一种增强聚氨酯纤维拉伸力学性能的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种增强聚氨酯纤维拉伸力学性能的方法，属于纤维材料技术领域。
【背景技术】
[0002]聚氨酯纤维国际上称之为“Spandex”，我国商品名为氨纶。是由聚氨酯嵌段共聚物经过纺丝而制得的纤维，断裂伸长率高达500 9^800 %，弹性回复率一般高于90%，断裂强度高，由于其有着其它纤维无法比拟的高断裂伸长率，被广泛应用在针织服饰、家居用品等领域。
[0003]随着聚氨酯纤维应用领域的扩大，人们对于聚氨酯纤维的力学性能提出了更高的要求。目前增强聚氨酯纤维拉伸力学性能的方法全部集中在聚氨酯纤维成型前，而对聚氨酯纤维成型后再增强其拉伸力学性能尚无相关报导，这是因为聚氨酯纤维成型后的结构比较稳定，增强改性比较困难。对聚氨酯纤维成型前进行改性主要包括聚氨酯的合成改性和聚氨酯纺丝液的改性。聚氨酯的合成改性包括聚合前期的分子结构改性和聚合后期的分子间交联改性。聚氨酯纺丝液的改性通常是将一些纤维类无机填料、刚性粒子、引发剂等通过共混的方法添加到聚氨酯溶液中制成共混纺丝溶液。然而不管是聚氨酯的合成改性还是聚氨酯纺丝液的改性都具有工艺比较复杂、效果不太显著、易造成其它性能改变等缺点，且只能增加断裂强度和杨氏模量，而断裂伸长率减少。因此，一种简单有效的在聚氨酯纤维成型后实现聚氨酯纤维的断裂强度、杨氏模量和断裂伸长率同时增强的方法，具有重要的实际应用价值和经济价值。
【发明内容】
[0004]针对上述问题，本发明的目的在于提供一种增强聚氨酯纤维拉伸力学性能的方法，为了实现上述目的，本发明的技术解决方案为，
一种增强聚氨酯纤维拉伸力学性能的方法，所述的方法按以下步骤进行: a聚氨酯纤维的预处理
在索氏萃取器中，将聚氨酯纤维采用无水乙醚进行虹吸循环清洗，清洗2_5h后放入温度为80-90°C干燥箱中干燥l_2h直至聚氨酯纤维表面的乙醚去除，得到预处理后的聚氨酯纤维，其中，聚氨酯纤维的虹吸循环清洗次数为20-50次；b聚氨酯纤维的低温电晕辐照改性
将经步骤a预处理后的聚氨酯纤维在气氛为空气、温度为18-36°C、电压为6-15KV、距离为0.5-3cm的低温电晕辐照设备中处理3-10min，得到低温电晕辐照改性的聚氨酯纤维，其中，低温电晕辐照改性的聚氨酯纤维的接触角为35-65° ;c改性溶液的制备按如下质量百分比:
去尚子水15?97.5%
铵盐I?70% 含酰胺键的极性溶剂0.5?10%
丙酮0.9?4.5%
低相对分子量阴离子型表面活性剂 0.1?0.5%
将铵盐、含酰胺键的极性溶剂、丙酮和低相对分子量阴离子型表面活性剂放入去离子水中得到混合溶液，然后将混合溶液的温度升高至25?98°C并机械搅拌3-5h后得到改性溶液，其中，搅拌速率为800-3000r/min ；d铵盐分子嵌入聚氨酯纤维
将经步骤b得到的低温电晕辐照改性的聚氨酯纤维放入经步骤c制备的改性溶液中，在温度为80-130°C、气压为0.101-0.270Mpa的条件下进行高温高压浸泡和溶胀处理l_5h，在高温高压浸泡和溶胀的作用下，改性溶液中的铵盐分子扩散至低温电晕辐照改性的聚氨酯纤维的无定形区大分子之间，得到铵盐分子嵌入的聚氨酯纤维；e铵盐分子嵌入的聚氨酯纤维的清洗、微牵伸和热定型
将步骤d制备的铵盐分子嵌入的聚氨酯纤维放入温度为18-32°C的去离子水中进行清洗，清洗l_5min后将铵盐分子嵌入的聚氨酯纤维的长度牵伸伸长5-10%，然后放入温度为65-90°C的鼓风干燥箱中干燥l_2h，得到断裂强度增加60-150%，断裂伸长率增加70_120%，杨氏模量增加30-80%的聚氨酯纤维。
[0005]所述的聚氨酯纤维是聚醚型聚氨酯纤维或聚酯型聚氨酯纤维或聚酯-聚醚型聚氨酯纤维中的一种。
[0006]所述的去离子水的导电率彡16 ΜΩ.αιι。
[0007]所述的铵盐是硝酸铵或氯化铵或硫酸铵或硫酸氢铵或碳酸铵或碳酸氢铵或磷酸铵或磷酸氢铵或磷酸二氢铵或磷酸氢二铵中的一种。
[0008]所述的含酰胺键的极性溶剂是甲酰胺或N，N- 二甲基甲酰胺或N，N- 二甲基乙酰胺中的一种。
[0009]所述的低相对分子量阴离子型表面活性剂是硫酸酯盐表面活性剂或磺酸盐表面活性剂或磷酸酯盐表面活性剂中的一种，相对分子量为200-1000。
[0010]由于采用了以上技术方案，本发明的技术特点在于:
(1)现有的增强聚氨酯纤维拉伸力学性能的方法均是在聚氨酯纤维成型之前进行一系列改性，而本发明的技术方案是一种在聚氨酯纤维成型之后再增强其拉伸力学性能的方法;
(2)现有的增强聚氨酯纤维拉伸力学性能的方法只能增强聚氨酯纤维的断裂强度和杨氏模量，而本发明的技术方案可以实现聚氨酯纤维断裂强度、杨氏模量和断裂伸长率的同时增强；
(3)聚氨酯纤维经过预处理和低温电晕辐照改性后，放入由去离子水、铵盐、含酰胺键的极性溶剂、丙酮和低相对分子量阴离子型表面活性剂组成的混合溶液中，经过高温高压浸泡和溶胀处理后，铵盐分子嵌入聚氨酯纤维无定形区的大分子之间和孔隙中。当铵盐分子嵌入的聚氨酯纤维经过微牵伸和热定型后，铵盐分子的铵根离子在聚氨酯纤维的无定形区大分子之间与聚氨酯大分子中-NH-基团形成了比较稳定的氢键作用力，构成了微交联结构。另外，聚氨酯纤维的无定形区的孔隙中较多的铵盐分子会结晶在一起形成直径为20-180nm的纳米微球，纳米微球上的铵根离子与聚氨酯大分子中-NH-基团也可以形成氢键，从而将多个聚氨酯大分子链通过纳米微球连接在一起。在拉伸过程中，聚氨酯纤维的无定形区的大分子不断被拉伸和相互滑移，铵根离子与聚氨酯大分子之间也产生相对的滑移，当它们之间的氢键断裂后，铵根离子会在新的位置上与临近的-NH-基团形成新的氢键，而拉伸过程中纳米微球的自旋转，增加了聚氨酯大分子之间的滑移位移。因此，在拉伸过程中，铵根离子与聚氨酯大分子之间的强氢键力及其相互滑移断裂后的再形成以及铵盐纳米微球的自旋转导致聚氨酯纤维的断裂强度、杨氏模量和断裂伸长率同时增强。
[0011](4)通过本发明得到断裂强度增加60-150%，断裂伸长率增加70-120%，杨氏模量增加30-80%的聚氨酯纤维。
[0012]本发明提供了一种增强聚氨酯纤维拉伸力学性能的方法，该方法是将成型后的聚氨酯纤维进行处理，得到断裂强度、杨氏模量和断裂伸长率同时增强的聚氨酯纤维，为增强聚氨酯纤维开辟了一条新的途径。该制备方法工艺设备简单，成本较低，对生态环境无污染，可控性高，具有很大的应用前景。
【具体实施方式】
[0013]下面结合具体实施例对本发明进行具体详细描述。
[0014]一种增强聚氨酯纤维拉伸力学性能的方法，所述的方法按以下步骤进行: a聚氨酯纤维的预处理
在索氏萃取器中，将聚醚型聚氨酯纤维或聚酯型聚氨酯纤维或聚酯-聚醚型聚氨酯纤维中的一种采用无水乙醚进行虹吸循环清洗，清洗2-5 h后放入温度为80-90°C干燥箱中干燥l-2h直至聚氨酯纤维表面的乙醚去除，得到预处理后的聚氨酯纤维，其中，聚氨酯纤维的虹吸循环清洗次数为20-50次。
[0015]存储和运输的过程容易导致聚氨酯纤维表面粘附油迹和尘埃，严重阻碍改性溶液在聚氨酯纤维表面的浸润和铺展，进而影响铵盐分子对聚氨酯纤维表面的吸附，不利于其向聚氨酯纤维无定形区的扩散。因此，采用无水乙醚对聚氨酯纤维进行虹吸循环清洗，以去除聚氨酯纤维表面的杂质。
[0016]b聚氨酯纤维的低温电晕辐照改性
将经步骤a预处理后的聚氨酯纤维在气氛为空气、温度为18-36°C、电压为6-15KV、距离为0.5-3cm的低温电晕辐照设备中处理3-10min，得到低温电晕辐照改性的聚氨酯纤维，其中，低温电晕辐照改性的聚氨酯纤维的接触角为35-65°。
[0017]采用低温电晕辐照对聚氨酯纤维的表面进行改性，将聚氨酯纤维的接触角降低至35-65°，以提高聚氨酯纤维表面的浸润性，有利于改性溶液中铵盐分子在聚氨酯纤维表面的吸附。
[0018]c改性溶液的制备按如下质量百分比:
去尚子水15?97.5%
铵盐I?70%
含酰胺键的极性溶剂0.5?10%
丙酮0.9?4.5%
低相对分子量阴离子型表面活性剂 0.1?0.5% 将硝酸铵或氯化铵或硫酸铵或硫酸氢铵或碳酸铵或碳酸氢铵或磷酸铵或磷酸氢铵或磷酸二氢铵或磷酸氢二铵中的一种、甲酰胺或N，N- 二甲基甲酰胺或N，N- 二甲基乙酰胺中的一种、丙酮和相对分子量为200-1000的硫酸酯盐表面活性剂或磺酸盐表面活性剂或磷酸酯盐表面活性剂中的一种放入导电率< 16 ΜΩ ?cm的去离子水中得到混合溶液，然后将混合溶液的温度升高至25?98°C并机械搅拌3-5h后得到改性溶液，其中，搅拌速率为800-3000r/mino
[0019]铵盐是聚氨酯纤维获得高断裂强度、高杨氏模量和