專利名稱：：纖維及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種纖維，且尤其涉及含納米碳管的聚酯纖維。
背景技術(shù)：
：在工業(yè)纖維的應用上，聚酯纖維是常用的重要材料。聚酯纖維的應用面很廣，例如輪胎簾子線、傳輸帶、蓬帆布、風帆布、帳棚等等。這些應用所用的纖維需具有高強度、低伸度、及耐磨耗等性質(zhì)。為了進一步提升聚酯纖維的品質(zhì)與應用面，需設(shè)法增加聚酯纖維的強度與耐磨耗特性，并減低其伸度。除此之外，還需設(shè)法提升聚酯纖維的玻璃轉(zhuǎn)換溫度與冷卻結(jié)晶溫度。玻璃轉(zhuǎn)換溫度的提升有助于提高聚酯纖維的熱穩(wěn)定性，使其應用產(chǎn)品能適用于溫度較高的環(huán)境而不軟化，增加應用范圍。冷卻結(jié)晶溫度的提升，可促使聚酯纖維在工藝中于較高溫度便開始結(jié)晶，可使結(jié)晶速度加快并可獲得結(jié)晶相較多的聚酯纖維，有助于增強纖維的強度。除了上述低伸度纖維的應用，業(yè)界也有較高伸度的耐熱纖維的需求。因此，業(yè)界亟需高熱穩(wěn)定性的聚酯纖維及其制法，且聚酯纖維的強度、伸度、及耐磨度還要能輕易地變動以符合各種不同應用的需求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種高熱穩(wěn)定性的纖維及其形成方法，且纖維的強度、伸度、及耐磨度還要能輕易地變動以符合各種不同應用的需求。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種纖維，包括聚酯纖維，以及分散于聚酯纖維中的多個納米碳管，其中納米碳管大抵順向排列于聚酯纖維的延伸方向。而且，為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明另提供一種形成纖維的方法，包括提供聚酯粒，提供多個納米碳管，對納米碳管與聚酯粒進行混煉，以及對于混煉后的納米碳管及聚酯粒進行熔融抽絲而獲得聚酯纖維，其中納米碳管大抵順向排列于聚酯纖維中。綜上所述，本發(fā)明通過導入具有繞曲結(jié)構(gòu)的納米碳管于聚酯纖維中，可顯著地增加聚酯纖維的耐熱性質(zhì)。通過納米碳管的添加還可控制聚酯/納米碳管纖維的強度、耐磨耗度、及伸度以符合各種應用的需求。以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述，但不作為對本發(fā)明的限定。圖1為一種繞曲式納米碳管的SEM照片；圖2a圖2b為一實施例中PET/CNT纖維的SEM照片；圖3為一種低繞曲納米碳管的SEM照片。具體實施例方式本發(fā)明在此提供--種聚酯纖維及其制法。主要是將納米碳管(carbonnanotube,CNT)導入聚酯纖維中而增加聚酯纖維的熱穩(wěn)定性。并可通過不同的納米碳管添加量來調(diào)節(jié)纖維的強度、耐磨性、及伸度以符合各種應用的需求，增加其應用范圍。本發(fā)明所提供的聚酯纖維應用范圍很廣，例如可用于輪胎簾子線、傳輸帶、蓬帆布、風帆布、帳棚、或各種紡織用纖維等。特別是關(guān)于需有高強度、高耐磨、低伸度、及高熱穩(wěn)定度的應用。此外，本發(fā)明的部分實施例還可獲得具有高熱穩(wěn)定度及高伸度的纖維?？衫缬米鬏^高溫度環(huán)境下的彈性纖維。為了改善聚酯纖維的各項性質(zhì)，本發(fā)明將納米碳管導入聚酯纖維中，利用混煉方式，使納米碳管與聚酯粒充分混合。接著對所得聚酯粒/納米碳管混合酯粒進行熔融分散抽絲，而獲得聚酯/納米碳管纖維。通過適當選用納米碳管的種類與添加量，并配合適當?shù)墓に嚄l件，納米碳管大抵沿著聚酯纖維的延伸方向順向排列，可克服抽絲時納米碳管聚集而產(chǎn)生斷絲無法成型的問題。利用納米碳管的小尺寸、高強度、高韌性、高導電性、高徑長比等特性，可有效地增加聚酯纖維的強度，并使其耐磨性及熱穩(wěn)定性大幅提升。以下，提供本發(fā)明實施例的纖維的形成方法。首先提供用以形成聚酯纖維的聚酯粒，聚酯粒的材質(zhì)可包括聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethyleneter印hthalate，PET)、聚對苯二甲酸丁二醇酉旨(polybutyleneter印hthalate，PBT)、聚對苯二甲酸丙二酯(polypropyleneter印hthalate,PPT)、聚芳香酯(Polyarylate,PAR)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(Glycolmodifiedpolyethyleneter印hthalatePETG)等、或前述的組合。接著，可通過現(xiàn)有技術(shù)的各種適合的方法將聚酯粒與微量的納米碳管均勻混合。例如可采用雙螺桿混煉機、單螺桿混煉機、單螺桿押出機、雙螺桿押出機、萬馬力機、連續(xù)混煉機、或前述的組合來將聚酯粒與納米碳管充分混合并形成聚酯/納米碳管的混合聚酯粒。納米碳管的添加量相對于聚酯?？蔀榧s0.05phr至約lphr。適合的納米碳管的直徑可為約10納米至約40納米，而適合的長度可為約1微米至約25微米。適合的納米碳管還可具有各種程度不同的繞曲結(jié)構(gòu)。接著，對混煉后的酯粒進行熔融抽絲而可獲得聚酯/納米碳管纖維。例如，可將混煉后的酯粒放入加熱的紡絲反應室(spinningchamber)并通過噴絲頭噴出或流出，噴絲頭中可例如具有數(shù)個直徑約0.005英吋至約0.030英吋的孔洞以供纖維由孔洞噴出或流出而成型。纖維成型的過程中可使用例如加壓空氣氣流將所噴出融熔態(tài)的聚酯/納米碳管纖維快速冷卻至其玻離轉(zhuǎn)化溫度以下而硬化成絲。所形成的聚酯/納米碳管纖維可利用一巻繞滾筒收集。巻繞滾筒的巻繞速度可例如約1000米/分鐘至約6000米/分鐘。熔融抽絲所采用的溫度可例如為約20(TC至約30(TC之間。酯粒經(jīng)融熔抽取成絲的過程中，可能會對聚酯纖維及其內(nèi)部的納米碳管形成順著纖維沿伸方向的拉伸應力(例如空氣氣流的拉力及磨擦力在纖維冷卻硬化的過程所造成的應力)，此拉伸應力可能會促使納米碳管大抵沿著纖維的沿伸方向順向排列。本發(fā)明實施例的聚酯/納米碳管纖維的耐熱溫度(即玻璃轉(zhuǎn)換溫度)可大于約86。C，強度可提升約12%，伸度小于約27.9%，耐磨耗強度可提升約41%。此外，本發(fā)明實施例的聚酯/納米碳管纖維可連續(xù)抽絲而使其長度可大于約100米以上。例如，可以每分鐘800米的速度連續(xù)抽絲5分鐘而獲得長度約4000米的聚酯/納米碳管纖維?？梢曅枰圆煌某榻z速度來獲得所需長度的聚酯/納米碳管纖維。所導入納米碳管的尺寸、型態(tài)、及添加量對聚酯/納米碳管纖維的性質(zhì)影響很大。本發(fā)明通過導入具有繞曲結(jié)構(gòu)的納米碳管于聚酯纖維中，可顯著地增加聚酯纖維的耐熱性質(zhì)。本發(fā)明一實施例的聚酯/納米碳管纖維采用繞曲程度較大而管徑較小的納米碳管，可較使用繞曲程度較低而管徑較大的納米碳管的纖維有更高的熱穩(wěn)定度。通過控制納米碳管的添加量可使納米碳管大抵順向排列于聚酯纖維的延伸方向，而可順利抽絲成型。適當?shù)募{米碳管添加量可使聚酯纖維強度提升而伸度下降。添加量較少的聚酯纖維可具有較高的伸度與不錯的耐熱性。此外，納米碳管繞曲的程度或其尺寸(包括管徑與長度)也可視需要作調(diào)整。所導入的納米碳管也不一定僅限于一種結(jié)構(gòu)或形式，例如可導入兩種以上具有不同直徑、不同長度、不同繞曲度、或不同添加量的納米碳管于纖維中。以下，將列舉本發(fā)明的實施例來作說明。實施例1取PET酯粒約IOO克并與O.15g、0.3g、0.5g、lg的納米碳管混合，通過雙螺桿混煉將納米碳管(CNT)與PET酯粒充分均勻混合并形成PET/CNT的混合聚酯粒。此實施例中，所用雙螺桿混煉機的螺桿直徑為約45公厘(mm)，其長徑比(L/D)為約30，螺桿轉(zhuǎn)速為約200rpm。共采用十段溫度來進行雙螺桿混煉，分別是180。C、210°C、230°C、240°C、250°C、250°C、260°C、260°C、260°C、及25CTC。在此實施例中，所采用的納米碳管屬繞曲式，其SEM照片顯示于圖l中，其直徑為約20nm，其長度為約1微米至約25微米，且其結(jié)構(gòu)是實質(zhì)繞曲的。納米碳管的添加量相對于PET酯粒分別為約Ophr至約lphr。接著，對雙螺桿混煉后的PET/CNT酯粒進行熔融抽絲(熔融抽絲溫度為約27CTC至約28CTC)而獲得PET/CNT纖維。圖2a顯示PET/CNT纖維的SEM照片，而圖2b顯示放大倍率較高的PET/CNT纖維的SEM照片。如圖2a及圖2b所示，納米碳管大抵順向排列于PET纖維的延伸方向，且仍部分保有其繞曲結(jié)構(gòu)。經(jīng)由適當選用納米碳管的尺寸、控制納米碳管的添加量、以及工藝參數(shù)的控制，所得PET/CNT纖維大抵順向排列于纖維的延伸方向而不容易斷絲，并可順利抽絲成形。例如以800米/分鐘的速度抽絲5分鐘，而獲得長度大于約4000米的纖維。表一列出此實施例中具有不同繞曲式納米碳管添加量的PET/CNT纖維的各項材料性質(zhì)，并同時列出不含納米碳管的PET纖維的各項性質(zhì)以供比較。表一繞曲式TmTgTcc細度磨耗強度伸度(％)CNT含量(°c)(。c)(°c)(den)(%)(g/d)7<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>其中，phr(partperhundredresin):每100克聚酉旨中所添力口其他添力口物的克數(shù)；Den(丹尼數(shù))每9000公尺纖維的重量千克數(shù)。如表一所示，可看出繞曲式納米碳管的導入可顯著地提升PET纖維的熱穩(wěn)定性。PET/CNT纖維的玻璃轉(zhuǎn)換溫度(Tg)相較于PET(blank)纖維可提升至少約l(TC以上，可提高纖維的耐熱溫度(大于約7(TC)，使能應用于較高溫的環(huán)境。除了玻璃轉(zhuǎn)換溫度之外，PET/CNT纖維的冷卻結(jié)晶溫度(Tcc)相較于PET(blank)纖維也提升了約2CTC以上。冷卻結(jié)晶溫度的提升可促使熔融抽絲纖維于較高冷卻溫度便開始結(jié)晶，可使結(jié)晶速度加快并獲得結(jié)晶相較多的纖維，有助于提升纖維的強度。PET/CNT纖維冷卻結(jié)晶溫度提升的原因目前尚不清楚，不排除是因為繞曲式納米碳管的添加形成了許多的CNT/PET界面，PET較易于界面附近產(chǎn)生異質(zhì)成核，使結(jié)晶較早發(fā)生，因而提高了冷卻結(jié)晶溫度。當繞曲式納米碳管的添加量增加至0.5phr時，PET/CNT纖維的強度開始大于PET(blank)纖維的1.74±0.4g/d而達到約1.95±0.12g/d，且其伸度相較于PET(blank)纖維的67.2±31.9%大幅縮減至33.8±4.9%。其中，CNT含量約0.15phr至約0.3phr的纖維具有較佳的熱穩(wěn)定性，但其強度卻較低而伸度較高，其原因目前尚不清楚。這些較耐熱且伸度較高的纖維，仍可有許多其它應用，例如可作為較高溫度環(huán)境下的彈性纖維。表一還列出部分PET/CNT纖維的耐磨耗檢驗結(jié)果，其顯示各纖維在相同的磨耗條件下，被磨耗的重量百分比(比的磨耗前)，可從表一發(fā)現(xiàn)，隨著納米碳管添加量的提升，可有效減少PET/CNT纖維的磨耗量(減少約35%以上)，提升其耐磨耗度。其中，CNT含量為0.5phr與0.lphr的PET/CNT纖維在相同磨耗條件下，其磨耗量比的PET(blank)分別減少了35.627%與40.277%，更有助于PET/CNT纖維在較高磨耗環(huán)境下的應用。實施例2以相同于實施例1的方式來準備實施例2中的PET/CNT纖維，僅將實施例中的繞曲式納米碳管替換為繞曲程度較低且直徑較大的低繞曲納米碳管。此實施例中所用的低繞曲納米碳管的SEM照片顯示于圖3中，其直徑為約30nm至約90nm，而其長度為約1微米至約2微米。所得的PET/CNT纖維的各項性質(zhì)列于表二中。表一<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>其中，Den(丹尼數(shù))每9000公尺纖維的重量千克數(shù)。如表二所示，導入低繞曲納米碳管的PET/CNT纖維的熱穩(wěn)定性也可獲得提升。隨著低繞曲納米碳管的添加量增加至lphr時，其玻璃轉(zhuǎn)換溫度(Tg)可增加至約78'C，而其冷卻結(jié)晶溫度(Tcc)可增加至約195°C。比較表一與表二可看出添加低繞曲納米碳管的PET/CNT纖維的玻璃轉(zhuǎn)換溫度或冷卻結(jié)晶溫度所提升的幅度明顯小于添加繞曲式納米碳管的PET/CNT纖維。其原因目前尚不清楚，不排除是因為實施例2中所用的納米碳管比的實施例1中所用的納米碳管有較大的直徑與較不繞曲的結(jié)構(gòu)，較大直徑與較不繞曲的納米碳管與周圍PET纖維的接觸界面的面積較小，因此PET與納米碳管間異質(zhì)成核的成核點較少，造成冷卻結(jié)晶溫度增加的幅度小于采用納米碳管的直徑較小且較繞曲的PET/CNT纖維。由實施例1及實施例2可知納米碳管的型式(如繞曲程度)、尺寸大小、及添加量影響聚酯纖維的性質(zhì)甚巨，可通過納米碳管的選用與添加來調(diào)整聚酯纖維的各項性質(zhì)。綜上所述，本發(fā)明通過導入具有繞曲結(jié)構(gòu)的納米碳管于聚酯纖維中，可顯著地增加聚酯纖維的耐熱性質(zhì)。通過納米碳管的添加還可控制聚酯/納米碳管纖維的強度、耐磨耗度、及伸度以符合各種應用的需求。其中，添加0.5phr較繞曲納米碳管的PET/CNT纖維具有84。C的玻璃轉(zhuǎn)換溫度(較PETblank高出14°C)、1.95±0.12g/d的強度(較PETblank高出約12%)、及約33%的伸度(約為PETblank伸度的一半)。此外，PET/CNT纖維的耐磨耗度還會隨著納米碳管添加量的增加而提高，有助于PET/CNT纖維于較高磨耗環(huán)境下的應用。當然，本發(fā)明還可有其他多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護范圍。權(quán)利要求1.一種纖維，其特征在于，包括一聚酯纖維；以及多個納米碳管，分散于該聚酯纖維中，且該些納米碳管大抵順向排列于該聚酯纖維的延伸方向。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維，其特征在于，該聚酯纖維的材質(zhì)包括聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚對苯二甲酸丙二酯、聚芳香酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、或前述的組合。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維，其特征在于，該些納米碳管的直徑約10納米至40納米。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維，其特征在于，該些納米碳管的長度為1微米至25微米。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維，其特征在于，順向排列于該聚酯纖維中的該些納米碳管具有一繞曲結(jié)構(gòu)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維，其特征在于，該聚酯纖維每100克具有該些納米碳管的含量為0.05克至1克。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維，其特征在于，其耐熱溫度大于70。C。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維，其特征在于，其伸度小于27.9%。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維，其特征在于，其在相同磨耗條件下，比未包括納米碳管的聚酯纖維磨耗量減少35%以上。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維，其特征在于，其強度大于2.07g/d。11.根據(jù)權(quán)利要求l所述的纖維，其特征在于，其長度大于100米。12.—種形成纖維的方法，其特征在于，包括提供一聚酯粒；提供多個納米碳管；對該納米碳管與該聚酯粒進行一混煉；以及對于該混煉后的該納米碳管及該聚酯粒進行一熔融抽絲而獲得一聚酯/納米碳管纖維；該些納米碳管大抵順向排列于該聚酯/納米碳管纖維中。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的形成纖維的方法，其特征在于，該聚酯粒的材質(zhì)包括聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚對苯二甲酸丙二酯、聚芳香酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、或前述的組合。14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的形成纖維的方法，其特征在于，該些納米碳管的直徑為IO納米至40納米。15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的形成纖維的方法，其特征在于，該些納米碳管的長度為1微米至25微米。16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的形成纖維的方法，其特征在于，順向排列于該聚酯/納米碳管纖維中的該些納米碳管具有一繞曲結(jié)構(gòu)。17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的形成纖維的方法，其特征在于，該聚酯粒與該些納米碳管的提供為每提供100克的該聚酯粒，便提供0.05克至1克的該些納米碳管。18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的形成纖維的方法，其特征在于，該聚酯/納米碳管纖維的耐熱溫度大于70°C。19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的形成纖維的方法，其特征在于，該聚酯/納米碳管纖維的伸度小于27.9%。20.根據(jù)權(quán)利要求12.所述的形成纖維的方法，其特征在于，該聚酯/納米碳管纖維在相同磨耗條件下，比未包括納米碳管的聚酯纖維磨耗量減少35%以上。21.根據(jù)權(quán)利要求12所述的形成纖維的方法，其特征在于，該聚酯/納米碳管纖維的強度大于2.07g/d。22.根據(jù)權(quán)利要求12所述的形成纖維的方法，其特征在于，該聚酯/納米碳管纖維的長度大于100米。全文摘要本發(fā)明公開了一種纖維及其形成方法。本發(fā)明的纖維包括聚酯纖維以及多個納米碳管分散于聚酯纖維中，其中納米碳管大抵順向排列于聚酯纖維的延伸方向。本發(fā)明通過導入具有繞曲結(jié)構(gòu)的納米碳管于聚酯纖維中，可顯著地增加聚酯纖維的耐熱性質(zhì)。通過納米碳管的添加還可控制聚酯/納米碳管纖維的強度、耐磨耗度、及伸度以符合各種應用的需求。文檔編號D01F1/10GK101525785SQ20081008168公開日2009年9月9日申請日期2008年3月5日優(yōu)先權(quán)日2008年3月5日發(fā)明者葉淑鈴,吳志郎,康清炬,林志祥,高信敬,黃淑娟申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院