專利名稱：：纖維及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種纖維，且尤其涉及含納米碳管的聚酯纖維。
背景技術(shù)：
：在工業(yè)纖維的應(yīng)用上，聚酯纖維是常用的重要材料。聚酯纖維的應(yīng)用面很廣，例如輪胎簾子線、傳輸帶、蓬帆布、風(fēng)帆布、帳棚等等。這些應(yīng)用所用的纖維需具有高強(qiáng)度、低伸度、及耐磨耗等性質(zhì)。為了進(jìn)一步提升聚酯纖維的品質(zhì)與應(yīng)用面，需設(shè)法增加聚酯纖維的強(qiáng)度與耐磨耗特性，并減低其伸度。除此之外，還需設(shè)法提升聚酯纖維的玻璃轉(zhuǎn)換溫度與冷卻結(jié)晶溫度。玻璃轉(zhuǎn)換溫度的提升有助于提高聚酯纖維的熱穩(wěn)定性，使其應(yīng)用產(chǎn)品能適用于溫度較高的環(huán)境而不軟化，增加應(yīng)用范圍。冷卻結(jié)晶溫度的提升，可促使聚酯纖維在工藝中于較高溫度便開始結(jié)晶，可使結(jié)晶速度加快并可獲得結(jié)晶相較多的聚酯纖維，有助于增強(qiáng)纖維的強(qiáng)度。除了上述低伸度纖維的應(yīng)用，業(yè)界也有較高伸度的耐熱纖維的需求。因此，業(yè)界亟需高熱穩(wěn)定性的聚酯纖維及其制法，且聚酯纖維的強(qiáng)度、伸度、及耐磨度還要能輕易地變動(dòng)以符合各種不同應(yīng)用的需求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種高熱穩(wěn)定性的纖維及其形成方法，且纖維的強(qiáng)度、伸度、及耐磨度還要能輕易地變動(dòng)以符合各種不同應(yīng)用的需求。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種纖維，包括聚酯纖維，以及分散于聚酯纖維中的多個(gè)納米碳管，其中納米碳管大抵順向排列于聚酯纖維的延伸方向。而且，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明另提供一種形成纖維的方法，包括提供聚酯粒，提供多個(gè)納米碳管，對(duì)納米碳管與聚酯粒進(jìn)行混煉，以及對(duì)于混煉后的納米碳管及聚酯粒進(jìn)行熔融抽絲而獲得聚酯纖維，其中納米碳管大抵順向排列于聚酯纖維中。綜上所述，本發(fā)明通過導(dǎo)入具有繞曲結(jié)構(gòu)的納米碳管于聚酯纖維中，可顯著地增加聚酯纖維的耐熱性質(zhì)。通過納米碳管的添加還可控制聚酯/納米碳管纖維的強(qiáng)度、耐磨耗度、及伸度以符合各種應(yīng)用的需求。以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。圖1為一種繞曲式納米碳管的SEM照片；圖2a圖2b為一實(shí)施例中PET/CNT纖維的SEM照片；圖3為一種低繞曲納米碳管的SEM照片。具體實(shí)施例方式本發(fā)明在此提供--種聚酯纖維及其制法。主要是將納米碳管(carbonnanotube,CNT)導(dǎo)入聚酯纖維中而增加聚酯纖維的熱穩(wěn)定性。并可通過不同的納米碳管添加量來調(diào)節(jié)纖維的強(qiáng)度、耐磨性、及伸度以符合各種應(yīng)用的需求，增加其應(yīng)用范圍。本發(fā)明所提供的聚酯纖維應(yīng)用范圍很廣，例如可用于輪胎簾子線、傳輸帶、蓬帆布、風(fēng)帆布、帳棚、或各種紡織用纖維等。特別是關(guān)于需有高強(qiáng)度、高耐磨、低伸度、及高熱穩(wěn)定度的應(yīng)用。此外，本發(fā)明的部分實(shí)施例還可獲得具有高熱穩(wěn)定度及高伸度的纖維?？衫缬米鬏^高溫度環(huán)境下的彈性纖維。為了改善聚酯纖維的各項(xiàng)性質(zhì)，本發(fā)明將納米碳管導(dǎo)入聚酯纖維中，利用混煉方式，使納米碳管與聚酯粒充分混合。接著對(duì)所得聚酯粒/納米碳管混合酯粒進(jìn)行熔融分散抽絲，而獲得聚酯/納米碳管纖維。通過適當(dāng)選用納米碳管的種類與添加量，并配合適當(dāng)?shù)墓に嚄l件，納米碳管大抵沿著聚酯纖維的延伸方向順向排列，可克服抽絲時(shí)納米碳管聚集而產(chǎn)生斷絲無法成型的問題。利用納米碳管的小尺寸、高強(qiáng)度、高韌性、高導(dǎo)電性、高徑長(zhǎng)比等特性，可有效地增加聚酯纖維的強(qiáng)度，并使其耐磨性及熱穩(wěn)定性大幅提升。以下，提供本發(fā)明實(shí)施例的纖維的形成方法。首先提供用以形成聚酯纖維的聚酯粒，聚酯粒的材質(zhì)可包括聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(polyethyleneter印hthalate，PET)、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酉旨(polybutyleneter印hthalate，PBT)、聚對(duì)苯二甲酸丙二酯(polypropyleneter印hthalate,PPT)、聚芳香酯(Polyarylate,PAR)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(Glycolmodifiedpolyethyleneter印hthalatePETG)等、或前述的組合。接著，可通過現(xiàn)有技術(shù)的各種適合的方法將聚酯粒與微量的納米碳管均勻混合。例如可采用雙螺桿混煉機(jī)、單螺桿混煉機(jī)、單螺桿押出機(jī)、雙螺桿押出機(jī)、萬馬力機(jī)、連續(xù)混煉機(jī)、或前述的組合來將聚酯粒與納米碳管充分混合并形成聚酯/納米碳管的混合聚酯粒。納米碳管的添加量相對(duì)于聚酯粒可為約0.05phr至約lphr。適合的納米碳管的直徑可為約10納米至約40納米，而適合的長(zhǎng)度可為約1微米至約25微米。適合的納米碳管還可具有各種程度不同的繞曲結(jié)構(gòu)。接著，對(duì)混煉后的酯粒進(jìn)行熔融抽絲而可獲得聚酯/納米碳管纖維。例如，可將混煉后的酯粒放入加熱的紡絲反應(yīng)室(spinningchamber)并通過噴絲頭噴出或流出，噴絲頭中可例如具有數(shù)個(gè)直徑約0.005英吋至約0.030英吋的孔洞以供纖維由孔洞噴出或流出而成型。纖維成型的過程中可使用例如加壓空氣氣流將所噴出融熔態(tài)的聚酯/納米碳管纖維快速冷卻至其玻離轉(zhuǎn)化溫度以下而硬化成絲。所形成的聚酯/納米碳管纖維可利用一巻繞滾筒收集。巻繞滾筒的巻繞速度可例如約1000米/分鐘至約6000米/分鐘。熔融抽絲所采用的溫度可例如為約20(TC至約30(TC之間。酯粒經(jīng)融熔抽取成絲的過程中，可能會(huì)對(duì)聚酯纖維及其內(nèi)部的納米碳管形成順著纖維沿伸方向的拉伸應(yīng)力(例如空氣氣流的拉力及磨擦力在纖維冷卻硬化的過程所造成的應(yīng)力)，此拉伸應(yīng)力可能會(huì)促使納米碳管大抵沿著纖維的沿伸方向順向排列。本發(fā)明實(shí)施例的聚酯/納米碳管纖維的耐熱溫度(即玻璃轉(zhuǎn)換溫度)可大于約86。C，強(qiáng)度可提升約12%，伸度小于約27.9%，耐磨耗強(qiáng)度可提升約41%。此外，本發(fā)明實(shí)施例的聚酯/納米碳管纖維可連續(xù)抽絲而使其長(zhǎng)度可大于約100米以上。例如，可以每分鐘800米的速度連續(xù)抽絲5分鐘而獲得長(zhǎng)度約4000米的聚酯/納米碳管纖維?？梢曅枰圆煌某榻z速度來獲得所需長(zhǎng)度的聚酯/納米碳管纖維。所導(dǎo)入納米碳管的尺寸、型態(tài)、及添加量對(duì)聚酯/納米碳管纖維的性質(zhì)影響很大。本發(fā)明通過導(dǎo)入具有繞曲結(jié)構(gòu)的納米碳管于聚酯纖維中，可顯著地增加聚酯纖維的耐熱性質(zhì)。本發(fā)明一實(shí)施例的聚酯/納米碳管纖維采用繞曲程度較大而管徑較小的納米碳管，可較使用繞曲程度較低而管徑較大的納米碳管的纖維有更高的熱穩(wěn)定度。通過控制納米碳管的添加量可使納米碳管大抵順向排列于聚酯纖維的延伸方向，而可順利抽絲成型。適當(dāng)?shù)募{米碳管添加量可使聚酯纖維強(qiáng)度提升而伸度下降。添加量較少的聚酯纖維可具有較高的伸度與不錯(cuò)的耐熱性。此外，納米碳管繞曲的程度或其尺寸(包括管徑與長(zhǎng)度)也可視需要作調(diào)整。所導(dǎo)入的納米碳管也不一定僅限于一種結(jié)構(gòu)或形式，例如可導(dǎo)入兩種以上具有不同直徑、不同長(zhǎng)度、不同繞曲度、或不同添加量的納米碳管于纖維中。以下，將列舉本發(fā)明的實(shí)施例來作說明。實(shí)施例1取PET酯粒約IOO克并與O.15g、0.3g、0.5g、lg的納米碳管混合，通過雙螺桿混煉將納米碳管(CNT)與PET酯粒充分均勻混合并形成PET/CNT的混合聚酯粒。此實(shí)施例中，所用雙螺桿混煉機(jī)的螺桿直徑為約45公厘(mm)，其長(zhǎng)徑比(L/D)為約30，螺桿轉(zhuǎn)速為約200rpm。共采用十段溫度來進(jìn)行雙螺桿混煉，分別是180。C、210°C、230°C、240°C、250°C、250°C、260°C、260°C、260°C、及25CTC。在此實(shí)施例中，所采用的納米碳管屬繞曲式，其SEM照片顯示于圖l中，其直徑為約20nm，其長(zhǎng)度為約1微米至約25微米，且其結(jié)構(gòu)是實(shí)質(zhì)繞曲的。納米碳管的添加量相對(duì)于PET酯粒分別為約Ophr至約lphr。接著，對(duì)雙螺桿混煉后的PET/CNT酯粒進(jìn)行熔融抽絲(熔融抽絲溫度為約27CTC至約28CTC)而獲得PET/CNT纖維。圖2a顯示PET/CNT纖維的SEM照片，而圖2b顯示放大倍率較高的PET/CNT纖維的SEM照片。如圖2a及圖2b所示，納米碳管大抵順向排列于PET纖維的延伸方向，且仍部分保有其繞曲結(jié)構(gòu)。經(jīng)由適當(dāng)選用納米碳管的尺寸、控制納米碳管的添加量、以及工藝參數(shù)的控制，所得PET/CNT纖維大抵順向排列于纖維的延伸方向而不容易斷絲，并可順利抽絲成形。例如以800米/分鐘的速度抽絲5分鐘，而獲得長(zhǎng)度大于約4000米的纖維。表一列出此實(shí)施例中具有不同繞曲式納米碳管添加量的PET/CNT纖維的各項(xiàng)材料性質(zhì)，并同時(shí)列出不含納米碳管的PET纖維的各項(xiàng)性質(zhì)以供比較。表一繞曲式TmTgTcc細(xì)度磨耗強(qiáng)度伸度(％)CNT含量(°c)(。c)(°c)(den)(%)(g/d)7<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>其中，phr(partperhundredresin):每100克聚酉旨中所添力口其他添力口物的克數(shù)；Den(丹尼數(shù))每9000公尺纖維的重量千克數(shù)。如表一所示，可看出繞曲式納米碳管的導(dǎo)入可顯著地提升PET纖維的熱穩(wěn)定性。PET/CNT纖維的玻璃轉(zhuǎn)換溫度(Tg)相較于PET(blank)纖維可提升至少約l(TC以上，可提高纖維的耐熱溫度(大于約7(TC)，使能應(yīng)用于較高溫的環(huán)境。除了玻璃轉(zhuǎn)換溫度之外，PET/CNT纖維的冷卻結(jié)晶溫度(Tcc)相較于PET(blank)纖維也提升了約2CTC以上。冷卻結(jié)晶溫度的提升可促使熔融抽絲纖維于較高冷卻溫度便開始結(jié)晶，可使結(jié)晶速度加快并獲得結(jié)晶相較多的纖維，有助于提升纖維的強(qiáng)度。PET/CNT纖維冷卻結(jié)晶溫度提升的原因目前尚不清楚，不排除是因?yàn)槔@曲式納米碳管的添加形成了許多的CNT/PET界面，PET較易于界面附近產(chǎn)生異質(zhì)成核，使結(jié)晶較早發(fā)生，因而提高了冷卻結(jié)晶溫度。當(dāng)繞曲式納米碳管的添加量增加至0.5phr時(shí)，PET/CNT纖維的強(qiáng)度開始大于PET(blank)纖維的1.74±0.4g/d而達(dá)到約1.95±0.12g/d，且其伸度相較于PET(blank)纖維的67.2±31.9%大幅縮減至33.8±4.9%。其中，CNT含量約0.15phr至約0.3phr的纖維具有較佳的熱穩(wěn)定性，但其強(qiáng)度卻較低而伸度較高，其原因目前尚不清楚。這些較耐熱且伸度較高的纖維，仍可有許多其它應(yīng)用，例如可作為較高溫度環(huán)境下的彈性纖維。表一還列出部分PET/CNT纖維的耐磨耗檢驗(yàn)結(jié)果，其顯示各纖維在相同的磨耗條件下，被磨耗的重量百分比(比的磨耗前)，可從表一發(fā)現(xiàn)，隨著納米碳管添加量的提升，可有效減少PET/CNT纖維的磨耗量(減少約35%以上)，提升其耐磨耗度。其中，CNT含量為0.5phr與0.lphr的PET/CNT纖維在相同磨耗條件下，其磨耗量比的PET(blank)分別減少了35.627%與40.277%，更有助于PET/CNT纖維在較高磨耗環(huán)境下的應(yīng)用。實(shí)施例2以相同于實(shí)施例1的方式來準(zhǔn)備實(shí)施例2中的PET/CNT纖維，僅將實(shí)施例中的繞曲式納米碳管替換為繞曲程度較低且直徑較大的低繞曲納米碳管。此實(shí)施例中所用的低繞曲納米碳管的SEM照片顯示于圖3中，其直徑為約30nm至約90nm，而其長(zhǎng)度為約1微米至約2微米。所得的PET/CNT纖維的各項(xiàng)性質(zhì)列于表二中。表一<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>其中，Den(丹尼數(shù))每9000公尺纖維的重量千克數(shù)。如表二所示，導(dǎo)入低繞曲納米碳管的PET/CNT纖維的熱穩(wěn)定性也可獲得提升。隨著低繞曲納米碳管的添加量增加至lphr時(shí)，其玻璃轉(zhuǎn)換溫度(Tg)可增加至約78'C，而其冷卻結(jié)晶溫度(Tcc)可增加至約195°C。比較表一與表二可看出添加低繞曲納米碳管的PET/CNT纖維的玻璃轉(zhuǎn)換溫度或冷卻結(jié)晶溫度所提升的幅度明顯小于添加繞曲式納米碳管的PET/CNT纖維。其原因目前尚不清楚，不排除是因?yàn)閷?shí)施例2中所用的納米碳管比的實(shí)施例1中所用的納米碳管有較大的直徑與較不繞曲的結(jié)構(gòu)，較大直徑與較不繞曲的納米碳管與周圍PET纖維的接觸界面的面積較小，因此PET與納米碳管間異質(zhì)成核的成核點(diǎn)較少，造成冷卻結(jié)晶溫度增加的幅度小于采用納米碳管的直徑較小且較繞曲的PET/CNT纖維。由實(shí)施例1及實(shí)施例2可知納米碳管的型式(如繞曲程度)、尺寸大小、及添加量影響聚酯纖維的性質(zhì)甚巨，可通過納米碳管的選用與添加來調(diào)整聚酯纖維的各項(xiàng)性質(zhì)。綜上所述，本發(fā)明通過導(dǎo)入具有繞曲結(jié)構(gòu)的納米碳管于聚酯纖維中，可顯著地增加聚酯纖維的耐熱性質(zhì)。通過納米碳管的添加還可控制聚酯/納米碳管纖維的強(qiáng)度、耐磨耗度、及伸度以符合各種應(yīng)用的需求。其中，添加0.5phr較繞曲納米碳管的PET/CNT纖維具有84。C的玻璃轉(zhuǎn)換溫度(較PETblank高出14°C)、1.95±0.12g/d的強(qiáng)度(較PETblank高出約12%)、及約33%的伸度(約為PETblank伸度的一半)。此外，PET/CNT纖維的耐磨耗度還會(huì)隨著納米碳管添加量的增加而提高，有助于PET/CNT纖維于較高磨耗環(huán)境下的應(yīng)用。當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。權(quán)利要求1.一種纖維，其特征在于，包括一聚酯纖維；以及多個(gè)納米碳管，分散于該聚酯纖維中，且該些納米碳管大抵順向排列于該聚酯纖維的延伸方向。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維，其特征在于，該聚酯纖維的材質(zhì)包括聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸丙二酯、聚芳香酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、或前述的組合。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維，其特征在于，該些納米碳管的直徑約10納米至40納米。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維，其特征在于，該些納米碳管的長(zhǎng)度為1微米至25微米。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維，其特征在于，順向排列于該聚酯纖維中的該些納米碳管具有一繞曲結(jié)構(gòu)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維，其特征在于，該聚酯纖維每100克具有該些納米碳管的含量為0.05克至1克。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維，其特征在于，其耐熱溫度大于70。C。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維，其特征在于，其伸度小于27.9%。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維，其特征在于，其在相同磨耗條件下，比未包括納米碳管的聚酯纖維磨耗量減少35%以上。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維，其特征在于，其強(qiáng)度大于2.07g/d。11.根據(jù)權(quán)利要求l所述的纖維，其特征在于，其長(zhǎng)度大于100米。12.—種形成纖維的方法，其特征在于，包括提供一聚酯粒；提供多個(gè)納米碳管；對(duì)該納米碳管與該聚酯粒進(jìn)行一混煉；以及對(duì)于該混煉后的該納米碳管及該聚酯粒進(jìn)行一熔融抽絲而獲得一聚酯/納米碳管纖維；該些納米碳管大抵順向排列于該聚酯/納米碳管纖維中。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的形成纖維的方法，其特征在于，該聚酯粒的材質(zhì)包括聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸丙二酯、聚芳香酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、或前述的組合。14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的形成纖維的方法，其特征在于，該些納米碳管的直徑為IO納米至40納米。15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的形成纖維的方法，其特征在于，該些納米碳管的長(zhǎng)度為1微米至25微米。16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的形成纖維的方法，其特征在于，順向排列于該聚酯/納米碳管纖維中的該些納米碳管具有一繞曲結(jié)構(gòu)。17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的形成纖維的方法，其特征在于，該聚酯粒與該些納米碳管的提供為每提供100克的該聚酯粒，便提供0.05克至1克的該些納米碳管。18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的形成纖維的方法，其特征在于，該聚酯/納米碳管纖維的耐熱溫度大于70°C。19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的形成纖維的方法，其特征在于，該聚酯/納米碳管纖維的伸度小于27.9%。20.根據(jù)權(quán)利要求12.所述的形成纖維的方法，其特征在于，該聚酯/納米碳管纖維在相同磨耗條件下，比未包括納米碳管的聚酯纖維磨耗量減少35%以上。21.根據(jù)權(quán)利要求12所述的形成纖維的方法，其特征在于，該聚酯/納米碳管纖維的強(qiáng)度大于2.07g/d。22.根據(jù)權(quán)利要求12所述的形成纖維的方法，其特征在于，該聚酯/納米碳管纖維的長(zhǎng)度大于100米。全文摘要本發(fā)明公開了一種纖維及其形成方法。本發(fā)明的纖維包括聚酯纖維以及多個(gè)納米碳管分散于聚酯纖維中，其中納米碳管大抵順向排列于聚酯纖維的延伸方向。本發(fā)明通過導(dǎo)入具有繞曲結(jié)構(gòu)的納米碳管于聚酯纖維中，可顯著地增加聚酯纖維的耐熱性質(zhì)。通過納米碳管的添加還可控制聚酯/納米碳管纖維的強(qiáng)度、耐磨耗度、及伸度以符合各種應(yīng)用的需求。文檔編號(hào)D01F1/10GK101525785SQ20081008168公開日2009年9月9日申請(qǐng)日期2008年3月5日優(yōu)先權(quán)日2008年3月5日發(fā)明者葉淑鈴,吳志郎,康清炬,林志祥,高信敬,黃淑娟申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院