[发明专利]一种具有特殊表面结构的聚酯纤维的制备方法

说明书

本发明涉及纺丝领域，公开了一种具有特殊表面结构的聚酯纤维的制备方法，本发明借助微流变行为理论，通过严格控制原料的比例、粘度特性以及熔体共混纺丝工艺等条件，在纤维成形过程中调控纤维表面形貌结构，从而制得具有不同特殊表面结构的聚酯纤维，从而提高聚酯纤维的表面亲疏水性和表面附着性能，并且对纤维复合材料界面具有明显的增强作用，以期应用于复合材料增强、功能性、高性能纺织品领域。

技术领域

本发明涉及纺丝领域，尤其涉及一种具有特殊表面结构的聚酯纤维的制备方法。

背景技术

目前，聚合物纤维表面改性的方法主要以物理法和化学法为主。物理法包括利用等离子体、激光、γ辐射、电晕放电、紫外辐射、超声波对纤维表面进行处理。E.Rebollar等人利用激光辐射方法在碳纤维表面刻蚀出具有周期有序的凹凸结构，物理法对环境友好、普适性强，但需要特种设备支持、能耗与成本较高、连续性差、对纤维力学性能有损伤、难以大规模生产。化学法包括利用酸碱、有机溶剂等化学试剂对聚合物纤维进行刻蚀、或利用表面涂层或沉积、生物酶或细菌对纤维后处理，化学法效果较明显，但适用面窄、环境不友好、可控性差，难以精细调控表面形貌结构。

除了以上方法，也有研究者尝试在纤维成形过程中调控纤维形貌，专利CN204401171 U利用SiO₂与聚丙烯体膨胀系数差异的特点，在熔纺纤维冷却到常温后，由于SiO₂膨胀系数低，纤维表面会出现凹凸不平，产生粗糙表面，但此专利并未提出更多有关聚丙烯纤维粗糙结构的调控方法、粗糙结构的形貌信息以及改性后纤维性能的变化。专利CN105297176 A采用两种界面不相容的聚合物，通过熔喷非织造成形技术，形成具有清晰界面结构的超细纤维，从而使纤维表现呈现出一定的粗糙度，粗糙度Sa为0.01～0.1μm，但这种方法形成的粗糙度较小，也无法形成长沟槽结构。专利CN 110042507 A公开了一种通过调节凝固浴液的溶度参数，来调控聚丙烯腈基碳纤维的表面沟槽结构的方法，但该方法限于湿法纺丝成形，需要加入乙醇、氨水等化学试剂，不属于熔体纺丝以及共混纺丝的范畴。Broda等采用低分子硬脂酸与聚丙烯共混，在纤维熔融纺丝成形过程中，低分子硬脂酸向纤维表面迁移，在表面形成凹凸结构和硬脂酸颗粒，但纤维力学性能有所降低。

上述方法都缺乏在熔体纺丝过程中，对纤维表面凹凸或沟槽结构进行精细调控的方法，也没有公开改性前后纤维性能的变化。因此提供一种高效、稳定和能大规模应用的调控熔纺纤维表面结构形貌的方法具有十分重要的意义。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种具有特殊表面结构的聚酯纤维的制备方法。本发明借助微流变行为理论，通过严格控制原料的比例、粘度特性以及熔体共混纺丝工艺等条件，在纤维成形过程中调控纤维表面形貌结构，从而制得具有不同特殊表面结构的聚酯纤维，从而提高聚酯纤维的表面亲疏水性和表面附着性能，提高聚酯纤维织物的舒适性能，并且对纤维复合材料界面具有明显的增强作用，以期应用于复合材料增强、功能性、高性能纺织品领域。

本发明的具体技术方案为：

第一方面，本发明提供了一种表面沟槽状结构的聚酯纤维的制备方法，包括以下步骤：

1)以聚酯为主料、聚丙烯为添加剂，将聚酯与聚丙烯共混挤出造粒，得到共混聚合物粒料；所述聚丙烯和聚酯的零切粘度比为1～4；聚丙烯占原料质量的8～40％。

2.1)针对聚丙烯含量10％以下的体系，将所述共混聚合物粒料进行熔融纺丝，对纺丝所得纤维进一步拉伸、热定型，得到具有且表面沟槽状结构的聚酯纤维。

2.2)针对聚丙烯含量10％以上的体系，采用皮芯复合纺丝方法将所述共混聚合物粒料进行熔融纺丝，对纺丝所得皮芯纤维进一步拉伸、热定型，得到具有皮芯结构且表面沟槽状结构的聚酯纤维。