專利名稱：樹(shù)脂增強(qiáng)纖維繩及其制備方法
發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種樹(shù)脂增強(qiáng)纖維繩，尤其是PET纖維繩以及這種纖維繩的制備方法。
背景技術(shù)：
合成纖維繩由于重量輕、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)而在許多場(chǎng)合取代金屬繩索，用于實(shí)物托掛和圍欄固定等用途。例如，它可作為魚(yú)網(wǎng)用繩用于漁業(yè)捕撈，可作為船用繩索、吊車吊繩、牽引用繩、建筑安全網(wǎng)用繩以及攀巖保險(xiǎn)帶等。
常規(guī)的繩索可分為兩大類一類是克勒型繩索，它包括由纖維束組成的內(nèi)芯和內(nèi)芯外的包層；另一類是普通的扦搓繩索。
克勒型繩索的例子可參見(jiàn)EP 99810052.3(同族專利包括中國(guó)專利申請(qǐng)00100259)。該文獻(xiàn)公開(kāi)了聚酰胺合成纖維繩索，這種繩索易于制備，但是纖維和纖維之間通過(guò)外包層約束在一起，在外包層有切口時(shí)容易露出纖維芯，而露出的纖維芯中的單根纖維又容易受不當(dāng)?shù)耐饬Χ鴶嗔选Ｒ虼嗽趦?chǔ)存和使用過(guò)程中應(yīng)小心操作，以免破壞外包層。另外，該繩所能承受的最大拉力是纖維束中每根纖維能承受的最大拉力和外包層所能承受的最大拉力之和，如果需要進(jìn)一步增加其最大拉力，就必須提高該繩索的直徑。但是高的直徑會(huì)給使用和攜帶帶來(lái)不便。
扦搓繩索通常由多股(例如三股或八股)纖維纏繞而成，這種繩索的例子有碳纖維繩索、超高分子量聚乙烯繩索和聚丙烯繩索等。這種繩索的特點(diǎn)是當(dāng)繩索中一股纖維受力時(shí)，其它纖維也能分擔(dān)受力。但是，這種纖維是靠外力纏繞在一起的，它同樣存在必須提高繩索直徑才能進(jìn)一步提高其最大拉力的問(wèn)題。
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，提供一種樹(shù)脂增強(qiáng)的纖維繩。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種所述樹(shù)脂增強(qiáng)纖維繩的制造方法。
發(fā)明的概述本發(fā)明提供一種樹(shù)脂增強(qiáng)纖維繩，它包括樹(shù)脂基材和分散在所述樹(shù)脂基材中的許多股纖維。
在本發(fā)明的一個(gè)較好實(shí)例中，所述纖維是聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯纖維，所述樹(shù)脂基材是丙烯酸類聚合物。
在本發(fā)明另一個(gè)較好實(shí)例中，所述許多股纖維以相互平行的方式分布在所述樹(shù)脂基材中，而在本發(fā)明另一個(gè)較好實(shí)例中，所述許多股纖維以相互絞合的方式分布在所述樹(shù)脂基材中。
本發(fā)明還提供一種所述樹(shù)脂增強(qiáng)纖維繩的制備方法，它包括(1)提供單體；(2)將許多股纖維浸漬在所述單體中；(3)使所述單體聚合成樹(shù)脂基材，形成所述樹(shù)脂增強(qiáng)纖維繩。
在本發(fā)明的一個(gè)較好實(shí)例中，在步驟(1)以后但是在步驟(2)之前本發(fā)明方法還可包括(a)預(yù)聚所述單體的步驟。
在本發(fā)明另一個(gè)較好實(shí)例中，在步驟(2)之前本發(fā)明方法還可包括(b)對(duì)所述許多股纖維進(jìn)行表面處理，使之與浸漬液相容的步驟。
在本發(fā)明另一個(gè)較好實(shí)例中，為了使制得的樹(shù)脂增強(qiáng)纖維繩具有光滑的表面，可在步驟(3)之后用定型模具拉擠形成的纖維繩。
下面將結(jié)合附圖更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是本發(fā)明樹(shù)脂增強(qiáng)纖維繩的一個(gè)較好實(shí)例的剖面圖；圖2是本發(fā)明樹(shù)脂增強(qiáng)纖維繩制造方法的一個(gè)較好實(shí)例的示意圖。
發(fā)明的詳細(xì)描述如圖1所示，本發(fā)明樹(shù)脂增強(qiáng)纖維繩包括樹(shù)脂基材1和分散在所述樹(shù)脂基材中的許多股纖維2。
樹(shù)脂基材可以是各種能進(jìn)行自由基聚合和共聚的乙烯基單體聚合形成的基材，所述單體較好具有較長(zhǎng)柔性鏈的單體。這種單體的例子有丙烯酸類單體，例如酯基部分具有4-12個(gè)碳原子的丙烯酸酯，如(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯異酸、(甲基)丙烯酸戊酯、(甲基)丙烯酸異戊酯、(甲基)丙烯酸己酯、(甲基)丙烯酸庚酯、(甲基)丙烯酸異庚酯、(甲基)丙烯酸辛酯、(甲基)丙烯酸癸酯和(甲基)丙烯酸十二烷酯等。
在本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)“(甲基)丙烯酸酯”包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯。
另外，用于形成樹(shù)脂基材的單體也可以是多官能團(tuán)單體，這種多官能團(tuán)單體的例子有乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、丙二醇二(甲基)丙烯酸酯以及甲基酰氧丙基三甲基硅烷、乙烯基三甲基硅烷等。加入所述多官能團(tuán)單體可以使樹(shù)脂基材產(chǎn)生一定的交聯(lián)而進(jìn)一步提高繩索的拉力。
根據(jù)材料的要求(例如韌性、柔軟性等)，本發(fā)明樹(shù)脂基材可以由單一單體聚合而成或者由兩種或兩種以上單體的混合物聚合而成。在本發(fā)明的一個(gè)較好實(shí)例中，為了使樹(shù)脂基材具有良好的彈性，可在單體中加入1-3重量％有機(jī)硅偶聯(lián)劑，例如，乙烯基三乙氧基硅烷(A-151)、γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷(KH-570)和γ-胺基丙基三乙氧基硅烷(KH-550)。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)例中，所述樹(shù)脂基材是交聯(lián)的樹(shù)脂基材，以便使形成的纖維繩索具有更高的強(qiáng)度。本發(fā)明使用的交聯(lián)劑是本領(lǐng)域已知的交聯(lián)劑。
本發(fā)明樹(shù)脂增強(qiáng)纖維繩中所述纖維無(wú)特別的限制。但是為了提高纖維繩的拉力，所述纖維較好與樹(shù)脂基材相容。這些纖維的例子有聚酰胺纖維、聚乙烯纖維、聚丙烯纖維、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯纖維、碳纖維等。較好是聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)纖維。
在樹(shù)脂基材中所述多股纖維的分布形式無(wú)特別的限制。例如，多股纖維可均勻或非均勻地平行分散在樹(shù)脂基材中，或者所述纖維可以絞合狀置于所述樹(shù)脂基材中。
分布在所述樹(shù)脂基材中的所述多個(gè)纖維中每一股纖維的直徑無(wú)特別的限制。由于纖維直徑越小，則其表面能越大。因此在相同繩索截面直徑的情況下，每根纖維的直徑越小，則纖維數(shù)目越多，形成的強(qiáng)度也越大。由于隨著纖維數(shù)的增加，制造工藝越趨復(fù)雜，制造成本也隨之上升。因此，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員不難根據(jù)具體的用途選擇纖維的直徑。
另外，本發(fā)明樹(shù)脂增強(qiáng)纖維繩的樹(shù)脂基材中還可含有各種添加劑，以便賦予制品以各種所需的性能。所述添加劑的例子有交聯(lián)劑、抗氧劑、阻燃劑、紫外光穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、脫模劑等。
本發(fā)明還提供一種所述樹(shù)脂增強(qiáng)纖維繩的制備方法，它包括(1)提供單體；(2)將許多股纖維浸漬在所述單體中；(3)使所述單體聚合成樹(shù)脂基材，形成所述樹(shù)脂增強(qiáng)纖維繩。
本發(fā)明方法使用單體作為浸漬液用于在纖維束上形成樹(shù)脂基材。所述單體的粘度無(wú)特別的限制。但是如果粘度太低，則達(dá)不到在纖維束上形成樹(shù)脂基材的目的，粘度太高，則難以進(jìn)行浸漬。因此，單體的粘度一般為0.1-2.0Pa·s，較好為0.5-1.0Pa·s。
為了在浸漬在纖維上以后進(jìn)行聚合，還可在單體中加入聚合引發(fā)劑。適用于本發(fā)明的引發(fā)劑可以是例如偶氮二異庚腈等低溫高效引發(fā)劑，也可以是過(guò)氧化類引發(fā)劑(例如過(guò)氧化二碳酸二異丙酯等過(guò)氧化二碳酸酯類引發(fā)劑)，或者是油溶性氧化環(huán)氧系統(tǒng)的引發(fā)劑(如過(guò)氧化二苯甲酰、N，N’-二甲基苯胺、過(guò)氧化甲乙酮和乙二胺)。
由于本發(fā)明使用的某些單體(如(甲基)丙烯酸丁酯)的活性低并且沸點(diǎn)不高(通常低于100℃)，因此在使用這些單體時(shí)使用的引發(fā)劑通常必須具有在低溫下能引發(fā)單體快速聚合的特點(diǎn)。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)其專業(yè)知識(shí)可容易地確定適用的引發(fā)劑。
為了提高生產(chǎn)率，可對(duì)單體進(jìn)行預(yù)聚，然后用得到的預(yù)聚物作為浸漬液。使用預(yù)聚物作為浸漬液可減少或避免單體浸漬在纖維上以后可能發(fā)生的不完全聚合現(xiàn)象。
作為浸漬液的預(yù)聚物應(yīng)具有合適的粘度，以便提高所述纖維的浸潤(rùn)性，提高纖維與樹(shù)脂基材之間的相互粘合。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可根據(jù)粘度容易地確定合適的預(yù)聚合程度。
在本發(fā)明的一個(gè)較好的實(shí)例中，向單體中加入占單體重量0.03-0.3％，較好占0.05-0.15％選自過(guò)氧化二碳酸二異丙酯、氧化二苯甲酰和N，N’-二甲基苯胺或其混合物的引發(fā)劑，隨后進(jìn)行預(yù)聚。
預(yù)聚物的粘度應(yīng)能使該預(yù)聚物能容易地浸潤(rùn)所述纖維。根據(jù)使用的纖維是平行分布還是絞合分布，預(yù)聚物的粘度較好為0.5-3Pa·s，最好為1-2Pa·s。
預(yù)聚的溫度無(wú)特別的限制，取決于使用的單體和引發(fā)劑的類型以及引發(fā)劑的加入量。在本發(fā)明的一個(gè)較好的實(shí)例中，所述預(yù)聚的溫度為60-100℃，較好為70-90℃。
為了在浸漬后使單體完全聚合，必要時(shí)除了低溫引發(fā)劑(過(guò)氧化二碳酸二異丙酯、氧化二苯甲酰和N，N’-二甲基苯胺或其混合物)外，還可加入少量高溫引發(fā)劑(如偶氮二異丁腈)以便在后處理階段使單體反應(yīng)完全。
還可向浸漬液中加入各種添加劑，以便賦予制得的樹(shù)脂增強(qiáng)纖維繩以各種所需的性能。所述添加劑可以是本領(lǐng)域已知的常規(guī)添加劑，其例子有交聯(lián)劑、抗氧劑、阻燃劑、紫外光穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、脫模劑等。
可將纖維束浸漬在作為浸漬液的單體或預(yù)聚物中，浸漬的時(shí)間無(wú)特別的限制，只要浸漬液能充分浸潤(rùn)纖維束即可。一般來(lái)說(shuō)，浸漬的時(shí)間取決于浸漬液的粘度和纖維的形態(tài)。對(duì)于平行分布的纖維素，可采用稍短的浸漬時(shí)間，而對(duì)于絞合的纖維束，可適當(dāng)延長(zhǎng)浸漬時(shí)間。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通過(guò)簡(jiǎn)單試驗(yàn)可容易地確定具體浸漬所需的時(shí)間。
纖維束的股數(shù)無(wú)特別的限制，取決于最終繩索的用途。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解在每股纖維直徑確定的情況下增加纖維束的股數(shù)可提高制得的繩索的拉力，同時(shí)不可避免地增加最終繩索的直徑。也可以在保持最終繩索直徑不變的情況下通過(guò)降低每股纖維的直徑來(lái)提高纖維束的股數(shù)，但是每股纖維的直徑越小，則加工工藝越復(fù)雜，制造成本也就越高。
為了增強(qiáng)所述纖維與樹(shù)脂基材之間的相容性，在浸漬單體或預(yù)聚物之前可對(duì)所述纖維進(jìn)行表面處理。所述表面處理的方法無(wú)特別的限制，只要它能增強(qiáng)所述纖維與樹(shù)脂基材之間的相容性即可。這種處理方法包括本領(lǐng)域常用的表面處理方法。
在將纖維束在浸漬液中浸漬后，可對(duì)浸漬的單體或預(yù)聚物進(jìn)行聚合。使用的聚合方法是本發(fā)明已知的方法。例如，對(duì)于加有熱引發(fā)劑的浸漬液，可對(duì)浸漬后的纖維加熱以引發(fā)聚合；對(duì)于加有紫外光引發(fā)劑的浸漬液，可將浸漬后的纖維置于紫外光輻照下以引發(fā)聚合。
在本發(fā)明的一個(gè)較好實(shí)例中，本發(fā)明樹(shù)脂增強(qiáng)纖維繩的制備方法使用分段聚合的方法，它包括預(yù)聚、浸漬、熱處理、模具定型和冷卻步驟。由于本發(fā)明通常采用低溫高效自由基引發(fā)劑，因此預(yù)聚合步驟使用較低的聚合溫度以免發(fā)生暴聚，預(yù)聚溫度宜為60-100℃，較好為70-90℃。所述熱處理步驟用于使浸漬液聚合，從而可使用較高的聚合溫度，該加熱溫度一般為100-150℃，較好為125-135℃。用于使纖維繩索定型的模具溫度一般為130-200℃，較好為160-180℃。所述冷卻步驟一般采用風(fēng)冷或本領(lǐng)域已知的其它冷卻方法。
當(dāng)浸漬液含有交聯(lián)劑(如二乙烯基苯類交聯(lián)劑)時(shí)，較好使用熱空氣或水蒸汽處理經(jīng)過(guò)定型模具定型的纖維繩索，以便很好地發(fā)揮交聯(lián)效果。所述定型模具通常帶有一個(gè)圓柱形空腔。該空腔具有預(yù)定的直徑。要定型的繩索經(jīng)該定型模具定型后具有與該空腔相同的直徑，并具有光滑的表面。
為了使形成的纖維增強(qiáng)繩索具有光滑的外觀，可用定型模具拉擠形成的纖維增強(qiáng)繩索。
圖2所示是本發(fā)明一個(gè)較好實(shí)例的制備連續(xù)PET纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂基高強(qiáng)度繩索方法的示意圖。如圖2所示，在牽引機(jī)(圖中未顯示)的牽引下用紗架1上引出纖維束；經(jīng)烘干室(圖中未顯示)烘干后到達(dá)浸漬室(2)浸漬單體或預(yù)聚物；浸漬后的PET纖維進(jìn)入聚合固化的第一聚合段3(預(yù)聚合段)，在聚合段3中纖維經(jīng)過(guò)幾段長(zhǎng)0.8-1米、內(nèi)徑2-4厘米兩端密封的不銹鋼鋼管進(jìn)行聚合；聚合后的繩索進(jìn)入第二聚合段4進(jìn)一步進(jìn)行聚合；隨后經(jīng)過(guò)定型模具5制得PET增強(qiáng)的熱塑性樹(shù)脂基繩索。加有交聯(lián)劑的情況下，在定型模具5后還可任選地包括一個(gè)熱空氣或水蒸汽處理段，以便使樹(shù)脂基材更好地交聯(lián)。定型后的繩索可由切割機(jī)6切割成所需的長(zhǎng)度。
下面通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
實(shí)施例1將100重量份甲基丙烯酸正丁酯(PBMA)和0.08重量份偶氮二異丁腈(AIBN)相混合，在約90℃的溫度下使混合物聚合至粘度達(dá)到1Pa·s。隨后在預(yù)聚物中加入0.3重量份二異丙基過(guò)氧二碳酸酯(IPP)和0.01重量份偶氮二異丁腈，均勻混合后作為浸漬液。
以0.4m/min的牽引速度使30根直徑為0.5mm的平行PET纖維依次通過(guò)浸漬槽、預(yù)聚段、加熱處理段和模具。形成PBMA增強(qiáng)的PET繩索。
所述浸漬槽長(zhǎng)0.5米，裝有上述浸漬液；所述預(yù)聚段長(zhǎng)2.5米，溫度控制在95℃；所述加熱處理段長(zhǎng)0.5米，溫度控制在110℃；所述模具長(zhǎng)0.2米，溫度控制在140℃。
用Instron試驗(yàn)機(jī)測(cè)定該繩索斷裂所需的最小破壞力，結(jié)果列于表1。
實(shí)施例2將100重量份甲基丙烯酸十二烷酯和0.15重量份偶氮二異丁腈(AIBN)相混合，在約88℃的溫度下使混合物聚合至粘度達(dá)到2Pa·s。隨后在預(yù)聚物中加入0.3重量份二異丙基過(guò)氧二碳酸酯(IPP)、2重量份KH-570(γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷，購(gòu)自南京曙光化工廠)和0.01重量份偶氮二異丁腈，均勻混合后作為浸漬液。
用與實(shí)施例1相同的方法制得甲基丙烯酸十二烷酯增強(qiáng)的PET繩索。
用Instron試驗(yàn)機(jī)測(cè)定該繩索斷裂所需的最小破壞力，結(jié)果列于表1。
實(shí)施例3將100重量份乙二醇二丙烯酸酯和0.05重量份過(guò)氧化苯甲酰(BPO)相混合，在約98℃的溫度下使混合物聚合至粘度達(dá)到3Pa·s。隨后在預(yù)聚物中加入0.4重量份二異丙基過(guò)氧二碳酸酯(IPP)、3重量份二乙烯基苯和0.02重量份BPO，均勻混合后作為浸漬液。
用與實(shí)施例1相同的方法制得聚乙二醇二丙烯酸酯增強(qiáng)的PET繩索，但是將預(yù)聚段的溫度控制在90-100℃，將加熱處理段的溫度控制在130-140℃，模具的溫度控制在150-160℃，并且使通過(guò)模具出料的繩索經(jīng)過(guò)一段長(zhǎng)0.8米、溫度為102℃的蒸汽管道。
用Instron試驗(yàn)機(jī)測(cè)定該繩索斷裂所需的最小破壞力，結(jié)果列于表1。
實(shí)施例4將100重量份甲基酰氧丙基三甲基硅烷和0.08重量份BPO相混合，在約98℃的溫度下使混合物聚合至粘度達(dá)到0.5Pa·s。隨后在預(yù)聚物中加入0.5重量份BPO、0.4重量份N，N-二甲基苯胺和2重量份KH-570(γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷，購(gòu)自南京曙光化工廠)，均勻混合后作為浸漬液。
用與實(shí)施例1相同的方法制得聚甲基酰氧丙基三甲基硅烷增強(qiáng)的PET繩索。
用Instron試驗(yàn)機(jī)測(cè)定該繩索斷裂所需的最小破壞力，結(jié)果列于表1。
比較例1用Instron試驗(yàn)機(jī)測(cè)定使30根直徑為0.5mm的平行PET纖維形成的繩索斷裂所需的最小破壞力，結(jié)果列于表1。
為了進(jìn)行比較，在表1中還列出了其它各種常見(jiàn)繩索的參數(shù)。
表1

由上述數(shù)據(jù)可見(jiàn)，與未用樹(shù)脂基材增強(qiáng)的繩索(比較例1，最小破壞力為5.54KN)相比，本發(fā)明繩索的最小破壞力至少增加至7.8KN(實(shí)施例3)，即至少增加40％。
權(quán)利要求
1.一種樹(shù)脂增強(qiáng)纖維繩，它包括樹(shù)脂基材和分散在所述樹(shù)脂基材中的許多股纖維。
2.如權(quán)利要求1所述的樹(shù)脂增強(qiáng)纖維繩，其特征在于所述樹(shù)脂基材選自(甲基)丙烯酸C4-C12烷酯、乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、甲基酰氧丙基三甲基硅烷、乙烯基三甲基硅烷。
3.如權(quán)利要求1或2所述的樹(shù)脂增強(qiáng)纖維繩，其特征在于所述許多股纖維以相互平行的方式分布在所述樹(shù)脂基材中。
4.如權(quán)利要求1或2所述的樹(shù)脂增強(qiáng)纖維繩，其特征在于所述許多股纖維以相互絞合的方式分布在所述樹(shù)脂基材中。
5.如權(quán)利要求1或2所述的樹(shù)脂增強(qiáng)纖維繩，其特征在于所述纖維選自聚酰胺纖維、聚乙烯纖維、聚丙烯纖維、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯纖維、碳纖維。
6.一種如權(quán)利要求1所述樹(shù)脂增強(qiáng)纖維繩的制備方法，它包括(1)提供單體，其粘度為0.1-2.0Pa·s；(2)將許多股纖維浸漬在所述單體中；(3)使所述單體聚合成樹(shù)脂基材，形成所述樹(shù)脂增強(qiáng)纖維繩。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于在步驟(1)以后但是在步驟(2)之前它還可包括(a)預(yù)聚所述單體的步驟。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于在步驟(2)之前它還可包括(b)對(duì)所述許多股纖維進(jìn)行表面處理，使之與浸漬液相容的步驟。
9.如權(quán)利要求6-8中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于它還包括用定型模具拉擠形成的樹(shù)脂增強(qiáng)纖維繩的步驟。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于在定型模具拉擠后，它還包括一個(gè)冷卻步驟。
全文摘要
公開(kāi)了一種樹(shù)脂增強(qiáng)纖維繩，它包括樹(shù)脂基材和分散在所述樹(shù)脂基材中的許多股纖維。還公開(kāi)了該樹(shù)脂增強(qiáng)纖維繩的制備方法。
文檔編號(hào)B29C70/10GK1512005SQ0215898
公開(kāi)日2004年7月14日 申請(qǐng)日期2002年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月27日
發(fā)明者解延秀, 楊桂生 申請(qǐng)人:上海杰事杰新材料股份有限公司