一种增强聚氨酯纤维拉伸力学性能的方法_2

文档序号:9345177阅读:来源:国知局
高断裂伸长率的增强体。含酰胺键的极性溶剂与丙酮会对聚氨酯纤维进行一定的溶胀,从而增大聚氨酯纤维无定形区大分子之间的距离,进而有利于钱盐分子的扩散和嵌入。少量低相对分子量阴离子型表面活性剂的添加,可以进一步提高聚氨酯纤维表面的浸润性并提供通道,加快铵盐分子在聚氨酯纤维表面的吸附和扩散。
[0020]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。
[0021]在高温高压和溶胀的作用下,聚氨酯纤维的无定形区大分子之间的距离增大,改性溶液中铵盐分子的扩散速度加快,动能增大,进而促使其更好地扩散至聚氨酯纤维无定形区的大分子之间,最终达到增强聚氨酯纤维拉伸力学性能的目的。
[0022]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。
[0023]当铵盐分子嵌入聚氨酯纤维后,将其放入温度为18-32°C的去离子水中进行清洗
l-5min,去除聚氨酯纤维表面的铵盐分子。然后,将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热定型l_2h,以去除聚氨酯纤维的内应力,固定铵盐分子与聚氨酯大分子之间的氢键效应,实现聚氨酯纤维拉伸力学性能的最大程度增强。在铵盐分子扩散至聚氨酯纤维无定形区的过程中,温度、改性溶液、高压和溶胀等一系列的环境条件导致聚氨酯纤维产生内部应力,如不去除,将导致铵盐无法发挥出最强的增强效果。
[0024]本发明专利制备的聚氨酯纤维的增强原理如下:
首先,铵盐分子扩散至聚氨酯纤维无定形区的大分子之间,铵根离子中的N原子带有比较大的电负性,易与聚氨酯大分子上的-NH-基团形成氢键,从而在聚氨酯无定形区大分子之间形成了比较稳定的氢键作用力,构成了微交联结构,导致聚氨酯纤维的断裂强度和杨氏模量增加。在拉伸过程中,无定形区的大分子不断被拉伸和相互滑移,铵盐分子与大分子之间也产生相对的滑移,当他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,从而导致聚氨酯纤维的断裂伸长率也增大。
[0025]其次,铵盐分子扩散至聚氨酯纤维无定形区的孔隙中,经过清洗、微牵伸和热定型之后,较多的铵盐分子会结晶在一起形成尺度为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,纳米微球的刚性可以增加聚氨酯纤维的断裂强度和杨氏模量,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,从而增加了聚氨酯纤维的断裂伸长率。
[0026]下面结合具体实施例对本发明的一种增强聚氨酯纤维拉伸力学性能的方法做进一步详细描述:
实施例1
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采用无水乙醚进行虹吸循环清洗,清洗2h后放入温度为80°C干燥箱中干燥Ih直至聚醚型聚氨酯纤维表面的乙醚去除,得到预处理后的聚醚型聚氨酯纤维,其中,聚醚型聚氨酯纤维的虹吸循环清洗次数为20次。
[0027]b聚氨酯纤维的低温电晕辐照改性
将经步骤a预处理后的聚醚型聚氨酯纤维在气氛为空气、温度为18°C、电压为6KV、距离为0.5cm的低温电晕辐照设备中处理3min,得到低温电晕辐照改性的聚醚型聚氨酯纤维,其中,低温电晕辐照改性的聚醚型聚氨酯纤维的接触角为35°。
[0028]c改性溶液的制备
将70g硝酸铵、1g甲酰胺、4.5g丙酮和0.5g相对分子量为200的硫酸酯盐表面活性剂放入导电率为16M Ω._的15g去离子水得到混合溶液,然后将混合溶液的温度升高至25°C并机械搅拌3h后得到改性溶液,其中,搅拌速率为800r/min。
[0029]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醚型聚氨酯纤维放入经步骤c制备的改性溶液中,在温度为80°C、气压为0.1OlMpa的条件下进行高温高压浸泡和溶胀处理lh,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醚型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醚型聚氨酯纤维;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醚型聚氨酯纤维放入温度为18°C的去离子水中进行清洗,清洗Imin后将铵盐分子嵌入的聚醚型聚氨酯纤维的长度牵伸伸长5%,然后放入温度为65°C的鼓风干燥箱中干燥lh,得到断裂强度增加60%,断裂伸长率增加70%,杨氏模量增加30%的聚醚型聚氨酯纤维。
[0030]实施例2
a聚氨酯纤维的预处理
在索氏萃取器中,将聚酯型聚氨酯纤维采用无水乙醚进行虹吸循环清洗,清洗3h后放入温度为85°C干燥箱中干燥2h直至聚酯型聚氨酯纤维表面的乙醚去除,得到预处理后的聚酯型聚氨酯纤维,其中,聚酯型聚氨酯纤维的虹吸循环清洗次数为30次。
[0031]b聚氨酯纤维的低温电晕辐照改性
将经步骤a预处理后的聚酯型聚氨酯纤维在气氛为空气、温度为21°C、电压为9KV、距离为Icm的低温电晕辐照设备中处理5min,得到低温电晕辐照改性的聚酯型聚氨酯纤维,其中,低温电晕辐照改性的聚酯型聚氨酯纤维的接触角为40°。
[0032]c改性溶液的制备
将60g氯化铵、8gN,N- 二甲基甲酰胺、1.5g丙酮和0.5g相对分子量为400的磺酸盐表面活性剂放入导电率为15M Ω._的30g去离子水得到混合溶液,然后将混合溶液的温度升高至50°C并机械搅拌4h后得到改性溶液,其中,搅拌速率为1100r/min。
[0033]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酯型聚氨酯纤维放入经步骤c制备的改性溶液中,在温度为90°C、气压为0.151Mpa的条件下进行高温高压浸泡和溶胀处理2h,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酯型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酯型聚氨酯纤维;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酯型聚氨酯纤维放入温度为22°C的去离子水中进行清洗,清洗2min后将铵盐分子嵌入的聚酯型聚氨酯纤维的长度牵伸伸长6%,然后放入温度为70°C的鼓风干燥箱中干燥2h,得到断裂强度增加90%,断裂伸长率增加80%,杨氏模量增加40%的聚酯型聚氨酯纤维。
[0034]实施例3
a聚氨酯纤维的预处理
在索氏萃取器中,将聚酯-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4 h后放入温度为90°C干燥箱中干燥Ih直至聚酯-聚醚型聚氨酯纤维表面的乙醚去除,得到预处理后的聚酯-聚醚型聚氨酯纤维,其中,聚酯-聚醚型聚氨酯纤维的虹吸循环清洗次数为40次。
[0035]b聚氨酯纤维的低温电晕辐照改性
将经步骤a预处理后的聚酯-聚醚型聚氨酯纤维在气氛为空气、温度为24°C、电压为12KV、距离为1.5cm的低温电晕辐照设备中处理7min,得到低温电晕辐照改性的聚酯-聚醚型聚氨酯纤维,其中,低温电晕辐照改性的聚酯-聚醚型聚氨酯纤维的接触角为45°。
[0036]c改性溶液的制备
将28g硫酸铵、8gN,N- 二甲基乙酰胺、3.7g丙酮和0.3g相对分子量为600的磷酸酯盐表面活性剂放入导电率为14M Ω._的60g去离子水得到混合溶液,然后将混合溶液的温度升高至75°C并机械搅拌5h后得到改性溶液,其中,搅拌速率为1400r/min。
[0037]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酯-聚醚型聚氨酯纤维放入经步骤c制备的改性溶液中,在温度为100°C、气压为0.20IMpa的条件下进行高温高压浸泡和溶胀处理3h,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酯-聚醚型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酯-聚醚型聚氨酯纤维;
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酯-聚醚型聚氨酯纤维放入温度为24°C的去离子水中进行清洗,清洗3min后将铵盐分子嵌入的聚酯-聚醚型聚氨酯纤维的长度牵伸伸长7%,然后放入温度为75°
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