一种改性聚酯纤维丝的制备方法

技术领域

本发明涉及传统合成纤维改性技术领域，具体涉及一种改性聚酯纤维丝的制备方法。

背景技术

聚酯(PET)纤维是由大分子链中的各链节通过酯基连成成纤聚合物纺制的合成纤维，属于高分子化合物，鉴于其抗皱性和保形性很好，具有较高的强度与弹性恢复能力等特别突出的特性，近年来在日化及工业等领域都得到了广泛的关注和应用，市场需求体量大，目前已经成为合成纤维的第一大品种。

纤维丝的一个重要性能指标是断裂伸长率，它决定了纤维加工条件极其制品的使用性能，纤维的断裂伸长率一般用断裂时的相对伸长率，即纤维断裂时的伸长与其初始长度之比，以百分率表示。它是表征纤维柔软性能和弹性性能的指标。断裂伸长率越大表示其柔软性能和弹性越好，依据纤维的用途应当具有所需要的断裂伸长率。

聚酯纤维丝用于制造聚酯纤维布，可用聚酯纤维布包裹石块等填料后用于围海造地，对聚酯纤维布的要求是不容易变形，所以对聚酯纤维的断裂伸长率有较高的要求，断裂伸长率越低越好(不易变形)。

然而，目前的聚酯纤维丝商品断裂伸长率大于12％，这种纤维丝投入到上述应用中，会由于其过高的断裂伸长率导致聚酯纤维布变形率过大，从而使得包裹的石块等填料容易脱落，影响围海造地的效果。

另外，目前公开的通过改性来减小聚酯纤维丝商品断裂伸长率的技术，通常采用收缩性小的材料在聚酯纤维丝表面形成涂层，或采用断裂伸长率低的纤维与聚酯纤维丝进行混纺，以此来中和聚酯纤维丝较高的断裂伸长率，包括对混纺或涂层的纤维丝进行热处理等操作，其作用原理也大同小异，这种方法会造成当纤维丝受力时，其微观结构中的各部分(混纺中的不同纤维丝或涂层与芯部)受力不均，短期内即会出现部分断裂伸长率低/收缩性小的材料出现细密裂纹甚至直接断裂，尤其是当所得材料在温差较大或外界作用力较复杂的环境下使用时，这种现象出现的周期更短，纤维制品的寿命受到严重影响，不仅大幅增加使用成本，而且会造成安全隐患。

发明内容

未解决上述传统聚酯纤维或目前的改性聚酯纤维存在的问题，本申请提供一种新的通过特殊方法自己被改性聚酯纤维丝的方法，方案如下：

一种改性聚酯纤维丝的制备方法，包括以下步骤：

(1)将改性涂料涂覆在聚酯纤维丝表面，初步干燥；

(2)将步骤(1)所得纤维丝保持纤维丝方向水平，在拉伸条件下进行一次热处理；

(3)将步骤(2)所得纤维丝保持纤维丝方向竖直，在拉伸条件下进行二次热处理，得到改性聚酯纤维丝。

优选地，步骤(1)所述聚酯纤维丝，由有机二元酸和二元醇缩聚而成的聚酯经纺丝而得。所述二元酸为对苯二甲酸，所述二元醇为乙二醇。

优选地，步骤(1)所述改性涂料包括环氧树脂、固化剂、失水山梨醇脂肪酸酯、二氧化硅粉末。

优选地，所述改性涂料中各组分按质量份数计为：环氧树脂80-100份、固化剂50-80份、失水山梨醇脂肪酸酯0.1-0.4份、二氧化硅粉末3-10份。

优选地，设步骤(1)所述涂覆在聚酯纤维丝表面的改性涂料质量为m

优选地，步骤(1)所述初步干燥，干燥温度为25-30℃，干燥时间为10-30s。

优选地，所述环氧树脂为环氧树脂E44；所述固化剂为邻苯二甲酸酐。

优选地，步骤(2)所述拉伸，施加拉伸强度为2.0-4.0g/d，热处理温度为100-130℃，热处理时间为50-200min。

优选地，步骤(3)所述拉伸，施加拉伸强度为3.0-8.0g/d，热处理温度为140-170℃，热处理时间为5-10min。

优选地，设步骤(2)所述拉伸，施加拉伸强度为R

有益效果

本发明的有益效果在于：

本发明采用新的改性涂料，以及通过特定的算法限定涂覆层涂料质量与聚酯纤维丝质量的比例关系，使得产品表面的涂层厚度及热处理后的性能能够满足力学性能要求，产品长时间使用后表面涂层不易出现裂纹，使用寿命得到增加。

本领域技术人员知道，树脂材料在固化前或固化过程中未定型，分子正在相对运动，此时对其施加拉伸力，原则上是不会对其力学性能造成影响的。同时，本领域技术人员知道，在聚酯纤维丝制备过程中加以拉伸可能会对其力学性能产生一定影响，然而本发明使用的原材料为聚酯纤维丝成品，拉伸操作并不存在于聚酯纤维丝自身的制备过程中，我们单独对原材料中的聚酯纤维丝进行了施加拉伸力条件下的热处理试验(与实施例相同参数)，发现对聚酯纤维丝的断裂伸长率也不造成影响，然而本申请中结合特定的拉伸压力及同时进行的热处理，大幅降低了聚酯纤维丝的断裂伸长率，这是发明人事先未能预料到的。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

除非特别指出，以下实施例和对比例为平行试验，采用同样的处理步骤和参数。以下实施例中改性涂料的制备方法为：将环氧树脂与固化剂混匀后加入其它原料，混匀即可。若有气泡可超声去气泡。

实施例1一种改性聚酯纤维丝的制备：

(1)将改性涂料涂覆在聚酯纤维丝表面，初步干燥；

(2)将步骤(1)所得纤维丝保持纤维丝方向水平，在拉伸条件下进行一次热处理；

(3)将步骤(2)所得纤维丝保持纤维丝方向竖直，在拉伸条件下进行二次热处理，得到改性聚酯纤维丝。

步骤(1)所述聚酯纤维丝，由有机二元酸和二元醇缩聚而成的聚酯经纺丝而得。所述二元酸为对苯二甲酸，所述二元醇为乙二醇。

步骤(1)所述改性涂料包括环氧树脂、固化剂、失水山梨醇脂肪酸酯、二氧化硅粉末。环氧树脂为环氧树脂E44；所述固化剂为邻苯二甲酸酐。

所述改性涂料中各组分按质量份数计为：环氧树脂100份、固化剂80份、失水山梨醇脂肪酸酯0.2份、二氧化硅粉末5份。

设步骤(1)所述涂覆在聚酯纤维丝表面的改性涂料质量为m

步骤(1)所述初步干燥，干燥温度为25℃，干燥时间为10s。

步骤(2)所述拉伸，施加拉伸强度为3.0g/d，热处理温度为100℃，热处理时间为90min。

步骤(3)所述拉伸，施加拉伸强度为7.2g/d，热处理温度为170℃，热处理时间为10min。

设步骤(2)所述拉伸，施加拉伸强度为R

经后续的性能检测得知，本实施例采用新的改性涂料，以及通过特定的算法限定涂覆层涂料质量与聚酯纤维丝质量的比例关系，使得产品表面的涂层厚度及热处理后的性能能够满足力学性能要求，产品长时间使用后表面涂层不易出现裂纹，使用寿命得到增加。

实施例2一种改性聚酯纤维丝的制备：

(1)将改性涂料涂覆在聚酯纤维丝表面，初步干燥；

(2)将步骤(1)所得纤维丝保持纤维丝方向水平，在拉伸条件下进行一次热处理；

(3)将步骤(2)所得纤维丝保持纤维丝方向竖直，在拉伸条件下进行二次热处理，得到改性聚酯纤维丝。

步骤(1)所述聚酯纤维丝，由有机二元酸和二元醇缩聚而成的聚酯经纺丝而得。所述二元酸为对苯二甲酸，所述二元醇为乙二醇。

步骤(1)所述改性涂料包括环氧树脂、固化剂、失水山梨醇脂肪酸酯、二氧化硅粉末。环氧树脂为环氧树脂E44；所述固化剂为邻苯二甲酸酐。

所述改性涂料中各组分按质量份数计为：环氧树脂80份、固化剂50份、失水山梨醇脂肪酸酯0.4份、二氧化硅粉末10份。

设步骤(1)所述涂覆在聚酯纤维丝表面的改性涂料质量为m

步骤(1)所述初步干燥，干燥温度为25℃，干燥时间为10s。

步骤(2)所述拉伸，施加拉伸强度为2.0g/d，热处理温度为100℃，热处理时间为50min。

步骤(3)所述拉伸，施加拉伸强度为3.96g/d，热处理温度为140℃，热处理时间为5min。

设步骤(2)所述拉伸，施加拉伸强度为R

实施例3一种改性聚酯纤维丝的制备：

(1)将改性涂料涂覆在聚酯纤维丝表面，初步干燥；

(2)将步骤(1)所得纤维丝保持纤维丝方向水平，在拉伸条件下进行一次热处理；

(3)将步骤(2)所得纤维丝保持纤维丝方向竖直，在拉伸条件下进行二次热处理，得到改性聚酯纤维丝。

步骤(1)所述聚酯纤维丝，由有机二元酸和二元醇缩聚而成的聚酯经纺丝而得。所述二元酸为对苯二甲酸，所述二元醇为乙二醇。

步骤(1)所述改性涂料包括环氧树脂、固化剂、失水山梨醇脂肪酸酯、二氧化硅粉末。环氧树脂为环氧树脂E44；所述固化剂为邻苯二甲酸酐。

所述改性涂料中各组分按质量份数计为：环氧树脂100份、固化剂70份、失水山梨醇脂肪酸酯0.1份、二氧化硅粉末3份。

设步骤(1)所述涂覆在聚酯纤维丝表面的改性涂料质量为m

步骤(1)所述初步干燥，干燥温度为25℃，干燥时间为10s。

步骤(2)所述拉伸，施加拉伸强度为4.0g/d，热处理温度为130℃，热处理时间为70min。

步骤(3)所述拉伸，施加拉伸强度为6.1g/d，热处理温度为140℃，热处理时间为8min。

设步骤(2)所述拉伸，施加拉伸强度为R

对比例1一种改性聚酯纤维丝的制备

用环氧树脂E44与固化剂邻苯二甲酸酐按照质量比100:70的比例混匀，再加入6％细度为70目的石英砂再搅拌混合得到改性树脂涂料。

将上述配制而得的改性树脂涂料涂覆在聚酯纤维丝上，后进行固化，固化温度控制在150℃，固化时间控制在2小时。

将上述经改性树脂涂料涂覆固化后聚酯纤维丝，入工业烘箱中进行热处理，温度控制在140℃，时间控制在20分钟。得到改性聚酯纤维丝D1。

断裂伸长率8.6％。

对比例2一种改性聚酯纤维丝的制备(与实施例1的区别为改性涂料不同)：

(1)将改性涂料涂覆在聚酯纤维丝表面，初步干燥；

(2)将步骤(1)所得纤维丝保持纤维丝方向水平，在拉伸条件下进行一次热处理；

(3)将步骤(2)所得纤维丝保持纤维丝方向竖直，在拉伸条件下进行二次热处理，得到改性聚酯纤维丝。

步骤(1)所述聚酯纤维丝，由有机二元酸和二元醇缩聚而成的聚酯经纺丝而得。所述二元酸为对苯二甲酸，所述二元醇为乙二醇。

所述改性涂料的制备方法为：用环氧树脂E44与固化剂邻苯二甲酸酐按照质量比100:70的比例混匀，再加入6％细度为70目的石英砂再搅拌混合得到改性涂料。

设步骤(1)所述涂覆在聚酯纤维丝表面的改性涂料质量为m

步骤(1)所述初步干燥，干燥温度为25℃，干燥时间为10s。

步骤(2)所述拉伸，施加拉伸强度为3.0g/d，热处理温度为100℃，热处理时间为90min。

步骤(3)所述拉伸，施加拉伸强度为7.2g/d，热处理温度为170℃，热处理时间为10min。

设步骤(2)所述拉伸，施加拉伸强度为R

对比例3一种改性聚酯纤维丝的制备(与实施例1的区别为涂层比例计算算法不同)：

(1)将改性涂料涂覆在聚酯纤维丝表面，初步干燥；

(2)将步骤(1)所得纤维丝保持纤维丝方向水平，在拉伸条件下进行一次热处理；

(3)将步骤(2)所得纤维丝保持纤维丝方向竖直，在拉伸条件下进行二次热处理，得到改性聚酯纤维丝。

步骤(1)所述聚酯纤维丝，由有机二元酸和二元醇缩聚而成的聚酯经纺丝而得。所述二元酸为对苯二甲酸，所述二元醇为乙二醇。

步骤(1)所述改性涂料包括环氧树脂、固化剂、失水山梨醇脂肪酸酯、二氧化硅粉末。环氧树脂为环氧树脂E44；所述固化剂为邻苯二甲酸酐。

所述改性涂料中各组分按质量份数计为：环氧树脂100份、固化剂80份、失水山梨醇脂肪酸酯0.2份、二氧化硅粉末5份。

设步骤(1)所述涂覆在聚酯纤维丝表面的改性涂料质量为m

步骤(1)所述初步干燥，干燥温度为25℃，干燥时间为10s。

步骤(2)所述拉伸，施加拉伸强度为3.0g/d，热处理温度为100℃，热处理时间为90min。

步骤(3)所述拉伸，施加拉伸强度为7.2g/d，热处理温度为170℃，热处理时间为10min。

设步骤(2)所述拉伸，施加拉伸强度为R

对比例4一种改性聚酯纤维丝的制备(与实施例1的区别为热处理条件算法不同)：

(1)将改性涂料涂覆在聚酯纤维丝表面，初步干燥；

(2)将步骤(1)所得纤维丝保持纤维丝方向水平，在拉伸条件下进行一次热处理；

(3)将步骤(2)所得纤维丝保持纤维丝方向竖直，在拉伸条件下进行二次热处理，得到改性聚酯纤维丝。

步骤(1)所述聚酯纤维丝，由有机二元酸和二元醇缩聚而成的聚酯经纺丝而得。所述二元酸为对苯二甲酸，所述二元醇为乙二醇。

步骤(1)所述改性涂料包括环氧树脂、固化剂、失水山梨醇脂肪酸酯、二氧化硅粉末。环氧树脂为环氧树脂E44；所述固化剂为邻苯二甲酸酐。

所述改性涂料中各组分按质量份数计为：环氧树脂100份、固化剂80份、失水山梨醇脂肪酸酯0.2份、二氧化硅粉末5份。

设步骤(1)所述涂覆在聚酯纤维丝表面的改性涂料质量为m

步骤(1)所述初步干燥，干燥温度为25℃，干燥时间为10s。

步骤(2)所述拉伸，施加拉伸强度为3.0g/d，热处理温度为100℃，热处理时间为90min。

步骤(3)所述拉伸，施加拉伸强度为7.0g/d，热处理温度为140℃，热处理时间为10min。

设步骤(2)所述拉伸，施加拉伸强度为R

对比例5一种改性聚酯纤维丝的制备(与实施例1的区别为热处理方法不同，没有方向区别)：

(1)将改性涂料涂覆在聚酯纤维丝表面，初步干燥；

(2)将步骤(1)所得纤维丝保持纤维丝方向水平，在拉伸条件下进行一次热处理；

(3)将步骤(2)所得纤维丝保持纤维丝方向水平，在拉伸条件下进行二次热处理，得到改性聚酯纤维丝。

步骤(1)所述聚酯纤维丝，由有机二元酸和二元醇缩聚而成的聚酯经纺丝而得。所述二元酸为对苯二甲酸，所述二元醇为乙二醇。

步骤(1)所述改性涂料包括环氧树脂、固化剂、失水山梨醇脂肪酸酯、二氧化硅粉末。环氧树脂为环氧树脂E44；所述固化剂为邻苯二甲酸酐。

所述改性涂料中各组分按质量份数计为：环氧树脂100份、固化剂80份、失水山梨醇脂肪酸酯0.2份、二氧化硅粉末5份。

设步骤(1)所述涂覆在聚酯纤维丝表面的改性涂料质量为m

步骤(1)所述初步干燥，干燥温度为25℃，干燥时间为10s。

步骤(2)所述拉伸，施加拉伸强度为3.0g/d，热处理温度为100℃，热处理时间为90min。

步骤(3)所述拉伸，施加拉伸强度为7.2g/d，热处理温度为170℃，热处理时间为10min。

设步骤(2)所述拉伸，施加拉伸强度为R

对比例6一种改性聚酯纤维丝的制备(与实施例1的区别为热处理方法不同，不施加拉伸力)：

(1)将改性涂料涂覆在聚酯纤维丝表面，初步干燥；

(2)将步骤(1)所得纤维丝进行一次热处理；

(3)将步骤(2)所得纤维丝进行二次热处理，得到改性聚酯纤维丝。

步骤(1)所述聚酯纤维丝，由有机二元酸和二元醇缩聚而成的聚酯经纺丝而得。所述二元酸为对苯二甲酸，所述二元醇为乙二醇。

步骤(1)所述改性涂料包括环氧树脂、固化剂、失水山梨醇脂肪酸酯、二氧化硅粉末。环氧树脂为环氧树脂E44；所述固化剂为邻苯二甲酸酐。

所述改性涂料中各组分按质量份数计为：环氧树脂100份、固化剂80份、失水山梨醇脂肪酸酯0.2份、二氧化硅粉末5份。

设步骤(1)所述涂覆在聚酯纤维丝表面的改性涂料质量为m

步骤(1)所述初步干燥，干燥温度为25℃，干燥时间为10s。

步骤(2)所述热处理温度为100℃，热处理时间为90min。

步骤(3)所述热处理温度为170℃，热处理时间为10min。

性能检测：

空白例：外购的未经改性处理的聚酯纤维，由苏州海港岩土有限公司提供。

一、涂层稳定性(抗裂纹)：

实验方法：将以上实施例、对比例、空白例纤维产品分别置于相同条件下：完全浸入水中，流速4m/s、每30s变换一次水流方向，水温最高为28℃，最低为10℃，以0.6℃/min的速率升/降温使水温在最高温与最低温之间变换，试验开始后30d观察改性聚酯纤维断裂情况或表面涂层裂纹情况，结果如下：

实施例1-3均未出现具有代表性的纤维丝断裂或表面涂层裂纹现象。

对比例1纤维丝断裂8％，几乎全部纤维丝表面涂层均显现明显的细密的裂纹(断裂处)；对比例2纤维丝断裂6％，几乎全部纤维丝表面涂层均显现明显的细密的裂纹(断裂处)；对比例3纤维丝断裂6％，纤维丝表面涂层均显现明显的细密的裂纹(断裂处)占比约70％；对比例4、5、6几乎未出现具有代表性的纤维丝断裂或表面涂层裂纹现象。空白例纤维丝断裂17％。

二、断裂伸长率检测：

聚酯纤维的断裂伸长率的检测方法：将需要测试的纤维丝用微机控制电子万能试验机测试，具体步骤为：将待测的纤维丝架在微机控制电子万能试验机夹具中，拉伸速率为100mm/min，将其拉断时计算其断裂伸长率。微机控制电子万能试验机设备型号：ETM204C；生产厂家：深圳万测试验设备有限公司。

将上述实施例、对比例、空白例的改性聚酯纤维丝或未经改性处理的聚酯纤维丝，按照上述断裂伸长率的检测方法进行检测，检测结果如下：

断裂伸长率伸长率(％)：

实施例1-3分别为：3.7％、4.7％、4.9％；

对比例1-6分别为：8.6％、5.7％、6.9％、6.6％、6.9％、7.3％。

空白例为：12.6％。

通过对比例1、2与实施例1-3比较可知，采用本发明提供的改性涂料配方可以避免纤维丝表面涂层断裂，增强纤维丝整体强度、延长使用寿命；通过对比例3与实施例1-3比较可知，本发明提供的算法限定了改性涂层与芯部的聚酯纤维丝之间的比例关系，当二者比例关系符合本发明的要求时，能够显著降低产品纤维的断裂伸长率，并且能够在一定程度上增加改性涂层的寿命；通过对比例4、5、6与实施例1-3比较可知，本申请所限定的热处理过程中的纤维丝方向、拉伸、以及两步拉伸和两步热处理之间参数的算法关系，均能够显著降低改性纤维丝产品的断裂伸长率。

以上对本发明优选的具体实施方式和实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式和实施例，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明构思的前提下作出各种变化。