一种高强度复合纱线和织物的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强度复合纱线和织物的制备方法，首先将两束高性能纤维长丝束进行包缠预处理，然后将聚氨酯溶于极性溶剂中，以干法成型为主、湿法成型为辅在低温热处理条件下将聚氨酯混合溶液均匀地涂覆于包缠预处理后的高性能纤维包缠纱上制得高强度复合纱线和织物，本发明专利技术的制备方法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可将不同材质的高性能纤维进行包缠制得兼具不同优异性能的复合纱线，以提高复合纱线和织物的多样性，且本发明专利技术制备方法工艺简单，易于实现工业化生产。

A preparation method of high strength composite yarn and fabric

The invention discloses a preparation method of high-strength composite yarn and fabric. First, two long high-performance fiber bundles are wrapped and pretreated, then polyurethane is dissolved in polar solvent, and polyurethane mixed solution is uniformly coated on the wrapped yarn of high-performance fiber after wrapped and pretreated under the condition of low temperature heat treatment with dry forming as the main method and wet forming as the auxiliary method The preparation method of the invention can significantly improve the mechanical properties of composite yarns and fabrics; meanwhile, the invention can wrap high-performance fibers of different materials to produce composite yarns with different excellent properties to improve the diversity of composite yarns and fabrics, and the preparation method of the invention is simple in process and easy to realize industrial production.

【技术实现步骤摘要】
一种高强度复合纱线和织物的制备方法
本专利技术涉及纤维新材料
，尤其涉及一种高强度复合纱线和织物的制备方法。
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；同时在以湿法成型为主制备高性能纤维过程中，会产生大量的工业废水，给环境带来严重污染。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，提供一种高强度复合纱线和织物的制备方法，首先将两束高性能纤维长丝束进行包缠预处理，然后以干法成型为主、湿法成型为辅在低温热处理条件下使得聚氨酯混合溶液均匀地涂覆在高性能纤维包缠纱上，从而使复合后纱线的力学性能显著增强。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种高强度复合纱线和织物的制备方法，包括如下步骤：S1、高性能纤维长丝束包缠预处理：将两束高性能纤维长丝束进行包缠，使一束纤维均匀缠绕在另一束纤维上，然后对其进行热处理，制得高性能纤维包缠纱；S2、共混溶液的制备：将热塑性聚氨酯溶解于极性溶剂中，搅拌至形成均相的混合溶液；S3、混合溶液涂覆：将步骤S1得到的高性能纤维包缠纱以3-20mm/s的速率移动经过盛有共混溶液的针筒；S4、相转化预成型：将步骤S3制备的经混合溶液涂覆后的高性能纤维包缠纱以3～20mm/s的速率经过5～10cm长的盛有去离子水的水槽；S5、热固化成型：将步骤S4制备的高性能纤维复合纱以3～20mm/s的速率经过长为5～20m且温度为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极性溶剂中，在凝固浴湿法预成型相转化过程中，尚未成型的聚氨酯纤维外层的极性溶剂与去离子水的快速双扩散作用，使得聚氨酯溶液的上表层通过相转变形成一层致密的聚氨酯表层；但此时聚氨酯尚未完全固化成型，在加热装置中经过长时间的加热，混合溶液的聚氨酯分子链快速的进行自调整，并完全固化成型，从而提高了高强度复合纱线和织物的强力。优选的，步骤S1中，所述包缠的捻度为250～500T/m。通过对纤维进行包缠预处理，可以提高复合纤维的力学性能；但在对纤维进行包缠预处理过程中发现，若包缠的捻度低于250T/m，包缠后的纱线力学性能增加不明显；然而，当包缠的捻度高于500T/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，所述热处理的温度为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30～50％，极性溶剂50～70％。在涂覆过程中，当聚氨酯的质量百分比低于30％时，会导致共混溶液粘度低，溶液在后续工艺过程中成型较慢，溶液容易变形或滴落；但当聚氨酯的质量分数高于50％时，会导致共混溶液粘度太高，纤维牵引时溶液无法充分均匀流动涂覆在纤维表面，从而使聚氨酯在高性能包缠纱上分布不够均匀。因此，本专利技术选择控制聚氨酯在溶液中的浓度为30～50％。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、四氢呋喃中的一种或多种。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，所述高性能纤维包缠纱经过共混溶液的距离为2-20cm。优选的，步骤S3中，所述针筒针头直径比高性能纤维加捻纱直径大0.5-1.5mm。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)本专利技术首先将两束高性能纤维长丝束进行包缠预处理，通过包缠可以结合不同纱线的优异性能，同时通过包缠预处理后纱线的力学性能得以提升，然后协同物理调控方法以干法成型为主、湿法成型为辅在低温热处理条件下使得聚氨酯混合溶液均匀地涂覆在高性能纤维包缠纱上，从而能够显著增强复合后纱线的力学性能。(2)本专利技术可将同种材质相同线密度的高性能纤维进行包缠预处理，也可将不同材质相同线密度的高性能纤维进行包缠预处理；亦或将不同材质不同线密度的高性能纤维进行包缠预处理，以制得具有不同优异性能的复合纱线，从而提高复合纱线和织物的多样性。(3)本专利技术聚氨酯复合纱线的制备方法以干法成型为主、湿法成型为辅，能够降低环境污染，且制备工艺简单，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。(4)本专利技术通过将聚氨酯溶于极性溶剂中，在湿法相转化预成型过程中，尚未成型的聚氨酯纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度复合纱线和织物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1、高性能纤维长丝束包缠预处理：将两束高性能纤维长丝束进行包缠，使一束纤维均匀缠绕在另一束纤维上，然后对其进行热处理，制得高性能纤维包缠纱；/nS2、共混溶液的制备：将热塑性聚氨酯溶解于极性溶剂中，搅拌至形成均相的混合溶液；/nS3、混合溶液涂覆：将步骤S1得到的高性能纤维包缠纱以3-20mm/s的速率移动经过盛有共混溶液的针筒；/nS4、相转化预成型：将步骤S3制备的经混合溶液涂覆后的高性能纤维包缠纱以3～20mm/s的速率经过5～10cm长的盛有去离子水的水槽；/nS5、热固化成型：将步骤S4制备的高性能纤维复合纱以3～20mm/s的速率经过长为5～20m且温度为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】
1.一种高强度复合纱线和织物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、高性能纤维长丝束包缠预处理：将两束高性能纤维长丝束进行包缠，使一束纤维均匀缠绕在另一束纤维上，然后对其进行热处理，制得高性能纤维包缠纱；
S2、共混溶液的制备：将热塑性聚氨酯溶解于极性溶剂中，搅拌至形成均相的混合溶液；
S3、混合溶液涂覆：将步骤S1得到的高性能纤维包缠纱以3-20mm/s的速率移动经过盛有共混溶液的针筒；
S4、相转化预成型：将步骤S3制备的经混合溶液涂覆后的高性能纤维包缠纱以3～20mm/s的速率经过5～10cm长的盛有去离子水的水槽；
S5、热固化成型：将步骤S4制备的高性能纤维复合纱以3～20mm/s的速率经过长为5～20m且温度为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所述的一种高强度复合纱线和织物的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述包缠的捻度为250～500T/m。


3.根据权利要求1所述的一种高强度复合纱线和织物的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述热处理的温度为40～60℃，时间为0.5～2h。


4.根据权利要求1所述的一种高强度复合纱线和织物的制备方法，其特征在...

【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