CN104674372A - 一种纳米碳化锆聚酯全拉伸丝及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米碳化锆聚酯全拉伸丝及其制备方法。采用聚酯干切片熔融纺丝工艺，聚酯干切片在螺杆中熔融时，在线添加质量分数为15.0～30.0%的纳米碳化锆添加剂与其均匀共混，共混熔体从喷丝板微孔中挤出，经侧吹风冷却固化成形、集束后，再输入热管进行拉伸、油嘴上油、预网络和卷绕成型，制得纳米碳化锆感应蓄能放热保温保暖聚酯全拉伸丝。本发明提供的纳米碳化锆聚酯全拉伸丝具有高功效、双向感应蓄能放热保温保暖功能特性，产品质量好，附加值高，制备工艺能耗低，是一种高性能纺织材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚酯全拉伸丝及其制备方法，特别涉及一种具有高功效双向感应蓄能放热保温保暖功能特性的纳米碳化锆聚酯全拉伸丝及其制备方法，属于新型功能化纤维材料技术领域。
背景技术
目前，市场上开发生产的用于纺织品领域的保温保暖材料主要有中空纤维、超细纤维、相变发热保温保暖材料和远红外保温保暖材料等，这些材料遵循传统保温保暖材料的基本原理，利用热传导和热对流或热辐射机理或者靠外部环境来吸热或者放热功能而达到保温保暖的目的，然而，其吸热储能、放热保温保暖的效果不太理想。因此，研究与开发新型功能化、智能型、环保型的吸热储能、放热保温保暖材料已成为纺织品领域的保暖保温纤维材料研究的重点。
对能获得更高功效、具有最大吸热储能、放热保温保暖功能的纳米碳化锆材料（ZrC）的研究发现，纳米碳化锆材料比纯金属或非金属材料具有较高的远红外发射率，具有更好的热传导和热对流以及热辐射特性，尤其是纳米碳化锆材料具有高效吸收阳光中波长为0.1～2.0 um远红外线总能量的95%以上的能力以及吸收远红外发射率达到87%以上，特殊条件下可达到92%，同时还有能反射大于2.0 um波长红外线的功能，即反射人体辐射的近红外线(4～14 um)。因此，纳米碳化锆是一种具有更好的远近红外线和可见光吸收性能的新型高功能、智能型、环保型的材料，用这种纳米碳化锆材料制备获得的纳米碳化锆聚酯预取向丝具备双向感应吸热储能、放热保温保暖功能的功效，具有良好的可持续发展前景。
在本发明作出之前，中国发明专利（CN103132177A）公开了一种纳米碳化锆感应蓄热保温聚酯纤维及其制备方法。以纳米碳化锆为添加剂，在线添加质量分数1.0～8.0%，与聚酯切片在螺杆中均匀共混熔融，共混熔体从喷丝板微孔中挤出，经冷却固化成形和油嘴上油集束工艺，以卷绕速度3000m/min～3200m/min卷绕制成POY丝筒，经平衡后，再进行拉伸变形，制得纳米碳化锆感应蓄热保温聚酯纤维。由于所添加的纳米碳化锆的质量分数仅为1.0～8.0%，因此，制备获得的纤维在放热保温保暖及双向感应吸热储能功能方面效果欠佳，尤其是在环境温度很低或极低的情况下还达不到人体保温保暖功能的要求；同时，还由于在该项技术中，纺丝过程中加入的纳米碳化锆添加剂呈纳米颗粒状态存在于熔体中或纤维表面，在制成POY丝与拉伸变形加工过程中，纤维需要在拉伸变形装置设备表面接触才能进行拉伸变形，由于纺丝拉伸一步法的技术是采用热辊拉伸工序，尤其是制备POY丝的纺丝过程中采用常规的上下大导丝盘卷绕***装置，其丝束与上下大导丝盘卷绕***装置之间的摩擦系数和摩擦阻力及拉伸张力较大，导致丝束拉伸张力较大，均匀稳定性较差，当添加了纳米碳化锆的POY丝在拉伸变形装置设备表面进行拉伸变形时，摩擦系数、摩擦阻力及拉伸变形张力比未添加纳米碳化锆的丝束有所增加，当所添加的纳米碳化锆的质量分数超过8.0%以上进行纺丝时，将导致加工过程中毛丝断头多，造成POY丝产品质量的均匀稳定性较差，制成的POY丝的后拉伸变形性能劣化，甚至使生产无法正常进行。因此，采用现有的生产工艺，所添加的纳米碳化锆的质量分数必须限制在8.0%以下，才能保证生产正常进行，获得较好的产品质量。由于上述原因，现有技术无法提供产品质量好，并具有高功效、双向感应蓄能放热保温保暖功能特性的聚酯全拉伸丝。
发明内容
本发明针对现有技术在制备具有保温保暖功能聚酯纤维技术上存在的不足，提供一种可获得高效选择性地吸收太阳能辐射线中的可见光和近红外线，以及可反射人体热辐射热源，具有高功效双向感应蓄能放热保温保暖功能特性的纳米碳化锆聚酯全拉伸丝及其制备方法。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种纳米碳化锆聚酯全拉伸丝，它包括质量分数为15.0～30.0%纳米碳化锆添加剂，所述纳米碳化锆的粒径分布为20～60nm；所述纳米碳化锆聚酯全拉伸丝的断裂强度为3.20cN/dtex～3.90cN/dtex，断裂伸长率≥20%。
本发明所述的一种纳米碳化锆聚酯全拉伸丝，它的线密度规格为56dtex～110dtex/24f～48f。
本发明技术方案包括一种制备如上所述的纳米碳化锆聚酯全拉伸丝的方法，包括切片干燥、熔融，熔体从喷丝板微孔中挤出，经侧吹风冷却固化、集束、拉伸、油嘴上油、预网络和卷绕成型工序，具体步骤及工艺条件如下：
1、在聚酯干切片中加入质量分数为15.0～30.0%的纳米碳化锆添加剂，纳米碳化锆的粒径分布为20～60nm，再在螺杆中混合熔融均化，得到共混纺丝熔体，共混熔体的纺丝温度为275℃～290℃之间；
2、共混纺丝熔体从喷丝板微孔中挤出成为熔体细流，经侧吹风冷却固化成形，所述侧吹风冷却成形工艺条件为：侧吹风速度为0.30～0.60m/s，侧吹风温度为22±2℃，侧吹风湿度为75±5%；
3、经集束的丝束输入热管进行拉伸，热管温度控制在175℃～195℃之间，再经油嘴上油、预网络，以4000m/min～4500m/min的卷绕速度进行卷绕成型，制得具有双向感应蓄能放热保温保暖功能特性的纳米碳化锆聚酯全拉伸丝。
本发明提供的纳米碳化锆聚酯全拉伸丝，其制备方法是采用热管纺丝（TCS）一步法技术，丝束在纺丝拉伸过程中仅仅只需要与热管中的热空气作为介质接触的条件下进行拉伸，就能制得纳米碳化锆聚酯全拉伸丝，而不需要与设备表面接触才能完成拉伸过程,因此，当所添加的纳米碳化锆的质量分数含量为15.0～30.0%时，由于丝束是在热管中的热空气介质中进行拉伸，其拉伸过程不与设备表面接触摩擦，其拉伸摩擦系数和摩擦阻力及拉伸张力比采用纺丝拉伸一步法的摩擦系数和摩擦阻力及拉伸张力小，完全能满足在线添加纳米碳化锆质量分数含量为15.0～30.0%时制备纳米碳化锆聚酯全拉伸丝的生产过程中毛丝断头少、产品质量好、正常生产的要求；同时，也解决了现有纺丝拉伸一步法在线添加含量为15.0%～30.0%纳米碳化锆制备纳米碳化锆聚酯纤维时出现毛丝断头多、生产不能正常进行的难题和缺陷。在本发明技术方案中，添加的具有高熔点、高强度和耐腐蚀的过渡金属碳化物材料纳米碳化锆，添加剂呈纳米颗粒状态存在于熔体中或纤维表面，其含量达到了15.0～30.0%，制得的聚酯全拉伸丝及其制品具有高功效双向感应蓄能放热保温保暖功能特性。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明采用在线添加纳米碳化锆与聚酯干切片在螺杆中进行共混熔融、热管纺丝一步法技术，由此可获得添加含量高达30.0%的纳米碳化锆聚酯全拉伸丝的制备方法，整个制备过程没有废料排出，达到了清洁生产的目的。
2、本发明采用在线添加共混熔融、热管纺丝一步法技术，整个生产过程毛丝断头少、能耗低、产品质量好。
3、本发明的制备方法具备技术含量高、产品质量好以及附加值高的优点，制得的聚酯全拉伸丝及其制品具有高功效双向感应蓄能放热保温保暖功能特性，在高性能材料应用领域具有重要的现实意义和可持续发展的良好前景。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明技术方案作进一步的描述。
实施例1
本发明在于提供一种采用在线添加共混熔融、热管纺丝一步法技术，生产获得76dtex/24f纳米碳化锆聚酯全拉伸丝制备方法。其生产工艺及条件如下：
在熔融纺丝中在线添加质量分数为30.0%、粒径分布为20nm～60nm纳米碳化锆添加剂与聚酯干切片在螺杆中共混熔融挤压，经熔体过滤器、熔体混合器、计量泵、纺丝组件、喷丝板微孔中挤出成为熔体细流，经侧吹风冷却固化成形、集束后被输入热管进行拉伸、油嘴上油、预网络和卷绕成型工序，制得具有高功效双向感应蓄能放热保温保暖功能特性的纳米碳化锆聚酯全拉伸丝，其热管纺丝主要工艺参数为：共混熔体纺丝温度为280±2℃；侧吹风速度为0.50m/s，侧吹风温度为22±2℃，侧吹风湿度为75±5%；热管温度控制在184±2℃，卷绕速度为4250m/min；制备获得纳米碳化锆聚酯全拉伸丝，其断裂强度为3.32cN/dtex，断裂伸长率为22.5%。
在本实施例中，通过采用热管纺丝一步法技术，由此可获得添加含量高达30.0%的纳米碳化锆聚酯全拉伸丝的制备方法，其整个生产过程毛丝断头少、能耗低、产品质量好，避免了采用现有纺丝拉伸一步法在线添加含量为15.0%～30.0%纳米碳化锆用于制备纳米碳化锆聚酯全拉伸丝纤维时出现毛丝断头多、生产不能正常生产的难题，解决了现有纺丝拉伸一步法技术上还无法实现在线添加含量高达15.0%～30.0%纳米碳化锆应用于正常生产制备纳米碳化锆聚酯纤维的缺陷。本发明制备方法具备技术含量高、产品质量好、能耗低、附加值高的优点，具有更加广阔的应用领域和可持续发展的良好前景。
实施例2
本发明在于提供一种采用在线添加共混熔融、热管纺丝一步法技术，生产获得110dtex/36f纳米碳化锆聚酯全拉伸丝制备方法。其生产工艺条件如下：
在熔融纺丝中在线添加质量分数为20.0%、粒径分布为20nm～60nm纳米碳化锆添加剂与聚酯干切片在螺杆中共混熔融挤压，经熔体过滤器、熔体混合器、计量泵、纺丝组件、喷丝板微孔中挤出成为熔体细流，经侧吹风冷却固化成形、集束后被输入热管进行拉伸、油嘴上油、预网络和卷绕成型工序，制得具有高功效双向感应蓄能放热保温保暖功能特性的纳米碳化锆聚酯全拉伸丝。其热管纺丝主要工艺参数为：共混熔体纺丝温度为283±2℃；侧吹风速度为0.55m/s，侧吹风温度为22±2℃，侧吹风湿度为75±5%；热管温度控制在190±2℃，卷绕速度为4380m/min；制备获得纳米碳化锆聚酯全拉伸丝，其断裂强度为3.76cN/dtex，断裂伸长率为26.7%。
实施例3
本发明在于提供一种采用在线添加共混熔融、热管纺丝一步法技术，生产获得56dtex/24f纳米碳化锆聚酯全拉伸丝制备方法。其生产工艺及条件如下：
在熔融纺丝中在线添加质量分数为15.0%、粒径分布为20nm～60nm纳米碳化锆添加剂与聚酯干切片在螺杆中共混熔融挤压，经熔体过滤器、熔体混合器、计量泵、纺丝组件、喷丝板挤微孔中出成为熔体细流，经侧吹风冷却固化成形、集束后被输入热管进行拉伸、油嘴上油、预网络和卷绕成型工序，制得具有高功效双向感应蓄能放热保温保暖功能特性的纳米碳化锆聚酯全拉伸丝。其热管纺丝主要工艺参数为：共混熔体纺丝温度为282±2℃；侧吹风速度为0.45m/s，侧吹风温度为22±2℃，侧吹风湿度为75±5%；热管温度控制在180±2℃，卷绕速度为4200m/min；制备获得纳米碳化锆聚酯全拉伸丝，其断裂强度为3.58cN/dtex，断裂伸长率为25.1%。
Claims (3)
1.一种纳米碳化锆聚酯全拉伸丝，其特征在于：它包括质量分数为15.0～30.0%的纳米碳化锆添加剂，所述纳米碳化锆的粒径分布为20～60nm；所述纳米碳化锆聚酯全拉伸丝的断裂强度为3.20cN/dtex～3.90cN/dtex，断裂伸长率≥20%。
2.根据权利要求1所述的一种纳米碳化锆聚酯全拉伸丝，其特征在于：它的线密度规格为56dtex～110dtex/24f～48f。
3.一种制备如权利要求1所述的纳米碳化锆聚酯全拉伸丝的方法，包括切片干燥、熔融，熔体从喷丝板微孔中挤出，经侧吹风冷却固化、集束、拉伸、油嘴上油、预网络和卷绕成型工序，其特征在于具体步骤及工艺条件如下：
（1）在聚酯干切片中加入质量分数为15.0～30.0%的纳米碳化锆添加剂，纳米碳化锆的粒径分布为20～60nm，再在螺杆中混合熔融均化，得到共混纺丝熔体，共混熔体的纺丝温度为275℃～290℃之间；
（2）共混纺丝熔体从喷丝板微孔中挤出成为熔体细流，经侧吹风冷却固化成形，所述侧吹风冷却成形工艺条件为：侧吹风速度为0.30～0.60m/s，侧吹风温度为22±2℃，侧吹风湿度为75±5%；
（3）经集束的丝束输入热管进行拉伸，热管温度控制在175℃～195℃之间，再经油嘴上油、预网络，以4000m/min～4500m/min的卷绕速度进行卷绕成型，制得具有双向感应蓄能放热保温保暖功能特性的纳米碳化锆聚酯全拉伸丝。
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| PB01 | Publication | ||
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Granted publication date: 20161130 |