一種具有耐拉伸疲勞性能的聚氨酯纖維的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于聚氨酯纖維的技術(shù)方法，特別涉及一種具有耐拉伸疲勞性能的聚氨酯纖維的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚氨酯纖維(簡(jiǎn)稱(chēng)“氨綸”)因其良好的彈性廣泛地應(yīng)用于高檔服裝、運(yùn)動(dòng)衫、內(nèi)衣、襪子、泳衣等紡織品領(lǐng)域，其中纖度超過(guò)140旦的氨綸產(chǎn)品則主要用于生產(chǎn)內(nèi)衣肩帶、襪口、袖口以及其他松緊帶等。但是在使用含氨織物的過(guò)程中常常會(huì)發(fā)現(xiàn)，這些具有彈性的衣物在長(zhǎng)時(shí)間多次穿著后彈性會(huì)變得越來(lái)越差，原本具有修身效果的衣物變得松弛寬大，特別是領(lǐng)口袖口等部位往往更容易發(fā)生彈性失效。這主要是因?yàn)槠胀ò本]的耐拉伸疲勞性能差導(dǎo)致的。
[0003]普通氨綸的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由“軟段”與“硬段”兩部分組成。以“硬段”充當(dāng)聚合物分子鏈的物理交聯(lián)點(diǎn)，進(jìn)而限制“軟段”的自由活動(dòng)能力?！坝捕巍北壤?或者說(shuō)物理交聯(lián)程度)、構(gòu)成“硬段”的分子極性、分子間相互作用力大小等因素決定著氨綸彈性強(qiáng)弱以及氨綸內(nèi)部交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系抵抗外力破壞能力的大小。普通氨綸分子間相互作用力主要是依靠大量的氫鍵化作用。聚合物分子鏈段在受到外力反復(fù)拉伸過(guò)程中，鏈段間的氫鍵作用極易被破壞，引起分子鏈滑移、斷裂，最終導(dǎo)致內(nèi)部交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)解體，纖維外部直觀(guān)表現(xiàn)為彈性失效。因此，為使氨綸具有優(yōu)異的耐拉伸疲勞性能可添加補(bǔ)強(qiáng)劑以構(gòu)建更為牢固的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系以抵抗外力反復(fù)拉伸破壞。
[0004]螺旋型的納米管是一種極其特殊的納米材料。它是由一根或多根中空的納米管卷曲排列而成，通常呈發(fā)辮形、似DNA形以及曲繞形等多種結(jié)構(gòu)形態(tài)。它不僅具有普通納米材料特有的表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、隧道效應(yīng)等基本特征，而且具有一定的彈性及機(jī)械能存儲(chǔ)性，因此可稱(chēng)之為“納米彈簧”。以螺旋型的碳納米管為例。它與普通的碳納米管在組成構(gòu)造以及性能方面均存在不同。普通的碳納米管是由碳的六元環(huán)構(gòu)成，呈一維線(xiàn)性結(jié)構(gòu)；螺旋型的碳納米管是由碳的六元環(huán)、五元環(huán)、七元環(huán)組成，呈現(xiàn)出類(lèi)似彈簧的結(jié)構(gòu)形態(tài)。螺旋型碳納米管不僅具有普通碳納米管高強(qiáng)度、高導(dǎo)電導(dǎo)熱等性能，而且擁有很高的本征振動(dòng)頻率以及良好的機(jī)械能存儲(chǔ)性，因此可用于制作微型傳感器以及超精密彈簧。自X.B.Zhang等人于1994年發(fā)現(xiàn)螺旋型碳納米管至今，多個(gè)研究小組開(kāi)展了一系列關(guān)于螺旋型納米管制備及生長(zhǎng)機(jī)理的研究工作，但因受限于形貌的精確控制，螺旋型納米管制備難度遠(yuǎn)高于普通納米管，其產(chǎn)量也不遠(yuǎn)及普通納米管。
[0005]將普通納米管(包括碳納米管、硅納米管、二氧化硅納米管等)添加至纖維中制備具有高強(qiáng)度、導(dǎo)電、耐熱等特殊功能性的復(fù)合纖維在近些年均有報(bào)道，如專(zhuān)利CN200610023797.2、CN 200710172249、CN 200810011038.3、CN 201010128403.6。但至今為止，沒(méi)有任何專(zhuān)利報(bào)道將螺旋型的納米管添加至纖維中以提高纖維的耐拉伸疲勞性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]技術(shù)問(wèn)題:本發(fā)明的目的在于提供一種具有耐拉伸疲勞性能的聚氨酯纖維的制備方法。發(fā)明首次將螺旋型的納米管添加至在聚氨酯纖維。采用溶液混合的方法使螺旋型納米管均勻地分散在聚氨酯基體中。利用螺旋型納米管的“彈簧效應(yīng)”，構(gòu)建更為穩(wěn)固的彈性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系，使聚氨酯纖維在彈性模量、彈性回復(fù)速度以及耐拉伸疲勞性能得到明顯提升。
[0007]技術(shù)方案:本發(fā)明制備的具有耐拉伸疲勞聚氨酯纖維的技術(shù)方案是先使用高分子表面活性劑及超聲振蕩對(duì)螺旋型納米管的進(jìn)行表面改性與分散處理，制成均勻穩(wěn)定的螺旋型納米管分散液；再將分散液及其他助劑與聚氨酯溶液進(jìn)行混合均勻，最后經(jīng)高溫甬道蒸發(fā)溶劑形成聚氨酯纖維。
[0008]本發(fā)明技術(shù)方案具體包括以下幾個(gè)步驟:
[0009]1)將螺旋型納米管置于有機(jī)溶劑中，加入高分子表面活性劑，并使用高功率超聲振蕩儀進(jìn)行分散處理，制成均勻穩(wěn)定的螺旋型納米管分散液；
[0010]2)將聚四亞甲基醚二醇、二異氰酸酯溶于有機(jī)溶劑中進(jìn)行預(yù)聚合反應(yīng)，得到預(yù)聚物；將所述預(yù)聚物溶解、稀釋、冷卻，再依次加入擴(kuò)鏈反應(yīng)劑、鏈增長(zhǎng)控制劑；待反應(yīng)完成后，加入螺旋型納米管分散液、抗氧化劑、光穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑，攪拌均勻后得到聚氨酯紡絲溶液；
[0011]3)將步驟2)得到的聚氨酯紡絲溶液通過(guò)輸送栗擠壓至紡絲槽，由計(jì)量栗精確計(jì)量后，從噴絲板小孔噴出細(xì)流，經(jīng)高溫甬道蒸發(fā)溶劑凝固成絲條，再經(jīng)羅拉牽伸，上油，卷繞成纖維。
[0012]其中:
[0013]所用的螺旋型納米管是螺旋型的硅納米管、螺旋型的碳納米管、螺旋型的二氧化硅納米管或螺旋型的二氧化鈦納米管；螺旋型納米管直徑為5?10納米，螺徑為50?200納米，螺距10?50納米。
[0014]所用的螺旋型納米管用量為聚氨酯纖維質(zhì)量的0.01?20%。
[0015]所用的高分子表面活性劑為聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯亞胺、聚馬來(lái)酰亞胺、季胺化聚丙烯亞胺、聚二甲胺環(huán)氧氯丙烷或磺化聚苯乙烯中的一種或多種組合；高分子表面活性劑與螺旋型納米管的質(zhì)量比例為1/10?1/100。
[0016]所用的超聲振蕩儀的超聲振蕩功率為500?1000瓦，時(shí)間為1?10小時(shí)。
[0017]所用的螺旋型納米管分散液的質(zhì)量濃度為5?20%。
[0018]所用的擴(kuò)鏈反應(yīng)劑為乙二醇、1，4_ 丁二醇、丙三醇、乙二胺、1，2-丙二胺、1，5-戊二胺或二乙烯三胺的一種或多種組合；鏈增長(zhǎng)控制劑為甲醇、正丁醇、正戊醇、正己醇、3-甲基-1-丁醇、N-乙基甲基胺、二乙胺、二甲胺或正丁胺中的一種或多種組合。
[0019]所用的螺旋型納米管分散液與聚氨酯溶液的混合攪拌時(shí)間為24?48小時(shí)。
[0020]有益效果:本發(fā)明通過(guò)對(duì)螺旋型納米管進(jìn)行表面改性及超聲振蕩處理，使其能均勻地分散在聚氨酯纖維中，相當(dāng)于在基體內(nèi)部填充大量的“納米彈簧”。聚氨酯分子鏈纏繞附著于納米管上，形成更為穩(wěn)固的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)體系。因此，在對(duì)聚氨酯纖維進(jìn)行拉伸時(shí)，需要更高的應(yīng)力同時(shí)使聚合物分子鏈與螺旋型納米管發(fā)生形變；而當(dāng)外力撤去時(shí)，螺旋型納米管的伸縮回復(fù)性則會(huì)加快聚合物分子鏈回復(fù)至初始形態(tài)；螺旋型納米管穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)使其能在高溫高壓以及多次強(qiáng)外力作下仍能保持良好的結(jié)構(gòu)形態(tài)，這使得聚氨酯纖維的耐拉伸疲勞性得到明顯改善。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為添加螺旋型納米管的聚氨酯纖維的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明的技術(shù)工藝具體包括以下幾個(gè)步驟:
[0023]1.將螺旋型納米管將置于二甲基乙酰胺(DMAC)中，加入高分子表面活性劑，并使用高功率超聲振蕩儀進(jìn)行分散處理，制成均勻穩(wěn)定的螺旋型納米管分散液；
[0024]2.將聚四亞甲基醚二醇(PTMG)、二異氰酸酯溶解于DMAC中，進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的預(yù)聚合反應(yīng)，得到異氰酸酯基(-NC0)封端的預(yù)聚合產(chǎn)物；
[0025]3.將步驟2得到的產(chǎn)物進(jìn)行溶解、稀釋?zhuān)鋮s至1-20攝氏度，再依次加入擴(kuò)鏈反應(yīng)劑、鏈增長(zhǎng)控制劑。待反應(yīng)完成后，加入螺旋型納米管分散液、抗氧化劑、光穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑，長(zhǎng)時(shí)間攪拌均勻后得到聚氨酯紡絲溶液；
[0026]4.將步驟3得到的聚氨酯溶液通過(guò)輸送栗擠壓至紡絲槽，由計(jì)量栗精確計(jì)量后，從噴絲板小孔噴出細(xì)流，經(jīng)200-260攝氏度高溫甬道蒸發(fā)溶劑，凝固成絲條，再經(jīng)高速羅拉牽伸，上油，卷繞成纖維。
[0027]本發(fā)明所用的螺旋型納米管可選用螺旋型的硅納米管、螺旋型的碳納米管、螺旋型的二氧化硅納米管以及螺旋型的二氧化鈦納米管；螺旋型納米管直徑為5?