一种高强力可织造的聚氨酯/高性能纤维复合纱线制造方法技术

本发明专利技术公开了一种高强力可织造的聚氨酯/高性能纤维复合纱线制造方法，首先对高性能纤维长丝束进行加捻预处理，然后采用甲苯与极性溶剂的混合二元溶剂，通过HIPSE法将聚氨酯混合溶液均匀地涂覆于加捻预处理后的高性能纤维长丝束上。本发明专利技术以湿法成型为主结合低温热处理制得聚氨酯/高性能纤维复合纱线，因此能够显著提高复合后纱线的力学性能，同时本发明专利技术制备方法工艺简单，设备要求低，操作控制方便，易于实现工业化生产，且应用广泛，可适用于多种纱线样品的制备。

A manufacturing method of high strength and weaving polyurethane / high performance fiber composite yarn

The invention discloses a manufacturing method of high-strength and weaving polyurethane / high-performance fiber composite yarn. First, the high-performance fiber long tow is twisted and pretreated, and then the polyurethane mixed solution is uniformly coated on the high-performance fiber long tow after twisting and pretreating by hipse method using the mixed binary solvent of toluene and polar solvent. The polyurethane / high-performance fiber composite yarn is mainly produced by wet forming combined with low-temperature heat treatment, so the mechanical properties of the composite yarn can be significantly improved. At the same time, the preparation method of the invention is simple in process, low in equipment requirements, convenient in operation and control, easy to realize industrial production, widely used, and applicable to the preparation of a variety of yarn samples.

【技术实现步骤摘要】
一种高强力可织造的聚氨酯/高性能纤维复合纱线制造方法
本专利技术涉及纤维新材料
，尤其涉及一种高强力可织造的聚氨酯/高性能纤维复合纱线制造方法。
技术介绍
高性能纤维是纤维科学和工程界开发的一批具有高强度、高模量、耐高温性的新一代合成纤维。高性能纤维具有普通纤维没有的特殊性能，主要应用于军工和高科技产业各个领域。然而，我国在高性能纤维的制造与创新方面的一些技术仍然受制于国外，因此，研制新的高性能纤维及其纱线的制备方法具有重要的战略意义和价值。目前，常用的制备高性能纤维的方法包括化学改性合成法和物理法：其中，化学改性合成虽然能够设计并合成具有良好力学性能的纤维，但是步骤较为繁琐，成本较高，改性效果有限。物理调控方法包括干法成型、湿法成型、熔融成型和成型过程中的热处理等，通过成型方法及过程的调控虽然可以对纤维的力学性能进行有效的调控，但获得的纤维材料力学性能较差。如西南大学张春华的博士论文《高韧聚氨酯及其复合材料相转变调控机理与性能研究》中提出一种超高分子量聚乙烯(UHMWPE)上涂覆聚氨酯的方法：是将UHMWPE纱线从纱筒上退绕，通过进液装置后，使得UHIMWPE纤维表面带有一定量的聚氨酯混合溶液，经过牵引辊进入凝固浴水槽中，此时，UHMWPE纱线表面所带的聚氨酯复合溶液在凝固浴水槽中通过相转化成型，然后，UHMWPE复合纱线经过牵引辊进入烘干装置中通过溶剂蒸发法固化成型和干燥，最后，依靠卷绕装置将所制备的纱线卷绕成形。该方法中纱线先退绕后卷绕，这个运行过程中对退绕和卷绕装置的速度要求太高，若前后速度不一致会导致纱线的张力不均匀，设备无法连续运行，最后纱线的形态和力学性能不均匀。且纱线浸入凝固浴水槽进行湿法成型的时间较短，聚氨酯尚未完全成型，因而制得的聚氨酯/UHMWPE纤维的力学性能不足。申请号为CN201310505697.3的专利，公开了一种聚合物长丝表面复合功能纳米粒子的方法，是将聚合物长丝经过功能纳米粒子表面的蛋白化改性、共混溶液的制备、聚合物长丝表面复合共混溶液的形成与厚度的控制、聚合物长丝表面复合共混溶液的相转化初步成型、聚合物长丝表面复合共混溶液的热固化成型得到表面复合功能纳米粒子的聚合物长丝。该方法共混溶液中聚氨酯含量较低使得共混溶液粘度太低，使得所涂覆的聚氨酯在长丝表面分布不够均匀；且该方法中湿法成型的相转化初步成型距离太短，相转化成型和烘干的速度过快，从而导致聚氨酯共混溶液无法均匀地涂覆在纤维上；同时该方法中热处理温度过高，使聚合物纤维的力学性能下降。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术中存在的不足，提供一种高强力可织造的聚氨酯/高性能纤维复合纱线制造方法，首先对高性能纤维长丝束进行加捻预处理，然后通过HIPSE法使得聚氨酯混合溶液能够均匀地涂覆在高性能纤维加捻纱上，且不会损坏纤维的力学性能，使复合后的纱线力学性能显著增强。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种高强力可织造的聚氨酯/高性能纤维复合纱线制造方法，包括如下步骤：S1、高性能纤维长丝束加捻预处理：对高性能纤维长丝束进行加捻，然后进行热定捻处理得到高性能纤维加捻纱；S2、共混溶液的制备：将热塑性聚氨酯溶解于极性溶剂和甲苯的混合溶剂中，搅拌至形成均相的混合溶液；S3、混合溶液浸轧：将步骤S1得到的高性能纤维加捻纱以3-20mm/s的速率移动依次经过盛有共混溶液的粗针筒和空的细针筒；S4、高性能纤维加捻纱混合溶液的相转化成型：将步骤S3制备的经混合溶液浸轧后的高性能纤维加捻纱以3～20mm/s的速率经过2～5m长的盛有去离子水的水槽；S5、聚氨酯/高性能纤维复合纱的热固化成型：将步骤S4制备的已基本成型的高性能纤维复合纱以3～20mm/s的速率经过长为2～5m，温度为30～60℃的烘干装置；S6、聚氨酯/高性能纤维复合纱的上机织造。本专利技术通过将聚氨酯溶于甲苯与极性溶剂的二元混合溶剂中，在凝固浴湿法成型相转化过程中，高性能纤维束上的聚氨酯混合溶液表层的二元混合溶剂与去离子水会进行双扩散，一段时间后纤维束表面会固化形成一层聚氨酯膜；接着由于混合溶液溶剂中的甲苯与去离子水不互溶，会阻止水进入到聚氨酯内部，防止聚氨酯内部产生大孔而破坏聚氨酯膜的物理结构；同时由于表面形成了一个较致密的薄膜从而使甲苯和极性溶剂的扩散速率减慢，因此还未固化成型的聚氨酯分子链会进行自调整，由链段模型转变为蜷缩的链球模型，从而提高了聚氨酯/高性能纤维复合纱线的强力。聚氨酯混合溶液经过长时间的浸没，聚氨酯初步固化成型。在热处理过程中，由于甲苯阻止了水进入聚氨酯内部，而且聚氨酯溶液中溶剂仍然大量存在甲苯和DMF，在烘干成型时，甲苯等溶剂会受热蒸发，聚氨酯内部硬段和软段会重新调整，最后高性能加捻纱线上只剩下完全固化的聚氨酯膜，从而达到增强增韧的效果。优选的，步骤S1中，所述加捻的捻度为150～300T/m。通过对纤维进行加捻预处理，可以提高复合纤维的力学性能；但纤维加捻过程中，若加捻的捻度低于150T/m，加捻后的纱线力学性能增加不明显；然而，当加捻的捻度高于300T/m，将超过纱线的临界捻度值，从而会使纱线的力学性能下降。优选的，步骤S1中，所述热定捻处理温度为40～60℃，时间为0.5～2h。专利技术人经过大量实验发现：当定捻热处理温度低于40℃，则达不到好的定捻效果；但当温度超过60℃，则容易使纤维的力学性能下降。优选的，步骤S2中，所述共混溶液由如下质量百分比的原料制备而成：热塑性聚氨酯15～40％，极性溶剂30～80％，甲苯5～30％。在浸轧过程中，溶液经过粗针头是浸的过程，经过细针头是轧的过程。当聚氨酯的质量百分比低于15％时，会导致共混溶液粘度低从而容易从针头孔隙中流出导致聚氨酯混合液无法均匀地涂覆在纤维上，同时会导致在去离子水中进行相转化初步成型时聚氨酯涂覆层的形状和厚度不均匀；但当聚氨酯的质量分数高于40％时，会导致共混溶液粘度太高，纤维牵引时溶液无法充分流动到纤维表面和内部，从而使聚氨酯在高性能加捻纱上分布不够均匀。因此，本专利技术选择控制聚氨酯在溶液中的浓度为15-40％。优选的，所述极性溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二甲基乙酰胺、四氢呋喃中的任一种。优选的，步骤S2中，搅拌温度为10～35℃，时间为1～2h。优选的，步骤S2中，还包括对混合溶液进行真空脱泡处理，真空脱泡时间为10-60min，温度为10-35℃。优选的，步骤S3中，所述高性能纤维加捻纱经过共混溶液的距离为2-20cm。优选的，步骤S3中，所述粗针筒针头直径比高性能纤维加捻纱直径大0.5-1.5mm，细针筒针头直径比高性能纤维加捻纱直径小0.1-1mm。其中，经过粗针筒为浸的过程，经过细针筒为轧的过程。优选的，所述高性能纤维包括但不限于超高分子量聚乙烯、芳纶、碳纤维、玄武岩纤维、碳化硅纤维。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术首先对高性能纤维长丝束进行加捻预处理，然后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强力可织造的聚氨酯/高性能纤维复合纱线制造方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1、高性能纤维长丝束加捻预处理：对高性能纤维长丝束进行加捻，然后进行热定捻处理得到高性能纤维加捻纱；/nS2、共混溶液的制备：将热塑性聚氨酯溶解于极性溶剂和甲苯的混合溶剂中，搅拌至形成均相的混合溶液；/nS3、混合溶液浸轧：将步骤S1得到的高性能纤维加捻纱以3-20mm/s的速率移动依次经过盛有共混溶液的粗针筒和空的细针筒；/nS4、高性能纤维加捻纱混合溶液的相转化成型：将步骤S3制备的经混合溶液浸轧后的高性能纤维加捻纱以3～20mm/s的速率经过2～5m长的盛有去离子水的水槽；/nS5、聚氨酯/高性能纤维复合纱的热固化成型：将步骤S4制备的已基本成型的高性能纤维复合纱以3～20mm/s的速率经过长为2～5m，温度为30～60℃的烘干装置；/nS6、聚氨酯/高性能纤维复合纱的上机织造。/n

【技术特征摘要】
1.一种高强力可织造的聚氨酯/高性能纤维复合纱线制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、高性能纤维长丝束加捻预处理：对高性能纤维长丝束进行加捻，然后进行热定捻处理得到高性能纤维加捻纱；
S2、共混溶液的制备：将热塑性聚氨酯溶解于极性溶剂和甲苯的混合溶剂中，搅拌至形成均相的混合溶液；
S3、混合溶液浸轧：将步骤S1得到的高性能纤维加捻纱以3-20mm/s的速率移动依次经过盛有共混溶液的粗针筒和空的细针筒；
S4、高性能纤维加捻纱混合溶液的相转化成型：将步骤S3制备的经混合溶液浸轧后的高性能纤维加捻纱以3～20mm/s的速率经过2～5m长的盛有去离子水的水槽；
S5、聚氨酯/高性能纤维复合纱的热固化成型：将步骤S4制备的已基本成型的高性能纤维复合纱以3～20mm/s的速率经过长为2～5m，温度为30～60℃的烘干装置；
S6、聚氨酯/高性能纤维复合纱的上机织造。


2.根据权利要求1所述的一种高强力可织造的聚氨酯/高性能纤维复合纱线制造方法，其特征在于，步骤S1中，所述加捻的捻度为150～300T/m。


3.根据权利要求1所述的一种高强力可织造的聚氨酯/高性能纤维复合纱线制造方法，其特征在于，步骤S1中，所述热定捻处理温度为40～60℃，时间为0.5～2h。


4.根据权利要求1所述的一种高强力可织造的聚氨酯/高性能纤维复合纱线制造方法，其特征在于，步骤S2中，所述共混溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘欣，向鑫，张春华，周熠，李文斌，徐卫林，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42