本发明涉及一种强韧型聚乳酸复合纤维的制备方法，是针对聚乳酸纤维强度低、韧性差的情况，采用在聚乳酸纤维中加入羟基化多壁碳纳米管，并对羟基化多壁碳纳米管进行表面修饰、聚合接枝、制备母粒、熔融纺丝，制成强韧型聚乳酸复合纤维，此制备方法工艺先进，数据精确翔实，制备的强韧型聚乳酸复合纤维断裂强度达4.98cN/dtex，断裂伸长率达37.3％，断裂强度提高32％，断裂伸长率提高22％，扩大了聚乳酸纤维的应用范围，是十分理想的制备强韧型聚乳酸复合纤维的方法。
1.一种强韧型聚乳酸复合纤维的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：聚乳酸、羟基化多壁碳纳米管、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、丙交酯、二氯甲烷、辛酸亚锡、无水乙醇、丙酮、去离子水，其准备用量如下：以克、毫升为计量单位制备方法如下：(1)精选化学物质材料：
对制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度、含量控制：聚乳酸：固态固体，圆柱形颗粒Φ3×3mm，99.9％羟基化多壁碳纳米管：固态固体，羟基含量3.06wt％，99.9％γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷：液态液体，99％丙交酯：固态固体，99.5％
①称取羟基化多壁碳纳米管20g±0.01g，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷10g±
②将盛有混合液的烧杯置于超声波分散仪内，进行超声分散，超声频率为40kHz，超声分散时间30min；
③超声分散后，将盛有混合液的烧杯置于水浴锅中，开启水浴锅加热器，加热温度70℃±2℃，恒温反应5h；
④抽滤，将混合液置于抽滤瓶的布氏漏斗中，用微孔滤膜进行抽滤，保留滤饼，弃去废液；
⑤丙酮洗涤、抽滤，将滤饼置于烧杯中，加入丙酮100mL，搅拌洗涤5min，然后在抽滤瓶上进行抽滤，留存滤饼，弃去洗涤液；
⑥无水乙醇洗涤、抽滤，将滤饼置于烧杯中，加入无水乙醇100mL，搅拌洗涤5min，然后在抽滤瓶上进行抽滤，留存滤饼，弃去洗涤液；
⑦去离子水洗涤、抽滤，将滤饼置于烧杯中，加入去离子水100mL，搅拌洗涤5min，然后在抽滤瓶上进行抽滤，留存滤饼，弃去洗涤液；
⑧真空干燥，将滤饼置于石英容器中，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥温度80℃，真空度10Pa，干燥时间3h；
①称取经过修饰的羟基化多壁碳纳米管20g±0.01g，丙交酯140g±0.01g，量取辛酸亚锡150mL±10mL，加入烧杯中，用搅拌器搅拌10min，混合均匀，成混合液；
②真空干燥，将盛有混合液的烧杯置于真空干燥箱中干燥，干燥温度25℃，真空度
③冲洗、抽滤，向盛有粉体的烧杯内加入二氯甲烷200mL，进行冲洗10min；
④清洗、抽滤，将冲洗后的滤饼置于烧杯中，加入无水乙醇200mL，搅拌清洗10min；
⑤洗涤、抽滤，将清洗后的滤饼置于烧杯中，加入去离子水200mL，搅拌洗涤10min；
⑥真空干燥，将滤饼置于石英容器中，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥温度40℃，真空度10Pa，干燥时间3h，干燥后为聚合接枝羟基化多壁碳纳米管，重量为160g；
强韧型聚乳酸纤维母粒的制备是在双螺杆挤出机内进行的，是在配料、温区加热、双螺杆挤出、冷却、切粒过程中完成的；
①配料，称取聚乳酸840g±0.01g、聚合接枝羟基化多壁碳纳米管160g±0.01g，分别加入双螺杆挤出机的主喂料箱和侧喂料箱，其比例为5.25:1；
②设定双螺杆挤出机十个加热温度区：1-2区163℃-167℃，3-4区168℃-172℃，5-6区
173℃-177℃，7-8区178℃-182℃，9-10区183℃-185℃；
主喂料箱、侧喂料箱按5.25:1的比例分别自动输出聚乳酸、聚合接枝羟基化多壁碳纳米管；在挤出过程中，经过加热温度区熔融，通过口模挤出熔体细流；
⑤带条通过切粒机切制，成聚乳酸+聚合接枝羟基化多壁碳纳米管复合母粒；
强韧型聚乳酸纤维的制备是在单螺杆挤出机上进行的，是在配料、温区加热、单螺杆挤出、喷丝板喷丝、冷却固化过程中完成的；
①配料，称取聚乳酸1000g±0.01g，加入主喂料箱，称取复合母粒1000g±0.01g加入侧喂料箱，其比例为1:1；
②设置单螺杆挤出机六个温度区：1区180℃-185℃，2区186℃-191℃，3区192℃-197℃，4区198℃-203℃，5区204℃-209℃，6区190℃-210℃；
主喂料箱、侧喂料箱按1:1的比例分别自动输出聚乳酸、复合母粒；
在挤出过程中，经加热温度区加热、材料混合熔融，形成熔体，通过喷丝板微孔喷出细流；
⑤纤维进入丝室，在冷空气作用下冷却固化，成复合纤维；
⑥复合纤维经油辊上油、热盘拉伸，卷装成形，成强韧型聚乳酸复合纤维；
对制备的强韧型聚乳酸复合纤维的形貌、色泽、物理化学性能、力学性能进行检测、分析、表征；
用JSM-6700F型扫描电子显微镜进行纤维断面形貌分析；
用YG061电子单纱强力测试仪进行拉伸断裂性能分析；
结论：强韧型聚乳酸复合纤维为黑色丝状，纤维断裂强度为4.98cN/dtex，断裂伸长率为37.3％，断裂强度提高了32％，断裂伸长率提高了22％。
一种强韧型聚乳酸复合纤维的制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种强韧型聚乳酸复合纤维的制备方法，属化学纤维制备及应用的技术领域。
背景技术
[0002] 聚乳酸纤维，简称PLA纤维，是一种可降解的化学纤维材料，以可再生的玉米等谷物为原料制成，克服了高分子材料依赖于石化资源的缺点，可在水中或土壤中完全降解，不会对环境造成污染；PLA纤维具有优异的生物相容性、生物可降解性、生物可吸收性，被大量应用于医用生物材料；PLA纤维具有柔软、质轻、吸汗、快干、抗菌性、有益于皮肤的弱酸性、防霉性等优点，可应用于服装布料、生活用品、室内装饰品、床上用品，在医用和生活日用品中得到了广泛应用。
[0003] 但是，PLA纤维存在脆性高、韧性差、抗冲击性差、加工热稳定性差、结晶慢的弊端，尤其是脆性高、韧性差、抗冲击性差的缺点严重限制了其作为纤维材料的应用，例如PLA纤维无法满足医用手术缝合线对打结强度和柔韧性的高要求，故必须对PLA纤维的强度和韧性进行改善，对PLA纤维进行增强增韧处理，才能满足高技术领域的需要。
发明内容
[0004] 发明目的
[0005] 本发明的目的是针对背景技术的情况，以羟基化多壁碳纳米管、聚乳酸为原料，经对羟基化多壁碳纳米管进行修饰、聚合接枝、制备母粒、熔融纺丝，制成强韧型聚乳酸复合纤维，以大幅度提高聚乳酸纤维的强度、韧性，扩大聚乳酸纤维的使用范围。
[0006] 技术方案
[0007] 使用的化学物质材料为：聚乳酸、羟基化多壁碳纳米管、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、丙交酯、二氯甲烷、辛酸亚锡、无水乙醇、丙酮、去离子水，其准备用量如下：以克、毫升为计量单位
[0008]
[0009] 制备方法如下：
[0010] (1)精选化学物质材料：
[0011] 对制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度、含量控制：
[0012] 聚乳酸：固态固体，圆柱形颗粒Φ3×3mm，99.9％
[0013] 羟基化多壁碳纳米管：固态固体，羟基含量3.06wt％，99.9％
[0014] γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷：液态液体，99％
[0015] 丙交酯：固态固体，99.5％
[0016] 二氯甲烷：液态液体，99.9％
[0017] 辛酸亚锡：液态液体，95％
[0018] 丙酮：液态液体，99％
[0019] 无水乙醇：液态液体，99.9％
[0020] 去离子水：液态液体，99.9％
[0021] (2)修饰羟基化多壁碳纳米管
[0022] ①称取羟基化多壁碳纳米管20g±0.01g，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷10g±0.01g，加入烧杯中；
[0023] 量取无水乙醇至500mL，加入烧杯中；
[0024] 搅拌混合5min，成混合液；
[0025] ②将盛有混合液的烧杯置于超声波分散仪内，进行超声分散，超声频率为40kHz，超声分散时间30min；
[0026] ③超声分散后，将盛有混合液的烧杯置于水浴锅中，开启水浴锅加热器，加热温度70℃±2℃，恒温反应5h；
[0027] ④抽滤，将混合液置于抽滤瓶的布氏漏斗中，用微孔滤膜进行抽滤，保留滤饼，弃去废液；
[0028] ⑤丙酮洗涤、抽滤，将滤饼置于烧杯中，加入丙酮100mL，搅拌洗涤5min，然后在抽滤瓶上进行抽滤，留存滤饼，弃去洗涤液；
[0029] ⑥无水乙醇洗涤、抽滤，将滤饼置于烧杯中，加入无水乙醇100mL，搅拌洗涤5min，然后在抽滤瓶上进行抽滤，留存滤饼，弃去洗涤液；
[0030] ⑦去离子水洗涤、抽滤，将滤饼置于烧杯中，加入去离子水100mL，搅拌洗涤5min，然后在抽滤瓶上进行抽滤，留存滤饼，弃去洗涤液；
[0031] 去离子水洗涤、抽滤重复进行三次；
[0032] ⑧真空干燥，将滤饼置于石英容器中，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥温度80℃，真空度10Pa，干燥时间3h；
[0033] (3)聚合接枝羟基化多壁碳纳米管
[0034] ①称取经过修饰的羟基化多壁碳纳米管20g±0.01g，丙交酯140g±0.01g，量取辛酸亚锡150mL±10mL，加入烧杯中，用搅拌器搅拌10min，混合均匀，成混合液；
[0035] ②真空干燥，将盛有混合液的烧杯置于真空干燥箱中干燥，干燥温度25℃，真空度10Pa，干燥时间48h，干燥后成粉体；
[0036] ③冲洗、抽滤，向盛有粉体的烧杯内加入二氯甲烷200mL，进行冲洗10min；
[0037] 然后用微孔滤膜进行抽滤，留存滤饼，弃去冲洗液；
[0038] ④清洗、抽滤，将冲洗后的滤饼置于烧杯中，加入无水乙醇200mL，搅拌清洗10min；
[0039] 然后用微孔滤膜进行抽滤，留存滤饼，弃去清洗液；
[0040] ⑤洗涤、抽滤，将清洗后的滤饼置于烧杯中，加入去离子水200mL，搅拌洗涤10min；
[0041] 然后用微孔滤膜进行抽滤，留存滤饼，弃去洗涤液；
[0042] ⑥真空干燥，将滤饼置于石英容器中，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥温度40℃，真空度10Pa，干燥时间3h，干燥后为聚合接枝羟基化多壁碳纳米管,重量为160g；
[0043] (4)制备强韧型聚乳酸纤维母粒
[0044] 强韧型聚乳酸纤维母粒的制备是在双螺杆挤出机内进行的，是在配料、温区加热、双螺杆挤出、冷却、切粒过程中完成的；
[0045] ①配料，称取聚乳酸840g±0.01g、聚合接枝羟基化多壁碳纳米管160g±0.01g，分别加入双螺杆挤出机的主喂料箱和侧喂料箱，其比例为5.25:1；
[0046] ②设定双螺杆挤出机十个加热温度区：1-2区163℃-167℃，3-4区168℃-172℃，5-6区173℃-177℃，7-8区178℃-182℃，9-10区183℃-185℃；
[0047] ③开启双螺杆挤出机；
[0048] 十个温度区分别按设定的量值加热；
[0049] 主喂料箱、侧喂料箱按5.25:1的比例分别自动输出聚乳酸、聚合接枝羟基化多壁碳纳米管；在挤出过程中，经过加热温度区熔融，通过口模挤出熔体细流；
[0050] 熔体细流通过冷却水槽，冷却成带条；
[0051] ⑤带条通过切粒机切制，成聚乳酸+聚合接枝羟基化多壁碳纳米管复合母粒；
[0052] (5)制备强韧型聚乳酸纤维
[0053] 强韧型聚乳酸纤维的制备是在单螺杆挤出机上进行的，是在配料、温区加热、单螺杆挤出、喷丝板喷丝、冷却固化过程中完成的；
[0054] ①配料，称取聚乳酸1000g±0.01g，加入主喂料箱，称取复合母粒1000g±0.01g加入侧喂料箱，其比例为1:1；
[0055] ②设置单螺杆挤出机六个温度区：1区180℃-185℃，2区186℃-191℃，3区192℃-197℃，4区198℃-203℃，5区204℃-209℃，6区190℃-210℃；
[0056] 设定熔体压力10Mpa；
[0057] ③开启单螺杆挤出机；
[0058] 主喂料箱、侧喂料箱按1:1的比列分别自动输出聚乳酸、复合母粒；
[0059] 在挤出过程中，经加热温度区加热、材料混合熔融，形成熔体，通过喷丝板微孔喷出细流；
[0060] 细流经冷却装置冷却，形成纤维；
[0061] ⑤纤维进入丝室，在冷空气作用下冷却固化，成复合纤维；
[0062] ⑥复合纤维经油辊上油、热盘拉伸，卷装成形，成强韧型聚乳酸复合纤维；
[0063] (6)检测、分析、表征
[0064] 对制备的强韧型聚乳酸复合纤维的形貌、色泽、物理化学性能、力学性能进行检测、分析、表征；
[0065] 用JSM-6700F型扫描电子显微镜进行纤维断面形貌分析；
[0066] 用YG061电子单纱强力测试仪进行拉伸断裂性能分析；
[0067] 结论：强韧型聚乳酸复合纤维为黑色丝状，纤维断裂强度为4.98cN/dtex，断裂伸长率为37.3％，断裂强度提高了32％，断裂伸长率提高了22％。
[0068] 有益效果
[0069] 本发明与背景技术相比具有明显的先进性，是针对聚乳酸纤维强度低、韧性差的情况，采用在聚乳酸纤维中加入羟基化多壁碳纳米管，并对羟基化多壁碳纳米管进行表面修饰、聚合接枝、制备母粒、熔融纺丝，制成强韧型聚乳酸复合纤维，此制备方法工艺先进，数据准确翔实，制备的强韧型聚乳酸复合纤维断裂强度达4.98cN/dtex，断裂伸长率达37.3％，断裂强度提高32％，断裂伸长率提高22％，扩大了聚乳酸纤维的应用范围，是十分理想的制备强韧型聚乳酸复合纤维的方法。
附图说明
[0070] 图1.强韧型聚乳酸复合纤维断面形貌图
[0071] 图2.强韧型聚乳酸复合纤维拉伸强度及断裂伸长率对比图
具体实施方式
[0072] 以下结合附图对本发明作进一步说明：
[0073] 本制备方法使用的化学物质材料的量值是按预先设置的范围确定的，以克、毫升为计量单位。
[0074] 图1所示，为强韧型聚乳酸复合纤维断面形貌图，图中所示，经处理的羟基化多壁碳纳米管均匀分散在聚乳酸基体中，未出现团聚现象，说明碳纳米管在聚乳酸基体中的分散性与相容性良好。
[0075] 图2所示，为强韧型聚乳酸复合纤维拉伸强度及断裂伸长率对比图，(a)为强韧型聚乳酸复合纤维拉伸断裂强度对比图，(b)为强韧型聚乳酸复合纤维拉伸断裂伸长率对比图，图(a)显示纯聚乳酸纤维拉伸断裂强度为3.77cN/dtex，添加1％碳纳米管的聚乳酸纤维的断裂强度为4.98cN/dtex，纤维的断裂强度提高了32％；图(b)显示纯聚乳酸纤维的断裂伸长率为30.58％，添加1％碳纳米管的聚乳酸纤维的断裂伸长率为37.30％，纤维的断裂伸长率提高了22％，说明碳纳米管对聚乳酸纤维的增强增韧效果明显。
