一种具有温度调节和防辐射功能的全拉伸丝及其制备方法与流程

本发明属于再生海洋塑料纤维材料，具体涉及一种具有温度调节和防辐射功能的全拉伸丝及其制备方法。

背景技术：

1、海洋塑料的回收再利用长久以来一直是环境治理维护的重点和难点，一方面。海洋塑料对海水造成的微塑料渗透现象对生态环境造成很大的污染，另一方面，塑料在海洋中被侵蚀的程度不同造成的回收难易程度不同，再生材料能够应用的领域也不同。分类回收的方法在再生海洋塑料领域还不够完善；并且再生塑料的应用领域相对于传统的高聚物材料来说范围较小；功能化方向也不够具体完善。现有发明专利号为“cn201910016337.4一种环保型隔热塑料薄膜及其制备工艺”提到了通过添加pla等可降解材料制备环保塑料薄膜，但添加的可降解材料成本较高；现有发明专利号为“cn202110011334.9一种再生塑料颗粒处理加工方法”提供了一种回收再利用废弃塑料的方法，并且说明了利用浮力去除杂质的方法，但常规的再生塑料的使用范围比较狭窄，功能较为单一；现有发明专利号为“cn201910016337.4一种环保型隔热塑料薄膜及其制备工艺”提到了利用聚乳酸和聚对苯二甲酸己二酸丁二醇酯粒子的添加制备兼具生物降解和隔热性能，但特殊材料的添加提高了成本，且生产条件较为苛刻，不具备普适性，同时耐用性没有准确的评估，造成资源浪费；现有发明专利号为cn201210195216.9一种吸波防辐射塑料及其制备方法，提到了用乙炔炭粉、羰基铁粉等防辐射颗粒赋予pp(聚丙烯)、pvc(聚氯乙烯)等塑料防辐射性能，但其防辐射能力有限，且粒子的分布难以控制，可能导致防辐射屏障的不均匀，对人体或者环境造成损害。现有发明专利号为cn202021452467.7一种聚酰胺类海洋塑料的回收装置，提出了一套完整的回收pa6/pa66的方法，但其中没有提到更贴近现代技术，更实际的应用领域。

技术实现思路

1、现有技术中存在的技术问题如下：

2、1、在现有的生产再生海洋塑料的方法中，回收海洋塑料的方法随着时间变得种类个更多效率更高，但海洋塑料由于其暴露在海水中的周期长短不同，其受到的侵蚀程度也不同，对于筛分侵蚀程度不同的海洋塑料缺少具体可行的办法，这使得现存的海洋塑料回收再生的效率不高。

3、2、再生塑料由于其环保的特性受到广泛欢迎，但由于pp材料本身的功能有限使得再生塑料的应用局限性较强。难以迎合目前的高新技术产业，降低了研究生产再生塑料的附加值。

4、3、功能化再生塑料由于其成本低、耐用性强的特点一直受到广泛的欢迎，但大多数的功能来源于特殊粒子的添加，如导电性颗粒、温度调节的微胶囊等，因而产生的颗粒施加的不均匀性和功能化颗粒的脱落、受损等问题并没有得到妥善的解决，这导致产品失效周期很短，同时增加了环境污染。

5、4、熔融热拉伸纺丝方法由于其效率高，过程简单和生产环境要求低的特性，被广泛的用于生产工业制品等产业用领域，然而传统的热拉伸方法能源利用率低，生产的产品性能形貌单一，使得其难以适应现实条件下高技术领域的需求。

6、5、气凝胶纤维由于其高孔隙率的特性被广泛的用于保暖隔热领域，然而其空间结构决定的低强度大大限制了碳气凝胶纤维的使用领域，空间结构受到损坏的气凝胶纤维在强度和其他功能上都远不如常规纤维，这使得生产气凝胶纤维耐用性差、环境适应性差。

7、为了解决上述存在的技术问题，本发明提出以乙醇为分离介质离心选分海洋塑料切片的方法，并通过三通道的熔融热拉伸装置，在保证生产效率的同时又对后续准备制备的碳纤维气凝胶纤维起到良好的防护作用。聚酰亚胺组分中施加的纳米级四氧化三铁能够和拉伸装置上复合的磁场协同作用，提高聚酰亚胺碳纤维气凝胶的孔隙率。功能化造粒施加的二氧化钛粉末和二氧化硅粉末保证了全拉伸丝的隔热性能和防辐射性能。经过冷冻干燥的全拉伸丝卷绕在收集装置上。在利用了气凝胶纤维隔热的特性、提高孔隙率的同时，又兼具了一定的强度和耐用性，提供技术方案如下：

8、本发明提供一种具有温度调节和防辐射功能的全拉伸丝的制备方法，包括如下步骤：

9、s1：将海洋塑料切片除杂，干燥，得到高分子量聚丙烯切片；

10、s2：将所述高分子量聚丙烯切片和纳米二氧化钛和纳米二氧化硅混合，造粒，得到聚丙烯母粒；

11、s3：于保护气氛下，将所述聚丙烯母粒和聚酰亚胺母粒加入三层纺丝通道中加热，挤出，得到纺丝熔体；所述聚酰亚胺母粒由纳米四氧化三铁和聚酰亚胺混合得到；

12、所述三层纺丝通道由壳层通道和两层芯层通道组成，所述壳层通道由两个弓形通道和一个设于所述两个弓形通道中间的矩形通道组成；所述两层芯层通道分别位于矩形通道和两个弓形通道之间；

13、所述聚丙烯母粒加入壳层通道，聚酰亚胺母粒加入两层芯层通道；

14、s4：将纺丝熔体于拉伸装置中进行拉伸，得到待处理拉伸丝；所述拉伸装置的内部设有磁体，拉伸时所述磁体带动所述纺丝熔体在拉伸时进行旋转；

15、s5：将所述待处理拉伸丝冷冻干燥，卷绕收集，得到所述具有温度调节和防辐射功能的全拉伸丝。

16、所述海洋塑料切片来源于海洋回收的以塑料瓶为主体的塑料垃圾，经过机械切片后得到，主要成分是再生聚丙烯(pp)。

17、优选的，所述步骤s1中，除杂的方法为将海洋塑料切片加入乙醇后离心，分离。

18、进一步地，所述离心的速度为2800-3200r/min，时间为5min。

19、优选的，所述纳米二氧化钛和纳米二氧化硅的总量为高分子量聚丙烯切片的8-12wt％。

20、优选的，所述步骤s3中，加热的温度为220-280℃，时间为50-70min。

21、优选的，所述步骤s3中，挤出采用螺杆挤出机，所述螺杆挤出机的长径比为26-30：1，总功率为22-26kw。

22、优选的，所述聚酰亚胺母粒中，纳米四氧化三铁和聚酰亚胺的质量比为40-50:100。

23、优选的，所述步骤s4中，磁体的转速为6°/s，形成的磁场大小为34-38b。

24、优选的，所述步骤s5中，冷冻干燥的温度为8-12℃，气压为0.8-1.0mpa，冷却水压为0.1-0.3mpa。

25、优选的，所述步骤s5中，激光定向局部加热碳化的温度为880-920℃。

26、所述步骤s5中，挤出的初生纤维经过二氧化碳激光器(synrad高性能二氧化碳激光器，功率为5-400w)的定向照射，进行局部碳化(李晓霞.二氧化碳激光熔融加热石英光纤工艺实验研究[j].信息记录材料,2022,23(6):3.)。二氧化碳激光器能够发射二氧化碳分子激光，其内部包括放电管、工作电极和工作气体(一般是二氧化碳和其他惰性气体的混合气)，当在电极上加高电压(一般是直流的或低频交流的)，放电管中产生辉光放电，锗镜一端就有激光输出，其波长为10.6微米附近的中红外波段。通过调节输入的电压，进而可以调节激光器的功率，以控制碳化温度。

27、本发明还提供一种上述制备方法制备得到的具有温度调节和防辐射功能的全拉伸丝。

28、本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点：

29、1、本发明提到的再生海洋塑料纤维拥有成本低强度高、生产条件要求低的特性，降低了高聚物材料生产对环境的污染，用于筛选分离海洋塑料切片的设备能够以海洋塑料受侵蚀的程度为标准筛分取出不满足生产要求的部分，减少了拉伸过程中产生的断裂毛丝现象。

30、2、本发明所用的三通道方形截面的熔融热拉伸喷丝板，使得两种纺丝熔体的组分以核壳结构分布，相较于混纺，本发明提供的结构使产品功能分布更均匀，同时壳层的再生pp纤维对芯层的碳纤维气凝胶纤维起到一定的保护作用，克服了碳纤维气凝胶本身强度不足的弊端。

31、3、本发明提到的磁场复合的拉伸装置能够和聚酰亚胺中混合的磁性四氧化三铁粉末协同作用，在拉伸过程中，磁性粉末受到磁场作用产生的振动提高了碳纤维气凝胶的孔隙率。

32、4、本发明所用激光定向局部碳化方法，能够在保证碳化效果的同时避免壳层的再生pp材料收到高温影响变黄或性能降低，同时其所用的二氧化碳激光器能耗低、加热效率高、碳化均匀程度好，大大改进了传统碳化技术难以局部进行的缺点，提高了生产效率。

33、5、本发明提到的功能化造粒过程，在壳层材料中添加质量分数为10％的二氧化钛和二氧化硅粉末，使再生聚丙烯(pp)具有较好的隔热和防辐射功能，由于粉末直径达到纳米级，容易在pp熔体中分布均匀。