一种共聚酰胺工业丝及其制备方法与流程

文档序号:18010303发布日期:2019-06-25 23:57阅读:222来源:国知局

本发明涉及一种共聚酰胺材料,具体涉及一种共聚酰胺工业丝及其制备方法。



背景技术:

工业丝具有强度高、伸长率低、尺寸稳定性好、耐腐蚀、耐疲劳、耐老化等特点,因此广泛应用于轮胎帘子线、帆布、传输带、安全气囊、降落伞、绳索、安全带、工业滤布、帐篷等领域。目前,工业丝主要以聚酯、聚酰胺6和聚酰胺66为主,然而这些材料的熔点普遍在220-260℃。

公开号为cn105504240a的中国专利公开了一种耐热性聚酯工业丝及其制备方法,该耐热性高强聚酯工业丝由含不饱和双键聚酯固相增粘后纺丝并经紫外光照射得到;上述方法在聚酯中引入不饱和双键,并在聚酯纤维制备完成后有效、安全地控制其交联,交联后纤维的凝胶含量大大增加,从而提高了聚酯纤维的力学性能、耐热性能、耐化学性能及阻燃性能,工业丝的熔融温度达到275℃以上。然而,上述方法需要紫外光照射使其交联,生产工艺相对复杂,增加了生产成本,降低了产量;此外,上述聚酯工业丝的耐磨性和耐化学性能较低,普遍低于聚酰胺工业丝。

因此,特别期待一种耐高温性及热稳定性好、纤维强度高、耐磨性和耐化学性能好的工业丝。



技术实现要素:

本发明提供一种共聚酰胺工业丝及其制备方法,利用该制备方法制备的共聚酰胺工业丝具有耐高温性和热稳定性好、强度高、伸长率和热收缩率低等优势。

本发明提供一种共聚酰胺工业丝,所述共聚酰胺工业丝是由包括单体的原料聚合得到的,所述单体包括1,5-戊二胺、第一二元酸和第二二元酸,所述第一二元酸为对苯二甲酸。

共聚酰胺是两种以上二元酸与一种以上二元胺的共聚物;本领域技术人员公知,共聚酰胺由于多种结构无序夹杂,破坏了分子链的序列结构规整性,阻碍了分子链间的氢键联结,因此物理性质与原来均聚的聚酰胺不同,常表现为结晶度降低,柔软性增加。本发明人经大量研究发现:相对于1,5-戊二胺和其它二元酸(第二二元酸)聚合而成的聚酰胺,1,5-戊二胺、对苯二甲酸(第一二元酸)和其它二元酸(第二二元酸)聚合而成的共聚酰胺的熔点显著提高;基于此提出了本发明。

在本发明中,可以理解的是,第二二元酸与第一二元酸为不同的二元酸;其中,第二二元酸可以为脂肪族二羧酸。

具体地,所述第二二元酸可以选自草酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十一碳二元酸、十二碳二元酸、十三碳二元酸、十四碳二元酸、十五碳二元酸、十六碳二元酸、十七碳二元酸、十八碳二元酸、马来酸和δ9-1,18十八烯二元酸中的至少一种,优选为己二酸、癸二酸、十一碳二元酸和十二碳二元酸中的至少一种。

在本发明中,可以理解的是,所述单体为包括1,5-戊二胺、第一二元酸和第二二元酸的混合单体。进一步地,1,5-戊二胺在所述单体中的质量含量为30-45%,优选为35-40%;第一二元酸在所述单体中的质量含量为12-40%,优选为25-40%;第二二元酸在所述单体中的质量含量为20-45%,优选为25-45%。

本发明对1,5-戊二胺的制备方法不作严格限制;优选地,1,5-戊二胺可以由生物基原料通过发酵法或酶转化法制备而成,其采用非石油基来源(即生物基来源)的材料,不会产生较大污染,有利于环保。

进一步地,所述单体还包括乙二胺、己二胺、环己二胺、苯二甲胺、6-氨基己酸、11-氨基十一烷酸、12-氨基十二烷酸、对氨基甲基苯甲酸、己内酰胺和ω-十二内酰胺中的至少一种(即其它单体)。

在本发明中,所述原料还可以包括添加剂,所述添加剂选自消光剂、阻燃剂、抗氧化剂、热稳定剂、紫外线吸收剂、红外线吸收剂、结晶成核剂、荧光增白剂、抗静电剂和颜料中的至少一种;优选为包括抗氧化剂和/或热稳定剂。其中,所述添加剂在所述原料中的质量含量可以为0.001-10wt%。

本发明对上述各添加剂不作严格限制,可以采用本领域常规使用的添加剂。例如,抗氧化剂可以为次亚磷酸钠、抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂ca、抗氧剂mb、抗氧剂tpp、抗氧剂tnp、抗氧剂164、抗氧剂dnp和抗氧剂264等中的至少一种;热稳定剂可以为醋酸铜、醋酸锰和碘化钾等中的至少一种;颜料可以为有机颜料和/或无机颜料中的至少一种,其中:有机颜料可以为酞菁红、酞菁蓝、酞菁绿、耐晒大红、大分子红、大分子黄、永固黄、永固紫和偶氮红中的至少一种;无机颜料可以为镉红、镉黄、钛白粉、炭黑、氧化铁红和氧化铁黄中的至少一种。

本发明的共聚酰胺工业丝满足下述条件:

所述共聚酰胺工业丝的熔点为265-300℃,优选为269-296℃,进一步优选为273-290℃,更进一步优选为278-285℃;

所述共聚酰胺工业丝的干热收缩率为3.0-7.0%,优选为3.5-6.5%,进一步优选为4.0-6.0%;

所述共聚酰胺工业丝的沸水收缩率为3.0-6.0%,优选为3.4-5.6%,进一步优选为3.8-5.2%。

进一步地,本发明的共聚酰胺工业丝还满足下述条件:

所述共聚酰胺工业丝的纤度为200-3500dtex,优选为800-3200dtex,进一步优选为1300-2500dtex;

所述共聚酰胺工业丝的断裂强度为7.0-10.0cn/dtex,优选为7.5-9.5cn/dtex,进一步优选为8.0-9.0cn/dtex;

所述共聚酰胺工业丝的断裂伸长率为6-24%,优选为8-20%,进一步优选为12-16%;

本发明还提供上述共聚酰胺工业丝的制备方法,包括如下步骤:

1)将所述原料制成混合溶液;

2)对所述混合溶液进行聚合、切粒、固相增粘,得到增粘共聚酰胺树脂,将所述增粘共聚酰胺树脂加热熔融,得到增粘共聚酰胺熔体;

3)对所述增粘共聚酰胺熔体进行纺丝,制得初生丝;

4)对所述初生丝进行冷却、上油、拉伸、卷绕成型,得到所述共聚酰胺工业丝。

在本发明中,步骤1)可以采用以下方式进行:

1-1)将1,5-戊二胺、第一二元酸和第二二元酸按比例制成混合溶液;或者

1-2)将1,5-戊二胺和第一二元酸制成第一溶液,将1,5-戊二胺和第二二元酸制成第二溶液,随后将第一溶液与第二溶液按比例混合成混合溶液。

其中,混合溶液中1,5-戊二胺、第一二元酸与第二二元酸之间的质量配比为(30-45):(12-40):(20-45);混合溶液的ph为6.5-9.0;混合溶液的浓度(即混合溶液中各单体的总质量含量)为40-80%。

具体地,步骤1-1)可以包括:

在保护气氛下,将1,5-戊二胺、第一二元酸、第二二元酸和水按比例混合均匀,制得混合溶液;其中,保护气氛例如可以为氮气条件。

在原料还包括添加剂时,添加剂既可以在步骤1)中进行添加,也可以在步骤2)中进行添加。

在本发明中,步骤2)可以采用以下方式进行:

对所述混合溶液进行聚合、干燥,得到共聚酰胺树脂;随后,对共聚酰胺树脂进行切片固相增粘,得到增粘共聚酰胺树脂;将增粘共聚酰胺树脂加热熔融,得到增粘共聚酰胺熔体。

具体地,步骤2)中的聚合过程可以包括:

对所述混合溶液进行加热,将反应体系内的压力升至0.35-6.0mpa,排气,保压,再降压使反应体系内的压力降至表压0-0.2mpa,抽真空至真空度为-0.06~-0.01mpa,得到共聚酰胺熔体。

其中,所述保压结束时反应体系的温度可以为240-300℃;所述降压结束后反应体系的温度可以为260-320℃;所述抽真空后反应体系的温度可以为270-350℃。

步骤2)中,所述干燥可以在保护气氛下进行,保护气氛例如可以为氮气条件;所述干燥的温度可以为100-140℃;所述干燥的时间可以为15-30h。

特别是,所述增粘共聚酰胺树脂的相对粘度为2.8-4.0,优选为3.0-3.9,更优选为3.6-3.8;含水率≤800ppm,优选为200-700ppm,更优选为300-600ppm,进一步优选为400-500ppm。

在本发明中,步骤3)可以包括:

将所述增粘共聚酰胺熔体通过纺丝箱体的喷丝板喷出,形成初生丝,在纺丝箱体的喷丝板下方设置缓冷装置。

其中,所述纺丝箱体的温度为270-350℃,优选为280-340℃,进一步优选为290-310℃,更进一步优选为295-305℃;所述纺丝箱体的纺丝组件的压力为10-30mpa,优选为15-25mpa,进一步优选为17-23mpa;所述缓冷装置的缓冷温度为150-240℃,优选为160-230℃,进一步优选为170-220℃,更进一步优选为180-210℃。

进一步地,所述缓冷装置的高度可以为20-50mm,优选为23-46mm,进一步优选为26-42mm,更进一步优选为30-38mm。此外,对喷丝板的孔数不作严格限制,例如可以为192f、288f、60f、96f等。

本发明的共聚酰胺工业丝的制备过程中,在喷丝板的下方增设缓冷装置,其减缓了高熔点聚酰胺初生丝的冷却速率,降低了凝固点位置,提高了后续牵伸倍数,提高了工业丝的断裂强度,同时能够防止熔体喷丝孔骤冷形成皮芯结构纤维,不利于后续牵伸。

在本发明中,步骤4)中:

可以通过侧吹风进行所述冷却;其中,所述侧吹风的风速为0.6-1.5m/s,优选为0.8-1.3m/s;风温为15-28℃,优选为18-26℃,进一步优选为22-24℃;湿度为60-80%,优选为65-75%。

所述拉伸的过程包括四级以上拉伸,并且在第三级拉伸和第四级拉伸时进行热定型,其中:总拉伸倍数为3.5-7.0,拉伸温度为60-150℃,热定型温度为130-240℃,优选为180-220℃。

更具体地,所述拉伸过程可以包括:上油后的初生丝首先经过导丝辊喂入第一对热辊,在第一对热辊与第二对热辊之间进行一级拉伸,然后在所述第二对热辊与第三对热辊之间进行二级拉伸,在所述第三对热辊与第四对热辊之间进行三级拉伸并进行第一次热定型,接着在第四对热辊与第五对热辊之间进行四级拉伸并进行第二次热定型。

此外,所述卷绕成型的速度为2000-3500m/min,优选为2200-3300m/min,进一步优选为2400-3000m/min。

本发明的实施,至少具有以下优势:

1、本发明的共聚酰胺工业丝具有高强度、低伸长率、低热收缩性能、耐高温和热稳定性良好等特点,能够广泛应用于轮胎帘子线、帆布、传输带、安全气囊、降落伞、绳索、安全带、工业滤布或帐篷等领域。

2、本发明的共聚酰胺工业丝的生产原料之一戊二胺由生物法制成,其为绿色材料,不依赖于石油资源并且不会对环境造成严重的污染,因此能够降低二氧化碳的排放,减少温室效应的产生。

3、本发明的制备方法在喷丝板的下方增设缓冷装置,其减缓了高熔点聚酰胺初生丝的冷却速率,降低了凝固点位置,提高了后续牵伸倍数,提高了工业丝的断裂强度,同时能够防止熔体喷丝孔骤冷形成皮芯结构纤维,不利于后续牵伸。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明的实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

本发明各实施例涉及的性能参数的检测方法如下:

1)相对粘度:

采用乌氏粘度计浓硫酸法:准确称量干燥后的共聚酰胺树脂样品0.25±0.0002g,加入50ml浓硫酸(96%)进行溶解,在25℃恒温水浴槽中测量并记录浓硫酸流经时间t0和共聚酰胺树脂样品溶液流经时间t。

相对粘度计算公式:相对粘度=t/t0

t:共聚酰胺树脂样品溶液流经时间;

t0:浓硫酸流经时间。

2)纤度:

用缕纱测长仪卷取一定长度的共聚酰胺工业丝,称量其重量,转化为10000米长纤维的重量,即得到纤度,单位为dtex。

3)断裂强度、断裂伸长率:

按照gb/t14344-2008方法进行测定。

4)干热收缩率:

按照fz/t50004规定进行测定,其中热处理温度为180℃。

5)沸水收缩率:

参考gb/6505-2008“化学纤维长丝热收缩率试验方法”进行测定,具体为:取一段共聚酰胺工业丝,预加张力0.05±0.005cn/dtex,对其中间两端50.00cm进行标记后,用纱布包好,放入沸水中沸煮30min,然后烘干,测量两标记点间的长度,采用以下公式计算沸水收缩率:

沸水收缩率=[(起始长度-收缩后长度)/起始长度]×100%。

实施例1

本实施例的共聚酰胺工业丝是由包括单体和添加剂的原料聚合得到的,其中单体由1,5-戊二胺、对苯二甲酸和己二酸组成,单体中1,5-戊二胺的质量含量为40%,对苯二甲酸的质量含量为25%,己二酸的质量含量为35%;添加剂为抗氧剂1010。

本实施例的共聚酰胺工业丝的制备方法,包括如下步骤:

1、制备混合溶液

在氮气条件下,将1.32kg1,5-戊二胺、0.817kg对苯二甲酸、1.16kg己二酸、3.3kg水和抗氧剂1010在聚合釜中混合均匀,采用少量戊二胺调节ph值为8.0,得到混合溶液;其中,混合溶液中单体的总浓度为50wt%,抗氧剂1010的含量为50ppm。

2、制备共聚酰胺熔体

对上述混合溶液进行加热,将反应体系内的压力升至1.8mpa,排气,保压,再降压使反应体系内的压力降至表压0mpa,抽真空至真空度为-0.06mpa,得到共聚酰胺熔体;其中,保压结束时反应体系的温度为265℃,降压结束后反应体系的温度为295℃,抽真空后反应体系的温度为300℃。

对上述聚合后切粒制得的共聚酰胺树脂进行切片固相增粘,得到增粘共聚酰胺树脂;经检测,增粘共聚酰胺树脂的相对粘度为3.0,含水率为380ppm。

将上述增粘共聚酰胺树脂加热熔融,得到增粘共聚酰胺熔体。

3、制备初生丝

将上述增粘共聚酰胺熔体通过纺丝箱体的喷丝板喷出,形成初生丝,在纺丝箱体的喷丝板下方设置缓冷装置;其中,喷丝板的孔数为192f,纺丝箱体的温度为325℃,纺丝组件的压力为15mpa,缓冷装置的温度为210℃,高度为35mm。

4、制备共聚酰胺工业丝

对上述初生丝进行冷却、上油、拉伸、卷绕成型,得到共聚酰胺工业丝。其中,采用侧吹风进行冷却,侧吹风的风速为0.7m/s,侧吹风的风温为22℃,侧吹风的湿度为62%;拉伸过程为四级拉伸,卷绕成型的速度为3000m/min。

拉伸过程为:上油后的初生丝首先经过导丝辊喂入第一对热辊,在第一对热辊与第二对热辊之间进行一级拉伸,然后在第二对热辊与第三对热辊之间进行二级拉伸,再在第三对热辊与第四对热辊之间进行三级拉伸并进行第一次热定型,接着在第四对热辊与第五对热辊之间进行四级拉伸并进行第二次热定型;其中,总拉伸倍数为4.4,拉伸温度为90℃,热定型的温度为200℃。

制备的共聚酰胺工业丝的性能检测结果见表1。

实施例2

本实施例的共聚酰胺工业丝是由包括单体和添加剂的原料聚合得到的,其中单体由1,5-戊二胺、对苯二甲酸和己二酸组成,单体中1,5-戊二胺的质量含量为40%,对苯二甲酸的质量含量为31%,己二酸的质量含量为29%;添加剂为醋酸铜。

本实施例的共聚酰胺工业丝的制备方法,包括如下步骤:

1、制备混合溶液

在氮气条件下,将1.31kg1,5-戊二胺、1.02kg对苯二甲酸、0.971kg己二酸、3.3kg水和醋酸铜在聚合釜中混合均匀,采用少量戊二胺调节ph值为8.0,得到混合溶液;其中,混合溶液中单体的总浓度为50wt%,醋酸铜的含量为0.5%。

2、制备共聚酰胺熔体

对上述混合溶液进行加热,将反应体系内的压力升至2.0mpa,排气,保压,再降压使反应体系内的压力降至表压0mpa,抽真空至真空度为-0.08mpa,得到共聚酰胺熔体;其中,保压结束时反应体系的温度为280℃,降压结束后反应体系的温度为300℃,抽真空后反应体系的温度为310℃。

对上述聚合后切粒制得的共聚酰胺树脂进行切片固相增粘,得到增粘共聚酰胺树脂;经检测,增粘共聚酰胺树脂的相对粘度为3.1,含水率为320ppm。

将上述增粘共聚酰胺树脂加热熔融,得到增粘共聚酰胺熔体。

3、制备初生丝

将上述增粘共聚酰胺熔体通过纺丝箱体的喷丝板喷出,形成初生丝,在纺丝箱体的喷丝板下方设置缓冷装置;其中,喷丝板的孔数为60f,纺丝箱体的温度为340℃,纺丝组件的压力为14mpa,缓冷装置的温度为190℃,高度为25mm。

4、制备共聚酰胺工业丝

对上述初生丝进行冷却、上油、拉伸、卷绕成型,得到共聚酰胺工业丝。其中,采用侧吹风进行冷却,侧吹风的风速为0.9m/s,侧吹风的风温为26℃,侧吹风的湿度为64%;拉伸过程为四级拉伸,卷绕成型的速度为3100m/min。

拉伸过程为:上油后的初生丝首先经过导丝辊喂入第一对热辊,在第一对热辊与第二对热辊之间进行一级拉伸,然后在第二对热辊与第三对热辊之间进行二级拉伸,再在第三对热辊与第四对热辊之间进行三级拉伸并进行第一次热定型,接着在第四对热辊与第五对热辊之间进行四级拉伸并进行第二次热定型;其中,总拉伸倍数为4.8,拉伸温度为95℃,热定型的温度为215℃。

制备的共聚酰胺工业丝的性能检测结果见表1。

实施例3

本实施例的共聚酰胺工业丝是由包括单体和添加剂的原料聚合得到的,其中单体由1,5-戊二胺、对苯二甲酸和十二碳二元酸组成,单体中1,5-戊二胺的质量含量为35%,对苯二甲酸的质量含量为37%,十二碳二元酸的质量含量为28%;添加剂为次亚磷酸钠。

本实施例的共聚酰胺工业丝的制备方法,包括如下步骤:

1、制备混合溶液

在氮气条件下,将1.4kg1,5-戊二胺、1.47kg对苯二甲酸、1.09kg十二碳二元酸、2.64kg水和次亚磷酸钠在聚合釜中混合均匀,采用少量戊二胺调节ph值为7.8,得到混合溶液;其中,混合溶液中单体的总浓度为60wt%,次亚磷酸钠的含量为80ppm。

2、制备共聚酰胺熔体

对上述混合溶液进行加热,将反应体系内的压力升至2.0mpa,排气,保压,再降压使反应体系内的压力降至表压0mpa,抽真空至真空度为-0.08mpa,得到共聚酰胺熔体;其中,保压结束时反应体系的温度为285℃,降压结束后反应体系的温度为305℃,抽真空后反应体系的温度为315℃。

对上述聚合后切粒制得的共聚酰胺树脂进行切片固相增粘,得到增粘共聚酰胺树脂;经检测,增粘共聚酰胺树脂的相对粘度为3.3,含水率为300ppm。

将上述增粘共聚酰胺树脂加热熔融,得到增粘共聚酰胺熔体。

3、制备初生丝

将上述增粘共聚酰胺熔体通过纺丝箱体的喷丝板喷出,形成初生丝,在纺丝箱体的喷丝板下方设置缓冷装置;其中,喷丝板的孔数为96f,纺丝箱体的温度为330℃,纺丝组件的压力为18mpa,缓冷装置的温度为180℃,高度为30mm。

4、制备共聚酰胺工业丝

对上述初生丝进行冷却、上油、拉伸、卷绕成型,得到共聚酰胺工业丝。其中,采用侧吹风进行冷却,侧吹风的风速为0.9m/s,侧吹风的风温为25℃,侧吹风的湿度为70%;拉伸过程为四级拉伸,卷绕成型的速度为3300m/min。

拉伸过程为:上油后的初生丝首先经过导丝辊喂入第一对热辊,在第一对热辊与第二对热辊之间进行一级拉伸,然后在第二对热辊与第三对热辊之间进行二级拉伸,再在第三对热辊与第四对热辊之间进行三级拉伸并进行第一次热定型,接着在第四对热辊与第五对热辊之间进行四级拉伸并进行第二次热定型;其中,总拉伸倍数为4.0,拉伸温度为75℃,热定型的温度为230℃。

制备的共聚酰胺工业丝的性能检测结果见表1。

实施例4

本实施例的共聚酰胺工业丝是由包括单体和添加剂的原料聚合得到的,其中单体由1,5-戊二胺、对苯二甲酸和癸二元酸组成,单体中1,5-戊二胺的质量含量为36%,对苯二甲酸的质量含量为38%,癸二元酸的质量含量为26%;添加剂为次亚磷酸钠。

本实施例的共聚酰胺工业丝的制备方法,包括如下步骤:

1、制备混合溶液

在氮气条件下,将1.4kg1,5-戊二胺、1.47kg对苯二甲酸、0.983kg癸二元酸、2.8kg水和抗氧剂1010在聚合釜中混合均匀,采用戊二胺调节ph值为8.2,得到混合溶液;其中,混合溶液中单体的总浓度为58wt%,次亚磷酸钠的含量为100ppm。

2、制备共聚酰胺熔体

对上述混合溶液进行加热,将反应体系内的压力升至2.1mpa,排气,保压,再降压使反应体系内的压力降至表压0mpa,抽真空至真空度为-0.08mpa,得到共聚酰胺熔体;其中,保压结束时反应体系的温度为288℃,降压结束后反应体系的温度为305℃,抽真空后反应体系的温度为320℃。

对上述聚合后切粒制得的共聚酰胺树脂进行切片固相增粘,得到增粘共聚酰胺树脂;经检测,增粘共聚酰胺树脂的相对粘度为2.8,含水率为400ppm。

将上述增粘共聚酰胺树脂加热熔融,得到增粘共聚酰胺熔体。

3、制备初生丝

将上述增粘共聚酰胺熔体通过纺丝箱体的喷丝板喷出,形成初生丝,在纺丝箱体的喷丝板下方设置缓冷装置;其中,喷丝板的孔数为96f,纺丝箱体的温度为335℃,纺丝组件的压力为20mpa,缓冷装置的温度为170℃,高度为50mm。

4、制备共聚酰胺工业丝

对上述初生丝进行冷却、上油、拉伸、卷绕成型,得到共聚酰胺工业丝。其中,采用侧吹风进行冷却,侧吹风的风速为1.1m/s,侧吹风的风温为23℃,侧吹风的湿度为68%;拉伸过程为四级拉伸,卷绕成型的速度为3400m/min。

拉伸过程为:上油后的初生丝首先经过导丝辊喂入第一对热辊,在第一对热辊与第二对热辊之间进行一级拉伸,然后在第二对热辊与第三对热辊之间进行二级拉伸,再在第三对热辊与第四对热辊之间进行三级拉伸并进行第一次热定型,接着在第四对热辊与第五对热辊之间进行四级拉伸并进行第二次热定型;其中,总拉伸倍数为4.5,拉伸温度为85℃,热定型的温度为220℃。

制备的共聚酰胺工业丝的性能检测结果见表1。

实施例5

本实施例的共聚酰胺工业丝是由包括单体和添加剂的原料聚合得到的,其中单体由1,5-戊二胺、对苯二甲酸和己二酸组成,单体中1,5-戊二胺的质量含量为40%,对苯二甲酸的质量含量为19%,己二酸的质量含量为41%;添加剂为次亚磷酸钠。

本实施例的共聚酰胺工业丝的制备方法,包括如下步骤:

1、制备混合溶液

在氮气条件下,将1.54kg1,5-戊二胺、0.711kg对苯二甲酸、1.58kg己二酸、2.77kg水和次亚磷酸钠在聚合釜中混合均匀,采用戊二胺调节ph值为8.3,得到混合溶液;其中,混合溶液中单体的总浓度为58wt%,次亚磷酸钠的含量为100ppm。

2、制备共聚酰胺熔体

对上述混合溶液进行加热,将反应体系内的压力升至1.7mpa,排气,保压,再降压使反应体系内的压力降至表压0mpa,抽真空至真空度为-0.06mpa,得到共聚酰胺熔体;其中,保压结束时反应体系的温度为260℃,降压结束后反应体系的温度为275℃,抽真空后反应体系的温度为285℃。

对上述聚合后切粒制得的共聚酰胺树脂进行切片固相增粘,得到增粘共聚酰胺树脂;经检测,增粘共聚酰胺树脂的相对粘度为3.2,含水率为400ppm。

将上述增粘共聚酰胺树脂加热熔融,得到增粘共聚酰胺熔体。

3、制备初生丝

将上述增粘共聚酰胺熔体通过纺丝箱体的喷丝板喷出,形成初生丝,在纺丝箱体的喷丝板下方设置缓冷装置;其中,喷丝板的孔数为288f,纺丝箱体的温度为320℃,纺丝组件的压力为20mpa,缓冷装置的温度为230℃,高度为40mm。

4、制备共聚酰胺工业丝

对上述初生丝进行冷却、上油、拉伸、卷绕成型,得到所述共聚酰胺工业丝。其中,采用侧吹风进行冷却,侧吹风的风速为0.8m/s,侧吹风的风温为24℃,侧吹风的湿度为67%;拉伸过程为四级拉伸,卷绕成型的速度为3400m/min。

拉伸过程为:上油后的初生丝首先经过导丝辊喂入第一对热辊,在第一对热辊与第二对热辊之间进行一级拉伸,然后在第二对热辊与第三对热辊之间进行二级拉伸,再在第三对热辊与第四对热辊之间进行三级拉伸并进行第一次热定型,接着在第四对热辊与第五对热辊之间进行四级拉伸并进行第二次热定型;其中,总拉伸倍数为4.5,拉伸温度为70℃,热定型的温度为220℃。

制备的共聚酰胺工业丝的性能检测结果见表1。

对照例1

本对照例以聚酰胺6工业丝作为对照,其制备方法包括如下步骤:

1、制备聚酰胺6熔体

将聚酰胺6树脂在真空转鼓干燥机中进行干燥,干燥温度为120℃,干燥时间为20h;随后,将干燥的聚酰胺6树脂加热至熔融状态,得到聚酰胺6熔体,其相对粘度为3.0,含水率为500ppm。

2、制备初生丝

将上述聚酰胺6熔体经纺丝箱体的喷丝板喷出,形成初生丝;其中,喷丝板的孔数为192f,纺丝箱体的温度为300℃,纺丝组件的压力为12mpa。

3、制备聚酰胺6工业丝

对上述初生丝进行冷却、上油、拉伸、卷绕成型,得到聚酰胺6工业丝。其中,采用侧吹风进行冷却,侧吹风的风速为0.7m/s,侧吹风的风温为22℃,侧吹风的湿度为73%;拉伸过程为四级拉伸,卷绕成型的速度为3000m/min。

拉伸过程为:上油后的初生丝首先经过导丝辊喂入第一对热辊,在第一对热辊与第二对热辊之间进行一级拉伸,然后在第二对热辊与第三对热辊之间进行二级拉伸,再在第三对热辊与第四对热辊之间进行三级拉伸并进行第一次热定型,接着在第四对热辊与第五对热辊之间进行四级拉伸并进行第二次热定型;其中,总拉伸倍数为4.5,拉伸温度为75℃,热定型的温度为230℃。

制备的聚酰胺6工业丝的性能检测结果见表1。

对照例2

本对照例以聚酰胺66工业丝作为对照,其制备方法包括如下步骤:

1、制备聚酰胺66熔体

将聚酰胺66树脂在真空转鼓干燥机中进行干燥,干燥温度为120℃,干燥时间为20h;随后,将干燥的聚酰胺66树脂加热至熔融状态,得到聚酰胺6熔体,其相对粘度为3.1,含水率为400ppm。

2、制备初生丝

将上述聚酰胺66熔体经纺丝箱体的喷丝板喷出,形成初生丝;其中,喷丝板的孔数为190f,纺丝箱体的温度为310℃,纺丝组件的压力为14mpa。

3、制备聚酰胺66工业丝

对上述初生丝进行冷却、上油、拉伸、卷绕成型,得到聚酰胺66工业丝。其中,采用侧吹风进行冷却,侧吹风的风速为0.8m/s,侧吹风的风温为22℃,侧吹风的湿度为75%;拉伸过程为四级拉伸,卷绕成型的速度为3200m/min。

拉伸过程为:上油后的初生丝首先经过导丝辊喂入第一对热辊,在第一对热辊与第二对热辊之间进行一级拉伸,然后在第二对热辊与第三对热辊之间进行二级拉伸,再在第三对热辊与第四对热辊之间进行三级拉伸并进行第一次热定型,接着在第四对热辊与第五对热辊之间进行四级拉伸并进行第二次热定型;其中,总拉伸倍数为4.0,拉伸温度为70℃,热定型的温度为200℃。

制备的聚酰胺66工业丝的性能检测结果见表1。

对照例3

本对照例的聚酰胺56工业丝是由包括单体和添加剂的原料聚合得到的,其中单体由1,5-戊二胺和己二酸组成,单体中1,5-戊二胺的质量含量为41.1%,己二酸的质量含量为58.9%;添加剂为抗氧剂1010。

本对照例的聚酰胺56工业丝的制备方法,包括如下步骤:

1、制备混合溶液

在氮气条件下,将1.48kg1,5-戊二胺、2.12kg己二酸、2.4kg水和0.18g抗氧剂1010在聚合釜中混合均匀,采用戊二胺调节ph为8.0,得到混合溶液;其中,混合溶液中单体的总浓度为60wt%,抗氧剂1010的含量为50ppm。

2、制备聚酰胺56熔体

对上述混合溶液进行加热,将反应体系内的压力升至1.7mpa,排气,保压,再降压使反应体系内的压力降至表压0mpa,抽真空至真空度为-0.06mpa,得到聚酰胺56熔体;其中,保压结束时反应体系的温度为245℃,降压结束后反应体系的温度为262℃,抽真空后反应体系的温度为280℃。

对上述聚酰胺56树脂进行切片固相增粘,得到增粘聚酰胺56树脂;经检测,增粘聚酰胺56树脂的相对粘度为3.2,含水率为300ppm。

将上述增粘聚酰胺56树脂加热熔融,得到增粘聚酰胺56熔体。

3、制备初生丝

将上述增粘聚酰胺56熔体经纺丝箱体的喷丝板喷出,形成初生丝;其中,喷丝板的孔数为192f,纺丝箱体的温度为325℃,纺丝组件的压力为15mpa。

4、制备聚酰胺56工业丝

对上述初生丝进行冷却、上油、拉伸、卷绕成型,得到聚酰胺56工业丝。其中,采用侧吹风进行冷却,侧吹风的风速为0.7m/s,侧吹风的风温为22℃,侧吹风的湿度为62%;拉伸过程为四级拉伸,卷绕成型的速度为3000m/min。

拉伸过程为:上油后的初生丝首先经过导丝辊喂入第一对热辊,在第一对热辊与第二对热辊之间进行一级拉伸,然后在第二对热辊与第三对热辊之间进行二级拉伸,再在第三对热辊与第四对热辊之间进行三级拉伸并进行第一次热定型,接着在第四对热辊与第五对热辊之间进行四级拉伸并进行第二次热定型;其中,总拉伸倍数为4.4,拉伸温度为90℃,热定型的温度为200℃。

制备的聚酰胺56工业丝的性能检测结果见表1。

对照例4

本对照例的共聚酰胺工业丝是由包括单体和添加剂的原料聚合得到的,其中单体由1,5-戊二胺、十二碳二元酸和己二酸组成,单体中1,5-戊二胺的质量含量为37.7%,十二碳二元酸的质量含量为23.3%,己二酸的质量含量为39%;添加剂为抗氧剂1010。

本对照例的共聚酰胺工业丝的制备方法,包括如下步骤:

1、制备混合溶液

在氮气条件下,将1.32kg1,5-戊二胺、0.817kg十二碳二元酸、1.37kg己二酸、2.5kg水和抗氧剂1010在聚合釜中混合均匀,采用戊二胺调节ph值为8.0,得到混合溶液;其中,混合溶液中单体的总浓度为50wt%,抗氧剂1010的含量为50ppm。

2、制备共聚酰胺熔体

对上述混合溶液进行加热,将反应体系内的压力升至1.5mpa,排气,保压,再降压使反应体系内的压力降至表压0mpa,抽真空至真空度为-0.6mpa,得到共聚酰胺熔体;其中,保压结束时反应体系的温度为220℃,降压结束后反应体系的温度为245℃,抽真空后反应体系的温度为260℃。

对上述聚合后切粒制得的共聚酰胺树脂进行切片固相增粘,得到增粘共聚酰胺树脂;经检测,增粘共聚酰胺树脂的相对粘度为3.1,含水率为380ppm。

将上述增粘共聚酰胺树脂加热熔融,得到增粘共聚酰胺熔体。

3、制备初生丝

将上述增粘共聚酰胺熔体经纺丝箱体的喷丝板喷出,形成初生丝;其中,喷丝板的孔数为192f,纺丝箱体的温度为260℃,纺丝组件的压力为15mpa。

4、制备共聚酰胺工业丝

对上述初生丝进行冷却、上油、拉伸、卷绕成型,得到共聚酰胺工业丝。其中,采用侧吹风进行冷却,侧吹风的风速为0.7m/s,侧吹风的风温为22℃,侧吹风的湿度为62%;拉伸过程为四级拉伸,卷绕成型的速度为3000m/min。

拉伸过程为:上油后的初生丝首先经过导丝辊喂入第一对热辊,在第一对热辊与第二对热辊之间进行一级拉伸,然后在第二对热辊与第三对热辊之间进行二级拉伸,再在第三对热辊与第四对热辊之间进行三级拉伸并进行第一次热定型,接着在第四对热辊与第五对热辊之间进行四级拉伸并进行第二次热定型;其中,总拉伸倍数为4.4,拉伸温度为90℃,热定型的温度为200℃。

制备的共聚酰胺工业丝的性能检测结果见表1。

表1各实施例和对照例的工业丝的性能检测结果

由表1可知:

1、本发明各实施例的共聚酰胺工业丝的断裂强度为8.4cn/dtex以上,断裂伸长率为16%以下,干热收缩率为7.0%以下,沸水收缩率为5.8%以下,熔点达到269℃以上,共聚酰胺工业丝具有高强度、低伸长率、低热收缩性能、耐高温和热稳定性良好等优势。

2、传统聚酰胺6和聚酰胺66工业丝的熔点为260℃以下,断裂强度为8.2cn/dtex以下,干热收缩率为7.3%以上,沸水收缩率为7.5%以上,强度、耐高温性及热稳定性均不如本发明的共聚酰胺工业丝(参见对照例1和对照例2)。

3、采用1,5-戊二胺和己二酸制备的聚酰胺56工业丝的熔点仅为254℃,断裂强度为8.0cn/dtex,干热收缩率为7.5%,沸水收缩率为8.0%,强度、耐高温性及热稳定性均不如本发明的共聚酰胺工业丝(参见对照例3)。

4、采用1,5-戊二胺、十二碳二元酸和己二酸制备的共聚酰胺工业丝的熔点仅为240℃,断裂强度为8.3cn/dtex,干热收缩率为7.2%,沸水收缩率为7.6%,强度、耐高温性及热稳定性均不如本发明的共聚酰胺工业丝(参见对照例4)。

上述结果说明:

以1,5-戊二胺和除对苯二甲酸以外的其它二元酸(例如己二酸、十二碳二元酸)聚合而成的聚酰胺或共聚酰胺存在熔点低,强度、耐高温性及热稳定性不佳等缺陷;然而,以1,5-戊二胺、对苯二甲酸和其它二元酸聚合而成的共聚酰胺工业丝能够克服上述缺陷,从而显著提高材料的熔点、力学性能、耐高温性能和热稳定性能,有利于共聚酰胺工业丝的广泛应用。

最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

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