本發(fā)明涉及高分子材料領(lǐng)域，具體涉及耐熱性高的皮芯結(jié)構(gòu)聚乳酸(PLA)纖維及其制備方法。
背景技術(shù)：
聚乳酸(PLA)是資源可再生，生物可降解，可熔融加工，PLA纖維可以作為非織造材料的原料，以解決非織造材料的發(fā)展面臨的資源短缺和環(huán)境污染等問題，熱粘合是非織造加工中主要的加固方式之一，然而，對于PLA纖維網(wǎng)而言，若進(jìn)行熱粘合，其性能將會(huì)受到嚴(yán)重的破壞，主要原因?yàn)椋簾o論是熱風(fēng)粘合還是熱軋粘合，PLA纖維的取向和結(jié)晶結(jié)構(gòu)將會(huì)受到破壞，由于PLA的結(jié)晶速度慢，熔融部分冷卻后主要以無定形的形態(tài)存在，易發(fā)生物理老化，從而變脆變硬，以致于得到的非織造材料幾乎無實(shí)際使用價(jià)值。若將PLA纖維做成皮芯結(jié)構(gòu)，在熱粘合的過程中，僅皮層熔融，而芯層保持原有的結(jié)構(gòu)和形態(tài)將能解決此問題，即皮層為低熔點(diǎn)的PLA，而芯層為高熔點(diǎn)的PLA；另外，幸運(yùn)的是PLA的熔點(diǎn)可以通過左旋乳酸結(jié)構(gòu)單元(L-LA)和右旋乳酸結(jié)構(gòu)單位(D-LA)的比例進(jìn)行調(diào)控，以這種皮芯結(jié)構(gòu)的PLA纖維為原料，既能保證PLA非織造材料的優(yōu)異性能，又能保證該非織造材料全部由PLA纖維制得，確保了其環(huán)境友好性。目前，市場上已出現(xiàn)以D-LA含量低的PLA為芯，L-LA含量高的PLA為皮制得了皮芯結(jié)構(gòu)PLA纖維，為了保證所得的皮芯結(jié)構(gòu)PLA纖維加工成非織造材料和復(fù)合材料時(shí)有一定的加工窗口，皮的熔融溫度需遠(yuǎn)低于芯的熔融溫度，這里芯的熔融溫度最高只能達(dá)到175℃左右，以致于所得的皮芯結(jié)構(gòu)PLA纖維及其對應(yīng)的非織造材料和復(fù)合材料的耐熱性遠(yuǎn)低于175℃，無法滿足對耐熱性要求相對較高的場合。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是針對皮芯結(jié)構(gòu)PLA纖維的現(xiàn)狀，開發(fā)出一種耐熱性高的皮芯結(jié)構(gòu)PLA纖維，并提供了其制備方法。
耐熱性高的皮芯結(jié)構(gòu)PLA纖維的原料組成為：
芯層原料為立構(gòu)復(fù)合聚乳酸(sc-PLA)，其中sc-PLA為左旋聚乳酸(PLLA)和右旋聚乳酸(PDLA)的混合物，PLLA和PDLA的重量比為1：1，PLLA和PDLA的粘均分子量為5.0×104～1.0×106，皮層為D-LA含量為0～5mol％的PLA，粘均分子量為3.0×104～1.0×106；
皮層和芯層的質(zhì)量比為10：90～95：5。
所述耐熱性高的皮芯結(jié)構(gòu)PLA纖維，其制備方法包括如下步驟：
(1)皮層和芯層的PLA原料分別在真空烘箱中干燥8～48h，干燥溫度為50～105℃；
(2)將皮層和芯層對應(yīng)的PLA原料加入到復(fù)合紡絲機(jī)對應(yīng)的料斗中，通過熔體輸送——紡絲——吹風(fēng)冷卻——卷繞喂入——油浴拉伸——蒸汽浴拉伸——緊張熱定型——上油——疊絲——卷曲——松弛——切斷工序制得皮芯結(jié)構(gòu)PLA短纖維，皮層熔融擠出溫度為160～250℃，芯層熔融擠出溫度為225～260℃，紡絲速度為500～2000m/min，一道拉伸溫度為60～120℃，一道拉伸倍數(shù)為2～5倍，二道拉伸溫度為70～140℃，二道拉伸倍數(shù)為1.1～3倍，熱定型溫度為90～150℃；或者將皮層和芯層對應(yīng)的PLA原料加入到復(fù)合紡絲機(jī)對應(yīng)的料斗中，經(jīng)熔融紡絲——側(cè)吹風(fēng)冷卻——上油——拉伸——熱定型一步法制得皮芯結(jié)構(gòu)PLA復(fù)絲，皮層熔融擠出溫度為160～250℃，芯層熔融擠出溫度為225～260℃，拉伸溫度為60～120℃，拉伸倍數(shù)為2～12倍，熱定型溫度為60～140℃，紡絲速度為500～5000m/min。
有益效果：
(1)皮芯結(jié)構(gòu)PLA纖維的芯層為sc-PLA，熔融溫度約為225℃，皮層為D-LA小于5mol％的PLA，當(dāng)D-LA含量為0時(shí)，PLA即為PLLA，熔點(diǎn)約為175℃，以致于所得到的皮芯結(jié)構(gòu)PLA纖維在加工成非織造材料和復(fù)合材料時(shí)加工窗口可達(dá)50℃。
(2)由于皮層的D-LA含量小，因此，皮芯結(jié)構(gòu)PLA纖維以及由其制得的非織造材料和復(fù)合材料的耐熱性好。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落入本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
實(shí)施例1
(1)首先將立構(gòu)復(fù)合聚乳酸(sc-PLA)和D-LA含量為2mol％的PLA在105℃的真空烘箱中干燥和預(yù)結(jié)晶24小時(shí)備用，sc-PLA中PLLA和PDLA的粘均分子量分別為1.8×105和2.0×105，PLA的粘均分子量為2.2×105。
(2)將已干燥的皮層和芯層對應(yīng)的PLA原料加入到復(fù)合紡絲機(jī)對應(yīng)的料斗中，通過熔體輸送——紡絲——吹風(fēng)冷卻——卷繞喂入——油浴拉伸——蒸汽浴拉伸——緊張熱定型——上油——疊絲——卷曲——松弛——切斷工序制得皮芯結(jié)構(gòu)PLA短纖維，皮層熔融擠出溫度為200℃，芯層的擠出溫度為240℃，紡絲速度為300m/min，一道拉伸溫度為90℃，一道拉伸倍數(shù)為4倍，二道拉伸溫度為120℃，二道拉伸倍數(shù)為2倍，熱定型溫度為130℃，皮層和芯層的復(fù)合比20：80。所得皮芯結(jié)構(gòu)PLA纖維的斷裂強(qiáng)度為3.8cN/dtex，斷裂伸長率為40.2％。
實(shí)施例2
(1)首先將立構(gòu)復(fù)合聚乳酸(sc-PLA)和D-LA含量為2mol％的PLA在105℃的真空烘箱中干燥和預(yù)結(jié)晶24小時(shí)備用，sc-PLA中PLLA和PDLA的粘均分子量分別為1.8×105和2.0×105，PLA的粘均分子量為2.2×105。
(2)將已干燥的皮層和芯層對應(yīng)的PLA原料加入到復(fù)合紡絲機(jī)對應(yīng)的料斗中，通過熔體輸送——紡絲——吹風(fēng)冷卻——卷繞喂入——油浴拉伸——蒸汽浴拉伸——緊張熱定型——上油——疊絲——卷曲——松弛——切斷工序制得皮芯結(jié)構(gòu)PLA短纖維，皮層熔融擠出溫度為200℃，芯層的擠出溫度為240℃，紡絲速度為300m/min，一道拉伸溫度為90℃，一道拉伸倍數(shù)為4倍，二道拉伸溫度為120℃，二道拉伸倍數(shù)為2.2倍，熱定型溫度為130℃，皮層和芯層的復(fù)合比35：65。所得皮芯結(jié)構(gòu)PLA纖維的斷裂強(qiáng)度為4.2cN/dtex，斷裂伸長率為32.7％。
實(shí)施例3
(1)首先將立構(gòu)復(fù)合聚乳酸(sc-PLA)和PLLA在105℃的真空烘箱中干燥和預(yù)結(jié)晶24小時(shí)備用，sc-PLA中PLLA和PDLA的粘均分子量分別為1.8×105和2.0×105，皮層PLLA的粘均分子量為1.8×105。
(2)將已干燥的皮層和芯層對應(yīng)的PLA原料加入到復(fù)合紡絲機(jī)對應(yīng)的料斗中，通過熔體輸送——紡絲——吹風(fēng)冷卻——卷繞喂入——油浴拉伸——蒸汽浴拉伸——緊張熱定型——上油——疊絲——卷曲——松弛——切斷工序制得皮芯結(jié)構(gòu)PLA短纖維，皮層熔融擠出溫度為200℃，芯層的擠出溫度為240℃，紡絲速度為200m/min，一道拉伸溫度為90℃，一道拉伸倍數(shù)為4.5倍，二道拉伸溫度為120℃，二道拉伸倍數(shù)為2.2倍，熱定型溫度為130℃，皮層和芯層的復(fù)合比30：70。所得皮芯結(jié)構(gòu)PLA纖維的斷裂強(qiáng)度為4.8cN/dtex，斷裂伸長率為28％。
實(shí)施例4
(1)首先將立構(gòu)復(fù)合聚乳酸(sc-PLA)和PLLA在105℃的真空烘箱中干燥和預(yù)結(jié)晶24小時(shí)備用，sc-PLA中PLLA和PDLA的粘均分子量分別為1.8×105和2.0×105，皮層PLLA的的粘均分子量為1.8×105。
(2)將已干燥的皮層和芯層對應(yīng)的PLA原料加入到復(fù)合紡絲機(jī)對應(yīng)的料斗中，通過熔體輸送——紡絲——吹風(fēng)冷卻——卷繞喂入——油浴拉伸——蒸汽浴拉伸——緊張熱定型——上油——疊絲——卷曲——松弛——切斷工序制得皮芯結(jié)構(gòu)PLA短纖維，皮層熔融擠出溫度為200℃，芯層的擠出溫度為240℃，紡絲速度為100m/min，一道拉伸溫度為80℃，一道拉伸倍數(shù)為3.5倍，二道拉伸溫度為110℃，二道拉伸倍數(shù)為2倍，熱定型溫度為130℃，皮層和芯層的復(fù)合比30：70。所得皮芯結(jié)構(gòu)PLA纖維的斷裂強(qiáng)度為2.8cN/dtex，斷裂伸長率為50.3％。
實(shí)施例5
(1)首先將立構(gòu)復(fù)合聚乳酸(sc-PLA)和PLLA在105℃的真空烘箱中干燥和預(yù)結(jié)晶24小時(shí)備用，sc-PLA中PLLA和PDLA的粘均分子量分別為1.8×105和2.0×105，皮層PLLA的的粘均分子量為1.8×105。
(2)將已干燥的皮層和芯層對應(yīng)的PLA原料加入到復(fù)合紡絲機(jī)對應(yīng)的料斗中，通過熔融紡絲——側(cè)吹風(fēng)冷卻——上油——拉伸——熱定型一步法制得皮芯結(jié)構(gòu)PLA復(fù)絲，皮層熔融擠出溫度為200℃，芯層熔融擠出溫度為240℃，拉伸溫度為90℃，拉伸倍數(shù)為6倍，熱定型溫度為120℃，紡絲速度為2000m/min，皮層和芯層的復(fù)合比30：70。所得皮芯結(jié)構(gòu)PLA纖維的斷裂強(qiáng)度為3.2cN/dtex，斷裂伸長率為42.5％。