高回弹粗旦单孔氨纶及其制备方法

技术领域

本发明涉及氨纶材料制备技术领域，尤其涉及一种高回弹粗旦单孔氨纶及其制备方法。

背景技术

聚氨酯纤维具有优异的弹性和回弹性，已被广泛应用于纺织服装、生物医学、能源传感等领域。其制备工艺主要有干法纺丝、湿法纺丝、熔融纺丝和化学反应纺，其中干法溶液纺丝经过多年探究，技术已经趋于成熟，可连续化生产，效率高，产品性能好，银耳得到了广泛的应用，但是由于生产设备复杂、投资大等原因，限制了其生产规模的扩大，并且，干法溶液纺丝采用甬道内热空气使得溶剂挥发的过程，易产生溶剂挥发不完全，热空气回收困难等问题，这些成为了干法溶剂纺丝进一步发展的障碍。

公开号为CN108796635A的发明专利公开了一种氨纶纺丝甬道风管装置。该装置包括上设T型送风机的控制电机箱、设于所述T型送风机底部出口两侧的自动恒压器和送风阀、固定连接于所述T型送风机下方的倒U型送风管道、嵌于所述倒U型送风管道底部带风叶口的纺丝甬道、设于所述纺丝甬道侧壁上的风速稳定器、依次设于所述纺丝甬道底部的带有一排风阀的排风管道和回风集箱，在于克服现有技术中丝束在甬道中所冷却和定型不完全等不足之处，通过改善纺丝甬道通风管道中风道的方向，保证冷却时间和效果从而提高氨纶纺丝质量。但是，上述装置还是存在溶剂挥发不完全彻底的技术缺陷，且不适应于粗旦纤维的开发，而且对装置进行改进，还存在设备投资和操作费用高的缺陷。

公开号为CN103668490A的发明专利公开了一种氨纶干法纺丝介质循环方法及系统。以纺丝甬道排出的DMAC和介质的混合气作为处理对象，通过换热器(组)与膜分离的工艺系统回收混合气中的DMAC，分离所得的DMAC送往DMAC储罐，剩余的介质升至一定温度后返回纺丝甬道，作为热风进行干燥纺丝原液中的溶剂。但是，其存在不适用于粗旦高回弹氨纶纤维的开发，持续在高温空气氛围中的，纤维表面容易快速形成高致密层，从而导致粗旦纤维内部聚氨酯的缓慢成型，导致纤维的形状偏离圆形和皮芯结构缺陷形成的技术不足。

有鉴于此，有必要设计一种改进的高回弹粗旦单孔氨纶及其制备方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高回弹粗旦单孔氨纶及其制备方法，利用聚氨酯溶剂的中低沸点和硅油的高热熔的特性，通过硅油与聚氨酯溶剂之间的亲和力和协同作用，基于中低沸点溶剂在硅油中的相容性和快速扩散的特点，制备高回弹透明粗旦单孔氨纶。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种高回弹粗旦单孔氨纶，其为由聚氨酯纺丝溶液经过单孔纺丝孔喷出后，顺次经过热空气甬道和硅油介质，完成中低沸点溶剂快速且完全扩散和聚氨酯预聚体快速凝固过程后形成的氨纶丝条；

按质量百分比计算，所述聚氨酯纺丝溶液由15～45％的聚氨酯预聚体和55～85％的中低沸点溶剂复合而成；

所述高回弹粗旦单孔氨纶的单丝线密度为100～560D，断裂应变达到500～1000％；300％伸长后的弹性回复率达到95～99％；沸水收缩率达到1～8％。

作为本发明的进一步改进，所述聚氨酯预聚体为热塑性聚醚型聚氨酯、热塑性聚酯型聚氨酯、热塑性聚醚聚酯型聚氨酯中的一种。

作为本发明的进一步改进，所述中低沸点溶剂为四氢呋喃、二氧六环中的一种或者两种混合。

作为本发明的进一步改进，所述硅油介质为二甲基硅油、二乙基硅油、苯甲基硅油、羟基硅油、甲基含氢硅油中的一种或者多种组合。

作为本发明的进一步改进，所述硅油介质的加热温度为70～120℃。

作为本发明的进一步改进，所述热空气甬道的温度范围为40～100℃，距离为10～20mm。

为实现上述发明目的，本发明还提供了一种上述高回弹粗旦单孔氨纶的制备方法，包括如下步骤：

S1，聚氨酯纺丝溶液的制备：按预定比例，将聚氨酯预聚体加入到中低沸点溶剂中，机械搅拌混合均匀，然后脱泡处理，得到聚氨酯纺丝溶液；

S2，高回弹粗旦单孔氨纶的制备方法：将所述聚氨酯纺丝溶液置于纺丝装置中，由预定尺寸的单孔纺丝孔以预定速率喷出，预成型的聚氨酯丝条经过预定距离的热空气甬道后，进入预定加热温度的硅油介质中，在高温硅油作用下，使得预成型的聚氨酯丝条中的中低沸点溶剂迅速扩散，聚氨酯预聚体浓度不断提高直至丝条快速凝固成型，得到第一高回弹粗旦单孔氨纶，或者，将凝固成型的丝条再经过预定温度预定牵伸比的牵伸处理，得到第二高回弹粗旦单孔氨纶。

作为本发明的进一步改进，步骤S2中，进入硅油介质中的预成型的聚氨酯丝条距离硅油介质的表面距离为20～50mm。

作为本发明的进一步改进，步骤S2中，所述牵伸处理的温度为40～90℃。

作为本发明的进一步改进，步骤S2中，所述牵伸比为1～2。

本发明的有益效果是：

1、本发明提供的高回弹粗旦单孔氨纶的制备方法，引入液态硅油致溶剂挥发成型工艺，确保液态介质硅油与聚氨酯丝条完全接触，聚氨酯纺丝溶液中的中低沸点溶剂可完全进入高温的硅油中，并且保持中低沸点溶剂持续急速挥发，解决了干法纺丝法存在的溶剂挥发速率内外不均匀及不彻底的技术问题；利用聚氨酯溶剂的中低沸点以及硅油的高热熔特性，生产过程中硅油的温度设置低于聚氨酯高聚物软化点但高于中低沸点良溶剂沸点，利用硅油与聚氨酯溶剂的亲和力的协同作用，相互作为溶剂挥发的条件，利用中低沸点溶剂在硅油中的相容性和快速扩散的特点，使得中低沸点溶剂挥发快速且完全，制备出高回弹透明粗旦单孔氨纶。

2、本发明提供的高回弹粗旦单孔氨纶的制备方法，一方面，利用所采用聚氨酯良溶剂的中低沸点特性，以及构建聚氨酯丝条成型过程中的高温介质硅油体系，加速了预成型聚氨酯纤维丝条内中低沸点溶剂的快速挥发，有利于缩短纺丝成型时间，同时，还有利于聚氨酯纤维均匀致密结构的形成。另一方面，当预成型聚氨酯纤维丝条进入加热硅油中时，利用所采用聚氨酯良溶剂与硅油之间的亲和性，加大了凝固过程中纤维外部大量的硅油对纤维的作用力，促进纤维内的中低沸点溶剂进一步急速地扩散到硅油中，加快了聚氨酯纤维的成型速度，由于成型过程快速且彻底，不会产生贫富相的分离而造成的皮芯结构，以及成型固化差异导致的收缩程度不同导致的褶皱结构，得到的纤维内部致密，性能优异。第三方面，成型过程中的硅油高温介质的塑化作用，有利于纤维的取向牵伸。

3、本发明提供的高回弹粗旦单孔氨纶的制备方法，采用高温油浴纺丝方法制备的丝条具有均匀的网络结构，同时也可以进一步牵伸，将无规取向的大分子网络转变为沿纤维轴取向的连续取向结构，可以有效提高氨纶的强度、模量和弹性回复率。

4、本发明提供的高回弹粗旦单孔氨纶的制备方法，使用液态高温硅油作为聚氨酯纤维成型的介质，液态硅油能够快速的在丝条表面铺展，且高温的硅油使得中低沸点溶剂可完全挥发，降低了纺丝工艺的难度，可以制备出高品质的致密化的氨纶纤维。其制备工艺简单，采用油浴纺丝方法可快速获得无皮芯结构、具有致密化圆形截面和高回弹性能的单孔粗旦氨纶纤维，具有良好的经济效益。

5、本发明提供的高回弹粗旦单孔氨纶，具有高回弹特性，该氨纶纤维可直接用于后续纺织面料的加工中，并且高效的成型过程，可有效缩短纺丝流程保证溶剂的充分挥发，具有极大的工业化生产前景。

附图说明

图1为本发明提供的高回弹粗旦单孔氨纶的电镜图(图1中a为实施例1，标尺为50μm；图1中b为实施例26，标尺为50μm；图1中c为实施例27，标尺为30μm；图1中d为实施例28，标尺为30μm；图1中e为实施例29，标尺为30μm；图1中f为实施例30，标尺为50μm)。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本发明提供了一种高回弹粗旦单孔氨纶的制备方法，包括如下步骤：

S1，聚氨酯纺丝溶液的制备：按预定比例，将聚氨酯预聚体加入到中低沸点溶剂中，机械搅拌混合均匀，然后脱泡处理，得到聚氨酯纺丝溶液；

S2，高回弹粗旦单孔氨纶的制备方法：将所述聚氨酯纺丝溶液置于纺丝装置中，由预定尺寸的单孔纺丝孔以预定速率喷出，预成型的聚氨酯丝条经过预定距离的热空气甬道后，进入预定加热温度的硅油介质中，在高温硅油作用下，使得预成型的聚氨酯丝条中的中低沸点溶剂迅速扩散，聚氨酯预聚体浓度不断提高直至丝条快速凝固成型得到第一高回弹粗旦单孔氨纶；

或者，将凝固成型的丝条再经过预定温度预定牵伸比的牵伸处理，得到第二高回弹粗旦单孔氨纶，最后卷绕成卷装。

优选的，步骤S2中，进入硅油介质中的预成型的聚氨酯丝条距离硅油介质的表面距离为20～50mm。

优选的，步骤S2中，所述牵伸处理的温度为40～90℃。

优选的，步骤S2中，所述牵伸比为1～2。

下面就具体实施例对本发明进行进一步阐述。

实施例1

本发明实施例1制备了一种高回弹粗旦单孔氨纶的制备方法，包括如下步骤：

S1、称取25g PTMG型聚醚型聚氨酯(shore A 85)预聚体和75g四氢呋喃溶剂均匀配成混合溶液，在室温为20～30℃的条件搅拌均匀，将聚氨酯纺丝溶液在温度为20～30℃的条件下进行真空脱泡处理，得到固含量为25％的聚氨酯纺丝溶液；

S2、将所述聚氨酯纺丝溶液置于纺丝装置中，由内口径为0.9mm的单孔纺丝孔以3mm/min喷丝速度喷出，经过长度为10mm，温度为60℃的热空气纺丝甬道后，进入105℃的二甲基硅油介质中，在无牵伸的前提下，制备得到单孔氨纶，收卷纺丝。

经过性能测试，实施例1制备的高回弹粗旦单孔氨纶的单丝线密度为150D，断裂应变达到739％；300％伸长后的弹性回复率达到99％；沸水收缩率达到3％，具备良好的回弹性能。

对比例1

与实施例1不同的是：步骤S2中，采用普通的水浴(介质为水)进行凝固处理，制备得到氨纶。

对比例2

与实施例1不同的是：步骤S2中，采用常温硅油(低于中低沸点溶剂的温度)进行凝固处理，制备得到氨纶。

经过性能测试，对比例1制备的单孔氨纶的单丝线密度为145D，断裂应变达到300％；300％伸长后的弹性回复率达到85％；沸水收缩率达到

对比例2制备的单孔氨纶的单丝线密度为146D，断裂应变达到800％；300％伸长后的弹性回复率达到89％；沸水收缩率达到15％，纤维横截面为扁带形。

上述表明，相比于对比例1-2，本发明提供的以高温硅油介质作为凝固浴，对预成型聚氨酯丝条进行快速成型处理的方法有利于致密高透明圆形横截面纤维的形成，同时，纤维具有良好的弹性回复率和较低的沸水收缩率，形态尺寸稳定，有利于纺织生产加工应用。

实施例2-7

与实施例1不同的是：纺丝过程中，纺丝溶液的固含量设置不同，其他均与实例1相同，在此不再赘述，其固含量设置和相比于实施例1的性能增量如表1所示。

表1为实施例2-7中的纺丝参数设置与性能增量参数

由表1可以看出，在聚氨酯纺丝溶液固含量(聚氨酯预聚体比例)的提高时，制备得到的氨纶的断裂应力有显著提升，其中在固含量为45％时，其增量可达26％。但是，当固含量较高时，纤维的应变和弹性回复率有一定程度的降低，当固含量较低时，纤维沸水收缩率升高的较为明显，上述表明，一定浓度的固含量有利于提高氨纶纤维的应力、应变、弹性回复率和沸水收缩率。

实施例8-9

与实施例1不同的是：纺丝过程中，中低沸点溶剂设置不同，其他均与实例1相同，在此不再赘述，其中低沸点溶剂种类设置和相比于实施例1的性能增量如表2所示。

表2为实施例8-9中的纺丝参数设置与性能增量参数

由表2可以看出，在纺丝溶液中中低沸点溶剂种类变化时，制备得到的氨纶的断裂应力稍有增加，断裂应变减小，其弹性回复率均增加，沸水收缩率几乎无变化。

实施例10-13

与实施例1不同的是：纺丝过程中，硅油种类设置不同，其他均与实例1相同，在此不再赘述，其硅油种类设置和相比于实施例1的性能增量如表3所示。

表3为实施例10-13中的纺丝参数设置与性能增量参数

由表3可以看出，在纺丝过程时，硅油种类的变化对氨纶的性能影响较小。

实施例14-18

与实施例1不同的是：纺丝过程中，硅油加热温度设置不同，其他均与实例1相同，在此不再赘述，其硅油加热温度设置和相比于实施例1的性能增量如表4所示。

表4为实施例14-17中的纺丝参数设置与性能增量参数

由表4可以看出，在纺丝过程硅油温度升高时，制备得到的氨纶的断裂应力有升高，弹性回复率降低，沸水收缩率略微提高。

实施例18

本发明实施例18制备了一种高回弹粗旦单孔氨纶的制备方法，包括如下步骤：

S1、称取25g PTMG型聚醚型聚氨酯(shore A 85)预聚体和75g四氢呋喃溶剂均匀配成混合溶液，在室温为20～30℃的条件搅拌均匀，将聚氨酯纺丝溶液在温度为20～30℃的条件下进行真空脱泡处理，得到固含量为25％的聚氨酯纺丝溶液；

S2、将所述聚氨酯纺丝溶液置于纺丝装置中，由内口径为0.9mm的单孔纺丝孔喷出，经过长度为10mm，温度为60℃的热空气纺丝甬道后，进入100℃的二甲基硅油介质中，使得丝条中的中低沸点溶剂迅速扩散，被硅油带走，丝条的聚氨酯预聚体浓度不断提高直至凝固，然后经过牵伸温度为40℃的牵伸辊，在受到牵伸比为1.2的牵伸处理后，得到单孔氨纶，最后卷绕成卷装。

实施例19-22

与实施例18不同的是：纺丝过程中，牵伸比设置不同，其他均与实例18相同，在此不再赘述，其牵伸比设置和相比于实施例1的性能增量如表5所示。

表5为实施例18-23中的纺丝参数设置与性能增量参数

由表5可以看出，在纺丝过程纺丝牵伸增大时，制备得到的氨纶的断裂应力有显著增加，反之，纤维的断裂应变随之减少，对纤维的弹性回复率和沸水收缩率无明显影响。

实施例23-27

与实施例18不同的是：纺丝过程中，牵伸温度设置不同，其他均与实例18相同，在此不再赘述，其牵伸温度设置和相比于实施例1的性能增量如表6所示。

表6为实施例23-27中的纺丝参数设置与性能增量参数

由表6可以看出，在纺丝过程牵伸温度升高时，制备得到的氨纶的断裂应力有显著，反之，纤维的断裂应变随之增大，其弹性回复率和沸水收缩率无明显变化。

请参阅图1所示，采用本发明提供的方法制备的氨纶纤维的截面呈圆形，且无气孔，纤维内部致密，表明本发明提供的方法所制备的纤维外观形貌良好。

需要注意的是，本领域技术人员应当理解，本发明实施例中的聚氨酯预聚体还可以是其他热塑性聚醚型聚氨酯、热塑性聚酯型聚氨酯、热塑性聚醚聚酯型聚氨酯中的一种。本发明实施例中，单孔纺丝孔的内口径也可以根据实际应用需求，进行适应性调整，均能够制备出高回弹粗旦单孔氨纶。

综上所述，本发明提供了一种高回弹粗旦单孔氨纶及其制备方法。采用溶液纺丝方法，将高浓度纺丝溶液通过单通道纺丝甬道，注入到加热的硅油介质中，利用硅油的热效应及与纺丝溶液中中低沸点溶剂的作用力使得中低沸点溶剂快速扩散，制备出具有高回弹性能的粗旦氨纶单丝。本发明提供的制备方法，利用硅油与中低沸点溶剂的相容性以及硅油较高的热容，使得中低沸点溶剂充分挥发，氨纶纤维快速成型；充分利用了纺丝溶剂的中低沸点与加热硅油温度的关系、纺丝溶剂与硅油的相容性、聚氨酯的软硬段分布，在纺丝过程中调控硅油的种类、温度，纺丝溶液的固含量以及牵伸比等参数，制备出具有高回弹特性的氨纶纤维，该氨纶纤维可直接用于后续纺织面料的加工中，并且高效的成型过程，可有效缩短纺丝流程保证溶剂的充分挥发，具有极大的工业化生产前景。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。