[发明专利]一种功能工业丝及其制备方法

说明书

本发明涉及一种功能工业丝及其制备方法，制备方法为：采用熔融纺丝工艺，将含功能添加剂的高分子量聚合物熔体以1000～1500s^‑1的剪切速率从喷丝孔挤出后，经缓冷和冷却制得功能工业丝，同时对熔体温度、缓冷温度、缓冷区高度以及冷却的风速和风温等工艺参数进行调整。最终制得的功能工业丝中功能添加剂分散和分布均匀，径向结构均匀且性能优良，功能工业丝中的功能添加剂与加入高分子量聚合物熔体中之前相比，统计平均尺寸之差小于等于50nm，最大尺寸之差小于100nm，功能添加剂在功能工业丝表层的含量与在功能工业丝中心的含量之差小于0.5wt％。本发明的方法简单，容易实现工业化推广，有效提高了功能工业丝的综合性能。

技术领域

本发明属于功能工业丝技术领域，涉及一种功能工业丝及其制备方法。

背景技术

聚合物熔融纺丝法制备的工业丝，如聚酯(PET)工业丝、聚酰胺(PA6、PA66等)工业丝和热致液晶聚合物工业丝等，因其具有较好的强力与模量以及优秀的理化性能，被广泛地应用于诸如汽车、安全防护、绳索、复合增强材料、箱包和鞋材等领域。而随着工业丝应用领域的不断拓展，针对工业丝差别化、功能化以满足不同应用的特殊需求日益迫切。

功能添加是目前赋予纤维以特定功能的主要技术手段。功能添加通过在聚合物熔体中加入功能添加剂，经熔融纺丝制备功能型工业丝，具有较高的可实施性和便捷性，相较于传统的面料后整理的方式，功能添加具有更优异的耐久性、显著的低能耗以及低环保压力等优点，是一种极具竞争优势的工程技术。

实际纺丝成型加工中以功能添加为主要的技术手段使工业丝功能化时，常常存在加工时功能添加剂分散不均匀以及分布不均匀两个层面的问题，即功能添加剂由于凝集造成的统计粒径增大以及在纤维表面和基体中的分布差异，不仅影响纤维力学性能和功能，还会影响添加成本和纺丝成形的稳定性。现有技术中尚未有能够简单有效地解决上述问题的报道，例如专利CN201610784610.4、CN201711342802.0 和CN201511018195.3均通过共聚的方法在聚酯分子链中引入含支链的二元醇降低熔体粘度，并通过改变喷丝孔排列方式或者采用新的油剂或者通过紫外照射来制备黑色工业丝，但上述专利均未公开染料或颜料在工业丝中的分散和分布情况，且方法比较复杂，不易规模化生产；专利CN201510297066.6公开了一种有色涤纶工业丝的生产方法，通过熔体管道上的注射口添加色油以及助剂到PET熔体中，再经熔体管道中多个新型静态混合器使色油和PET熔体均匀混合，混合PET熔体再分配至纺丝箱体及各个纺位，通过该方法虽然能够制得色泽均匀的工业丝，但是该技术与常规有色聚酯的技术没有本质区别，对于高粘聚酯的添加未提出新的方法，且该专利未公开染料或颜料在工业丝中的分散和分布情况；专利 CN201810605942.0公开了一种抗菌型涤纶工业丝的生产方法，通过添加抗菌母粒在螺杆处与高分子量聚酯熔融共混进行纺丝，是一种常规的制备方法，该专利中未公开抗菌剂的分散剂分布情况；专利CN201711428526.X公开了一种半消光锦纶66工业丝及其制备方法，通过常规添加消光母粒的方法制备半消光锦纶66工业丝，专利中未公开消光剂的分散剂分布情况；专利CN201510076471.5公开了一种安全带用半消光聚酯工业长丝的制备方法，通过对初生纤维表面喷涂耐高温纺丝油剂，形成耐摩擦涂层这一方法来消除减弱消光粒子分布不匀带来的负面影响，这种方法成本高，且不适宜大范围推广；专利 CN201810505626.6公开了一种皮芯型有色工业丝及制备方法，以分散有颜料或染料的聚合物为芯层材料，以与芯层材料同类的聚合物为皮层材料，通过皮芯复合组件进行熔融纺丝，也能够消除粒子不均带来的负面影响，但是这种方法由于需要专门的复合纺丝设备，且投资成本高，工艺控制难，因而不易大规模推广。

此外，目前的添加技术还存在其他问题，例如熔体温度较低导致添加剂分散不匀，粒子直径分散较宽，存在较大粒凝集粒子，影响纤维强力稳定性；例如剪切速率过大，导致粒子向表面迁移，造成内外差异大；例如由于添加功能粒子后会改变导热系数，导热系数的变化引起熔体稳定性变差，熔体的可拉伸性降低，进而不能保证稳定生产与纤维强力指标；例如在吹风冷却时，散热过快会导致纤维本身径向结构不匀。