本發(fā)明屬于差別化纖維技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高收縮纖維的制備方法。
背景技術(shù)：
高收縮纖維是一類沸水收縮率高于35％的聚酯纖維，高收縮滌綸纖維在紡織產(chǎn)品中的用途十分廣泛，可與其他纖維混纖或交織，織成的織物具有獨(dú)特的風(fēng)格。其滌綸仿毛織物、泡泡紗和高花皺、合成皮革、仿鹿皮或桃皮絨織物以及汽車織物等領(lǐng)域都有非常廣泛的應(yīng)用。
高收縮纖維一般可以通過物理方法或化學(xué)方法制得，其中化學(xué)方法是聚酯樹脂的生產(chǎn)過程中引人第三單體，經(jīng)熔體紡絲和二次拉伸后，可制得高收縮共聚酯纖維第三單體的加入可以降低大分子內(nèi)旋活化能，提高拉伸時的高彈形變量，降低結(jié)晶速率和結(jié)晶度，使分子鏈處在高取向及結(jié)晶較弱的結(jié)構(gòu)狀態(tài)下，在熱或熱溶劑作用時，大分子的應(yīng)力松弛，分子間次價鍵的結(jié)合力舒展，致使分子鏈由高序態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈托驊B(tài)，產(chǎn)生熱收縮效應(yīng)，從而使纖維具有較大的潛在收縮率。物理方法是利用常規(guī)滌綸母粒，改變纖維的紡絲、拉伸和后處理等工藝,如采用低溫、低倍拉伸和低溫定型工藝，使纖維具有適當(dāng)取向而不結(jié)晶或極少結(jié)晶，可制得沸水收縮率為35％-50％的高收縮滌綸纖維。
化學(xué)方法存在著工藝復(fù)雜，費(fèi)時費(fèi)力，生產(chǎn)成本高，等缺點(diǎn)，而物理改性方法簡單方便，陳本較低，容易推廣，是目前生產(chǎn)高收縮纖維的主流方法，但是也存在著纖維機(jī)械性能較差，起毛起球等級較低，手感發(fā)硬等缺點(diǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
解決的技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，通過將石墨烯和相容劑與聚酯母粒進(jìn)行共混預(yù)分散，后將分散后的母粒與基礎(chǔ)母粒共混后紡絲，通過低溫牽伸的方法制成性能較好的高收縮滌綸纖維。
技術(shù)方案：一種高收縮纖維的制備方法，包括以下步驟：
步驟1，石墨烯的預(yù)分散：將相容劑、石墨烯材料和PET母?；旌虾笤陔p螺桿機(jī)進(jìn)行熔融共混，制得石墨烯功能母粒；
步驟2，高收縮纖維的制備：將石墨烯功能母粒與PET母?；旌虾笸ㄟ^雙螺桿機(jī)進(jìn)行熔融共混紡；
步驟3，高收縮纖維的牽伸后整理：將紡絲得到的纖維進(jìn)行冷卻、烘干、上油、熱水牽伸、烘干定型、網(wǎng)絡(luò)、卷繞的工序后得到成品纖維。
進(jìn)一步地，所述石墨烯材料選自常規(guī)石墨烯、氧化石墨烯或石墨烯衍生物。
進(jìn)一步地，所述石墨烯材料的厚度小于100nm。
進(jìn)一步地，步驟1中所述石墨烯材料、相容劑和PET母粒的質(zhì)量比為1:1:10～20。
進(jìn)一步地，所述相容劑為聚乙烯接枝馬來酸酐或乙烯-辛烯共聚物接枝馬來酸酐。
進(jìn)一步地，步驟2中所述石墨烯功能母粒與PET母粒的質(zhì)量比為1:10～20。
進(jìn)一步地，步驟2中紡絲溫度為270℃～290℃，紡絲速度為4500～5000m/min。
進(jìn)一步地，步驟3中所述的冷卻方式為風(fēng)冷，風(fēng)速為0.3～0.5m/s。
進(jìn)一步地，步驟3中所述的牽伸溫度為70～90℃，牽伸倍數(shù)2.2～3.0。
有益效果：本發(fā)明將石墨烯材料加入到滌綸聚酯纖維中制成高收縮聚酯纖維，并加入相容劑，提升石墨烯和PET之間的相容性，得到合金纖維；石墨烯的加入可改善高收縮纖維的機(jī)械性能，同時石墨烯的柔性鏈結(jié)構(gòu)也可進(jìn)一步提升纖維收縮性能。
具體實(shí)施方式
下面通過具體實(shí)施方式對發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。但本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解下列實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限定本發(fā)明的范圍。
本發(fā)明提供一種高收縮纖維的制備方法，通過將石墨烯、相容劑與PET母粒預(yù)分散后制得石墨烯功能母粒，再將石墨烯功能母粒與PET母粒均勻混合后進(jìn)行共混熔融紡絲，制成具有性能較好的高收縮滌綸聚酯纖維。
石墨烯是一種新型的二維納米碳材料，具有優(yōu)異的機(jī)械性能、電性能和熱性能等，是聚合物納米復(fù)合材料的理想填料。本發(fā)明將石墨烯(包括常規(guī)石墨烯和氧化石墨烯)和相容劑混合后與對苯二甲酸乙二醇脂(PET)進(jìn)行熔融共混，制得功能母粒。相容劑是一類能夠降低極性高分子和非極性高分子之間的相容性的物質(zhì)，分子結(jié)構(gòu)中通常含有極性基團(tuán)和非極性基團(tuán)，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)通過加入相容劑可以有效地降低石墨烯(非極性)與基礎(chǔ)母粒(極性)之間界面張力，提升石墨烯在基礎(chǔ)母粒中的分散效果。
本發(fā)明通過物理改性的方法即低溫、低倍、高速拉伸和低溫定型工藝制備滌綸高收縮纖維。纖維在低溫烘干是指纖維在低于玻璃化溫度(Tg)的條件下牽伸，纖維大分子鏈結(jié)晶成核速度降低，不利于結(jié)晶，以降低纖維大分子鏈的結(jié)晶度，有利于提高纖維的收縮率。低倍高速牽伸是指在牽伸倍數(shù)較低和牽伸速度較高的條件下對纖維進(jìn)行牽伸，在此條件下纖維能夠獲得更高的取向度，從而有利于提高纖維的收縮效果。在該方法工藝簡單，操作方便，但是存在著纖維強(qiáng)力較差，起毛起球性能差、染色性能差的特點(diǎn)。本發(fā)明通過加石墨烯材料，利用石墨烯片層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與PET大分子鏈形成類似復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)，即合金纖維，同時加入聚乙烯接枝馬來酸酐或乙烯-辛烯共聚物接枝馬來酸酐等相容劑來降低石墨烯與滌綸大分子鏈之間的界面張力，提升二者的相容性，來實(shí)現(xiàn)改善高收縮滌綸纖維的機(jī)械性能的目的。同時向高收縮纖維中加入石墨烯，石墨烯的柔性鏈結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步提升纖維的沸水收縮率，使纖維的收縮性能更加穩(wěn)定。
實(shí)施例1
1、功能母粒的制備
首先將PET基礎(chǔ)母粒在120℃的條件下烘干5h，保證母粒的含水率在0.4％以下；同時將石墨烯在80℃的條件烘干2h，去除水分。后將石墨烯、相容劑聚乙烯接枝馬來酸酐和PET母粒按照質(zhì)量比為1:1:10的比例通過雙螺桿擠出機(jī)混合擠出，經(jīng)冷卻、造粒后得到負(fù)離子功能母粒。
2、高收縮纖維的制備：
將PET母粒在120℃的條件下烘干5h，保證母粒的含水率在0.4％以下；然后將功能母粒、PET母粒按照質(zhì)量比為1：10的比例在雙螺桿機(jī)上進(jìn)行熔融共混紡絲，紡絲溫度280℃，紡絲速度4600m/min。
3、高收縮纖維的后整理
將紡絲得到的高收縮纖維進(jìn)行風(fēng)冷冷卻，風(fēng)速0.3～0.5m/s，牽伸倍數(shù)為2.3，牽伸溫度為80℃，后經(jīng)過烘干、網(wǎng)絡(luò)、上油、卷繞等工序后最終得到成品纖維。
經(jīng)檢測，該實(shí)施例所制備的高收縮纖維的規(guī)格為FDY75D24F，強(qiáng)度為4.92cN/dtex。
實(shí)施例2
1、功能母粒的制備
首先將PET基礎(chǔ)母粒在120℃的條件下烘干5h，保證母粒的含水率在0.4％以下；同時將石墨烯在80℃的條件烘干2h，去除水分。后將石墨烯、相容劑聚乙烯接枝馬來酸酐和PET母粒按照質(zhì)量比為1:1:15的比例通過雙螺桿擠出機(jī)混合擠出，經(jīng)冷卻、造粒后得到負(fù)離子功能母粒。
2、高收縮纖維的制備：
將PET母粒在120℃的條件下烘干5h，保證母粒的含水率在0.4％以下；然后將功能母粒、PET母粒按照質(zhì)量比為1：15的比例在雙螺桿機(jī)上進(jìn)行熔融共混紡絲，紡絲溫度285℃，紡絲速度4800m/min。
3、高收縮纖維的后整理
將紡絲得到的高收縮纖維進(jìn)行風(fēng)冷冷卻，風(fēng)速0.3～0.5m/s，牽伸倍數(shù)為2.5，牽伸溫度為85℃，后經(jīng)過烘干、網(wǎng)絡(luò)、上油、卷繞等工序后最終得到成品纖維。
經(jīng)檢測，該實(shí)施例所制備的高收縮纖維的規(guī)格為FDY75D24F，強(qiáng)度為4.78cN/dtex。
實(shí)施例3
1、功能母粒的制備
首先將PET基礎(chǔ)母粒在120℃的條件下烘干5h，保證母粒的含水率在0.4％以下；同時將石墨烯在80℃的條件烘干2h，去除水分。后將石墨烯、相容劑聚乙烯接枝馬來酸酐和PET母粒按照質(zhì)量比為1:1:20的比例通過雙螺桿擠出機(jī)混合擠出，經(jīng)冷卻、造粒后得到負(fù)離子功能母粒。
2、高收縮纖維的制備：
將PET母粒在120℃的條件下烘干5h，保證母粒的含水率在0.4％以下；然后將功能母粒、PET母粒按照質(zhì)量比為1：20的比例在雙螺桿機(jī)上進(jìn)行熔融共混紡絲，紡絲溫度280℃，紡絲速度5000m/min。
3、高收縮纖維的后整理
將紡絲得到的高收縮纖維進(jìn)行風(fēng)冷冷卻，風(fēng)速0.3～0.5m/s，牽伸倍數(shù)為2.8，牽伸溫度為90℃，后經(jīng)過烘干、網(wǎng)絡(luò)、上油、卷繞等工序后最終得到成品纖維。
經(jīng)檢測，該實(shí)施例所制備的高收縮纖維的規(guī)格為FDY75D24F，強(qiáng)度為4.53cN/dtex。
對照例1
與實(shí)施例1的區(qū)別在于不加入相容劑。
對照例2
與實(shí)施例1的區(qū)別在于不加入石墨烯。
對照例3
與實(shí)施例1的區(qū)別在于不加入相容劑，不加入石墨烯，并采取常規(guī)的牽伸工藝。
纖維的斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長和變異系數(shù)測試依據(jù)“GB/T 14337-2008化學(xué)纖維短纖維拉伸性能試驗(yàn)方法”執(zhí)行。
由上表可以看出：滌綸纖維在低溫、低倍、高速拉伸條件下加工成型后，纖維的沸水收縮率大幅度提升，有明顯的高收縮效果；石墨烯和相容劑的加入可進(jìn)一步提升纖維的收縮性能，原因是石墨烯的網(wǎng)狀柔性鏈結(jié)構(gòu)使得纖維大分子鏈的彈性更加，收縮性更好，同時石墨烯結(jié)構(gòu)與PET大分子鏈之間形成類似復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)，改善纖維的機(jī)械性能；此外，相容劑的加入降低了石墨烯結(jié)構(gòu)和PET大分子之間的表面張力，增加二者的相容性，實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步改善纖維機(jī)械性能的目的。