5～8倍，制得高模低縮聚酯簾子線。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高模低縮聚酯簾子線的制備方法，其特征是熱套的長(zhǎng)度為5～8米。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高模低縮聚酯簾子線及制備方法。簾子線含有聚合物和無(wú)機(jī)納米粒子，特別是無(wú)機(jī)納米粒子與聚合物以化學(xué)鍵相連接，兩者間的質(zhì)量比為0.1～10比90～99.9，聚酯簾子線的特性粘度為0.65～1.2，強(qiáng)度≥7.0cN/dtex，在44N下的定負(fù)荷伸長(zhǎng)≤4.5％，干熱收縮率在177℃和0.05cN/dtex預(yù)張力下2分鐘后的干熱收縮率≤4.0％；方法包括聚合物與無(wú)機(jī)納米粒子的復(fù)合材料，步驟為(1)將復(fù)合材料于140～160℃下預(yù)結(jié)晶4～5小時(shí)，再將其于200～230℃和50～80Pa的壓力下固相反應(yīng)22～26小時(shí)；(2)將熔融狀的復(fù)合材料于280～310℃下由噴絲孔擠入280～450℃的熱套，再將絲狀的復(fù)合材料于500～2000米/分鐘的速度下卷繞成型，得到未拉伸絲；(3)將未拉伸絲牽伸5～8倍，制得高模低縮聚酯簾子線。
文檔編號(hào)D01F6/92GK1730740SQ20041004162
公開日2006年2月8日 申請(qǐng)日期2004年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月4日
發(fā)明者田興友, 鄭瑾, 劉文濤, 李勇, 崔平 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院