表面摩擦系数低且疏水性提高的尼龙纤维及其制备方法与流程

本发明属于纤维制造技术领域，涉及一种表面摩擦系数低且疏水性提高的尼龙纤维及其制备方法。

背景技术：

尼龙纤维是由酰胺键连接起来的一类合成纤维，具有一系列优异的性能，如强度较高、回弹性好、耐磨性和耐化学腐蚀性优良、抗冲击性能强，在服装、装饰和工业等领域得到了广泛的应用。随着应用领域的不断分化，人们对特定应用往往提出了不同要求，为满足服用纤维，尤其是户外运动系列服饰的拒水防污要求，以及改善超细纤维织物的独特外观和手感，需要对尼龙纤维进行改性，降低尼龙纤维的摩擦系数以及提高其疏水性。

目前对尼龙的摩擦性和疏水性研究主要集中在尼龙塑料中，常采用物理共混法加入润滑剂(如二硫化钼、石墨、滑石、云母片、超高分子量聚乙烯(uhmwpe)等)来改善尼龙的摩擦性或加入疏水性材料(如聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷等)来改善尼龙的疏水性，但加入添加剂后，由于添加剂与尼龙的相容性较差，不能均匀地分散在基材中，导致材料的可纺性未知以及纤维的摩擦性和疏水性改性效果不佳，因而难以由现有技术中的摩擦系数低且疏水性好的尼龙塑料制备摩擦系数低且疏水性好的尼龙纤维。

现有技术少有的表面摩擦系数低或疏水性改善的尼龙纤维都是通过后整理的方法制得的，专利cn103451946a公开了一种多功能尼龙纤维的制备方法，主要是尼龙纤维等浸入到有机硅疏水溶剂复合整理液处理一段时间后固化得到表面带有均匀疏水涂层的多功能纤维，虽然能在一定程度上取得拒水防污的效果，但是耐久性差，而且只是具有单一的疏水性，磨擦性未知，采用后整理的方式，尼龙纤维与整理剂之间的结合作用力较弱，很容易在使用过程中脱落。因而，亟待研究一种耐久性好的摩擦系数低且疏水性改善的尼龙纤维的制备方法。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种耐久性好的表面摩擦系数低且疏水性提高的尼龙纤维的制备方法。

为达到此目的，本发明采用如下的技术方案：

一种表面摩擦系数低且疏水性提高的尼龙纤维的制备方法，将改性尼龙母粒与尼龙切片混合后进行熔融纺丝制得表面摩擦系数低且疏水性提高的尼龙纤维；

改性尼龙母粒主要由尼龙、pdms和支链带有氨基的poss组成；

pdms(聚二甲基硅氧烷)主链由呈螺旋型的si-o键构成，具有优异的耐老化性、电绝缘性和耐热性，结构中si-ch3具有疏水性，表面能低，使得pdms表面平滑、结构稳定，因此它即可用作润滑剂又可用作疏水处理剂，然而将pdms应用到纺丝却存在较大的困难，主要原因是pdms具有一定的粘度，且与尼龙等纤维基体并不相容，因而难以均匀分散在纤维基体中；

本发明通过采用母粒纺丝法同时在母粒中引入poss解决了pdms难以在纤维基体中均匀分散的问题，即先将pdms、poss和尼龙共混制备改性尼龙母粒，再将改性尼龙母粒和尼龙切片混合后进行纺丝，poss作为尼龙与pdms的相容剂，其中的氨基与尼龙具有较强的氢键作用，而硅氧烷结构与pdms具有较好的相容性，poss在尼龙与pdms之间能够起到桥梁作用，因而能够显著提高pdms在尼龙基体中的分散均匀性，此外，poss是一种多面体笼状结构，还兼具一定的疏水性作用，poss的加入也有利于提升纤维的疏水性能；

pdms在尼龙基体中的分散均匀性提升一方面有利于纤维力学性能的提升，主要原因是pdms作为一种内润滑剂，促进了纺丝过程中大分子排列的规整性，减少了熔融纺丝过程中熔体破裂以及内部缺陷的产生，另一方面有利于改善纤维的摩擦性和疏水性，主要原因是pdms的分子链自由度较高，表面能低，极易扩散至纤维表面，此外，还能显著提高纤维所具有功能的耐久性，因为pdms通过poss与尼龙基体结合相对于pdms直接与尼龙基体结合，具有更强的结合作用力，因而pdms在使用过程中更不容易从尼龙基体中分离，纤维的功能耐久性也就更加优良；

本发明通过将pdms作为添加剂引入尼龙纤维中，在降低尼龙纤维摩擦系数以及提高尼龙纤维的疏水性能的同时保证了纤维所具有功能的耐久性，如将pdms作为整理剂表面处理尼龙纤维，pdms与尼龙纤维之间作用力不强，在使用过程中容易脱落，造成耐久性较差。

作为优选的方案：

如上所述的一种表面摩擦系数低且疏水性提高的尼龙纤维的制备方法，改性尼龙母粒中尼龙、pdms和支链带有氨基的poss的质量含量分别为37～88.8wt％、10～60wt％和0.2～3wt％；pdms在改性尼龙母粒中的含量不宜过高，否则pdms不易分散均匀，不仅不利于纺丝，而且改性得到的纤维摩擦性能和疏水性能反而效果不佳，也不宜过低，否则pdms起不到应有的改性效果；支链带有氨基的poss在改性尼龙母粒中的含量不宜过高，否则相容剂自身会产生聚集，影响pdms的分散，而且导致制备的纤维含有缺陷；也不宜过低，否则相容剂不能发挥其作用。

如上所述的一种表面摩擦系数低且疏水性提高的尼龙纤维的制备方法，所有的尼龙都为尼龙6和/或尼龙66；pdms的数均分子量为20～100w，数均分子量在此范围的pdms在高温下的粘度适中，更易粘合在尼龙表面共混制备改性尼龙母粒切片；支链带有氨基的poss为氨乙基氨丙基异丁基笼状半硅氧烷(aminoethylaminopropyllsobutylposs)、氨丙基异丁基笼状半硅氧烷(aminopropyllsobutylposs)、对氨苯基异丁基笼状倍半硅氧烷(p-aminophenyllsobutylposs)和n-甲基氨丙基异丁基笼状倍半硅氧烷(n-methylaminopropyllsobutylposs)中的一种以上。

如上所述的一种表面摩擦系数低且疏水性提高的尼龙纤维的制备方法，改性尼龙母粒是通过将各组分按比例加入混料机中搅拌均匀后，输送至双螺杆挤出机中熔融挤出和切粒制得的。

如上所述的一种表面摩擦系数低且疏水性提高的尼龙纤维的制备方法，混料机为高速混合机；搅拌时的转速为1000～6000r/min，温度为180～240℃，时间为2～10min；熔融挤出的温度为210～280℃。

如上所述的一种表面摩擦系数低且疏水性提高的尼龙纤维的制备方法，混合前，将改性尼龙母粒和尼龙切片分别置于真空烘箱中在温度为100～120℃的条件下干燥处理48～72h，干燥处理的主要原因是尼龙切片容易吸水，如果不预先干燥处理，后续熔融纺丝会受到影响。

如上所述的一种表面摩擦系数低且疏水性提高的尼龙纤维的制备方法，混合时，改性尼龙母粒与尼龙切片的质量比为0.5～5:95～99.5。

如上所述的一种表面摩擦系数低且疏水性提高的尼龙纤维的制备方法，熔融纺丝的工艺参数为：纺丝温度270～295℃，纺丝速度600～1000m/min，喷丝孔孔径0.05～0.5mm，喷丝孔数20～50，初生纤维卷绕后立即进行牵伸，牵伸倍数3～5倍，牵伸温度50～130℃。

本发明还提供了一种采用如上所述的一种表面摩擦系数低且疏水性提高的尼龙纤维的制备方法制得的表面摩擦系数低且疏水性提高的尼龙纤维，动摩擦系数与静摩擦系数都低于0.3，与水的接触角大于71°，且断裂强度高于3.0cn/detx，断裂伸长率高于15％，水洗50次后，其摩擦系数与疏水性并没有受到明显的影响。

有益效果：

1)pdms在共混体系中充当一种分子链润滑剂降低了尼龙分子链之间的作用力和缠结点，进而降低体系的表观粘度，提高熔体流动性加工流动性，有利于尼龙纤维纺丝；

2)改性尼龙纤维疏水性提高，摩擦系数降低，改性尼龙纤维表面摩擦系数随pdms含量增加而降低，接触角随pdms含量增加而增加，纤维这种表面性能有利于其拒水和防污性能；

3)由改性尼龙纤维制备得到的锦纶织物手感更加柔软、光滑，因为pdms能够均匀地分散在改性尼龙纤维中，其分子链具有较高的自由度，表面能低，极易扩散至纤维表面从而形成一层致密的保护膜，提高纤维的致密性，使得织物更加柔软、光滑。

附图说明

图1为本发明实施例3制备的含3wt％改性尼龙66母粒的改性尼龙66纤维液氮脆断截面的扫描电子显微镜图；

图2为本发明实施例3制备的含3wt％改性尼龙66母粒的改性尼龙66纤维液氮脆断截面的mapping图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

一种表面摩擦系数低且疏水性提高的尼龙纤维的制备方法，步骤如下：

(1)制备改性尼龙母粒；

先将由尼龙66、数均分子量为40w的pdms和氨乙基氨丙基异丁基笼状半硅氧烷组成的混合物加入高速混合机中搅拌均匀，混合物中尼龙66、pdms和氨乙基氨丙基异丁基笼状半硅氧烷的质量含量分别为49.5wt％、50wt％和0.5wt％，搅拌时的转速为1500r/min，温度为232℃，时间为3min，再输送至双螺杆挤出机中熔融挤出和切粒，熔融挤出的温度为260℃；

(2)共混熔融纺丝；

将改性尼龙母粒和尼龙66切片分别置于真空烘箱中在温度为120℃的条件下干燥处理48h后，按改性尼龙母粒与尼龙66切片的质量比为1:99的比例将二者混合后进行熔融纺丝，熔融纺丝采用双螺杆，双螺杆各区的温度为i区：275℃；ii区：295℃；iii区：290℃；iv区：290℃，熔融纺丝的工艺参数为：纺丝速度800m/min，喷丝孔孔径0.3mm，喷丝孔数36，牵伸倍数3.7倍，牵伸温度120℃。

最终制得的摩擦系数低且疏水性提高的尼龙纤维的动摩擦系数为0.2404，静摩擦系数为0.2572，与水的接触角为74.2°，断裂强度为4.6cn/detx，断裂伸长率为30.4％，由摩擦系数低且疏水性提高的尼龙纤维制得的平针组织针织面料的经向miu为2.38，纬向miu为3.40，经向mmb为1.13，纬向mmb为2.20，经向smd为2.68，纬向smd为4.53。

本发明所有实施例和对比例的摩擦系数的测试方法为：采用xcf-1a型纤维摩擦系数测定仪测量，选择模式为：摩擦辊转动模式，测试前将纤维试样分别用丙酮和蒸馏水清洗，恒温恒湿干燥处理后待用。测试时预加张力0.1cn，转速30rpm，磨擦辊下降速度10mm/min，每个样品测量15次取平均值；

本发明所有实施例和对比例的接触角的测试方法为：采用德国oca40micro型号视频接触角测量仪进行测试，测试前先分别用丙酮和蒸馏水清洗改性纤维，去除纤维表面油剂影响，恒温恒湿干燥区里后待用，实验过程中温度为20℃，湿度为65％，测试中调整焦距，保证所测试的纤维在显示器上清晰可见，实验过程中控制水滴体积为300nl，测试压力控制在0.56pa，每个样品测试30次取计算平均值。

实施例2

一种表面摩擦系数低且疏水性提高的尼龙纤维的制备方法，步骤如下：

(1)制备改性尼龙母粒；

先将由尼龙66、数均分子量为40w的pdms和氨乙基氨丙基异丁基笼状半硅氧烷组成的混合物加入高速混合机中搅拌均匀，混合物中尼龙66、pdms和氨乙基氨丙基异丁基笼状半硅氧烷的质量含量分别为49.5wt％、50wt％和0.5wt％，搅拌时的转速为1500r/min，温度为232℃，时间为3min，再输送至双螺杆挤出机中熔融挤出和切粒，熔融挤出的温度为260℃；

(2)共混熔融纺丝；

将改性尼龙母粒和尼龙66切片分别置于真空烘箱中在温度为120℃的条件下干燥处理48h后，按改性尼龙母粒与尼龙66切片的质量比为2:98的比例将二者混合后进行熔融纺丝，熔融纺丝采用双螺杆，双螺杆各区的温度为i区：275℃；ii区：295℃；iii区：290℃；iv区：290℃，熔融纺丝的工艺参数为：纺丝速度800m/min，喷丝孔孔径0.3mm，喷丝孔数36，牵伸倍数3.7倍，牵伸温度120℃。

最终制得的摩擦系数低且疏水性提高的尼龙纤维的动摩擦系数为0.2155，静摩擦系数为0.2276，与水的接触角为76.7°，断裂强度为4.9cn/detx，断裂伸长率为28.3％，由表面摩擦系数低且疏水性提高的尼龙纤维制得的平针组织针织面料的经向miu为3.16，纬向miu为3.78，经向mmb为0.96，纬向mmb为2.05，经向smd为2.22，纬向smd为4.94。

实施例3

一种表面摩擦系数低且疏水性提高的尼龙纤维的制备方法，步骤如下：

(1)制备改性尼龙母粒；

先将由尼龙66、数均分子量为40w的pdms和氨乙基氨丙基异丁基笼状半硅氧烷组成的混合物加入高速混合机中搅拌均匀，混合物中尼龙66、pdms和氨乙基氨丙基异丁基笼状半硅氧烷的质量含量分别为49.5wt％、50wt％和0.5wt％，搅拌时的转速为1500r/min，温度为232℃，时间为3min，再输送至双螺杆挤出机中熔融挤出和切粒，熔融挤出的温度为260℃；

(2)共混熔融纺丝；

将改性尼龙母粒和尼龙66切片分别置于真空烘箱中在温度为120℃的条件下干燥处理48h后，按改性尼龙母粒与尼龙66切片的质量比为3:97的比例将二者混合后进行熔融纺丝，熔融纺丝采用双螺杆，双螺杆各区的温度为i区：275℃；ii区：295℃；iii区：290℃；iv区：290℃，熔融纺丝的工艺参数为：纺丝速度800m/min，喷丝孔孔径0.3mm，喷丝孔数36，牵伸倍数3.7倍，牵伸温度120℃。

最终制得的表面摩擦系数低且疏水性提高的尼龙纤维的动摩擦系数为0.2110，静摩擦系数为0.2203，与水的接触角为78.8°，断裂强度为4.8cn/detx，断裂伸长率为27.6％，由表面摩擦系数低且疏水性提高的尼龙纤维制得的平针组织针织面料的经向miu为3.28，纬向miu为3.3，经向mmb为1.32，纬向mmb为2.37，经向smd为2.26，纬向smd为5.00。

最终制得的表面摩擦系数低且疏水性提高的尼龙纤维的液氮脆断截面的扫描电子显微镜图和液氮脆断截面的mapping图分别如图1和图2所示，从图中可以看出尼龙纤维直径大约在20μm左右，表面较为致密光滑，硅元素的分布都较为均匀，由此说明pdms在尼龙纤维中具有良好的分散性。

对比例1

将实施例1干燥处理后的尼龙切片按与实施例1相同的熔融纺丝方法和工艺制得尼龙纤维，最终测得尼龙纤维的动摩擦系数为0.3217，静摩擦系数为0.3712，与水的接触角为70.4°，且断裂强度为4.3cn/detx，断裂伸长率为28.5％，由此尼龙纤维制得的平针组织针织面料的经向miu为3.03，纬向miu为3.94，经向mmb为1.38，纬向mmb为2.22，经向smd为3.17，纬向smd为4.99。miu代表了织物的光滑感，通常miu数值越小，织物越光滑，mmd则代表了织物的均匀性以及爽脆性，smd作为表面粗糙度，其值越大说明织物越粗糙，实施例1～3和对比例1对应的织物的规格相同，将实施例1～3和对比例1对比可以看出，改性尼龙母粒含量越高，即pdms含量越高，织物越光滑；加入pdms后，mmd数值不管在经向还是纬向都有下降的趋势，说明加入pdms的织物具有更好的平整度；随着pdms含量增加，经向以及纬向的smd都有所下降，说明pdms织物更具光滑的手感。

实施例4

一种表面摩擦系数低且疏水性提高的尼龙纤维的制备方法，步骤如下：

(1)制备改性尼龙母粒；

先将由尼龙66、数均分子量为60w的pdms和氨丙基异丁基笼状半硅氧烷组成的混合物加入高速混合机中搅拌均匀，混合物中尼龙66、pdms和氨丙基异丁基笼状半硅氧烷的质量含量分别为37wt％、60wt％和3wt％，搅拌时的转速为1000r/min，温度为240℃，时间为2min，再输送至双螺杆挤出机中熔融挤出和切粒，熔融挤出的温度为270℃；

(2)共混熔融纺丝；

将改性尼龙母粒和尼龙66切片分别置于真空烘箱中在温度为100℃的条件下干燥处理48h后，按改性尼龙母粒与尼龙66切片的质量比为0.5:99.5的比例将二者混合后进行熔融纺丝，熔融纺丝采用双螺杆，双螺杆各区的温度为i区：275℃；ii区：295℃；iii区：290℃；iv区：290℃，熔融纺丝的工艺参数为：纺丝速度600m/min，喷丝孔孔径0.05mm，喷丝孔数20，牵伸倍数3.5倍，牵伸温度90℃。

最终制得的摩擦系数低且疏水性提高的尼龙纤维的动摩擦系数与静摩擦系数分别为0.2518与0.2674，与水的接触角为73.8°，且断裂强度为4.4cn/detx，断裂伸长率为25.9％。

实施例5

一种表面摩擦系数低且疏水性提高的尼龙纤维的制备方法，步骤如下：

(1)制备改性尼龙母粒；

先将由尼龙6、数均分子量为20w的pdms和对氨苯基异丁基笼状倍半硅氧烷组成的混合物加入高速混合机中搅拌均匀，混合物中尼龙6、pdms和对氨苯基异丁基笼状倍半硅氧烷的质量含量分别为40wt％、58wt％和2wt％，搅拌时的转速为2800r/min，温度为180℃，时间为5min，再输送至双螺杆挤出机中熔融挤出和切粒，熔融挤出的温度为220℃；

(2)共混熔融纺丝；

将改性尼龙母粒和尼龙6切片分别置于真空烘箱中在温度为108℃的条件下干燥处理55h后，按改性尼龙母粒与尼龙6切片的质量比为2.2:97.8的比例将二者混合后进行熔融纺丝，熔融纺丝采用双螺杆，双螺杆各区的温度为i区：275℃；ii区：295℃；iii区：290℃；iv区：290℃，熔融纺丝的工艺参数为：纺丝速度780m/min，喷丝孔孔径0.15mm，喷丝孔数33，牵伸倍数3.5倍，牵伸温度85℃。

最终制得的表面摩擦系数低且疏水性提高的尼龙纤维的动摩擦系数与静摩擦系数分别为0.2451与0.2572，与水的接触角为75.6°，且断裂强度为3.5cn/detx，断裂伸长率为18.2％。

实施例6

一种表面摩擦系数低且疏水性提高的尼龙纤维的制备方法，步骤如下：

(1)制备改性尼龙母粒；

先将由尼龙6、数均分子量为70w的pdms和n-甲基氨丙基异丁基笼状倍半硅氧烷组成的混合物加入高速混合机中搅拌均匀，混合物中尼龙6、pdms和n-甲基氨丙基异丁基笼状倍半硅氧烷的质量含量分别为70wt％、29wt％和1wt％，搅拌时的转速为4200r/min，温度为190℃，时间为7min，再输送至双螺杆挤出机中熔融挤出和切粒，熔融挤出的温度为224℃；

(2)共混熔融纺丝；

将改性尼龙母粒和尼龙6切片分别置于真空烘箱中在温度为115℃的条件下干燥处理67h后，按改性尼龙母粒与尼龙6切片的质量比为4.3:95.7的比例将二者混合后进行熔融纺丝，熔融纺丝采用双螺杆，双螺杆各区的温度为i区：275℃；ii区：295℃；iii区：290℃；iv区：290℃，熔融纺丝的工艺参数为：纺丝速度890m/min，喷丝孔孔径0.32mm，喷丝孔数46，牵伸倍数4.2倍，牵伸温度100℃。

最终制得的表面摩擦系数低且疏水性提高的尼龙纤维的动摩擦系数与静摩擦系数分别为0.2463与0.2591，与水的接触角为75.0°，且断裂强度为3.6cn/detx，断裂伸长率为19.6％。

实施例7

一种表面摩擦系数低且疏水性提高的尼龙纤维的制备方法，步骤如下：

(1)制备改性尼龙母粒；

先将由尼龙6、数均分子量为100w的pdms和支链带有氨基的poss(即质量比为1:1的氨乙基氨丙基异丁基笼状半硅氧烷和氨丙基异丁基笼状半硅氧烷的混合物)组成的混合物加入高速混合机中搅拌均匀，混合物中尼龙6、pdms和支链带有氨基的poss的质量含量分别为88.8wt％、10wt％和0.2wt％，搅拌时的转速为6000r/min，温度为205℃，时间为10min，再输送至双螺杆挤出机中熔融挤出和切粒，熔融挤出的温度为230℃；

(2)共混熔融纺丝；

将改性尼龙母粒和尼龙6切片分别置于真空烘箱中在温度为120℃的条件下干燥处理72h后，按改性尼龙母粒与尼龙6切片的质量比为5:95的比例将二者混合后进行熔融纺丝，熔融纺丝采用双螺杆，双螺杆各区的温度为i区：275℃；ii区：295℃；iii区：290℃；iv区：290℃，熔融纺丝的工艺参数为：纺丝速度1000m/min，喷丝孔孔径0.5mm，喷丝孔数50，牵伸倍数5倍，牵伸温度130℃。

最终制得的表面摩擦系数低且疏水性提高的尼龙纤维的动摩擦系数与静摩擦系数分别为0.2654与0.2781，与水的接触角为74.5°，且断裂强度为3.8cn/detx，断裂伸长率为15.3％。