[发明专利]一种提高聚氨酯纤维强力和应变的方法

说明书

本发明涉及一种提高聚氨酯纤维强力和应变的方法，属于纤维材料的技术领域。本发明的方法是通过聚氨酯不良有机溶剂和良有机溶剂混合得到混合溶剂体系，结合浸没沉淀法与溶剂蒸发法，将聚氨酯溶解于混合溶剂中，经过不同孔径喷丝孔挤出，浸入凝固浴得到未完全成型的聚氨酯纤维，在此基础上进行多倍牵伸和加热处理定型得到一种高强度和高应变的聚氨酯纤维产品。本发明是以优化设计聚氨酯成型溶剂体系，结合浸没沉淀法与溶剂蒸发法致相转变，实现了纯的聚氨酯纤维强力和应变的同时增强，通过本发明制备的聚氨酯纤维强力最大可增加850％，应变最大可增加340％。该制备方法工艺设备简单，成本较低，对聚氨酯纤维力学调控性能显著。

技术领域

本发明涉及纤维材料制备技术领域，尤其涉及一种提高聚氨酯纤维强力 和应变的方法。

背景技术

聚氨酯(Polyurethane)指主链中含有氨基甲酸酯基的聚合物，聚氨酯分 子中含有的强极性基团和聚醚或聚酯柔性链段，使其具备高强度、良高弹性、 耐磨性、耐溶剂性、耐水性、耐疲劳性及吸能性等优异性能，以各种形态结 构，广泛的应用于纺织、国防、交通、体育、建筑等相关领域，在国民经济 中具有非常重要的地位。目前聚氨酯的首要应用在纺织领域，应用形式主要 分为纤维和涂层两种。聚氨酯纤维也称氨纶，其伸长率高达400～800％，是 最富有弹性的化学纤维。

氨纶主要以裸丝，包芯纱，包覆纱及合捻纱等形式广泛地应用于运动服、 游泳服、紧身衣、健美衣、高弹内衣、高弹袜、宇航服、飞行服以及医疗领 域方面的弹性绷带等各类产品中。

随着聚氨酯纤维在其他应用领域的扩展，需要聚氨酯纤维具有更加优异 的力学性能。常见的聚氨酯纤维的纺丝方法主要有湿法纺丝和干法纺丝，其 中，湿法纺丝所制备的聚氨酯纤维的应力较差，而干法纺丝所制备的聚氨酯 纤维的应力、应变和韧性虽然较好，但仍不能满足现有材料的应用需求。目 前常见的对聚氨酯纤维力学改性的方法主要集中于在聚氨酯纺丝液中添加一 些有机或无机的填料粒子，这些方法一般仅能提高聚氨酯纤维拉伸应力与拉 伸应变中的一个指标，并不能同时提高聚氨酯纤维的应力和应变，同时填料 粒子在填充到纺丝液中时，为了提高填料粒子和聚合物的界面性能，需要改 变聚氨酯的本体性能或者对填料粒子进行改性增加二者的相容性，改变聚氨 酯的本体对力学性能提高影响有限，而改性填料粒子需要繁琐的化学工艺， 且最终不能充分的发挥聚氨酯本体优势，使得聚氨酯纤维的加工制备过程更 加繁琐和增加了耗能，此外，也会在纯聚氨酯纤维材料中引入其他填料粒， 不能够制备纯的高强高韧聚氨酯纤维。

中国专利申请公布号CN105063993A，申请公布日2015年08月06日， 发明创造的名称为一种增强聚酯纤维拉伸力学性能的方法，该申请案公开了 一种增强聚氨酯纤维拉伸力学性能的方法。该方法是在纤维成型之后对纤维 进行低温电晕辐照改性及铵盐处理等，使得铵盐中的铵根离子在聚氨酯纤维 的无定形区大分子之间与聚氨酯大分子之间的氨基基团形成较稳定的氢键作 用力，构成能够增强的微交联结构，该方法虽然能够制备断裂强度增加 60～150％，断裂伸长率增加70～120％和杨氏模量增加30～80％增加的聚氨酯纤维，但所制备的聚氨酯纤维的力学性能仍不够优异，且所制备的聚氨酯纤维 中引入了第二相物质，不是纯的聚氨酯纤维。

公开硕士论文《二元溶剂两步法制备聚氨酯膜及纤维的性能研究》，公开 日期2017年6月，该硕士论文中采用甲苯与N,N-二甲基甲酰胺体系制备了聚 氨酯纤维，相比于单一的N,N-二甲基甲酰胺体系所制备的聚氨酯纤维，该方 法体系在低卷速下制备的聚氨酯纤维的应力和应变的增量分别为14～114％和 35～105％，该方法体系在中卷速下制备的聚氨酯纤维的应力和应变的增量分别 为23～74％和47～84％，所制备的聚氨酯纤维的应力和应变增量较小。

因此，制备出一种高强力高应变的纯的聚氨酯纤维具有非常重要的意义。

发明内容

基于现有技术存在的问题，本发明提供一种提高聚氨酯纤维强力和应变 的方法，其特征在于，包括聚氨酯纤维制备工艺中的纺丝液配制、凝固浴配 制、纺丝及后处理，所述的方法按以下步骤进行：