新型皮芯结构大直径复合单丝、制造方法及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种新型皮芯结构大直径复合单丝，该复合单丝的芯部分为经预牵伸的聚酯(PET)树脂单丝,芯的外部均匀包覆聚四氟乙烯（PTFE）改性聚酰胺(PA)材料。本发明充分利用聚酯（PET）和聚四氟乙烯（PTFE）改性聚酰胺(PA)各自的优点，避开其各自的缺点，充分实现了各组分材料的性能互补,制成一种具有高拉伸强度和稳定性、耐磨和耐疲劳的、具有自洁性能的高性能复合单丝。本发明同时公开该复合单丝的制造方法及应用。
【专利说明】新型皮芯结构大直径复合单丝、制造方法及其应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种新型复合材料，尤其涉及到一种新型皮芯结构大直径复合单丝、制造方法及其应用。
【背景技术】
[0002]新材料和复合材料及其在产业和人民生活的应用一直是我国科技发展规划的关键领域之一，国家对高性能纤维及复合材料的研发和产业化作为关键【技术领域】重点支持。相关新材料和复合材料对促进能源、交通、工业、民生等领域产品的升级换代和节能减排具
有重要意义。
[0003]聚酯(PET)由多元醇和多元酸缩聚而得的聚合物总称，是一类性能优异、用途广泛的工程塑料，在较宽的温度范围内具有优良的物理机械性能，长期使用温度可达120°C，抗蠕变性，耐疲劳性，耐摩擦性、尺寸稳定性都较好。聚酯(PET)是目前生产量最大的高分子聚合物，广泛应用于国民经济各个领域。
[0004]聚酰胺(PA)俗称尼龙，是分子主链上含有重复酰胺基团一 [NHC0]—的热塑性树脂总称。PA 的品种繁多，有 PA6、PA66、PA11、PA12、PA46、PA610、PA612、PA1010 等，是最重要的工程塑料之一。聚酰胺(PA)具有良好的综合性能，包括力学性能、耐热性、极高的耐磨损性、耐化学药品性和自润滑性，且摩擦系数低，有一定的阻燃性；缺点是易吸水，尺寸稳
定性差。
[0005]目前的双组份皮芯结构丝是通过两种不同组分的热塑性树脂同时熔融，经过特定的流道和喷丝板直接复合成皮芯结构、挤出、再经过牵伸和定型制成。这种皮芯结构丝已经在很多民用产品广泛应用，但该工艺制成的产业用单丝特别是大直径(0.1mm以上)单丝无法达到理想的物理和力学性能。究其原因，是因为不同的树脂熔融温度、结晶性和兼容性等特性差异很大，不同组分复合挤出后，普通拉丝生产工艺无法通过完全相同的牵伸工艺实现不同组分树脂材料的预期的物理、力学指标；兼容性较差的材料，在拉伸后亦容易产生皮芯分离的情况。这种工艺生产的产业用皮芯结构复合单丝，因无法从工艺方面适应不同组分材料特定需要，难以达到利用不同树脂特性扬长避短的目的。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种预牵伸聚酯(PET)单丝和聚四氟乙烯(PTFE)改性聚酰胺(PA)复合材料，充分利用聚酯(PET)和聚四氟乙烯(PTFE)改性聚酰胺(PA)各自的优点，避开其各自的缺点，充分实现了各组分材料的性能互补，制成一种具有高拉伸强度、低伸长，尺寸稳定、耐磨、耐疲劳和有自洁性能的高性能复合单丝。
[0007]为实现上述目的，本发明采用的新的技术方案是:
一种新型皮芯结构大直径复合单丝，其特征在于:复合单丝的芯部分为经预牵伸的聚酯(PET)树脂单丝，芯的外部均匀包覆聚四氟乙烯(PTFE)改性聚酰胺(PA)材料。
[0008]其中，复合单丝的芯的剖面形状为圆形、椭圆形、或四边形。[0009]其中，复合单丝的芯为经过预牵伸的聚酯(PET)树脂单丝，牵伸比为2-6倍。
[0010]其中，复合单丝的皮为经过聚四氟乙烯(PTFE)超细粉改性的聚酰胺(PA)树脂，聚四氟乙烯(PTFE)超细粉粒径分布为0.0-8.0微米，重量百分比为改性树脂重量的0-30%。
[0011]其中，复合单丝的聚酯(PET)树脂芯的截面积与单丝的聚四氟乙烯(PTFE)改性聚酰胺(PA)皮的截面积比是10-100%之间的任何固定比例。
[0012]其中，复合单丝的聚酰胺(PA)树脂包括ΡΑ6、ΡΑ66、PAlU ΡΑ12、ΡΑ46、ΡΑ610、ΡΑ612、ΡΑ1010或其改性树脂。
[0013]其中，聚酰胺(PA)是指纯聚酰胺(PA)树脂或改性聚酰胺(PA)树脂。
[0014]其中，聚酰胺(PA)为改性的聚酰胺(PA)树脂，该改性树脂由纯聚酰胺(PA)树脂添加重量百分比为0-ιο%的碳纤维或玻璃纤维作为增强材料进行改性制得。
[0015]其中，聚酰胺(PA)为改性的聚酰胺(PA)树脂，该改性树脂由纯聚酰胺(PA)树脂添加重量百分比为0-ιο%的钛白粉，或碳黑或，碳酸钙或纳米硫酸钡中至少一种作为填充材料进行改性制得。
[0016]其中，单丝的直径在0.1-3.0mm之间。
[0017]为解决上述问题，本发明同时公开一种制造上述复合单丝的方法，其特征在于，主要包括以下步骤:
(1)将经过预牵伸的、牵伸比为2-6倍的聚酯(PET)树脂单丝作为芯，经衡张力放卷通过装在螺杆挤出机的模头；
(2)聚四氟乙烯(PTFE)改性聚酰胺(PA)切片通过螺杆挤出机熔融挤出，均匀分布在恒速运行的芯丝外，包覆形成皮层；
(3)经过热水槽或热风箱对包覆后的复合丝进行0-3倍的再牵伸后经热烘箱定型卷取，得成品复合单丝。
[0018]本发明同时公开上述复合单丝在固液分离、过滤和工艺传输装置中的应用。
[0019]本发明亦同时公开复合单丝在织物中的应用。
[0020]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
复合丝充分利用了各组分材料的优点，即聚酯(PET)的高拉伸强度使复合丝具有较高的拉伸强度和在高张力运行工况下的尺寸稳定性，聚四氟乙烯(PTFE)改性聚酰胺(PA)包覆层赋予复合丝优异的耐摩擦、耐疲劳和耐碱腐蚀的性能。复合丝保持两个组分都具有的优异性能；同时避开了各组分的缺点。本发明复合丝替代聚酰胺(PA)材料制成的产品，大大提高了产品的尺寸稳定性和自润滑性能，降低了产品成本；替代聚酯(PET)材料制成的产品，在保持聚酯(PET)产品的尺寸稳定性的基础上，大大提高产品的耐磨性能和耐碱腐蚀性能。产品同时具有优异的自润滑和自洁性能。本发明的复合丝具有优异的力学性能和尺寸稳定性，可通过织造制成具有优异性能的技术织物用于运行环境较苛刻的工业传输、工业过滤等行业，具有广泛的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本发明复合单丝的结构示意图。
[0022]图中A是聚酯(PET)单丝芯层，B是聚四氟乙烯(PTFE)改性聚酰胺(PA)皮层。【具体实施方式】
[0023]为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
[0024]如图1所示，新型皮芯结构大直径复合单丝，复合单丝的芯部分为经预牵伸的聚酯(PET)树脂单丝，芯的外部均匀包覆聚四氟乙烯(PTFE)改性聚酰胺(PA)材料。这里，芯丝是经过预牵伸的，牵伸比为2-6倍，复合后经过再牵伸具有预期的力学性能，复合后的皮层不牵伸或经较小牵伸，具有各向同性的力学性能；单丝的聚酯(PET)树脂芯的截面与单丝的聚四氟乙烯(PTFE)改性聚酰胺(PA)皮的面积比可按10 - 100%之间的任何固定比例调节，如50%/50%或60%/40%等，制成不同力学性能的复合结构，皮层紧密均匀地包覆在芯丝外部；复合单丝的皮为经过聚四氟乙烯(PTFE)超细粉改性的聚酰胺(PA)树脂，聚四氟乙烯(PTFE)超细粉粒径分布为0.0-8.0微米，重量百分比为改性树脂重量的0-30%。当聚四氟乙烯(PTFE)添加量为零时，本发明的复合单丝即为皮为聚酰胺(PA)树脂、芯为经预牵伸的聚酯(PET)树脂单丝的复合单丝。
[0025]这里，复合丝的各组分材料比例及聚酯(PET)芯丝的牵伸比可按应用的需要调节，皮层紧密均匀地包覆在经过预牵伸的芯丝外部，芯丝的截面形状可以是圆形或椭圆形。
[0026]经添加超细聚四氟乙烯(PTFE)粉进行改性后的聚酰胺(PA)拉伸强度、耐磨性能、耐高温性能、自洁性能和尺寸稳定性都大大提高。
[0027]本发明的复合丝充分利用了各组分材料的优点，即聚酯(PET)的高拉伸强度使复合丝具有较高的拉伸强度和尺寸稳定性，聚四氟乙烯(PTFE)改性聚酰胺(PA)包覆层赋予复合丝优异的耐碱腐蚀性能和耐磨性能及自洁性能，同时复合丝保持两个组分都具有的优异性能；同时避开了各组分的缺点。
[0028]在上述实施例中，复合单丝的直径优选在0.1-3.0mm之间。
[0029]作为一种优选实施方式，聚酰胺(PA)为纯聚酰胺(PA)树脂。
[0030]作为另一优选的实施方式，聚酰胺(PA)为改性的聚酰胺(PA)树脂，该改性树脂由纯聚酰胺(PA)树脂添加重量百分比为0-10%的碳纤维或玻璃纤维作为增强材料进行改性制得。
[0031]作为另一优选实施方式，聚酰胺(PA)为改性的聚酰胺(PA)树脂，该改性树脂由纯聚酰胺(PA)树脂添加重量百分比为0-10%的钛白粉，或碳黑或，碳酸钙或纳米硫酸钡中至少一种作为填充材料进行改性制得。
[0032]制造上述复合单丝的方法，主要包括以下步骤:采用包覆复合纺丝法，经融体，挤出包覆，不牵伸或牵伸及定型处理，得复合单丝，具体步骤如下:
(1)将经过预牵伸的，牵伸比为2-6倍的聚酯树脂PET单丝作为芯，经衡张力放卷通过装在螺杆挤出机的模头；
(2)聚四氟乙烯(PTFE)改性聚酰胺(PA)切片通过螺杆挤出机熔融挤出，均匀分布在恒速运行的芯丝外，包覆形成皮层；
(3)包覆后的复合单丝通过热水槽经过0-3倍牵伸后经热烘箱定型卷取，得成品复合单丝。
[0033]作为一优选的实施例，在上述制造方法中选用外径为0.70mm的经过预牵伸、牵伸比为3倍的连续聚酯(PET)单丝作为芯，经衡张力放卷通过装在螺杆挤出机的模头。
[0034]聚四氟乙烯(PTFE)改性聚酰胺-6 (PA6)切片通过长径比为25:1的螺杆挤出机熔融挤出。螺杆挤出机温度控制在:1区250°C，2区260°C，3区265°C，4区270°C，5区270°C，模头270°C，熔融的聚四氟乙烯(PTFE)改性聚酰胺-6(PA6)通过模头挤出，均匀分布在衡速运行的芯丝外，包覆在芯上形成0.19mm厚的皮层，S卩外径为1.07mm的复合单丝，再经过95°C热水槽牵伸1.8倍，使芯线总牵伸比达到5.4倍，经过150°C的热烘箱定型后卷取，得到
0.80mm外径的、皮芯截面积比例为58%/42%的皮芯结构成品复合单丝。
[0035]连续聚酯(PET)单丝作为芯丝已经过适当倍比的牵伸(此例为3倍)，放卷速度根据螺杆容量可设定为150-500米/分钟、螺杆挤出机计量泵压力按放卷速度调整取得需要的包覆厚度(此例为0.19mm),包覆后的复合丝经过冷却水箱冷却后,经过牵伸棍及热水槽进行再次牵伸(此例为1.8倍)，使得芯线达到预期的总牵伸倍数(此例为5.4倍)，再经过温度为130-160°C )的烘箱定型，卷取，得到目标线径的(此例为0.80mm)皮芯比例为按目标组合(此例为58%/42%的)、以聚四氟乙烯(PTFE)改性的聚酰胺-6 (PA6)为皮，聚酯(PET)为芯层的复合丝；通过改变螺杆挤出量或放卷速度及模头，可以得到其他皮芯比例(0-100%之间任意比例)及外径(如0.50-1.5mm)的皮芯复合单丝；复合丝的定力伸长率、断裂伸长率及干热收缩率可通过调整芯丝的牵伸比和定型工艺按需要进行调整。
[0036]本发明同时公开上述复合单丝在固液分离、过滤和工艺传输装置中的应用。本发明的复合单丝可经织造制成网和过滤媒介，用在水平真空过滤机、盘式过滤机、带式压滤机、转鼓真空过滤机、压滤机、叶滤机等固液分离和固液分离、过滤和工艺传输装置中作为过滤媒介，也可以用于需要耐磨、自清洁性能的传输及成型工艺包括石膏板、中密度纤维板、高密度纤维板等生产设备中。
[0037]本发明亦同时公开复合单丝在织物中的应用。本发明的复合丝产品可以单独或同其他单丝、复丝、短纤或其组合作为经线和/或纬线织造成各种纹路结构的织物；可以制成螺旋网用于作为造纸用网及过滤媒介；也可以经织造作为无纺布的基布。
[0038]本发明复合丝替代聚酯(PET)材料制成的产品，以较低的成本在保持力学性能的同时，大大提高产品的耐碱腐蚀性能和耐磨性能；代替聚酰胺(PA)材料制成的产品，在保持优异耐碱腐蚀性能和耐磨性能的同时，大大提高了产品的力学性能和尺寸稳定性，可耐更高的温度；代替聚酯(PET)和聚酰胺(PA)单丝制成的产品还提高了产品的耐冲击性能和耐褶皱性能，并具有普通单丝产品无法比拟的自润滑性能和自洁性能。
[0039]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种新型皮芯结构大直径复合单丝，其特征在于:复合单丝的芯部分为经预牵伸的聚酯(PET)树脂，芯的外部均匀包覆聚四氟乙烯(PTFE)改性的聚酰胺(PA)树脂材料。
2.根据权利要求1所述的复合单丝，其特征在于，复合单丝的芯的剖面形状为圆形、椭圆形、或四边形。
3.根据权利要求1所述的复合单丝，其特征在于，复合单丝的芯为经过预牵伸的聚酯(PET)树脂单丝，牵伸比为2-6倍。
4.根据权利要求1所述的复合单丝，其特征在于，复合单丝的皮为经过聚四氟乙烯(PTFE)超细粉改性的聚酰胺(PA)树脂，聚四氟乙烯(PTFE)超细粉粒径分布为0.0-8.0微米，重量百分比为改性树脂重量的0-30%。
5.根据权利要求1或2所述的的复合单丝，其特征在于，复合单丝的聚酯(PET)树脂芯的剖面与单丝的聚四氟乙烯(PTFE)改性聚酰胺(PA)皮的剖面面积比是10-100%之间的任何固定比例。
6.根据权利要求1所述的复合单丝，其特征在于，聚酰胺(PA)是指纯聚酰胺(PA)树脂或改性聚酰胺(PA)树脂。
7.根据权利要求1或2所述的的复合单丝，其特征在于，复合单丝的聚酰胺(PA)树脂包括 ΡΑ6、ΡΑ66、PA 11、PA 12、ΡΑ46、ΡΑ610、ΡΑ612、PAl OIO 或其改性树脂。
8.根据权利要求1所述的复合单丝，其特征在于，聚酰胺(PA)为改性的聚酰胺(PA)树月旨，该改性树脂由纯聚酰胺(PA)树脂添加重量百分比为0-10%的碳纤维或玻璃纤维作为增强材料进行改性制得。
9.根据权利要求1所述的复合单丝，其特征在于，聚酰胺(PA)为改性的聚酰胺(PA)树月旨，该改性树脂由纯聚酰胺(PA)树脂添加重量百分比为0-10%的钛白粉，或碳黑或，碳酸钙或纳米硫酸钡中至少一种作为填充材料进行改性制得。
10.根据权利要求1所述的复合单丝，其特征在于，复合单丝的直径在0.1-3.0mm之间。
11.一种制造如权利要求1~10中任一项所述的复合单丝的方法，其特征在于，主要包括以下步骤: (1)将经过预牵伸的 聚酯树脂PET单丝作为芯，经衡张力放卷通过装在螺杆挤出机的模头； (2)聚四氟乙烯(PTFE)改性聚酰胺(PA)切片通过螺杆挤出机熔融挤出，均匀分布在恒速运行的芯丝外，包覆形成皮层； (3)经过热水槽或热风箱对包覆后的复合丝进行0-3倍的再牵伸后经热烘箱定型卷取，得成品复合单丝。
12.权利要求f10所述的大直径复合单丝在固液分离、过滤和工艺传输装置中的应用。
13.权利要求f10所述的大直径复合单丝在织物中的应用。
【文档编号】D01F1/10GK103924323SQ201410175444
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月29日 优先权日:2014年4月29日
【发明者】兰志坚 申请人:厦门怡龙谷新材料科技有限公司