一种碳纳米管改性涤纶纤维的制备方法

—— CN201911141867.8

摘要

本发明实施例提供了一种碳纳米管改性涤纶纤维的制备方法,该方法先将涤纶树脂和碳纳米管进行熔融共混挤出,得到涤纶母粒,再向所述涤纶母粒中加入树脂增韧剂,采用熔融纺丝法进行纺丝,即得所述碳纳米管改性涤纶纤维。该制备方法首先进行熔融共混挤出得到母粒,然后再加入树脂增韧剂采用熔融纺丝法进行纺丝,相比于直接将树脂增韧剂和碳纳米管与涤纶树脂熔融共混,可以使碳纳米管的分散更加均匀。与溶液纺丝法相比,制备过程无需额外添加溶剂,环境友好。同时由于通过熔融法实现了完全均匀共混,增韧剂不容易被洗掉,制备得到的改性涤纶纤维抗静电性能、抗菌性能效果更加持久、高效。

权利要求书

1.一种碳纳米管改性涤纶纤维的制备方法,其特征在于,步骤包括:
S1:将涤纶树脂和碳纳米管进行熔融共混挤出,得到涤纶母粒;
S2:向所述涤纶母粒中加入树脂增韧剂,采用熔融纺丝法进行纺丝,即得所述碳纳米管改性涤纶纤维。

2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤S1中,涤纶树脂与碳纳米管的质量比为(80~100):(2~15)。

3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤S1中,熔融共混挤出采用双螺杆挤出机,主机转速为60~300rpm,喂料转速为60~250rpm,切粒转速为200~500rpm。

4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,步骤S1中,熔融共混挤出的温度为260~300℃,挤出的压力为6.0~8.0MPa。

5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤S2中,纺丝的速度为2500~3800m/min。

6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤S2中,纺丝过程中,冷却风的温度为20~45℃,冷却风的风速为0.2~0.8m/min。

7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤S2中,纺丝过程中,环境湿度为60~85%。

8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述树脂增韧剂为PBT聚酯增韧剂和环氧环己烷基聚醚多元醇中的至少一种。

9.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于,所述树脂增韧剂的添加量为涤纶母粒质量的20~30%。


说明书

技术领域

本发明属于聚酯纤维领域,具体涉及一种碳纳米管改性涤纶纤维的制备方法。

背景技术

聚酯纤维俗称涤纶,具有一系列优良性能,如热定型效果优异,同时耐热、耐光。聚酯纤维的熔点为255℃左右,玻璃化温度约70℃,不仅具有一定的耐温性,还具有优秀的阻抗性,以及较好的耐腐蚀性,对弱酸、碱等稳定,有着广泛的服用和产业用途。石油工业的发展也为聚酯纤维的生产提供了更加丰富而廉价的原料,加之近年化工、机械、电子自控等技术的发展,使其原料生产、纤维成形和加工等过程逐步实现了短程化、连续化、自动化和高速化,聚酯纤维已成为发展速度最快、产量最高的合成纤维品种。目前全球聚酯纤维的产量占到世界合成纤维总量的八成以上,具有广泛的应用领域和前景。

和天然纤维相比,涤纶存在含水率低、透气性差、染色性差、容易起球起毛、易沾污等缺点。为了改善这些缺点,目前采取化学改性和物理改性的方法来提高纤维的吸湿率,提高纤维的抗静电性能和抗沾污性能,并提高抗起球能力。化学改性方法中,常用的方法有化学接枝,化学接枝是利用涤纶材料表面存在的基团或通过化学改性与被接枝的单体或大分子链发生化学反应而实现表面接枝。在接枝过程中,为提高接枝效率,需要对涤纶织物进行表面膨化溶胀,比如使用苄醇、乙酸作为溶胀剂,还需要使用引发剂包括过氧化物、偶氮类盐和氧化还原引发剂。物理改性方法中,常用的方法有共混法,该方法把具有某种特殊功能的改性剂或是化学添加剂在纺丝时混入到纺丝溶液中,最终生产出具有吸音、阻燃、可以释放负离子、抗紫外线等功能的涤纶。

然而,由于受材料本身性能和工艺条件因素的限制,现有的方法对涤纶纤维性能的改善程度有限,限制了涤纶纤维的进一步开发利用。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此,本发明提出一种碳纳米管改性涤纶纤维的制备方法,该方法能够使碳纳米管更好地被分散,制备过程中不需要溶剂,环境友好。

根据本发明第一方面实施例的碳纳米管改性涤纶纤维的制备方法,步骤包括:

S1:将涤纶树脂和碳纳米管进行熔融共混挤出,得到涤纶母粒;

S2:向所述涤纶母粒中加入树脂增韧剂,采用熔融纺丝法进行纺丝,即得所述碳纳米管改性涤纶纤维。

根据本发明实施例的碳纳米管改性涤纶纤维的制备方法,至少具有如下技术效果:

该制备方法首先进行熔融共混挤出得到母粒,然后再加入树脂增韧剂采用熔融纺丝法进行纺丝,相比于直接将树脂增韧剂和碳纳米管与涤纶树脂熔融共混,可以使碳纳米管的分散更加均匀。

该制备方法与溶液纺丝法相比,制备过程无需额外添加溶剂,环境友好。同时由于通过熔融法实现了完全均匀共混,改性剂不容易被洗掉,制备得到的改性涤纶纤维性能效果更加持久。

该制备方法简单易行,工艺条件不苛刻,对于行业内的企业而言,无需添加额外的设备即可实现工业化生产。

根据本发明的一些实施例,步骤S1中,涤纶树脂与碳纳米管的质量比为(80~100):(2~15)。

根据本发明的一些实施例,步骤S1中,熔融共混挤出采用双螺杆挤出机,主机转速为60~300rpm,喂料转速为60~250rpm,切粒转速为200~500rpm。

根据本发明的一些实施例,步骤S1中,熔融共混挤出的温度为260~300℃,挤出的压力为6.0~8.0MPa。

根据本发明的一些实施例,步骤S2中,纺丝的速度为2500~3800m/min。

根据本发明的一些实施例,步骤S2中,纺丝过程中,冷却风的温度为20~45℃,冷却风的风速为0.2~0.8m/min。

根据本发明的一些实施例,步骤S2中,纺丝过程中,环境湿度为60~85%。

根据本发明的一些实施例,所述树脂增韧剂为PBT聚酯增韧剂和环氧环己烷基聚醚多元醇中的至少一种。

根据本发明的一些实施例,所述树脂增韧剂的添加量为涤纶母粒质量的20~30%。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例,并结合实施例对本发明的技术方案作进一步的描述,但本发明并不限于这些实施例。

实施例1

本例提供了一种碳纳米管改性涤纶纤维的制备方法,步骤包括:

S1:将涤纶树脂和碳纳米管进行熔融共混挤出,得到涤纶母粒;

S2:向所述涤纶母粒中加入树脂增韧剂,采用熔融纺丝法进行纺丝,即得所述碳纳米管改性涤纶纤维。

步骤S1中:

涤纶树脂与碳纳米管的质量比为(80~100):(2~15)。

熔融共混挤出采用双螺杆挤出机,主机转速为60~300rpm,喂料转速为60~250rpm,切粒转速为200~500rpm。

熔融共混挤出的温度为280~310℃,挤出的压力为6.0~8.0MPa。

步骤S2中:

纺丝的速度为2500~3800m/min。纺丝过程中,冷却风的温度为20~45℃,冷却风的风速为0.2~0.8m/min。环境湿度为60~85%。

树脂增韧剂为PBT聚酯增韧剂和环氧环己烷基聚醚多元醇中的至少一种。

树脂增韧剂的添加量为涤纶母粒质量的20~30%。

实施例2

本例实际制备了一种碳纳米管改性涤纶纤维A,制备步骤包括:

S1:将涤纶树脂和碳纳米管进行熔融共混挤出,得到涤纶母粒;

S2:向所述涤纶母粒中加入树脂增韧剂,采用熔融纺丝法进行纺丝,即得所述碳纳米管改性涤纶纤维。

步骤S1中:

涤纶树脂与碳纳米管的质量比为50:1。

熔融共混挤出采用双螺杆挤出机,主机转速为60rpm,喂料转速为60rpm,切粒转速为200rpm。

熔融共混挤出的温度为260℃,挤出的压力为6.0MPa。

步骤S2中:

纺丝的速度为2500m/min。纺丝过程中,冷却风的温度为20℃,冷却风的风速为0.2m/min。环境湿度为60%。

树脂增韧剂包括以下重量份计的组分:

树脂增韧剂为涤纶母粒质量的20%的PBT聚酯增韧剂。

实施例3

本例实际制备了一种碳纳米管改性涤纶纤维B,制备步骤包括:

S1:将涤纶树脂和碳纳米管进行熔融共混挤出,得到涤纶母粒;

S2:向所述涤纶母粒中加入树脂增韧剂,采用熔融纺丝法进行纺丝,即得所述碳纳米管改性涤纶纤维。

步骤S1中:

涤纶树脂与碳纳米管的质量比为20:3。

熔融共混挤出采用双螺杆挤出机,主机转速为180rpm,喂料转速为150rpm,切粒转速为350rpm。

熔融共混挤出的温度为280℃,挤出的压力为7.0MPa。

步骤S2中:

纺丝的速度为3200m/min。纺丝过程中,冷却风的温度为30℃,冷却风的风速为0.5m/min。环境湿度为70%。

树脂增韧剂为涤纶母粒质量的25%的的环氧环己烷基聚醚多元醇。

实施例4

本例实际制备了一种碳纳米管改性涤纶纤维C,制备步骤包括:

S1:将涤纶树脂和碳纳米管进行熔融共混挤出,得到涤纶母粒;

S2:向所述涤纶母粒中加入树脂增韧剂,采用熔融纺丝法进行纺丝,即得所述碳纳米管改性涤纶纤维。

步骤S1中:

涤纶树脂与碳纳米管的质量比为16:3。

熔融共混挤出采用双螺杆挤出机,主机转速为300rpm,喂料转速为250rpm,切粒转速为500rpm。

熔融共混挤出的温度为300℃,挤出的压力为8.0MPa。

步骤S2中:

纺丝的速度为3800m/min。纺丝过程中,冷却风的温度为45℃,冷却风的风速为0.8m/min。环境湿度为85%。

树脂增韧剂包括以下重量份计的组分:

树脂增韧剂为涤纶母粒质量的15%的的PBT聚酯增韧剂和10%的环氧环己烷基聚醚多元醇。

对比例1

本例实际制备了一种碳纳米管改性涤纶纤维D,制备步骤为:

将涤纶树脂、碳纳米管和树脂增韧剂熔融共混后,采用熔融纺丝法进行纺丝,即得所述碳纳米管改性涤纶纤维。

其中,涤纶树脂与碳纳米管的质量比为20:3。

熔融共混挤出的温度为295℃,挤出的压力为7.0MPa。

纺丝的速度为3200m/min。纺丝过程中,冷却风的温度为30℃,冷却风的风速为0.5m/min。环境湿度为70%。

树脂增韧剂为涤纶母粒质量的25%的的PBT聚酯增韧剂。

对比例2

本例实际制备了一种碳纳米管改性涤纶纤维E,主要制备步骤与实施例3相同,不同之处在于本例中未添加碳纳米管。

检测例

本例对实施例2~4和对比例1、2制备得到的涤纶纤维性能进行了测试,结果如表1所示。

表1

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技术领域

本发明属于聚酯纤维领域,具体涉及一种碳纳米管改性涤纶纤维的制备方法。

背景技术

聚酯纤维俗称涤纶,具有一系列优良性能,如热定型效果优异,同时耐热、耐光。聚酯纤维的熔点为255℃左右,玻璃化温度约70℃,不仅具有一定的耐温性,还具有优秀的阻抗性,以及较好的耐腐蚀性,对弱酸、碱等稳定,有着广泛的服用和产业用途。石油工业的发展也为聚酯纤维的生产提供了更加丰富而廉价的原料,加之近年化工、机械、电子自控等技术的发展,使其原料生产、纤维成形和加工等过程逐步实现了短程化、连续化、自动化和高速化,聚酯纤维已成为发展速度最快、产量最高的合成纤维品种。目前全球聚酯纤维的产量占到世界合成纤维总量的八成以上,具有广泛的应用领域和前景。

和天然纤维相比,涤纶存在含水率低、透气性差、染色性差、容易起球起毛、易沾污等缺点。为了改善这些缺点,目前采取化学改性和物理改性的方法来提高纤维的吸湿率,提高纤维的抗静电性能和抗沾污性能,并提高抗起球能力。化学改性方法中,常用的方法有化学接枝,化学接枝是利用涤纶材料表面存在的基团或通过化学改性与被接枝的单体或大分子链发生化学反应而实现表面接枝。在接枝过程中,为提高接枝效率,需要对涤纶织物进行表面膨化溶胀,比如使用苄醇、乙酸作为溶胀剂,还需要使用引发剂包括过氧化物、偶氮类盐和氧化还原引发剂。物理改性方法中,常用的方法有共混法,该方法把具有某种特殊功能的改性剂或是化学添加剂在纺丝时混入到纺丝溶液中,最终生产出具有吸音、阻燃、可以释放负离子、抗紫外线等功能的涤纶。

然而,由于受材料本身性能和工艺条件因素的限制,现有的方法对涤纶纤维性能的改善程度有限,限制了涤纶纤维的进一步开发利用。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此,本发明提出一种碳纳米管改性涤纶纤维的制备方法,该方法能够使碳纳米管更好地被分散,制备过程中不需要溶剂,环境友好。

根据本发明第一方面实施例的碳纳米管改性涤纶纤维的制备方法,步骤包括:

S1:将涤纶树脂和碳纳米管进行熔融共混挤出,得到涤纶母粒;

S2:向所述涤纶母粒中加入树脂增韧剂,采用熔融纺丝法进行纺丝,即得所述碳纳米管改性涤纶纤维。

根据本发明实施例的碳纳米管改性涤纶纤维的制备方法,至少具有如下技术效果:

该制备方法首先进行熔融共混挤出得到母粒,然后再加入树脂增韧剂采用熔融纺丝法进行纺丝,相比于直接将树脂增韧剂和碳纳米管与涤纶树脂熔融共混,可以使碳纳米管的分散更加均匀。

该制备方法与溶液纺丝法相比,制备过程无需额外添加溶剂,环境友好。同时由于通过熔融法实现了完全均匀共混,改性剂不容易被洗掉,制备得到的改性涤纶纤维性能效果更加持久。

该制备方法简单易行,工艺条件不苛刻,对于行业内的企业而言,无需添加额外的设备即可实现工业化生产。

根据本发明的一些实施例,步骤S1中,涤纶树脂与碳纳米管的质量比为(80~100):(2~15)。

根据本发明的一些实施例,步骤S1中,熔融共混挤出采用双螺杆挤出机,主机转速为60~300rpm,喂料转速为60~250rpm,切粒转速为200~500rpm。

根据本发明的一些实施例,步骤S1中,熔融共混挤出的温度为260~300℃,挤出的压力为6.0~8.0MPa。

根据本发明的一些实施例,步骤S2中,纺丝的速度为2500~3800m/min。

根据本发明的一些实施例,步骤S2中,纺丝过程中,冷却风的温度为20~45℃,冷却风的风速为0.2~0.8m/min。

根据本发明的一些实施例,步骤S2中,纺丝过程中,环境湿度为60~85%。

根据本发明的一些实施例,所述树脂增韧剂为PBT聚酯增韧剂和环氧环己烷基聚醚多元醇中的至少一种。

根据本发明的一些实施例,所述树脂增韧剂的添加量为涤纶母粒质量的20~30%。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例,并结合实施例对本发明的技术方案作进一步的描述,但本发明并不限于这些实施例。

实施例1

本例提供了一种碳纳米管改性涤纶纤维的制备方法,步骤包括:

S1:将涤纶树脂和碳纳米管进行熔融共混挤出,得到涤纶母粒;

S2:向所述涤纶母粒中加入树脂增韧剂,采用熔融纺丝法进行纺丝,即得所述碳纳米管改性涤纶纤维。

步骤S1中:

涤纶树脂与碳纳米管的质量比为(80~100):(2~15)。

熔融共混挤出采用双螺杆挤出机,主机转速为60~300rpm,喂料转速为60~250rpm,切粒转速为200~500rpm。

熔融共混挤出的温度为280~310℃,挤出的压力为6.0~8.0MPa。

步骤S2中:

纺丝的速度为2500~3800m/min。纺丝过程中,冷却风的温度为20~45℃,冷却风的风速为0.2~0.8m/min。环境湿度为60~85%。

树脂增韧剂为PBT聚酯增韧剂和环氧环己烷基聚醚多元醇中的至少一种。

树脂增韧剂的添加量为涤纶母粒质量的20~30%。

实施例2

本例实际制备了一种碳纳米管改性涤纶纤维A,制备步骤包括:

S1:将涤纶树脂和碳纳米管进行熔融共混挤出,得到涤纶母粒;

S2:向所述涤纶母粒中加入树脂增韧剂,采用熔融纺丝法进行纺丝,即得所述碳纳米管改性涤纶纤维。

步骤S1中:

涤纶树脂与碳纳米管的质量比为50:1。

熔融共混挤出采用双螺杆挤出机,主机转速为60rpm,喂料转速为60rpm,切粒转速为200rpm。

熔融共混挤出的温度为260℃,挤出的压力为6.0MPa。

步骤S2中:

纺丝的速度为2500m/min。纺丝过程中,冷却风的温度为20℃,冷却风的风速为0.2m/min。环境湿度为60%。

树脂增韧剂包括以下重量份计的组分:

树脂增韧剂为涤纶母粒质量的20%的PBT聚酯增韧剂。

实施例3

本例实际制备了一种碳纳米管改性涤纶纤维B,制备步骤包括:

S1:将涤纶树脂和碳纳米管进行熔融共混挤出,得到涤纶母粒;

S2:向所述涤纶母粒中加入树脂增韧剂,采用熔融纺丝法进行纺丝,即得所述碳纳米管改性涤纶纤维。

步骤S1中:

涤纶树脂与碳纳米管的质量比为20:3。

熔融共混挤出采用双螺杆挤出机,主机转速为180rpm,喂料转速为150rpm,切粒转速为350rpm。

熔融共混挤出的温度为280℃,挤出的压力为7.0MPa。

步骤S2中:

纺丝的速度为3200m/min。纺丝过程中,冷却风的温度为30℃,冷却风的风速为0.5m/min。环境湿度为70%。

树脂增韧剂为涤纶母粒质量的25%的的环氧环己烷基聚醚多元醇。

实施例4

本例实际制备了一种碳纳米管改性涤纶纤维C,制备步骤包括:

S1:将涤纶树脂和碳纳米管进行熔融共混挤出,得到涤纶母粒;

S2:向所述涤纶母粒中加入树脂增韧剂,采用熔融纺丝法进行纺丝,即得所述碳纳米管改性涤纶纤维。

步骤S1中:

涤纶树脂与碳纳米管的质量比为16:3。

熔融共混挤出采用双螺杆挤出机,主机转速为300rpm,喂料转速为250rpm,切粒转速为500rpm。

熔融共混挤出的温度为300℃,挤出的压力为8.0MPa。

步骤S2中:

纺丝的速度为3800m/min。纺丝过程中,冷却风的温度为45℃,冷却风的风速为0.8m/min。环境湿度为85%。

树脂增韧剂包括以下重量份计的组分:

树脂增韧剂为涤纶母粒质量的15%的的PBT聚酯增韧剂和10%的环氧环己烷基聚醚多元醇。

对比例1

本例实际制备了一种碳纳米管改性涤纶纤维D,制备步骤为:

将涤纶树脂、碳纳米管和树脂增韧剂熔融共混后,采用熔融纺丝法进行纺丝,即得所述碳纳米管改性涤纶纤维。

其中,涤纶树脂与碳纳米管的质量比为20:3。

熔融共混挤出的温度为295℃,挤出的压力为7.0MPa。

纺丝的速度为3200m/min。纺丝过程中,冷却风的温度为30℃,冷却风的风速为0.5m/min。环境湿度为70%。

树脂增韧剂为涤纶母粒质量的25%的的PBT聚酯增韧剂。

对比例2

本例实际制备了一种碳纳米管改性涤纶纤维E,主要制备步骤与实施例3相同,不同之处在于本例中未添加碳纳米管。

检测例

本例对实施例2~4和对比例1、2制备得到的涤纶纤维性能进行了测试,结果如表1所示。

表1

  • 标题:一种碳纳米管改性涤纶纤维的制备方法
  • 申请人:中山国安火炬科技发展有限公司, 中山市四维纺织科技有限公司
  • 发明人:崔清臣, 凌红旗, 黄海龙, 骆汉明
  • 申请号:CN201911141867.8
  • 申请日:2019-11-20
  • 公开号:CN110904528A
  • 公开日:2020-03-24
  • 优先权号:
  • 代理人:肖云
  • 代理机构:44205广州嘉权专利商标事务所有限公司
  • 申请人地址:广东省中山市火炬开发区东镇二路26号
  • 是否有效:审中
  • 标签:涤纶,纳米,纤维,方法