一种提高聚酯工业丝耐磨性的方法转让专利
申请号 : CN202110711012.5
文献号 : CN113430672B
文献日 : 2022-05-06
发明人 : 张玉梅 , 陈康 , 张晶晶 , 汤方明 , 邵义伟 , 王丽丽 , 陈瑞
申请人 : 江苏恒力化纤股份有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种提高聚酯工业丝耐磨性的方法,其特征在于,向聚酯熔体中引入改性聚四氟乙烯后,按聚酯工业丝的加工工艺进行纺丝;
聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯,聚酯熔体的特性粘度为0.85~1.20dL/g;
改性聚四氟乙烯为表面含有酯基的聚四氟乙烯纳米粒子;表面含有酯基的聚四氟乙烯纳米粒子的平均粒径不超过600nm,酯基的质量百分数为10~100ppm;
聚酯工业丝的加工工艺参数包括:挤出温度270~280℃,冷却温度25~30℃;
最终制得的聚酯工业丝中改性聚四氟乙烯的含量不超过0.5wt%,低聚物含量不超过
2wt%,聚酯工业丝的表面静摩擦系数为0.08~0.15,依据纺织行业标准织物表面摩擦性能的实验方法FZ/T 01054‑2012采用2.5kg六角棒2500次摩擦实验后强度保持率≥95%。
2.根据权利要求1所述的一种提高聚酯工业丝耐磨性的方法,其特征在于,引入的过程为:将干燥的聚酯切片与干燥的改性聚四氟乙烯分别计量,按最终制得的聚酯工业丝要求的比例混合,喂入螺杆中熔融。
3.根据权利要求1所述的一种提高聚酯工业丝耐磨性的方法,其特征在于,引入的过程为:将干燥的聚酯切片与干燥的改性聚四氟乙烯分别计量,制备改性聚四氟乙烯/聚酯母粒后,将干燥的改性聚四氟乙烯/聚酯母粒与干燥的聚酯切片分别计量,按最终制得的聚酯工业丝要求的比例混合,喂入螺杆中熔融。
4.根据权利要求1所述的一种提高聚酯工业丝耐磨性的方法,其特征在于,引入的过程为:将干燥的聚酯切片与干燥的改性聚四氟乙烯分别计量,制备改性聚四氟乙烯/聚酯母粒后,将干燥的改性聚四氟乙烯/聚酯母粒熔融,按最终制得的聚酯工业丝要求的比例与聚酯熔体混合。
5.根据权利要求3或4所述的一种提高聚酯工业丝耐磨性的方法,其特征在于,改性聚四氟乙烯/聚酯母粒中改性聚四氟乙烯的含量为10~20wt%。
6.根据权利要求1所述的一种提高聚酯工业丝耐磨性的方法,其特征在于,表面含有酯基的聚四氟乙烯纳米粒子的平均粒径为300~500nm。
7.根据权利要求1所述的一种提高聚酯工业丝耐磨性的方法,其特征在于,聚酯工业丝的加工工艺流程为:熔融→输送→计量→挤出→凝固→拉伸→定型→卷绕。
8.根据权利要求7所述的一种提高聚酯工业丝耐磨性的方法,其特征在于,聚酯工业丝的加工工艺参数还包括:熔融温度290~310℃,输送温度290~300℃,输送压力90~
300bar,输送速度0.5~1.5m/min,一辊温度75~85℃,二辊温度90~100℃,三辊温度125~
140℃,四辊温度220~250℃,五辊温度150~170℃,一辊速度440~550m/min,后拉伸级数
5,后拉伸倍率5.5~6.5,喷头拉伸比30~300,卷绕速度2420~3600m/min,组件压力16~
25MPa,组件使用周期60~90天。
9.根据权利要求1所述的一种提高聚酯工业丝耐磨性的方法,其特征在于,最终制得的聚酯工业丝中改性聚四氟乙烯的含量为0.01~0.05wt%。
10.根据权利要求1所述的一种提高聚酯工业丝耐磨性的方法,其特征在于,最终制得的聚酯工业丝的单丝纤度为3~10dtex,断裂强度为7.6~8.8cN/dtex,初始模量为90~
115cN/dtex,断裂伸长率为10.0%~20.0%。
说明书 :
一种提高聚酯工业丝耐磨性的方法
技术领域
背景技术
使用寿命。
工业丝表面的活性结合基团少,因此上浆液与聚酯工业丝的结合力较差,获得的汽车安全
带耐磨性能并不能提到明显提升。专利CN201310447035.5公开了一种氟聚酯高强耐磨工业
丝及其制备方法,主要通过共聚改性的方式对聚酯本身苯环上的氢被氟取代,由于含氟聚
合物通常具有低表面能、低摩擦系数和不粘附性,从而达到提升工业丝耐磨性能的目的,但
聚合的过程复杂,控制条件繁琐,并不适合于工业化大规模量产。专利CN201811614070.0也
公开了一种通过在聚合中加入其他功能粉体来对聚酯工业丝的耐磨性能进行改善,但也面
临聚合工艺复杂,难以量产的问题。其实,聚酯工业丝耐磨性能好坏与纤维内部是否存在
“弱环”或分子链长短的分布情况密切相关,在摩擦过程中,往往是低分子链部分首先发生
断裂,从而引起材料的宏观破坏。保持高粘聚酯熔体的分子链长短一致,控制纺丝过程中热
降解程度,从而减少“弱点”出现的机率,在一定程度上也能有效的改善聚酯工业丝耐模性
能,制备耐磨型聚酯工业丝。分析影响聚酯工业丝耐磨性的本质原因,主要是工业丝表面的
光滑程度,包括表面的沟槽、表面颗粒物、表面摩擦系数,因此,有效改善聚酯工业丝的表面
特性,则可以大大提高其耐磨性。
发明内容
不超过600nm能够避免纤维内部产生缺陷,进而避免纤维强力不匀率较大),酯基的质量百
分数为10~100ppm(酯基的含量小于10ppm时会使加入后与聚酯体系相容性变差;酯基的含
量大于100ppm时虽对纳米粒子和聚酯的相容性提升有利,但是对聚四氟乙烯纳米粒子改性
过程要求严格,无法批量生产);
动摩擦磨损试验方法),依据纺织行业标准织物表面摩擦性能的实验方法FZ/T 01054‑2012
采用2.5kg六角棒2500次摩擦实验后强度保持率≥95%。
终制得的聚酯工业丝要求的比例混合,喂入螺杆中熔融。
量,制备改性聚四氟乙烯/聚酯母粒后,将干燥的改性聚四氟乙烯/聚酯母粒(含水率为20~
100ppm)与干燥的聚酯切片(含水率为20~100ppm)分别计量,按最终制得的聚酯工业丝要
求的比例混合,喂入螺杆中熔融。
量,制备改性聚四氟乙烯/聚酯母粒后,将干燥的改性聚四氟乙烯/聚酯母粒(含水率为20~
100ppm)熔融,按最终制得的聚酯工业丝要求的比例与聚酯熔体混合。
管道和纺丝组件的表面无涂层。
般为290~300℃),输送压力90~300bar(现有技术一般为90~300bar),输送速度0.5~
1.5m/min(现有技术一般为0.5~1.5m/min),一辊温度75~85℃(现有技术一般为75~85
℃),二辊温度90~100℃(现有技术一般为90~100℃),三辊温度125~140℃(现有技术一
般为125~140℃),四辊温度(即定型温度)220~250℃(现有技术一般为200~240℃),五辊
温度150~170℃(现有技术一般为150~170℃),一辊速度440~550m/min(现有技术一般为
440~550m/min),后拉伸级数5(现有技术一般为5),后拉伸倍率5.5~6.5(现有技术一般为
5.5~6.5),喷头拉伸比30~300(现有技术一般为30~300),卷绕速度2420~3600m/min(现
有技术一般为2420~3600m/min),组件压力16~25MPa(现有技术一般为16~25MPa),组件
使用周期60~90天(现有技术一般为40~45天);本发明中通过在聚酯熔体中加入改性聚四
氟乙烯纳米粒子来减小熔体的摩擦阻力,从而改善了聚酯熔体在输送和挤出过程中低分子
量小分子的产生,因此降低了纺丝组件阻塞的概率,因此组件的使用周期延长,从常规的40
~45天延长至60~90天。
得其断裂强度为7.6~8.8cN/dtex,初始模量为90~115cN/dtex,断裂伸长率为10.0%~
20.0%。
粉体具有较低的摩擦系数和表面能,可以降低熔体的表面摩擦系数,同时降低了高粘熔体
在输送和挤出过程中的流动阻力,减少因摩擦生热而发生降解导致的低分子量聚酯分子链
的生成,从而从根本上减小了表面颗粒物的产生机率;此外,改性聚四氟乙烯纳米粉体的加
入使得熔体流动阻力的减小,可以降低挤出温度,采用缓和的冷却条件,减小了因纺丝熔体
内外降温速率不一致导致的降温不均匀的现象,从而进一步减少因冷却造成的表面沟槽现
象,最终有效改善聚酯工业丝的表面特性,大大提高其耐磨性。
表面摩擦系数,从而有效改善聚酯工业丝的表面特性,大大提高其耐磨性,依据纺织行业标
准织物表面摩擦性能的实验方法FZ/T01054‑2012采用2.5kg六角棒2500次摩擦实验后强度
保持率≥95%;
具体实施方式
人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限
定的范围。
制成0.5g/dL的溶液,待其自然冷却至室温,采用直径0.8mm的乌氏粘度计进行测量,恒温水
浴温度为(25±0.05)℃,记录纯溶剂和溶液的流经时间,由一点法,计算出特性粘度,特性
粘度按下式进行计算:
萃取结束后,将萃取物过滤并放入烘箱中烘干至质量恒定,然后称量,并将萃取所用溶剂蒸
馏回收,聚酯中低聚物的质量分数由下式计算:
度为5×10 ,平均粒径为300nm)置于前述溶液中(聚四氟乙烯纳米粉体与前述溶液的质量
比为1:2),在氩气氛围中用等离子体进行处理,处理时间为100s,使甲基丙烯酸酯在聚四氟
乙烯纳米粉体的表面发生化学接枝聚合,在表面形成一层的接枝聚合物,获得平均粒径为
300nm且酯基的含量为20ppm的表面含有酯基的聚四氟乙烯纳米粒子。
合度为5×10 ,平均粒径为350nm)置于前述溶液中(聚四氟乙烯纳米粉体与前述溶液的质
量比为1:2),在氩气氛围中用等离子体进行处理,处理时间为150s,使甲基丙烯酸乙酯在聚
四氟乙烯纳米粉体的表面发生化学接枝聚合,在表面形成一层的接枝聚合物,获得平均粒
径为350nm且酯基的含量为30ppm的表面含有酯基的聚四氟乙烯纳米粒子。
合度为5×10 ,平均粒径为400nm)置于前述溶液中(聚四氟乙烯纳米粉体与前述溶液的质
量比为1:2),在氩气氛围中用等离子体进行处理,处理时间为200s,使甲基丙烯酸丙酯在聚
四氟乙烯纳米粉体的表面发生化学接枝聚合,在表面形成一层的接枝聚合物,获得平均粒
径为400nm且酯基的含量为40ppm的表面含有酯基的聚四氟乙烯纳米粒子。
合度为5×10 ,平均粒径为450nm)置于前述溶液中(聚四氟乙烯纳米粉体与前述溶液的质
量比为1:2),在氩气氛围中用等离子体进行处理,处理时间为300s,使甲基丙烯酸丁酯在聚
四氟乙烯纳米粉体的表面发生化学接枝聚合,在表面形成一层的接枝聚合物,获得平均粒
径为450nm且酯基的含量为60ppm的表面含有酯基的聚四氟乙烯纳米粒子。
合度为5×10 ,平均粒径为450nm)置于前述溶液中(聚四氟乙烯纳米粉体与前述溶液的质
量比为1:2),在氩气氛围中用等离子体进行处理,处理时间为500s,使甲基丙烯酸戊酯在聚
四氟乙烯纳米粉体的表面发生化学接枝聚合,在表面形成一层的接枝聚合物,获得平均粒
径为450nm且酯基的含量为80ppm的表面含有酯基的聚四氟乙烯纳米粒子。
合度为5×10 ,平均粒径为400nm)置于前述溶液中(聚四氟乙烯纳米粉体与前述溶液的质
量比为1:2),在氩气氛围中用等离子体进行处理,处理时间为600s,使甲基丙烯酸己酯在聚
四氟乙烯纳米粉体的表面发生化学接枝聚合,在表面形成一层的接枝聚合物,获得平均粒
径为400nm且酯基的含量为100ppm的表面含有酯基的聚四氟乙烯纳米粒子。
熔融。
125℃,四辊温度220℃,五辊温度150℃,一辊速度440m/min,后拉伸级数5,后拉伸倍率5.5,
喷头拉伸比30,卷绕速度2420m/min,组件压力16MPa,组件使用周期90天。
织物表面摩擦性能的实验方法FZ/T 01054‑2012采用2.5kg六角棒2500次摩擦实验后强度
保持率为95%;按照《GB/T 14344‑2008化学纤维长丝拉伸性能实验方法》标准测试方法测
得其断裂强度为7.6cN/dtex,初始模量为90cN/dtex,断裂伸长率为20%。
温度为20℃(试验发现无法继续再高,否则无法保证冷却效果)。
2500次摩擦实验后强度保持率为89%。
的流动阻力大,因摩擦生热而发生降解导致的低分子量聚酯分子链的生成,表面颗粒物的
产生机率大,且冷却条件会造成的表面沟槽现象,表面特性差,因此耐磨性差。
熔融。
度127℃,四辊温度225℃,五辊温度155℃,一辊速度460m/min,后拉伸级数5,后拉伸倍率
5.7,喷头拉伸比60,卷绕速度2622m/min,组件压力17MPa,组件使用周期85天。
准织物表面摩擦性能的实验方法FZ/T 01054‑2012采用2.5kg六角棒2500次摩擦实验后强
度保持率为96%;按照《GB/T 14344‑2008化学纤维长丝拉伸性能实验方法》标准测试方法
测得其断裂强度为7.8cN/dtex,初始模量为95cN/dtex,断裂伸长率为19%。
氟乙烯/聚酯母粒与干燥的聚酯切片分别计量,按最终制得的聚酯工业丝要求的比例混合,
喂入螺杆中熔融;改性聚四氟乙烯/聚酯母粒中改性聚四氟乙烯的含量为10wt%。
度129℃,四辊温度230℃,五辊温度158℃,一辊速度480m/min,后拉伸级数5,后拉伸倍率
5.9,喷头拉伸比90,卷绕速度2832m/min,组件压力18MPa,组件使用周期80天。
准织物表面摩擦性能的实验方法FZ/T 01054‑2012采用2.5kg六角棒2500次摩擦实验后强
度保持率为97%;按照《GB/T 14344‑2008化学纤维长丝拉伸性能实验方法》标准测试方法
测得其断裂强度为8cN/dtex,初始模量为98cN/dtex,断裂伸长率为17%。
氟乙烯/聚酯母粒与干燥的聚酯切片分别计量,按最终制得的聚酯工业丝要求的比例混合,
喂入螺杆中熔融;改性聚四氟乙烯/聚酯母粒中改性聚四氟乙烯的含量为20wt%。
131℃,四辊温度235℃,五辊温度162℃,一辊速度500m/min,后拉伸级数5,后拉伸倍率6,喷
头拉伸比140,卷绕速度3000m/min,组件压力19MPa,组件使用周期75天。
织物表面摩擦性能的实验方法FZ/T01054‑2012采用2.5kg六角棒2500次摩擦实验后强度保
持率为98%;按照《GB/T 14344‑2008化学纤维长丝拉伸性能实验方法》标准测试方法测得
其断裂强度为8.2cN/dtex,初始模量为105cN/dtex,断裂伸长率为15%。
氟乙烯/聚酯母粒熔融,按最终制得的聚酯工业丝要求的比例与聚酯熔体混合;改性聚四氟
乙烯/聚酯母粒中改性聚四氟乙烯的含量为10wt%。
度133℃,四辊温度240℃,五辊温度165℃,一辊速度520m/min,后拉伸级数5,后拉伸倍率
6.2,喷头拉伸比180,卷绕速度3224m/min,组件压力20MPa,组件使用周期70天。
准织物表面摩擦性能的实验方法FZ/T 01054‑2012采用2.5kg六角棒2500次摩擦实验后强
度保持率为98%;按照《GB/T 14344‑2008化学纤维长丝拉伸性能实验方法》标准测试方法
测得其断裂强度为8.4cN/dtex,初始模量为108cN/dtex,断裂伸长率为13%。
氟乙烯/聚酯母粒熔融,按最终制得的聚酯工业丝要求的比例与聚酯熔体混合;改性聚四氟
乙烯/聚酯母粒中改性聚四氟乙烯的含量为15wt%。
度136℃,四辊温度245℃,五辊温度168℃,一辊速度540m/min,后拉伸级数5,后拉伸倍率
6.4,喷头拉伸比250,卷绕速度3456m/min,组件压力22MPa,组件使用周期65天。
织物表面摩擦性能的实验方法FZ/T01054‑2012采用2.5kg六角棒2500次摩擦实验后强度保
持率为98%;按照《GB/T 14344‑2008化学纤维长丝拉伸性能实验方法》标准测试方法测得
其断裂强度为8.6cN/dtex,初始模量为112cN/dtex,断裂伸长率为12%。
氟乙烯/聚酯母粒熔融,按最终制得的聚酯工业丝要求的比例与聚酯熔体混合;改性聚四氟
乙烯/聚酯母粒中改性聚四氟乙烯的含量为20wt%。
度140℃,四辊温度250℃,五辊温度170℃,一辊速度550m/min,后拉伸级数5,后拉伸倍率
6.5,喷头拉伸比300,卷绕速度3600m/min,组件压力25MPa,组件使用周期60天。
准织物表面摩擦性能的实验方法FZ/T 01054‑2012采用2.5kg六角棒2500次摩擦实验后强
度保持率为99%;按照《GB/T 14344‑2008化学纤维长丝拉伸性能实验方法》标准测试方法
测得其断裂强度为8.8cN/dtex,初始模量为115cN/dtex,断裂伸长率为10%。