专利名称：：一种以离子液体为增塑剂的锦纶6熔融纺丝方法
技术领域：
：本发明涉及一种以离子液体为增塑剂的锦纶6熔融纺丝方法，属于熔融纺丝
技术领域：
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背景技术：
："锦纶6"(PA6)是我国聚己内酰胺纤维的商品名称，国外商品名称则为"尼龙6"、"耐纶6"等。1938年，德国施拉克研究成功用单一的己内酰胺为原料，用氨基己酸作为引发剂，加热聚合制成聚己内酰胺。1939年进行聚酰胺纤维的试验生产，1943年开始聚酰胺6纤维的工业化生产。我国的锦纶6生产则自50年代后期开始发展。首先引进东欧国家的生产设备与技术，然后消化吸收和国产化。80年代开始引进国际上先进的锦纶6高速纺设备和技术，并使锦纶6生产能力远远超过锦纶66的生产能力，成为中国聚酰胺纤维中产量最大的锦纶纤维。锦纶6纤维性能优良，除了具备合成纤维共有的耐腐蚀、耐霉烂、湿强度高、不怕虫蛀、吸湿率低等性能外，其主要特点还在于断裂强度高，除芳纶外，几乎是强力最高的一种纤维；耐磨性优异，是纺织纤维中耐磨性最好的一种纤维；比大部分合成纤维比重轻得多；弹性好，纤维伸长回复率、结节强度、多次弯曲强度比其它合成纤维高得多；但其缺点是杨氏模量小，使用中易变形、耐热性能不好、耐光性能差，易在日光或紫外线照射下变黄。锦纶6纤维与其它合成纤维一样，其生产技术也从常规纺发展到高速纺。纺丝速度在1500m/inin以下的纺丝技术称之为常规纺。早期传统的锦纶6纤维生产技术均为常规纺，这种技术要将生产工艺分为二步或三步才能完成。首先进行纺丝，生产出未取向丝UDY，由于这种纤维强度低、伸度大、弹性差等原因，尚不能直接用于纺织加工，还必须对其进行一系列的后加工处理在拉伸加捻机上拉伸制成无捻无定型丝DT，最后再在弹力丝机上加弹，制成弹力丝等。理论上，纺丝速度在3000m/min以上的称为高速纺，但锦纶6纺速达到4000m/min的速度区域中，长丝的伸长率仍相当于常规纺，因此，在此速度下仍可巻绕。为实现巻绕工艺的最大稳定性，纺速最好在5200m/min左右，也就是说，锦纶6预取向丝的纺速以40005200m/min为宜。FDY生产技术是一种80年代全面投入工业化生产的全牵伸锦纶6长丝生产技术，使POY-DT二步法变为纺丝牵伸联合进行的一步法:高速纺级切片一螺杆挤出机一纺丝箱体一计量泵一纺丝窗一上油装置一甬道一导丝辊一牵伸辊(热)一巻绕头(FDY),随着工业技术的进一步发展，生产技术和工艺流程的不断改进，各国陆续生产出了HOY、HTY、F0Y等高强度高取向度锦纶6长丝纤维。但这种方法的缺点是锦纶的拉伸倍数不够高，强度和杨氏模量有待提高。本发明的目的在于提供一种以离子液体为增塑剂的锦纶6熔融纺丝方法，以降低锦纶6的熔点，实现锦纶6纤维的高倍拉伸，提高其强度和杨氏模量。为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种以离子液体为增塑剂的锦纶6熔融纺丝方法，其特征在于，具体步骤为第一步在真空度为-0.06MPa—0.08MPa、温度为-30。C-5(TC、湿度为1.3g/m3-4.lg/m3的条件下，将锦纶6与离子液体以重量比1:1~1:O.ll混合，将所得的混合物加入到双螺杆纺丝机中进行熔融纺丝，其中，螺杆转速为60-120r/min，进料段温度为150-200。C，塑化段温度为200-240°C，熔融段温度为200-240°C;第二步将纺出的丝直接干热拉伸，拉伸温度为80-1S(TC，拉伸总倍数为4-10倍；第三步将拉伸后的纤维用60-8(TC的水洗，在80-16(TC热定型15-45s得到锦纶6纤维。所述离子液体优选为二取代咪唑型离子液体，其结构式如下其中，Rt为甲基或丁基，R2为甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基或异丁基，X为氯离子、溴离子、四氟硼酸根或六氟磷酸根。所述的二取代咪唑型离子液体中优选为氯化1-甲基-3-乙基咪唑盐([EMIM]C1)、氯化l-甲基-3-丁基咪唑盐([BMIM]C1)、溴化1-甲基-3-乙基咪唑盐([EMIM]Br)、1-甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐([EMIM]BF4)、1-甲基-3-丁基咪唑四氟硼酸盐([BMIM]BF4)、1-甲基-3-乙基咪唑六氟硼酸盐([EMIM]PF6)或l-甲基-3-丁基咪唑六氟硼酸盐([BMIM]PFO。本发明采用PA6熔融纺丝的方法，将离子液体加入到PA6中，不但可以降低PA6的熔点，主要还可以实现PA6纤维的高倍拉伸。将离子液体加入到PA6中以后，能够降低分子链之间
发明内容的相互作用，从而使PA6的分子链的僵硬度和分子间相互作用力减弱，从而可以实现PA6纤维的高倍拉伸，因而提高其强度和模量。本发明的有益效果如下(1)PA6纤维的增塑熔融纺丝，工艺简单，不需要复杂的工艺过程，在传统的熔融纺丝机的基础上即可完成，所以在提高PA6纤维强度的同时，成本不会提高。(2)通过离子液体的增塑作用，可以减小PA6中分子链之间的相互作用力，这是由于咪唑型离子液体其中的刚性结构的咪唑环能够撑开PA6中的大分子链，减弱PA6分子链之间的强相互作用，从而改善PA6的大分子缠结结构，因而在实现PA6高倍拉伸的同时，还可以增加分子链的取向程度，提高PA6纤维的强度，制得高强高取向的PA6纤维。纤维强度为2.0cN/dtex_9.0cN/dtex，断裂伸长率为11.7%—28.0%。(3)通过这种增塑熔融纺丝方法得到的PA6纤维在洗除离子液体后，很少含有空洞结构，非常致密，不影响PA6纤维的强度，所以，增塑熔融纺丝方法可以得到高强高模的PA6纤维。图1为PA6/[BMIM]Cl重量比为3:1时水洗后PA6纤维截面SEM照片；图2为PA6/[BMIM]C1重量比为3:1水洗后PA6纤维截面SEM照片；图3为PA6/[BMIM]C1重量比为3':1时PA6纤维的DMA曲线；图4为PA6/[BMIM]Cl重量比为4:1水洗后PA6纤维截面SEM照片；图5为PA6/[BMIM]C1重量比为4:1水洗后PA6纤维截面SEM照片；图6为PA6/[BMIM]Cl体系制得的纤维未水洗前Tg与PA6含量的关系曲线图。具体实施例方式下面结合实施例来具体说明本发明。实施例1在真空度为-0.06MPa、温度为-3(TC、湿度为1.3g/m3的条件下，将锦纶6与离子液体[EMIM]C1以重量比1:1混合，将所得的混合物加入到双螺杆纺丝机中进行烙融纺丝，其中，螺杆转速为60r/min，进料段温度为150°C，塑化段温度为200°C，熔融段温度为200°C、喷丝板长径比为3:1、孔径为0.lram;将纺出的丝进行初级干热拉伸和二次干热拉伸，初级拉伸温度为8(TC、拉伸倍数为2倍、次级拉伸温度为IO(TC，拉伸倍数为2倍；将拉伸得到的纤维进行6(TC水洗，上油(南通恒润化工有限公司Q/2038，有效成分90%±2，离子性阴离子闪点(开口杯)。C〉150，PH值1%的水溶液6-8，稳定性15%乳化液(30。C、24h))、在80。C热定型15s得到锦纶6纤维。所得的PA6纤维强度为4.2cN/dtex，断裂伸长率为25.0%。实施例2在真空度为-0.08MPa、温度为5(TC、湿度为4.lg/m3的条件下，将锦纶6与离子液体[EMIM]Br以重量比l:O.ll混合，将所得的混合物加入到双螺杆纺丝机中进行熔融纺丝，其中，螺杆转速为120r/min，进料段温度为20(TC，塑化段温度为24(TC，熔融段温度为24(TC、喷丝板长径比为3:1、孔径为0.lmra;将纺出的丝进行初级干热拉伸和二次干热拉伸，初级拉伸温度为18(TC、拉伸倍数为4倍、次级拉伸温度为18(TC，拉伸倍数为6倍；将拉伸得到的纤维进行8(TC水洗，上油(南通恒润化工有限公司Q/2038,有效成分90%±2，离子性阴离子闪点(开口杯)。C〉150，PH值1%的水溶液6-8,稳定性15%乳化液(30。C、24h))、在160。C热定型45s得到锦纶6纤维。所得的PA6纤维强度为4.OcN/dtex，断裂伸长率为27.0%。实施例3在真空度为-O.08MPa、温度为20。C、湿度为3.0g/m3的条件下，将锦纶6与离子液体[BMIM]C1以重量比3:1混合，将所得的混合物加入到双螺杆纺丝机中进行熔融纺丝，其中，螺杆转速为70r/min，进料段温度为190°C，塑化段温度为22(TC，熔融段温度为220。C、喷丝板长径比为3:1、孔径为O.lmm;将纺出的丝进行初级干热拉伸和二次干热拉伸，初级拉伸温度为IO(TC、拉伸倍数为4倍、次级拉伸温度为ll(TC，拉伸倍数为6倍；将拉伸得到的纤维进行7(TC水洗，上油(南通恒润化工有限公司Q/2038，有效成分90%±2，离子性阴离子闪点(开口杯)。C〉150，PH值1%的水溶液6-8，稳定性15%乳化液(30°。、24h))、在12(TC热定型30s得到锦纶6纤维。所得的PA6纤维强度为4.lcN/dtex，断裂伸长率为23.0%。图1为PA6/[BMIM]C1重量比为3:1时水洗后PA6纤维截面SEM照片，图2为PA6/[BMIM]C1重量比为3:1水洗后PA6纤维截面SEM照片，图3为PA6/[BMIM]C1重量比为3:1时PA6纤维的DMA曲线，从图中可以看出锦纶纤维截面结构致密，无空洞等缺陷。实施例4在真空度为-0.08MPa、温度为20、湿度为2.0g/m3的条件下，将锦纶6与离子液体[BMIM]C1以重量比4:1混合，将所得的混合物加入到双螺杆纺丝机中进行熔融纺丝，其中，螺杆转速为60r/min，进料段温度为19(TC，塑化段温度为22(TC，熔融段温度为220°C、喷丝板长径比为3:1、孔径为O.lmm;将纺出的丝进行初级干热拉伸和二次干热拉伸，初级拉伸温度为IO(TC、拉伸倍数为4倍、次级拉伸温度为ll(TC，拉伸倍数为6倍；将拉伸得到的纤维进行80。C水洗，上油(南通恒润化工有限公司Q/2038，有效成分90%±2,离子性阴离子闪点(开口杯)。C〉150,PH值1%的水溶液6_8，稳定性15%乳化液(30°<:、24h))、在12(TC热定型30s得到锦纶6纤维。所得的PA6纤维强度为4.0cN/dtex，断裂伸长率为23.5%。图4为PA6/[BMIM]C1重量比为4:1水洗后PA6纤维截面SEM照片；图5为PA6/[BMIM]C1重量比为4:1水洗后PA6纤维截面SEM照片；图6为PA6/[BMIM]Cl体系制得的纤维未水洗前Tg与PA6含量的关系曲线图，从图6中可以看出随着尼龙6含量的增加，所制得的锦纶纤维的玻璃化转变温度逐渐升高，所以说增塑剂具有降低玻璃化转变温度的作用。实施例5在真空度为-O.08MPa、温度为20°C、湿度为2.Og/m1的条件下，将锦纶6与离子液体[BMIM]C1以重量比5:l混合，将所得的混合物加入到双螺杆纺丝机中进行熔融纺丝，其中，螺杆转速为70r/min，进料段温度为20(TC，塑化段温度为230。C，熔融段温度为230°C、喷丝板长径比为3:1、孔径为O.lram;将纺出的丝进行初级干热拉伸和二次干热拉伸，初级拉伸温度为IOO'C、拉伸倍数为4倍、次级拉伸温度为ll(TC，拉伸倍数为6倍；将拉伸得到的纤维进行8(TC水洗，上油(南通恒润化工有限公司Q/2038，有效成分90%±2，离子性阴离子闪点(开口杯)'C〉150，PH值1%的水溶液6-8，稳定性15。/。乳化液(3(TC、24h))、在12(TC热定型30s得到锦纶6纤维。所得的PA6纤维强度为3.8cN/dtex,断裂伸长率为28.0%。实施例6-15同实施例5，区别在于采用的离子液体不同，如下:<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>权利要求1、一种以离子液体为增塑剂的锦纶6熔融纺丝方法，其特征在于，具体步骤为第一步在真空度为-0.06MPa--0.08MPa、温度为-30℃-50℃、湿度为1.3g/m3-4.1g/m3的条件下，将锦纶6与离子液体以重量比1∶1～1∶0.11混合，将所得的混合物加入到双螺杆纺丝机中进行熔融纺丝，其中，螺杆转速为60-120r/min，进料段温度为150-200℃，塑化段温度为200-240℃，熔融段温度为200-240℃；第二步将纺出的丝直接干热拉伸，拉伸温度为80-180℃，拉伸总倍数为4-10倍；第三步将拉伸后的纤维用60-80℃的水洗，在80-160℃热定型得到锦纶6纤维。2、如权利要求1所述的一种以离子液体为增塑剂的锦纶6熔融纺丝方法，其特征在于，第一步中所述的离子液体为二取代咪唑型离子液体，其结构式如下其中，R为甲基或丁基，R2为甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基或异丁基，X为氯离子、溴离子、四氟硼酸根或六氟磷酸根。3、如权利要求2所述的一种以离子液体为增塑剂的锦纶6熔融纺丝方法，其特征在于，所述的二取代咪唑型离子液体为氯化1_甲基-3-乙基咪唑盐、氯化l-甲基-3-丁基咪唑盐、溴化1-甲基-3-乙基咪唑盐、1-甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐、l-甲基-3-丁基咪唑四氟硼酸盐、l-甲基-3-乙基咪唑六氟硼酸盐或l-甲基-3-丁基咪唑六氟硼酸盐。全文摘要本发明提供了一种以离子液体为增塑剂的锦纶6熔融纺丝方法，其特征在于，具体步骤为将锦纶6与离子液体以重量比1∶1～1∶0.11混合，将所得混合物加入到双螺杆纺丝机中，调整螺杆转速为60-120r/min，进料段温度为150-200℃，塑化段温度为200-240℃，熔融段温度为200-240℃，进行熔融纺丝；将纺出的丝进行干热拉伸，拉伸温度为80-180℃，拉伸倍数为4-10倍；将拉伸得到的纤维进行水洗，在80-160℃热定型得到锦纶6纤维。本发明的优点是产品强度和杨氏模量高、成本低，环保。文档编号D01D10/02GK101580966SQ20091005321公开日2009年11月18日申请日期2009年6月17日优先权日2009年6月17日发明者余木火,张毅炜,滕翠青,王兆华,田银彩,荣怀苹,佳袁,邓智华,韩克清申请人:东华大学