变化截面大直径皮芯结构复合单丝、制造方法及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种变化截面大直径皮芯结构复合单丝，复合单丝的芯为经预牵伸的聚酯(PET)树脂单丝，芯的外部均匀包覆热塑性树脂材料皮层，单丝的截面积沿长度方向呈周期性变化。变化截面皮芯结构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极高的拉伸强度，为单丝提供基本力学性能，其它热塑性树脂包覆层赋予复合丝所需要的耐化学腐蚀性能、抗水解性能或其他该树脂特有的性能，同时单丝长度方向截面积连续周期性变化，使每根单丝的表面积大大增加，规则的凹凸表面为流体提供额外通道。本发明同时公开了单丝制造方法及其应用。
【专利说明】变化截面大直径皮芯结构复合单丝、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，尤其涉及到一种变化截面大直径皮芯结构复合单丝、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]热塑性树脂如聚酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、改性聚酯(PET)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、可熔性聚四氟乙烯(PFA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、全氟乙烯丙烯共聚物(FEP)、乙烯四氟乙烯共聚物(ETFE)及其改性树脂等各具有优异的物理、力学和化学性能，可通过熔融挤出、牵伸、定型后制成具有不同线径的圆形截面或四边形截面连续单丝，织造成各种不同设计的过滤媒介，广泛应用于固液分离、过滤和工艺传输等工艺流程中。
[0004]用普通圆形截面或四边形截面连续单丝按纤维的通常定义可视为二维结构，即单丝的二维横截面决定了单丝的结构，长度方向为相同截面的(无限)延伸；织成的网带或过滤媒介，可通过织物设计制成各种不同的织物结构和网孔分布，在经过织造及定型、轧光等工艺进行控制，以其达到织物具备适应不同工况环境的颗粒截留、透气、透水和再生性能。其中的单丝作为织物结构的组成成分，交织构成了网带的孔隙结构因而使网带具有特定的强度、阻截、透气、透水等性能，但单丝本身也是产生流体阻力的原因。在保持网带其他性能的同时(包括特定的单丝直径)如果能降低单丝本身的流体阻力，增加流量，对固液分离、过滤具有重要的意义。目前的网带使用二维圆形或四边形截面连续单丝，主要通过使用不同线径的单丝的组合来提高上述功能。传统单丝生产工艺生产的单组份或双组份二维结构单丝是经过融融挤出牵伸工艺生产，工艺本身的限制不可能将单丝制成长度方向的周期性变化截面结构。
【发明内容】
[0005]为解决上述技术问题，本发明提供一种变化截面皮芯结构复合单丝、其制造方法及其应用，复合单丝的皮层经模压形成至少某一长度方向剖面具有波浪形外廓，从而形成变化截面皮芯结构，大大增加了单丝的表面面积，比传统二维截面单丝产品大大增加了流体通道，其他条件相同的情况下大幅度增加产品的透气、透水性能。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:
一种变化截面大直径皮芯结构复合单丝，其特征在于，复合单丝的芯为经预牵伸的聚酯(PET)树脂单丝，芯的外部均匀包覆热塑性树脂材料皮层，单丝的截面积沿长度方向呈周期性变化。
[0007]其中，所述周期性变化具体为:沿单丝长度方向，至少有一个剖面外廓呈连续规则变化的波浪形。
[0008]其中，沿单丝长度方向的剖面的表面波形的波高在皮层厚度的5-90%之间变化。
[0009]其中，复合单丝的芯径向剖面为圆、椭圆、或四边形中任一种，单丝的外径在
0.1-3.0mm 之间。
[0010]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。
[0011]其中，皮层的热塑性树脂为纯树脂或改性树脂。
[0012]其中，所述纯树脂包括聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、改性聚酯(PET)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、可熔性聚四氟乙烯(PFA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、全氟乙烯丙烯共聚物(FEP )、乙烯四氟乙烯共聚物(ETFE )。
[0013]其中，所述改性树脂为聚丙烯(PP )、聚酰胺(PA )、改性聚酯(PET )、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、可熔性聚四氟乙烯(PFA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、全氟乙烯丙烯共聚物(FEP )、乙烯四氟乙烯共聚物(ETFE )纯树脂中任一种改性后的树脂。
[0014]其中，所述改性树脂为纯树脂通过添加入以下材料改性制得:
碳纤维或玻璃纤维；
聚四氟乙烯超细粉、钛白粉、碳黑粉、碳酸钙粉、纳米硫酸钡粉。
[0015]本发明同时公开一种制造上述变化截面皮芯结构复合单丝的方法，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)热塑性树脂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)包覆后在皮层尚未完全固化前，通过单丝表面压模组件，将表面皮层环向方向连续压出规则的凹槽，使得沿单丝径向的截面积周期性变化；
(4)经过冷却水槽后再经过热水槽或热风箱对包覆后的复合丝进行1-3倍的再牵伸后经热烘箱定型卷取，得成品复合单丝。
[0016]其中，步骤(2)中所述热塑性树脂包括纯树脂及改性树脂。
[0017]本发明同时公开上述变化截面皮芯结构复合单丝制成的织物在固液分离装置、过滤装置和工艺传输装置中的应用。
[0018]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
变化截面皮芯结构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，为单丝提供基本力学性能，其它热塑性树脂包覆层赋予复合丝所需要的耐化学腐蚀性能、抗水解性能或其他该树脂特有的性能，同时皮层在长度方向具有规则变化的截面，使每根单丝的表面积大大增加，规则的凹凸表面为流体提供额外通道。复合单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；皮芯结构复合丝替代聚酯(PET)材料制成的产品，以较低的成本在保持力学性能的同时和大大提高产品的耐化学腐蚀和耐水解性能或其他PET所不具备的性能；变化截面皮芯结构复合单丝产品比传统二维截面单丝产品大大增加了流体通道，其他条件相同的情况下大幅度增加产品的透气、透水性能；进一步的，变化截面皮芯结构复合单丝的横向导流通道同流体流动方向一致，特别是替代全部或部分普通单丝作为纬线，不但可以大大降低流体阻力，还使得织物保持自清洁和更好的可再生性能，大幅度延缓产品使用中被堵塞的周期，从而大大增加产品的工作效率和使用寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1A是本发明变化截面皮芯结构复合单丝第一实施例结构示意图；
图1B是图1中A-A剖面结构示意图；
图1C是图1A中第一实施例的截面变化示意图；
图2A是本发明变化截面皮芯结构复合单丝第二实施例结构示意图；
图2B是图2A中B-B剖面结构示意图；
图2C是图2A中第二实施例截面变化示意图；
图3A是本发明变化截面皮芯结构复合单丝第三实施例结构示意图；
图3B是3A中C-C剖面结构示意图；
图3C是图3A中第三实施例截面变化示意图。
[0020]主要附图标记说明
A预牵伸聚酯(PET)单丝芯层 B热塑性树脂材料皮层 C增加的流体流道。
【具体实施方式】
[0021]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。
[0022]变化截面大直径皮芯结构复合单丝，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。芯的外部均匀包覆热塑性树脂材料皮层，单丝的径向截面积呈周期性变化。
[0023]聚酯(PET)树脂单丝的高拉伸强度使复合单丝具有较高的拉伸强度，为单丝提供基本力学性能，外部的热塑性树脂包覆层赋予复合丝所需要的耐化学腐蚀性能、抗水解性能或其他该树脂特有的性能，同时皮层在长度方向具有规则变化的截面，使每根单丝的表面积大大增加，规则的凹凸表面为流体提供额外通道。变化截面皮芯结构复合单丝产品比传统二维截面单丝产品大大增加了流体通道，其他条件相同的情况下大幅度增加产品的透气、透水性能。
[0024]参考图1A?图3B，为复合单丝的径向截面积规则变化的几种方式，包括:沿单丝的至少某个长度方向，其剖面为连续规则变化的波浪形，或者是锯齿状，或者是波浪形与锯齿交替出现，这里变化的截面积是为了增加单丝表面积，从而为流体提供额外通道，具体的截面形状只是举例，并不仅限于此。
[0025]沿单丝长度方向的剖面，其最高点或最低点高度在皮层厚度的5-90%之间变化，可以大大降低流体阻力，还使得该单丝制得的织物保持自清洁和更好的可再生性能，大幅度延缓产品使用中被堵塞的周期，从而大大增加产品的工作效率和使用寿命。
[0026]热塑性树脂材料皮层紧密均匀地包覆在芯丝外部，按需要确定是否牵伸及牵伸量。一般的，复合单丝的聚酯(PET)芯丝牵伸比可以在2-6倍范围内任意设定。芯丝的剖面为圆、椭圆、或四边形中任一种。单丝的直径优选在0.1-3.0mm。
[0027]在本实施例中，单丝的皮层为热塑性树脂，包括纯树脂或改性树脂，纯树脂可以是聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、改性聚酯(PET)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、可熔性聚四氟乙烯(PFA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、全氟乙烯丙烯共聚物(FEP)、乙烯四氟乙烯共聚物(ETFE)等，不限于此；改性树脂可以是上述纯树脂经添加增强材料或添加剂进行改性后的树脂，纯树脂或改性树脂均匀地包覆在上述具有不同截面的芯外层。
[0028]这里，对纯树脂改性所使用的添加剂包括但不限于:
碳纤维或玻璃纤维；
聚四氟乙烯超细粉、钛白粉、碳黑、碳酸钙、纳米硫酸钡。
[0029]本发明同时公开一种制造上述复合单丝的方法，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)热塑性树脂(包括纯树脂和改性树脂)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)包覆后在皮层尚未完全固化前，通过单丝表面压模组件，将表面皮层环向方向连续压出规则的凹槽，使得沿单丝长度方向的截面积周期性变化；
(4)经过冷却水槽，并再经过热水槽或热风箱对包覆后的复合丝进行1-3倍的再牵伸，后经热烘箱定型卷取，得成品变化截面皮芯结构复合单丝，这里I倍是指不进行牵伸，3倍指牵伸后的长度为未牵伸时长度的3倍。
[0030]在上述步骤(I)中，选用规格为0.30mm、牵伸比为2_6倍的经过预牵伸的连续聚酯(PET)单丝作为芯，已衡张力放卷以特定速度通过特定规格的、装在特制螺杆挤出机的包覆模具组件。
[0031]作为一种具体的实施方式，热塑性树脂(包括纯树脂或改性树脂)切片通过螺杆挤出机，螺杆挤出机各区及模具组件温度按该热塑性树脂的特性控制在240-330°C、熔融的热塑性树脂通过模头挤出通过均匀包覆在恒速运行的芯丝外形成0.2mm厚度的皮层，再通过一组模压组件将皮层压出0.05mm深度的凹槽，单丝表面长度方向形成波高约为0.05mm波形表面结构，经热水降温后，通过95°C热水箱经过按聚酯预牵伸倍数设定的牵伸倍数牵伸，再进过热烘箱牵伸至所需要的聚酯(PET)芯丝的总牵伸倍数(5.0-5.8倍)，通过定型烘箱定型后冷却、卷取。
[0032]芯丝的放卷速度、螺杆挤出机计量泵压力和模头规格及特定的拉伸倍数组合组成特定的工艺参数，得到纤度为0.30-0.70mm或更粗的以热塑性树脂为皮层，聚酯(PET)为芯层的、长度方向具有波形表面的变化截面积皮芯结构复合单丝。
[0033]本发明工艺制造的变化截面皮芯结构复合单丝具有优异的力学性能和稳定性，在高度保持和利用了聚酯(PET)的低成本、高强度和尺寸稳定性的优势的基础上，工艺充分利用其它热塑性树脂的其他性能优势，并通过在长度方向使单丝表面具有波形结构，从而大大增加单丝的表面积及普通二维单丝没有的横向微孔流道，得到的产品具有目前拉丝工艺生产的聚酯(PET)单丝或目前皮芯结构丝无法实现的综合性能；
本发明同时公开上述变化截面皮芯结构复合单丝制成的织物在固液分离、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等织物，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；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。使用本发明工艺生产的复合单丝织造制的技术织物用于运行环境较苛刻的工业过滤等固液分离工艺和工艺传输设备中，将提高生产效率、降低维护成本和生产成本，延长产品使用寿命，减轻劳动强度，具有广泛的应用前景。
[0034]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】
1.一种变化截面大直径皮芯结构复合单丝，其特征在于，复合单丝的芯为经预牵伸的聚酯(PET)树脂单丝，芯的外部均匀包覆热塑性树脂材料皮层，单丝的截面积沿长度方向呈周期性变化。
2.根据权利要求1所述的变化截面大直径皮芯结构复合单丝，其特征在于，所述周期性变化具体为:沿单丝长度方向，至少有一个剖面外廓呈连续规则变化的波浪形。
3.根据权利要求1或2所述的变化截面大直径皮芯结构复合单丝，其特征在于，沿单丝长度方向的剖面的表面波形的波高在皮层厚度的5-90%之间变化。
4.根据权利要求1或2所制成的变化截面皮芯结构复合单丝，其特征在于，复合单丝的芯径向剖面为圆、椭圆、或四边形中任一种，单丝的外径在0.1-3.0mm之间。
5.根据权利要求1或2所制成的变化截面皮芯结构复合单丝，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。
6.根据权利要求1所述的变化截面皮芯结构复合单丝，其特征在于，皮层的热塑性树脂为纯树脂或改性树脂。
7.根据权利要求6所述的变化截面皮芯结构复合单丝，其特征在于，所述纯树脂包括聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、改性聚酯(PET)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、可熔性聚四氟乙烯(PFA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、全氟乙烯丙烯共聚物(FEP)、乙烯四氟乙烯共聚物(ETFE);改性树脂是指上述纯树脂添加1-20%的PTFE、玻璃纤维得到的改性树脂。
8.—种制造如权利要求1任一项所述变化截面皮芯结构复合单丝的方法，其特征在于，主要包括以下步骤:(I)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)热塑性树脂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)包覆后在皮层尚未完全固化前，通过单丝表面压模组件，将表面皮层环向方向连续压出规则的凹槽，使得沿单丝径向的截面积周期性变化；(4)经过冷却水槽后再经过热水槽或热风箱对包覆后的复合丝进行1-3倍的再牵伸后经热烘箱定型卷取，得成品复合单丝。
9.根据权利要求8所述的变化截面大直径皮芯结构复合单丝的制造方法，其特征在于，步骤(2)中所述热塑性树脂包括纯树脂及改性树脂。
10.权利要求f7中任一项所述的变化截面皮芯结构复合单丝制成的织物在固液分离、过滤和工艺传输装置中的应用。
【文档编号】D01F8/10GK104178829SQ201410367298
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年7月30日 优先权日:2014年7月30日
【发明者】兰志坚, 候王辉, 关太平 申请人:厦门怡龙谷新材料科技有限公司