CN110295413A - 一种多孔型并列功能性复合纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多孔型并列功能性复合纤维及其制备方法。该多孔型并列功能性复合纤维包括多孔型结构和功能结构，多孔型结构上均匀地分布有孔洞；所述多孔型结构中包含聚合物A组份和可溶解粒子，所述功能结构中包含聚合物B组份和功能粒子。复合纤维的纤维截面为“H”型、“8”字型、“0”字型、“△”型、“◇”型中的一种或多种。该多孔型并列功能性复合纤维包含不同聚合物组分的多孔型结构和功能结构，具有较大的表面积和优异的三维卷曲性能，制备工艺简单，成本低廉。

Description

一种多孔型并列功能性复合纤维及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种多孔型并列功能性复合纤维及其制备方法，属于纺丝纤维材料的技术领域。
背景技术
目前，纤维广泛用于纺织、医疗卫生、安全防护、包装、电子电器、环境保护等各个领域。随着社会进步，人民生活水平的不断提高，对纤维的功能化和差别化的需求越来越高。并列复合纤维由双组份复合而成，复合纤维兼具双组份的各自的性能优点，赋予了更多的性能组合，促进了纤维差别化的发展。并列复合纤维具有柔韧性强、力学性能优异的特点，正在广泛应用于各个领域。为了进一步开阔并列复合纤维的应用领域，进而赋予复合纤维中的一个组份构成多孔型结构，另一组份作为力学支撑并提供其他特殊功能，制备了多孔型并列功能性复合纤维，其可以应用于隔热、隔音等多个技术领域，同时复合纤维中的并列结构也赋予了纤维优异的三维卷曲性能。
发明内容
针对于现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种多孔型并列功能性复合纤维及其制备方法。该多孔型并列功能性复合纤维包含不同聚合物组分的多孔型结构和功能结构，具有较大的表面积和优异的三维卷曲性能，制备工艺简单，成本低廉。
为实现本发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种多孔型并列功能性复合纤维，包括多孔型结构和功能结构，所述的多孔型结构上均匀地分布有孔洞；所述多孔型结构中包含聚合物A组份和可溶解粒子，其中所述聚合物A组份为聚乙烯、聚苯硫醚、聚酯、聚乳酸、聚烯烃弹性体、聚丙烯腈、聚酰胺中的一种或多种；所述功能结构中包含聚合物B组份和功能粒子，其中所述聚合物B组份为聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈、聚酰胺、聚偏氟乙烯、聚烯烃弹性体中的一种或多种。
所述多孔型并列功能性复合纤维的纤维截面为“H”型、“8”字型、“0”字型、“△”型、“◇ ”型中的一种或多种，所述多孔型结构上孔洞的平均直径分布为100~5000nm。
优选地，所述的聚酯为PET、PBT、PTT中的一种或多种。
优选地，所述聚合物A组份和聚合物B组份为不同的聚合物。
所述的可溶解粒子为氯化钠、氯化钾、氯化铵、硫酸铵、硫酸钾、硫酸钠、蔗糖中的一种或多种；所述的功能粒子为氯化钠、石墨烯、碳纳米管、纳米金属粒子、金属粉末、特殊功能氧化物、纳米氮化硅、碳化硅、纳米硅、云母粉、钛酸钡中的一种或几种。
优选地，所述的纳米金属粒子为纳米Pt、纳米Au、纳米Fe、纳米Ge、纳米Cu、纳米Ag、纳米Cr以及纳米合金中的一种或多种；所述的金属粉末为超细铁粉、超细银粉、镍粉、铜粉中的一种或多种；所述的特殊功能氧化物为氧化铝、Fe3O4纳米颗粒、TiO2纳米粒子、纳米氧化锌、氧化铁、氧化锡、复合氧化物、氧化锆中的一种或多种。
优选地，按重量比，多孔型结构的重量：功能结构的重量=7:3~3:7；并且，所述多孔型结构中聚合物A组分和可溶解粒子的重量比为99:1~7:3，所述功能结构中聚合物B组分和功能粒子的重量比为99:1~6:4。
一种多孔型并列功能性复合纤维的制备方法，包括以下步骤：
（1）按重量比，分别称取聚合物A组份和可溶解无机粒子，投放到密炼机或双螺杆中进行共混，混合均匀得到多孔型结构的原料；按重量比，分别称取聚合物B组份和功能粒子，投放到密炼机或双螺杆中进行共混，混合均匀得到功能结构的原料；
（2）将多孔型结构的原料和功能结构的原料干燥后投放到熔融复合纺丝机中，熔融纺丝制得具有特定纤维截面的并列功能性复合纤维；
（3）将步骤（2）中制得的并列功能性复合纤维浸泡在自来水中，使水分浸入到纤维内部，在不加热或35-100℃加热条件下，使多孔型结构中的可溶解粒子溶解到水中；
（4）洗涤，将步骤（3）中得到的产物经过30~80℃温度的蒸馏水和无水乙醇淋洗4~8次，去除残留的无机溶质分子，最终得到多孔型并列功能性复合纤维。
所述多孔型并列功能性复合纤维的纤维截面为“H”型、“8”字型、“0”字型、“△”型、“◇ ”型中的一种或多种，所述多孔型结构上孔洞的平均直径分布为100~5000nm。
优选地，所述熔融纺丝的工艺参数：纺丝温度为150~380℃，纺丝温度波动范围为±1℃，纺丝压力为6~50MPa，牵伸比为1~5倍，纺丝速度为1000~6000m/min。
采用上述的技术方案后，本发明具有如下有益效果：
1. 本发明提供一种多孔型并列功能性复合纤维，该复合纤维中由于包含不同的聚合物组分，存在一定的热收缩和应力差异，从而在宏观上具有优异的三维卷曲性能。
2. 本发明的多孔型并列功能性复合纤维通过聚合物A组份和可溶解粒子形成多孔型结构，与传统纤维相比，该复合纤维具有较大的表面积；而复合纤维的功能结构在保证复合纤维力学性能的同时，还可以通过对功能结构中功能粒子的调控赋予纤维特殊的性能，例如优良的导电性能、抗紫外线性能等。
3. 本发明的多孔型并列功能性复合纤维中的可溶解粒子选择氯化钠等易溶解、无污染的无机物，该类无机物在纯水中就能溶解，工艺简单，成本低。通过溶解时间和温度的调节，可以控制纤维组份中粒子的溶出率，进而控制纤维的孔隙率。
4. 本发明的多孔型并列功能性复合纤维赋予了纤维多孔型的结构，可以极大地扩展该复合纤维的应用领域，例如可用于一次性过滤材料，隔音、隔热材料以及可以用做吸收材料应用于海洋油污污染治理等。
附图说明
图1是本发明一种多孔型并列功能性复合纤维的横截面结构示意图。
图2是本发明实施例1-4中所使用的熔融复合纺丝机中复合纺丝组件的示意图，A和B为多孔型结构原料和功能结构原料的熔体流道，C为共挤出流道，D为喷丝孔口。
图3是本发明所使用的熔融复合纺丝机中喷丝孔口横截面示意图，其外侧边缘呈“8”字形。
具体实施方式
为更好地理解本发明，下面结合实施实例对本发明做进一步阐述，但实施例不构成对本发明保护范围的限制。
实施例1
按重量份，称取100份的PET和10份的氯化钠颗粒，投放到密炼机中，在260℃下共混10min，制备得到含有NaCl无机粒子的PET混合物；按重量份，称取100份的PBT和1.5份的石墨烯，投放到密炼机中，在230℃下共混20min，制备得到含有石墨烯的PBT混合物。
将PET混合物和PBT混合物通过熔融复合纺丝机进行熔融纺丝，制得纤维横截面为“8”字型的并列功能性复合纤维，其中PET混合物和PBT混合物的质量比为50:50。在熔融纺丝前PBT 切片无需预结晶直接进行干燥，干燥温度130℃，干燥时间为12 h；PET在120℃下预结晶1h，在165℃下干燥12h。熔融纺丝的工艺参数：PET纺丝温度为一区：280℃；二区：286℃；三区：292℃；四区：290℃，PBT纺丝温度为一区：250℃；二区：265℃；三区：260℃；四区：260℃；纺丝温度波动为±1℃，纺丝压力为6MPa，牵伸比为3倍，纺丝速度为1280m/min。
熔融复合纺丝机中复合纺丝组件如图2所示，内设有两熔体流道（A和B）和一共挤出流道C，PBT共混物和PET共混物分别经熔体流道A和B进入共挤出流道C后从喷丝孔口D挤出；喷丝孔口D横截面如图3所示，其外侧边缘呈“8”字形。
将制备得到的并列功能性复合纤维浸泡在流动的自来水中40min，使水分浸入到纤维内部，在60℃加热条件下，使氯化钠粒子溶解到水中。然后将溶解处理后得到的产物经过蒸馏水淋洗4次，去除残留的无机溶质分子，最终得到多孔型并列功能性复合纤维。
该多孔型并列功能性复合纤维的卷曲收缩率为55%，弹性回复率为80%；由该复合纤维为原料织造所得面料的折皱回复角为300°，弹性回复率为80%，孔隙率达到8%，纤维的导电性能明显增强，电导率达到3.3×102S/m。
实施例2
按重量份，称取100份的聚乳酸和15份的蔗糖粉末，投放到密炼机中混合得到含有蔗糖粒子聚乳酸混合物；称取100份的聚丙烯腈和3份的碳纳米管，投放到密炼机中混合得到含有碳纳米管的聚丙烯腈混合物。
将聚乳酸和聚丙烯腈混合物通过熔融复合纺丝机进行熔融纺丝，制得纤维横截面为“H”型的并列功能性复合纤维，其中聚乳酸和聚丙烯腈混合物的质量比为40:60。聚乳酸和聚丙烯腈混合物在熔融纺丝前在120℃下真空干燥12h。熔融纺丝的工艺参数：纺丝温度为275℃，纺丝温度波动为±1℃，纺丝压力为10MPa，牵伸比为4倍，纺丝速度为3000m/min。
将制备得到的并列功能性复合纤维浸泡在流动的自来水中1h，使水分浸入到纤维内部，在65℃加热条件下，使蔗糖分子溶解到水中。然后将溶解处理后得到的产物经过蒸馏水淋洗6次，去除残留的无机溶质分子，最终得到多孔型并列功能性复合纤维。
该多孔型并列功能性复合纤维的卷曲收缩率为55%，弹性回复率为88%；由该复合纤维为原料织造所得面料的折皱回复角为310°，弹性回复率为87%，孔隙率达到15%，纤维的导电性能明显增强，电导率达到2.1×102S/m。
实施例3
按重量份，称取100份的PTT和12份的氯化铵，投放到密炼机中混合得到含有氯化铵的PTT混合物；按重量份，称取100份的聚偏氟乙烯和5份的TiO2纳米粒子和云母粉的混合粉体，其中TiO2纳米粒子和云母粉以重量比1:1混合，投放到密炼机中混合得到含有TiO2纳米粒子-云母粉的聚偏氟乙烯混合物。
将PTT和聚偏氟乙烯混合物通过熔融复合纺丝机进行熔融纺丝，制得纤维横截面为“0”字型的并列功能性复合纤维，其中PTT和聚偏氟乙烯混合物的质量比为55:45。PTT和聚偏氟乙烯混合物在熔融纺丝前在130℃下真空干燥16h。熔融纺丝的工艺参数：纺丝温度为250℃，纺丝温度波动为±1℃，纺丝压力为3MPa，牵伸比为3.8倍，纺丝速度为2500m/min。
将制备得到的并列功能性复合纤维浸泡在流动的自来水中30min，使水分浸入到纤维内部，使氯化铵分子溶解到水中。然后将溶解处理后得到的产物经过蒸馏水淋洗6次，去除残留的无机溶质分子，最终得到多孔型并列功能性复合纤维。
该多孔型并列功能性复合纤维的卷曲收缩率为67%，弹性回复率为90%；由该复合纤维为原料织造所得面料的折皱回复角为293°，弹性回复率为91%，孔隙率达到17%，纤维的抗紫外线性能明显增强，UPF值达到61。
实施例4
按重量份，称取100份的PBT和8份的蔗糖粉末，投放到密炼机中混合得到含有蔗糖粒子PBT混合物；按重量份，称取100份的聚烯烃弹性体和8份的氯化钠颗粒，投放到密炼机中混合得到含有氯化钠的聚烯烃弹性体混合物。
将聚烯烃弹性体和PBT混合物通过熔融复合纺丝机进行熔融纺丝，制得纤维横截面为“H”型的并列功能性复合纤维，其中PBT和聚烯烃弹性体混合物的质量比为30:70。PBT混合物在熔融纺丝前在120℃下真空干燥12h，聚烯烃弹性体混合物在熔融纺丝前在80℃下真空干燥12h。熔融纺丝的工艺参数：纺丝温度为255℃，纺丝温度波动为±1℃，纺丝压力为6MPa，牵伸比为2.8倍，纺丝速度为1900m/min。
将制备得到的并列功能性复合纤维浸泡在流动的自来水中2h，使水分浸入到纤维内部，在45℃加热条件下，使蔗糖分子和氯化钠分子溶解到水中。然后将溶解处理后得到的产物经过蒸馏水淋洗6次，去除残留的无机溶质分子，最终得到双侧多孔型并列功能性复合纤维。
该双侧多孔型并列功能性复合纤维的卷曲收缩率为58%，弹性回复率为97%；由该复合纤维为原料织造所得面料的折皱回复角为302°，弹性回复率为95%，孔隙率达到20%。
需要指出的是，本研究领域的相关技术人员应当意识到在不脱离本发明给出的技术特征和范围的情况下，对技术特征所作的增加、替换，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多孔型并列功能性复合纤维，其特征在于，包括多孔型结构和功能结构，所述的多孔型结构上均匀地分布有孔洞；所述多孔型结构中包含聚合物A组份和可溶解粒子，其中所述聚合物A组份为聚乙烯、聚苯硫醚、聚酯、聚乳酸、聚烯烃弹性体、聚丙烯腈、聚酰胺中的一种或多种；所述功能结构中包含聚合物B组份和功能粒子，其中所述聚合物B组份为聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈、聚酰胺、聚偏氟乙烯、聚烯烃弹性体中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的多孔型并列功能性复合纤维，其特征在于，所述多孔型并列功能性复合纤维的纤维截面为“H”型、“8”字型、“0”字型、“△”型、“◇”型中的一种或多种，所述多孔型结构上孔洞的平均直径分布为100~5000nm。
3.根据权利要求2所述的多孔型并列功能性复合纤维，其特征在于，所述的聚酯为PET、PBT、PTT中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的多孔型并列功能性复合纤维，其特征在于：所述聚合物A组份和聚合物B组份为不同的聚合物。
5.根据权利要求4所述的多孔型并列功能性复合纤维，其特征在于，所述的可溶解粒子为氯化钠、氯化钾、氯化铵、硫酸铵、硫酸钾、硫酸钠、蔗糖中的一种或多种；所述的功能粒子为氯化钠、石墨烯、碳纳米管、纳米金属粒子、金属粉末、特殊功能氧化物、纳米氮化硅、碳化硅、纳米硅、云母粉、钛酸钡中的一种或几种。
6.根据权利要求5所述的多孔型并列功能性复合纤维，其特征在于，所述的纳米金属粒子为纳米Pt、纳米Au、纳米Fe、纳米Ge、纳米Cu、纳米Ag、纳米Cr以及纳米合金中的一种或多种；所述的金属粉末为超细铁粉、超细银粉、镍粉、铜粉中的一种或多种；所述的特殊功能氧化物为氧化铝、Fe3O4纳米颗粒、TiO2纳米粒子、纳米氧化锌、氧化铁、氧化锡、复合氧化物、氧化锆中的一种或多种。
7.根据权利要求1-6任一项所述的多孔型并列功能性复合纤维，其特征在于，按重量比，多孔型结构的重量：功能结构的重量=7:3~3:7；并且，所述多孔型结构中聚合物A组分和可溶解粒子的重量比为99:1~7:3，所述功能结构中聚合物B组分和功能粒子的重量比为99:1~6:4。
8.根据权利要求1-7任一项所述一种多孔型并列功能性复合纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按重量比，分别称取聚合物A组份和可溶解无机粒子，投放到密炼机或双螺杆中进行共混，混合均匀得到多孔型结构的原料；按重量比，分别称取聚合物B组份和功能粒子，投放到密炼机或双螺杆中进行共混，混合均匀得到功能结构的原料；
（2）将多孔型结构的原料和功能结构的原料干燥后投放到熔融复合纺丝机中，熔融纺丝制得具有特定纤维截面的并列功能性复合纤维；
（3）将步骤（2）中制得的并列功能性复合纤维浸泡在自来水中，使水分浸入到纤维内部，在不加热或35-100℃加热条件下，使多孔型结构中的可溶解粒子溶解到水中；
（4）洗涤，将步骤（3）中得到的产物经过30~80℃温度的蒸馏水和无水乙醇淋洗4~8次，去除残留的无机溶质分子，最终得到多孔型并列功能性复合纤维。
9.根据权利要求8所述的多孔型并列功能性复合纤维的制备方法，其特征在于，所述多孔型并列功能性复合纤维的纤维截面为“H”型、“8”字型、“0”字型、“△”型、“◇”型中的一种或多种，所述多孔型结构上孔洞的平均直径分布为100~5000nm。
10.根据权利要求8所述的多孔型并列功能性复合纤维的制备方法，其特征在于，所述熔融纺丝的工艺参数：纺丝温度为150~380℃，纺丝温度波动范围为±1℃，纺丝压力为6~50MPa，牵伸比为1~5倍，纺丝速度为1000~6000m/min。
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