本发明涉及一种大直径弹性单丝及其生产方法。
背景技术：
：热塑性聚氨酯弹性体(thermoplasticurethane，简称tpu)，是一种(ab)n型嵌段线性聚合物，a为高分子量(1000～6000)的含有端羟基的聚酯或聚醚低聚物，称为软段，b为多异氰酸酯或多异氰酸酯和扩链剂，称为硬段，软硬段在tpu内部交替排列。ab链段间的化学结构是氨基甲酸酯基(-nhcoo-)。聚氨酯弹性单丝由于特殊的软硬段结构，具有极高的回弹性，并且线型聚氨酯分子链之间存在着许多氢键构成的物理交联，氢键对其形态起到强化作用，从而赋予其许多优良的性能，如高模量、高强度，优良的耐磨性、耐化学品、耐水解性、耐髙低温和耐霉菌性。这些良好的性能使得聚氨酯弹性单丝被广泛应用于鞋材、电缆、服装、汽车、医药卫生等许多领域。专利cn107663671a公开了一种耐热聚氨酯弹性纤维及其制备方法，该方法在生产工艺基础上增加了一个预聚合部分，在原有两个硬段结构的基础上引入了新的硬段结构，并提前引入了脲键，保证了软硬段结构的尺寸比例的一致性，在保证聚氨酯弹性的同时提高了其耐热性能。但其使用的二异氰酸酯为芳香族二异氰酸酯，产品易黄变。专利cn105970343公开了一种低模量高回复率聚氨酯弹性纤维的制备方法，该方法用聚烯烃二元醇替代部分聚醚二醇，其分子结构对称性强且无醚键，后期不易形成氢键，纤维耐热性能也较强，但其提升幅度有限，效果并不明显。专利cn106120017a公开了聚氨酯弹性丝及其制造方法，该方法在制造聚氨酯弹性丝时，添加了特定的紫外线吸收剂，提高了纤维的耐光性。现有技术缺点：(1)因光产生劣化，发生光脆化现象。(2)合成聚氨酯的原料之一为多异氰酸酯，其中芳香族多异氰酸酯，由于苯环直接连接着异氰酸酯(-nco)基团，苯环上的大π键与临近的-nco形成共轭，在光、氧、热，特别是在紫外线作用下，会引起氨酯键(-nhcoo-)发生分解，生成芳胺，芳胺上的苯核经氧化重排后，生成醌式结构等发色基团，从而生产出来的tpu产品很容易发黄，不能长期保持水白色。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种可有效防止和延迟发生黄变，改善光脆化与热氧老化现象，提高单丝的抗老化性能的大直径弹性单丝及其生产方法。本发明的技术解决方案是：一种大直径弹性单丝，其特征是：截面形状为圆形，颜色为乳白色或者透明，具有弹性的一种单丝，单丝直径为0.08-1.0mm。由下列方法制备得到：(1)将粒状的tpu放入烘料机中进行热风干燥，(80±5)℃干燥不低于4小时；(2)将干燥的粒状tpu倒入保温的拌料机中，加入抗氧剂jy-312(tpu质量的0.1-0.5％)、紫外线吸收剂uv-327(tpu质量的0.3-0.5％)，搅拌均匀；(3)将搅拌好的粒状tpu倒入料斗中，经单螺杆挤出机(螺杆直径φ30mm)熔融送料，螺杆温度为一区200-210℃、二区210-220℃、三区220-230℃，在螺杆挤出机出口处通过增压计量泵计量，进入静态混合器；(4)将聚氨酯预聚体(由二异氰酸酯和聚酯二醇构成)(tpu质量的2-5％)由计量泵输送进入静态混合器，与熔融状态的tpu混合均匀，混合均匀的熔融物料再经过增压计量泵计量送入纺丝组件，过滤后，由喷丝板的喷丝孔中挤出；(5)丝条采用液体冷却，液体由3-5％聚乙二醇脂肪酸酯、5-10％脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯钠盐，85-92％水组成，冷却温度为15-30℃；(6)采用两道拉伸，第一道为热水拉伸，拉伸温度70-98℃，第二道拉伸为热风拉伸，拉伸温度为100-120℃，总拉伸倍率为3.5-6.0倍，其中第一道拉伸倍率不低于总拉伸倍率80％；(7)一道热定型，80-100℃，采用松弛热定型，欠喂率2-5％；(8)带张力控制的单锭收卷机卷取。本发明添加抗氧剂与紫外线吸收剂，二者同时使用，具有协同效应，产生1加1大于2的效果，可有效防止和延迟发生黄变，改善光脆化与热氧老化现象，提高单丝的抗老化性能。在纺丝过程中，加入由二异氰酸酯和聚酯二醇构成的预聚体，一方面可降低tpu切片的熔化温度，使纺丝在较低温度下进行；另一方面，预聚体中的异氰酸酯基与聚酯基能在tpu大分子间形成化学交联，从而提高纤维的力学性能。最终制得的tpu弹性丝在具有优异的抗老化性能的同时，还具有高强度、伸长率和高回复性。本发明熔融纺丝时加入了抗氧剂与紫外线吸收剂，二者同时使用，会有协同效应，产生1加1大于2的效果，可有效防止和延迟发生黄变，改善光脆化与热氧老化现象，提高单丝的抗老化性能。另外，还加入了由二异氰酸酯和聚酯二醇构成的预聚体，提高了单丝的力学性能。此外，在冷却步骤采用特定液体冷却，减少拉伸过程中单丝与导丝器的摩擦，减少拉伸和定型过程中产生不必要的瑕疵。本发明通过助剂的添加，提高了tpu单丝的抗老化性能，同时保持tpu的高强度和伸长率、高回复性(强度3.8-4.0cn/dtex，伸长率:60-70％，干热收缩率：10-15％)。从而提高了tpu的使用价值，拓宽了它的使用范围。下面结合实施例对本发明作进一步说明。实施例1：一种0.16mmtpu弹性单丝的生产方法，由下列方法制备得到：(1)将粒状的tpu放入烘料机中进行热风干燥，(80±5)℃干燥不低于4小时；(2)将干燥的粒状tpu倒入保温的拌料机中，加入0.1wt％抗氧剂jy-312、0.3wt％紫外线吸收剂uv-327，搅拌均匀；(3)将搅拌好的粒状tpu倒入料斗中，经单螺杆挤出机(螺杆直径φ30mm)熔融送料，螺杆温度为一区200℃、二区210℃、三区220℃，在螺杆挤出机出口处通过增压计量泵计量，进入静态混合器；(4)将2wt％聚氨酯预聚体(由二异氰酸酯和聚酯二醇构成，自购)由计量泵输送进入静态混合器，与熔融状态的tpu混合均匀，混合均匀的熔融物料再经过增压计量泵计量送入纺丝组件，过滤后，由喷丝板的喷丝孔中挤出；(5)丝条采用液体冷却，液体由5％聚乙二醇脂肪酸酯、5％脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯钠盐，90％水组成，冷却温度为20℃；(6)采用两道拉伸，第一道为热水拉伸，拉伸温度80℃，第二道拉伸为热风拉伸，拉伸温度为120℃，总拉伸倍率为5.5倍，其中第一道拉伸倍率不低于总拉伸倍率80％；(7)一道热定型，90℃，采用松弛热定型，欠喂率3％；(8)带张力控制的单锭收卷机卷取。实施例2：一种0.16mmtpu弹性单丝的生产方法，由下列方法制备得到：(1)将粒状的tpu放入烘料机中进行热风干燥，(80±5)℃干燥不低于4小时；(2)将干燥的粒状tpu倒入保温的拌料机中，加入0.2wt％抗氧剂jy-312、0.4wt％紫外线吸收剂uv-327，搅拌均匀；(3)将搅拌好的粒状tpu倒入料斗中，经单螺杆挤出机(螺杆直径φ30mm)熔融送料，螺杆温度为一区200℃、二区210℃、三区220℃，在螺杆挤出机出口处通过增压计量泵计量，进入静态混合器；(4)将2wt％聚氨酯预聚体(由二异氰酸酯和聚酯二醇构成，自购)由计量泵输送进入静态混合器，与熔融状态的tpu混合均匀，混合均匀的熔融物料再经过增压计量泵计量送入纺丝组件，过滤后，由喷丝板的喷丝孔中挤出；(5)丝条采用液体冷却，液体由5％聚乙二醇脂肪酸酯、5％脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯钠盐，90％水组成，冷却温度为20℃；(6)采用两道拉伸，第一道为热水拉伸，拉伸温度80℃，第二道拉伸为热风拉伸，拉伸温度为120℃，总拉伸倍率为5.5倍，其中第一道拉伸倍率不低于总拉伸倍率80％；(7)一道热定型，90℃，采用松弛热定型，欠喂率3％；(8)带张力控制的单锭收卷机卷取。实施例3：一种0.16mmtpu弹性单丝的生产方法，由下列方法制备得到：(1)将粒状的tpu放入烘料机中进行热风干燥，(80±5)℃干燥不低于4小时；(2)将干燥的粒状tpu倒入保温的拌料机中，加入0.5wt％抗氧剂jy-312、0.5wt％紫外线吸收剂uv-327，搅拌均匀；(3)将搅拌好的粒状tpu倒入料斗中，经单螺杆挤出机(螺杆直径φ30mm)熔融送料，螺杆温度为一区200℃、二区210℃、三区220℃，在螺杆挤出机出口处通过增压计量泵计量，进入静态混合器；(4)将2wt％聚氨酯预聚体(由二异氰酸酯和聚酯二醇构成，自购)由计量泵输送进入静态混合器，与熔融状态的tpu混合均匀，混合均匀的熔融物料再经过增压计量泵计量送入纺丝组件，过滤后，由喷丝板的喷丝孔中挤出；(5)丝条采用液体冷却，液体由5％聚乙二醇脂肪酸酯、5％脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯钠盐，90％水组成，冷却温度为20℃；(6)采用两道拉伸，第一道为热水拉伸，拉伸温度80℃，第二道拉伸为热风拉伸，拉伸温度为120℃，总拉伸倍率为5.5倍，其中第一道拉伸倍率不低于总拉伸倍率80％；(7)一道热定型，90℃，采用松弛热定型，欠喂率3％；(8)带张力控制的单锭收卷机卷取。对比例：普通0.16mmtpu弹性单丝：(1)将粒状的tpu放入烘料机中进行热风干燥，(80±5)℃干燥不低于4小时；(2)将干燥的粒状tpu倒入料斗中，经单螺杆挤出机(螺杆直径φ30mm)熔融送料，螺杆温度为一区200℃、二区210℃、三区220℃，在螺杆挤出机出口处通过增压计量泵计量，送入纺丝组件，过滤后，由喷丝板的喷丝孔中挤出；(5)丝条采用液体冷却，液体由5％聚乙二醇脂肪酸酯、5％脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯钠盐，90％水组成，冷却温度为20℃；(6)采用两道拉伸，第一道为热水拉伸，拉伸温度80℃，第二道拉伸为热风拉伸，拉伸温度为120℃，总拉伸倍率为5.5倍，其中第一道拉伸倍率不低于总拉伸倍率80％；(7)一道热定型，90℃，采用松弛热定型，欠喂率3％；(8)带张力控制的单锭收卷机卷取。二、性能测试(1)断裂强度、断裂伸长率测试采用电脑式桌上型拉力试验机对tpu弹性单丝进行拉伸试验测定，试验速率为200mm/min，测定单丝的拉伸强力和断裂伸长率。其中每组取三个样，测试取平均值。断裂强度(cn/dtex)＝断裂强力/纤度(2)相对于光照射的耐久性试验参照jisl1017:2002，测试条件是：氙弧灯耐光试验机照射，照度为42w/m2，bpt黑板温度为45℃，湿度为65％rh，老化处理时间为72h，外罩：#320，内罩：石英。测试处理前后单丝的强度。相对于光照射的耐久性(％)＝(处理后丝的断裂强度/未处理丝的断裂强度)*100相对于光照射的耐久性(％)实施例194.5实施例295.5实施例397.2对比例76.5(3)相对于光照射的耐黄变性试验参照国际标准iso4892-3:1994中的测试条件，在63℃、60％rh的条件下，将丝固定，使用荧光紫外灯对其进行uv暴露处理，利用色差仪测定暴露处理后的试样的△e值，根据gb/t1766-1995中的变色等级评定方法(△e≦1.5，无变色；△e在1.6-3.0，很轻微变色；△e在3.1-6.0，轻微变色；△e在6.1-9.0，明显变色。)，判断试样的耐黄变色差值等级，从而判定耐黄变性能。耐黄变△e值实施例11.5实施例21.4实施例31.2对比例8.8由此可见本发明的优异技术效果。当前第1页12