专利名称：聚酰胺6/66共聚物长丝纱的连续静电纺丝方法
技术领域：
本发明涉及一种长丝纱的纺丝方法，具体涉及一种采用静电纺丝方法对聚酰胺6/66共聚物进行连续纺制长丝纱的方法。
背景技术：
静电纺丝是一种简单易行的纺丝技术，利用该纺丝方法可以制备得到直径从数纳米到数微米不等的纤维，而其制造纳米级纤维的能力，更使该项技术在近几年里得到了快速发展。目前，通过静电纺丝获得的产品形式基本都是纤维呈随机排列状态的非织造布，产品在过滤材料、组织工程基质、伤口包扎和药物传递材料、仿生材料、纤维增强复合材料等方面具有潜在的应用价值。通过静电纺丝直接得到的非织造布片状材料的优势是可以被直接应用，但存在着纤维的力学性能较差、纤维集合体结构无序且不易控制、产品的二次加工受到限制、只能以单一的形式被使用等缺陷。若能采用静电纺丝的方法连续纺制由亚微米级纤维构成的长丝纱，则在通过二次加工改善产品的结构和性能、通过纺织加工丰富最终产品的形式以及扩大产品的应用领域等方面将具有重要的意义。
为了得到纤维呈平行排列状态的静电纺产品，研究人员在静电纺丝的方法方面也进行了一系列的改进，最主要的有以下几个方面①将一般的平面型导电性接收屏改为旋转的滚筒；②用带有尖锐边缘的薄型转轮作为接收装置；③在收集装置上加入辅助电极或电场；④使用金属框架作为接收屏；⑤在射流范围内振荡接地的框架；⑥将正负电极分别连接于两个相对放置的喷丝头上，并用旋转的滚筒收集纤维；⑦将纤维纺于盛有去离子水的表面皿中或盛有凝固浴的浴槽内，收集纤维束后卷绕于滚筒上；⑧用两个平行排列的导电性收集环作为静电纺纤维的收集系统；⑨将静电纺纤维集束后再进行加捻和卷绕。在以上数种为制备纤维平行排列的静电纺产品而改进的纤维收集方法中，有些可以纺制得到由纤维集束而成的纱线，如方法⑥、⑦和⑨。有些只能得到由平行排列的纤维构成的片状体或长度有限的纤维束，如方法①、③、④和⑧。但是这些方法都无法实现纱线的长时间(10小时以上)连续纺制，在纺丝系统中也基本没有对初纺纱进行在线后加工以改善纤维的结构、纱线的均匀性和力学性能的机构。
聚酰胺，俗称尼龙，是分子主链上含有重复酰胺基团-[NHCO]-的热塑性树脂的总称，美国杜邦公司最先开发，于1939年实现工业化，由于其具有良好的综合性能且易于加工而得到了广泛的应用。其中的主要品种是聚酰胺6和聚酰胺66，此外还有聚酰胺11、12等，以及多种共聚物。聚酰胺6/66共聚物因其高强度和高弹性而受到关注。
发明内容
本发明目的是提供一种采用静电纺丝技术对聚酰胺6/66共聚物进行连续纺丝的方法，以获得由亚微米级纤维构成的长丝纱。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是一种聚酰胺6/66共聚物长丝纱的连续静电纺丝方法，包括下列步骤将聚酰胺6/66共聚物粒子溶解在甲酸中，制得质量百分比10～25％的纺丝液，将平平加O溶解在去离子水中制得质量百分比0.4～1.2％的浴液，采用静电纺丝方法，将纺丝液倒入纺丝管中，连接高压发生器的正极，浴液置于浴槽内，连接高压发生器的负极，从纺丝管喷出的纺丝液在浴液中形成纤维束，集束后的纤维经卷绕成形获得初纺纱，再经过热拉伸定型，即获得具有良好力学性能的聚酰胺6/66共聚物长丝纱。
上述技术方案中，所述静电纺丝时，电压为8～20千伏，喷丝头到浴液表面的高度差是3～13厘米，卷绕速度不大于7米/分钟。
对所述初纺纱进行拉伸的加热温度为90～120℃，拉伸倍数为0.5～3.0，拉伸过程可以根据需要进行一次或两次。
本发明的工作原理是在常温下，溶解于甲酸中的聚酰胺6/66共聚物纺丝液射流在高压静电场力的作用下，经过失稳鞭动以及多级分裂而形成纳米级或亚微米级纤维，使纤维集束于表面活性剂浴液中，纤维中的残留溶剂在其中扩散，纤维进一步凝固的同时表面的润滑性增加，在后拉伸以及卷绕过程中不易断裂。集束后的纤维通过卷绕成形机构以长丝纱的形式卷绕于筒子上，由此得到的为初纺纱。在集束处与卷绕成形机构之间加装加热装置，使丝条集束后通过加热区和定型区，再被卷绕成筒，则通过提高卷绕速度可以使初生纱得到一定程度的拉伸，此称为“一次拉伸纱”；对该纱线进行二次热拉伸定型后，则可使纱线的结构和性能得到进一步的改善，称之为“二次拉伸纱”。使用本静电纺丝系统得到的聚酰胺6/66共聚物长丝纱具有连续性好，线密度均匀等特点。初纺的纱线具有一定的强度和较大的伸长，经过热拉伸定型后，纱线的断裂强度得到显著提高，断裂伸长率明显降低，符合纺织加工工艺对纱线的使用要求。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点1.本发明对普通静电纺丝方法中的纤维收集方法和收集装置进行了改造，利用表面活性剂浴液收集纤维，并对集束纤维进行卷绕，从而制备得到了由直径为数百纳米的纤维构成的聚酰胺6/66共聚物长丝纱，并且纺丝过程中可以达到连续12小时以上无断头。
2.本发明在普通静电纺丝的基础上增加了二次热拉伸定型和二级卷绕，通过对纱线的热拉伸定型和卷绕速度的调整进一步改善和控制纤维的结构与性能，形成了一种新型的亚微米级合成纤维长丝纱的连续静电纺制技术与方法，改变了现有的静电纺丝产品以非织造布为主的单一的产品形式，并解决了一般的静电纺丝方法难以通过素材的二次加工有效地改善纤维的结构和性能的问题。
附图1为本发明实施例一中采用的静电纺丝系统结构示意图。
其中1、纺丝管；2、高压电源；3、毛细管；4、细流；5、浴槽；6、导丝辊；7、加热装置；8、张力导向装置；9、卷绕装置。
具体实施例方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述实施例一一种聚酰胺6/66共聚物长丝纱的连续静电纺丝方法，将聚酰胺6/66共聚物粒子溶解在浓度为88％的甲酸中，制得质量百分比10～25％的纺丝液；将平平加O溶解在去离子水中制得质量百分比0.4～1.2％的浴液。
采用静电纺丝的方法将上述纺丝液在一定的工艺条件下纺在浴液的表面，从浴液中将基本凝固成形的纤维集束后在卷绕滚筒上绕2～3圈，然后即可进行聚酰胺6/66共聚物长丝纱的连续纺制。
所述的纺纱工艺条件室温条件，相对湿度为50～70％电压8-20kv喷丝头到浴液的高度3～13cm卷绕的距离10～50cm卷绕速度为0～7m/min加热装置的温度为90～120℃在上述工艺条件下，连续纺纱(无断头)的时间在12h以上，得到的初纺纱线的线密度为0.6～2.85dtex，纤维的平均直径在150～500nm之间，纱线的断裂强度为0.55～1.4cN/dtex，断裂伸长率为70％～180％。
由于初纺纱线的断裂伸长较大，断裂强度较低，因此将得到的初纺纱线进行二次拉伸定型。纱线的拉伸是利用两个滚筒的线速度差实现的。具体工艺为将纱线从一个滚筒上退解，通过加热区和定型区后卷绕到另一个旋转滚筒上。加热温度为90～120℃，拉伸倍数为0.5～3.0。
经过上述处理的纱线断裂伸长降低了20-120％，断裂强度提高了20-90％，达到了1.08-2.05cN/dtex。
实现上述方法的纺丝系统主要包括高压电源2、静电纺丝器、浴槽5、导丝辊6、加热装置7、张力导向装置8、卷绕装置9、温度速度控制箱等几个部分。附图1为纺丝系统的示意图。其中加热装置的温度范围为0～150℃，卷绕装置的速度范围为0～150m/min，纺丝在室温下即可进行。
将聚酰胺6/66共聚物的甲酸溶液倒入纺丝管1中，调整喷丝头到浴槽5内的浴液表面间的距离和高压发生器的电压，负极经表面活性剂浴液接地，高压发生器使纺丝液带电，并使泰勒锥与浴槽之间产生高压电场。调节毛细管3中的纺丝液的流量至纺丝口处无液滴自然下垂，使纺丝液形成稳定的细流4，细流在静电力的作用下加速运动并分裂成细流簇，在浴槽的表面即可得到已经分裂为直径达到纳米级或亚微米级的纤维束，用玻璃棒将纤维束慢慢牵伸出浴槽并依次通过导丝辊6、加热装置7、张力导向装置8等，最终卷绕到旋转滚筒上，随后即可进行长丝纱的连续纺制。
实施例二将2g聚酰胺6/66共聚物粒子溶解在11.3g的甲酸中，经充分搅拌后制得质量百分比15％的纺丝溶液。将4g的平平加O溶解于996g的去离子水中形成质量百分比0.4％的平平加O溶液。在温度约25℃，相对湿度65％左右，电压11kv，定型温度为95℃，卷绕速度2m/min，喷丝头到液面的高度为4.5cm的条件下得到的初纺纱线的平均线密度1.05dtex，纤维的平均直径为187nm，纱线的断裂伸长率为87％，断裂强度为0.74cN/dtex，连续纺丝时间为12.5h。对在同样条件下纺制的纱线进行50％的热(95℃)拉伸定型，纱线的断裂伸长率下降为57％，断裂强度提高到1.12cN/dtex，和初纺纱线相比，断裂伸长率降低了34.5％，断裂强度提高了51.4％。
实施例三将2g聚酰胺6/66共聚物粒子溶解在8g的甲酸中，经充分搅拌后制得质量百分比20％的纺丝溶液。将6g的平平加O溶解于994g的去离子水中形成质量百分比0.6％的平平加O溶液。在温度约25℃，相对湿度65％左右，电压13kv，定型温度为95℃，卷绕速度5m/min，喷丝头到液面的高度为5.5cm的条件下得到的初纺纱线的平均线密度1.25dtex，纤维的平均直径为292nm，纱线的断裂伸长率为108％，断裂强度为0.81cN/dtex，连续纺丝时间为13h。对在同样条件下纺制的纱线进行70％的热(95℃)拉伸定型，纱线的断裂伸长率下降为53％，断裂强度提高到1.35cN/dtex，和初纺纱线相比，断裂伸长率降低了50.9％，断裂强度提高了66.7％。
实施例四将2g聚酰胺6/66共聚物粒子溶解在6g的甲酸中，经充分搅拌后制得质量百分比25％的纺丝溶液。将8g的平平加O溶解于992g的去离子水中形成质量百分比0.8％的平平加O溶液。在温度约25℃，相对湿度65％左右，电压15kv，定型温度为95℃，卷绕速度3m/min，喷丝头到液面的高度为6.5cm的条件下得到的初纺纱线的平均线密度1.62dtex，纤维的平均直径为224nm，纱线的断裂伸长率为133.4％，断裂强度为0.88cN/dtex，连续纺丝时间为13.6h。对在同样条件下纺制的纱线进行80％的热(95℃)拉伸定型，纱线的断裂伸长率下降为43.2％，断裂强度提高到1.64cN/dtex，和初纺纱线相比，断裂伸长率降低了67.6％，断裂强度提高了86.4％。
权利要求
1.一种聚酰胺6/66共聚物长丝纱的连续静电纺丝方法，其特征在于，包括下列步骤将聚酰胺6/66共聚物粒子溶解在甲酸中，制得质量百分比10～25％的纺丝液，将平平加O溶解在去离子水中制得质量百分比0.4～1.2％的浴液，采用静电纺丝方法，将纺丝液倒入纺丝管中，连接高压发生器的正极，浴液置于浴槽内，连接高压发生器的负极，从纺丝管喷出的纺丝液在浴液中形成纤维束，集束后的纤维经卷绕成形获得初纺纱，再经过热拉伸定型，即获得聚酰胺6/66共聚物长丝纱。
2.根据权利要求1所述的长丝纱的连续静电纺丝方法，其特征在于所述静电纺丝时，电压为8～20千伏，喷丝头到浴液表面的高度差是3～13厘米，卷绕速度不大于7米/分钟。
3.根据权利要求1所述的长丝纱的连续静电纺丝方法，其特征在于对所述初纺纱进行拉伸的加热温度为90～120℃，拉伸的倍数为0.5～3.0。
全文摘要
本发明公开了一种聚酰胺6/66共聚物长丝纱的连续静电纺丝方法，将共聚物粒子溶解在甲酸中，制得质量百分比10～25％的纺丝液，用平平加O制备浴液，采用静电纺丝方法，纺丝液射流在高压静电场力的作用下，经过失稳鞭动以及多级分裂而形成纳米级或亚微米级纤维，使纤维集束于表面活性剂浴液中，纤维中的残留溶剂在其中扩散，集束后的纤维经卷绕成形获得初纺纱，再经过加热和二次拉伸，即获得聚酰胺6/66共聚物长丝纱。本发明制备得到了由直径为数百纳米的纤维构成的聚酰胺6/66共聚物长丝纱，并且纺丝过程中可以达到连续12小时以上无断头，同时，解决了一般的静电纺丝方法难以通过素材的二次拉伸热定型加工有效地改善纤维的结构和性能的问题。
文档编号D01F6/60GK101037809SQ20071002079
公开日2007年9月19日 申请日期2007年4月2日 优先权日2007年4月2日
发明者潘志娟, 刘红波, 王建民 申请人:苏州大学