耐磨弹性纤维及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种耐磨弹性纤维及其制备方法，制备方法为：将混合物熔体从喷丝孔挤出后先进行缓冷再进行强冷制得耐磨弹性纤维，混合物熔体由两种以上组分构成，所有组分都为热塑性弹性体，分子量都相同，都由软段和硬段交替排列而成，软段的基本结构单元都相同，硬段的基本结构单元都相同，所有组分的软段含量不同，软段质量含量的最大值为50～88.9wt％，最小值为7.7～46.2wt％，缓冷的温度为T±5℃，强冷的温度为15～25℃；制得的耐磨弹性纤维中各组分按软段质量含量递增的顺序从耐磨弹性纤维的内层向外层排列。本发明专利技术方法简单，制得的纤维各组分间相容性好，且在提高耐磨性的同时保证了良好的力学性能，极具应用前景。

Wear Resistant Elastic Fiber and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
耐磨弹性纤维及其制备方法
本专利技术属于弹性纤维
，特别涉及一种耐磨弹性纤维及其制备方法。
技术介绍
热塑性弹性纤维由于其采用熔融纺丝进行制备，不存在溶剂使用与回收的问题且手感柔软、耐氯耐热性能优良，深受广大消费者的喜爱，且在弹性纤维市场所占比重逐年增加。众所周知，含有弹性纤维的机织/针织物或者以其他形式制备的制品具有良好的弹性和保形性，但是，在长时间大形变的使用过程中往往会存在某些部位磨损和变形严重，譬如膝关节、肘关节处、腋下部和大腿根部等，导致衣物表面产生凸起、走样、起毛甚至破损等问题，尤其用于运动服饰、鞋材、户外用品等情况下，与其他物体产生摩擦(如与登山帆布背包、绳子等的摩擦，或者与地面、草树的摩擦等)也会产生起毛、破裂的情况。这主要与弹性纤维在使用过程中的往复摩擦，导致纤维表面损耗、回弹性损失有关，严重影响制品的弹性、保形性和舒适性等。因此，为有效的解决这个问题，提高热塑性弹性纤维的耐磨性尤为必要。目前，关于提高热塑性弹性体耐磨性的制备大多集中用于块体材料的制备方面，如专利CN201710362997.9、CN201810483005.2和CN201711441283.3，主要包含以下几个方面：(1)在配方上进行化学结构设计，增加弹性体的物理性能；(2)在生产上加各种助剂，如硅油等其他润滑剂降低聚合物本体的摩擦系数；(3)与其他聚合物、纤维、填料或添加剂混合改性，以改善弹性体的耐磨性。然而，与塑料等块体材料不同的是，为保证可纺性，热塑性弹性纤维在制备过程中对聚合物的物性指标(如均匀稳定性、流动性、纯净度等)要求更高，单从改变聚合物的结构或组成来提高纤维的耐磨性具有一定的局限性，如专利CN201611187409.4和CN201510449773.2通过添加玄武岩纤维、耐磨助剂等采用溶液纺丝制备耐磨性聚氨酯弹性纤维，但是在高粘度的熔体体系中，添加物很难在熔体中均匀稳定分散，进而影响纤维的性能。事实上，结合纤维生产加工的特点，由于其采用单轴拉伸，使其在纤维轴向方向上的强度高，但对于来自与纤维轴垂直的其他方向的外力抵抗力差。同时，纤维在成型过程中由于高速牵伸往往会引起纤维表层跟芯层结构具有一定的差异，即纤维的表层的结晶及取向程度均高于芯层。由于纤维编织、使用过程中会产生弯曲、扭转、压缩等形变，纤维径向上各个部位的形变能力不同，纤维外层往往所受形变大于芯层，会发生拉伸破裂或产生挤压塑变，纤维的径向结构差异越大，会造成纤维轴向以外方向上抵抗外力能力严重下降，纤维的耐磨性降低。因此，如何改变纤维在径向方向上的梯度结构差异即减小纤维皮层的结晶取向，增加皮层的形变能力是提高纤维耐磨性的一个重要的手段。通常情况下，在纤维制备过程实现纤维径向上的梯度结构差异，除复合纺丝外，熔融共混是一个简单有效的手段。文献“PS/PP共混熔纺纤维中分散相梯度分布研究.产业用纺织品，2013,216(09):8-12.”通过两种聚合物共混制备了具有梯度结构的PS/PP纤维，但是两种不同种类的聚合物的相容性欠佳，呈现出“海岛相”的结构特点。对于开发耐磨性纤维而言，反而是不利的。专利CN201410029723.4公开了一种功能尼龙6纤维及其制备方法，利用支链尼龙与常规尼龙同质聚合物具有良好的相容性进行熔融共混，利用支链尼龙高流动性的特点，带动功能粒子富集于纤维表面。但是，由于支链尼龙与常规尼龙的结构差异较大，会破坏纤维的规整性，反而也不利于纤维性能的提升，导致纤维的强度下降。因此，开发一种组分相容性良好、可纺性优良且在提高耐磨性的同时依然具备良好综合性能的耐磨弹性纤维具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种组分相容性良好、可纺性优良且在提高耐磨性的同时依然具备良好综合性能的耐磨弹性纤维以及制备方法。本专利技术通过采用两种以上分子量和结构基本相同的热塑性弹性体作为熔体进行熔融纺丝，并控制组分中软硬段含量，在保证纤维良好强度的同时，使其皮层的结晶取向程度低于芯层，改善了由该弹性纤维制成的制品在使用过程中摩擦导致的起毛、破裂等问题。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：耐磨弹性纤维，由两种以上组分构成；所有组分都为热塑性弹性体，分子量都相同，都由软段和硬段交替排列而成，软段的基本结构单元都相同，硬段的基本结构单元都相同；所有组分的软段含量不同，软段质量含量的最大值为50～88.9wt％，最小值为7.7～46.2wt％，各组分按软段质量含量递增的顺序从耐磨弹性纤维的内层向外层排列。由于纤维在使用过程中会产生弯曲、扭转和压缩等形变，纤维径向上各个部位的形变能力不同，纤维外层往往所受形变大于芯层，会发生拉伸破裂或产生挤压塑变，纤维的径向结构差异越大，会造成纤维轴向以外方向上抵抗外力能力严重下降，纤维的耐磨性降低。本专利技术采用两种以上相同种类组分的热塑性弹性体来制备耐磨纤维，一方面克服了现有技术中不同种类组分间相容性差的缺陷；另一方面，本专利技术通过控制各组分在纤维径向上的分布，使得各组分按软段质量含量递增的顺序从耐磨弹性纤维的内层向外层排列，即纤维由内向外结晶度逐渐降低，进而显著提高了纤维的耐磨性能，同时保障了纤维优良的综合性能。作为优选的技术方案：如上所述的耐磨弹性纤维，耐磨弹性纤维的纤度为1～500dtex，断裂强度>1.5cN/dtex，断裂伸长率为50～500％，相对打结强度>95％，相对勾结强度>95％，初始模量<5cN/dtex，由耐磨弹性纤维制得的织物按ASTMD3884耐磨试验方法测得的耐磨耗次数>5000次。如上所述的耐磨弹性纤维，耐磨弹性纤维应用于机织物、针织物、无纺布或者与其他纤维混纺或交织，本专利技术的耐磨弹性纤维的应用领域不限于此，具体还可根据实际需求进行扩大。如上所述的耐磨弹性纤维，耐磨弹性纤维由TPEE(1)和TPEE(2)组成，TPEE(1)的质量含量为10～60wt％，含量的保护范围并不限于此，本领域技术人员可根据实际情况进行调整，但调整幅度不宜过大，含量过高，纤维的强度下降严重，含量过低，不足以在外层富集，起不到抵抗外层大形变的效果；TPEE(1)和TPEE(2)均由基本结构单元为式(I)的硬段和基本结构单元为式(II)的软段交替排列而成，具体如下：式中，R1为n为2～8，R2为R3为m为2～4；TPEE(1)的软段分子量为3000～6000，硬段的分子量为1500～3000，TPEE(1)的分子量为2×104～3×105；TPEE(2)的软段分子量为1000～3000，硬段分子量3500～7000，TPEE(2)的分子量为2×104～3×105。本专利技术对热塑性弹性体中软段及硬段长度(也即分子量)设计的目的一方面是为了保证可纺性；另一方面，在相同分子量的情况下，可实现熔体粘度差异，使得粘度低的熔体向外扩散。本发专利技术聚合物的分子量的保护范围并不限于此，本领域技术人员可根据实际情况进行调整，但调整幅度不宜过大，分子量过低，使得纤维强度下降，分子量过高，导致熔体流动性差，挤出加工困难。如上所述的耐磨弹性纤维，耐磨弹性纤维由TPU(1)和TPU(2)组成，TPU(1)的质量含量为10～60wt％，TPU(1)和TPU(2)均由基本结构单元为式(I本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.耐磨弹性纤维，其特征是：由两种以上组分构成；所有组分都为热塑性弹性体，分子量都相同，都由软段和硬段交替排列而成，软段的基本结构单元都相同，硬段的基本结构单元都相同；所有组分的软段含量不同，软段质量含量的最大值为50～88.9wt％，最小值为7.7～46.2wt％，各组分按软段质量含量递增的顺序从耐磨弹性纤维的内层向外层排列。

【技术特征摘要】
1.耐磨弹性纤维，其特征是：由两种以上组分构成；所有组分都为热塑性弹性体，分子量都相同，都由软段和硬段交替排列而成，软段的基本结构单元都相同，硬段的基本结构单元都相同；所有组分的软段含量不同，软段质量含量的最大值为50～88.9wt％，最小值为7.7～46.2wt％，各组分按软段质量含量递增的顺序从耐磨弹性纤维的内层向外层排列。2.根据权利要求1所述的耐磨弹性纤维，其特征在于，耐磨弹性纤维的纤度为1～500dtex，断裂强度>1.5cN/dtex，断裂伸长率为50～500％，相对打结强度>95％，相对勾结强度>95％，初始模量<5cN/dtex，由耐磨弹性纤维制得的织物按ASTMD3884耐磨试验方法测得的耐磨耗次数>5000次。3.根据权利要求1所述的耐磨弹性纤维，其特征在于，耐磨弹性纤维应用于机织物、针织物、无纺布或者与其他纤维混纺或交织。4.根据权利要求1所述的耐磨弹性纤维，其特征在于，耐磨弹性纤维由TPEE(1)和TPEE(2)组成，TPEE(1)的质量含量为10～60wt％，TPEE(1)和TPEE(2)均由基本结构单元为式(I)的硬段和基本结构单元为式(II)的软段交替排列而成，具体如下：式中，R1为n为2～8，R2为R3为m为2～4；TPEE(1)的软段分子量为3000～6000，硬段的分子量为1500～3000，TPEE(1)的分子量为2×104～3×105；TPEE(2)的软段分子量为1000～3000，硬段分子量3500～7000，TPEE(2)的分子量为2×104～3×105。5.根据权利要求1所述的耐磨弹性纤维，其特征在于，耐磨弹性纤维由TPU(1)和TPU(2)组成，TPU(1)的质量含量为10～60wt％，TPU(1)和TPU(2)均由基本结构单元为式(III)的硬段和基本结构单元为式(IV)的软段交替排列而成，式(III)如下：式中，A为A1为m为2～4，A2为式(IV)如下：式中，A3为A4为TPU(1)的软段分子量...

【专利技术属性】
技术研发人员：于金超，刘森林，南建举，张玉梅，姬洪，张阳，甘宇，
申请(专利权)人：上海益弹新材料有限公司，东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31