专利名称：一种高强工业用聚酯纤维及其制备方法
技术领域：
本发明属于聚酯纤维领域，具体涉及一种高强工业用聚酯纤维及其制备方法。
背景技术：
聚酯以及聚酯纤维从20世纪70年代步入大规模工业化以来，无论是技术水平还是生产品种，其发展速度远远大于其他合成材料和合成纤维。聚酯纤维即聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维，主要有两大类:民用纤维和工业用纤维。一般工业用纤维与民用纤维比需要高强度和高模量，工业用纤维的断裂强度一般需要达到7.8cN/dtex以上，断裂伸长率为12±2%，聚酯纤维的强度随聚酯切片的特性粘度的增大而提高，民用纤维的特性粘度大约为0.64dl/g，工业用聚酯纤维一般通过固相聚合使特性粘度达到0.8dl/g以上，从而实现高强度和高模量。分子量的大小和分子链的取向程度对纤维力学性能有着很大的影响，对工业丝来说则尤为关键。现有技术主要是通过提高聚酯的分子量以及优化聚酯工业丝生产过程来提高工业丝的强度，主要有两种方法:1)通过研究固相缩聚工艺和改进成形加工工艺，如CN201110102319.1 和CN201110103457.1，但效果有限；2)通过引入扩链剂，如CN200610096011公布了通过引入均苯四甲酸酸酐作为扩链剂，制备高粘度聚酯熔体，从而制备高强高模超低收缩聚酯工业丝；如ZL201010140522公布了固相增粘后引入扩链剂C15H16N2O3制备高强低收缩聚酯工业丝；扩链剂的引入在提高聚酯分子量的同时，会增加副反应，对聚酯的分子量分布也会产生影响，造成纺丝生产不稳定，对正常的生产流程会造成较大影响。也有通过引入无机纳米材料的报道。如CN200510041256公布了通过引入无机纳米二氧化钛或二氧化硅，改善聚酯的结晶和取向性能。引入球形无机纳米粒子作为成核剂会增强高聚物的结晶性能，但对分子链的取向度的提高有限，而且无机纳米材料在聚酯基体和熔体中的分散性及其与聚酯的相容性好坏会严重影响纺丝成形加工性能。未经表面改性的无机纳米颗粒在聚酯中难以有好的分散性和相容性。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强工业用聚酯纤维及其制备方法，用以解决上述现有技术存在的缺陷和不足。为实现上述目的，本发明所述高强工业用聚酯纤维包括特性粘度为0.8 1.2dl/g的PET基体和分散在PET基体内的式(I)化合物，式(I)化合物的结构通式为:Tix(OR1O)y(OOCC6H4COO)zH4 (I)，其中 R1 为 C2 C4 的烷基，x 彡 1，z 彡 I 且 2y+2z=4x+4。进一步,所述结构通式中x=4。进一步，所述结构通式为Ti4(ORlO)8(OOCC6H4COO)2Hp由结构通式可知，化合物至少包括一个苯环结构，且包含烷氧基钛键和酰基钛键，例如下式(II)所示结构，该结构仅用于举例说明，不具有任何指向性:
权利要求
1.一种高强工业用聚酯纤维，其特征在于，包括特性粘度为0.8^1.2dl/g的PET基体和分散在PET基体内的式(I)化合物，式(I)化合物的结构通式为:Tix(OR1O)y(OOCC6H4COO)zH4 (I) 其中R1为C2 C4的烷基，X彡1，z彡I且2y+2z=4x+40
2.根据权利要求1所述一种高强工业用聚酯纤维，其特征在于，所述结构通式中x=4。
3.根据权利要求1或2所述一种高强工业用聚酯纤维，其特征在于，所述式(I)化合物以片层结构分散在PET基体内。
4.根据权利要求1或2所述一种高强工业用聚酯纤维，其特征在于，所述式(I)化合物在PET基体内取向分布。
5.根据权利要求1或2所述一种高强工业用聚酯纤维，其特征在于，所述聚酯纤维的断裂强度彡8.5cN/dtex，断裂伸长率10 20%。
6.权利要求f5任一所述高强工业用聚酯纤维的制备方法，其特征在于，采用熔融共混法、熔融共混-固相增粘法或原位聚合-固相增粘法得到复合树脂后成型。
7.根据权利要求6所述高强工业用聚酯纤维的制备方法，其特征在于，所述熔融共混法包括以下步骤: 11)复合母粒的制备:将重量比为5 25: 75^95的式(I)化合物与特性粘度在0.80 1.2dl/g的PET切片通 过双螺杆挤出机挤出，切片造粒获得复合母粒； 12)聚酯纤维的制备:将步骤11)获得的复合母粒与特性粘度为0.8^1.2dl/g的PET切片按照式(I)化合物含量0.Γ %配好后，在27(T310°C温度下经螺杆挤出机挤出，然后缓冷冷却上油和热辊的多级牵伸，最后卷绕成型，获得高强工业用聚酯纤维。
8.根据权利要求7所述多功能聚酯纤维的制备方法，其特征在于，步骤12)中所述热辊经二级牵伸，牵伸倍率为5.8飞.3倍。
9.根据权利要求6所述多功能聚酯纤维的制备方法，其特征在于，所述熔融共混-固相增粘法包括以下步骤: 21)复合树脂的制备:将重量比为0.1 1: 99、9.9的式(I)化合物与特性粘度在0.6(T0.65dl/g的PET切片通过双螺杆挤出机挤出，切片造粒获得复合树脂； 22)固相缩聚反应:步骤21)获得的复合树脂经固相缩聚得到高分子量的复合改性PET切片，其特性粘度为0.8^1.2dl/g ； 23)聚酯纤维的制备:将步骤22)获得的高分子量的复合改性PET切片在27(T310°C温度下经螺杆挤出机挤出，然后缓冷冷却上油和热辊的多级牵伸，最后卷绕成型，获得高强工业用聚酯纤维。
10.根据权利要求9所述多功能聚酯纤维的制备方法，其特征在于，步骤22)的反应温度为21(T250°C，绝对压力小于lOOPa，反应时间为20 25h。
11.根据权利要求9所述多功能聚酯纤维的制备方法，其特征在于，步骤23)中所述热辊经二级牵伸，牵伸倍率为5.8飞.3倍。
12.根据权利要求6所述多功能聚酯纤维的制备方法，其特征在于，所述原位聚合-固相增粘法包括以下步骤: 31)原位聚合法原料混合物包括以下组分，配比按摩尔量比计: 以式(I)化合物计量的复合改性剂0.0002、.003乙二醇1.1~2.0 对苯二甲酸或其酯化物1， 所述复合改性剂为式(I)化合物或其酯化复合物； 32)酯化阶段:原位聚合法原料混合物进行酯化反应，直至酯化率达8(Γ100%，获得酯化物熔体； 33)缩聚阶段:步骤32)的酯化物熔体经预缩聚和终缩聚反应获得复合改性PET切片，其特性粘度在0.60~0.65dl/g ； 34)固相缩聚阶段:步骤33)获得的复合改性PET切片经固相缩聚得到高分子量的复合改性PET切片，其特性粘度为0.8~1.2dl/g。
35)聚酯纤维的制备:将上述34)高分子量的复合改性PET切片在270~310°C温度下经螺杆挤出机挤出，然后经缓冷冷却上油和热辊的多级牵伸，最后卷绕成型，获得高强工业用聚酯纤维。
13.根据权利要求12所述多功能聚酯纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤32)的反应温度为100~260°C，反应压力为0.1~0.4MPa。
14.根据权利要求12所述多功能聚酯纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤33)的反应温度为260°C 280°C，绝对压力小于lOOPa。
15.根据权利要求12所述多功能聚酯纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤34)的反应温度为210~250°C，绝对压力小于lOOPa，反应时间为20 25h。
16.根据权利要求12所述多功能聚酯纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤35)中所述热辊经二级牵伸，牵伸倍率为5.8~6.3倍。
全文摘要
本发明属于聚酯纤维领域，具体涉及一种高强工业用聚酯纤维及其制备方法。所述高强工业用聚酯纤维包括特性粘度为0.8～1.2dl/g的PET基体和分散在PET基体内的式(I)化合物，式(I)化合物的结构通式为Tix(OR1O)y(OOCC6H4COO)zH4。所述高强工业用聚酯纤维的制备方法，其采用熔融共混法、熔融共混-固相增粘法或原位聚合-固相增粘法得到复合树脂后成型。本发明提供的技术方案通过PET基体中引入片层结构纳米材料在加工过程中的取向诱导PET分子链取向而提高其力学性能，加入的添加剂量少，成本低具有广阔的市场前景。
文档编号C08G63/183GK103088460SQ20131000095
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月4日 优先权日2013年1月4日
发明者孙宾, 朱美芳, 陈龙, 李薇薇, 邓峰, 牛永杰 申请人:东华大学