一种高结晶速率的共聚纤维及其制备工艺
技术领域
本发明涉及共聚纤维技术领域，具体为一种高结晶速率的共聚纤维及其制备工艺。
背景技术
共聚纤维是由两种或两种以，上不同单体的共聚物纺制成的化学纤维，化学纤维是用天然高分子化合物或人工合成的高分子化合物为原料，经过制备纺丝原液、纺丝和后处理等工序制得的具有纺织性能的纤维，化学纤维的制备，通常是先把天然的或合成的高分子物质或无机物制成纺丝熔体或溶液，然后经过过滤、计量，由喷丝头（板）挤出成为液态细流，接着凝固而成纤维，此时的纤维称为初生纤维，它的力学性能很差，必须经过一系列后加工工序才能符合纺织加工和使用要求，后加工主要针对纤维进行拉伸和热定形，以提高纤维的力学性能和尺寸稳定性，拉伸是使初生纤维中大分子或结构单元沿着纤维轴取向；热定形主要是使纤维中内应力松弛，湿纺纤维的后加工还包括水洗、上油、干燥等工序，纺制长丝时，经上述工序即可卷绕成筒；纺制短纤维时还须增加卷曲、切断和打包等工序，用来生产纺织品的原料中，以棉、麻、丝、毛（羊毛）的历史最悠久，但是天然资源毕竟有限，棉花的产量约有50千克/公顷，养蚕吐丝也要种桑树，增产羊毛则要发展畜牧业，因此，化学家开始研究，利用价格更便宜、来源更丰富的原料来纺纱织布，它们便是化学纤维，而现有技术中的共聚纤维在实际应用时仍旧存在诸多的不足，例如：
现有技术中的共聚纤维在实际应用时强度不够理想，无法有效的存储更高的储能模量与损耗模量，同时其延展性的加工特性时有不足使得共聚纤维的加工应用难以满足多形态的加工所需。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高结晶速率的共聚纤维，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高结晶速率的共聚纤维，包括PA666纤维和尼龙66盐，所述PA666纤维内部融合有尼龙66盐。
优选的，所述尼龙66盐的添加量为PA666纤维量的百分之四到百分之八。
优选的，所述尼龙66盐的添加量具体为PA666纤维量的百分之八。
优选的，所述PA666纤维的分子量为CP-2.5纤维的5.25cN/dtex到CP-3.0纤维的6.60cN/dtex，所述PA666纤维内缠绕有纤维丝，且纤维丝外围涂抹有纤维粉层。
优选的，一种高结晶速率的共聚纤维的制备工艺，包括以下步骤：
S1、先通过纺丝机将PA666纤维实施纺织；
S2、随后通过切片将PA666纤维实施承载；
S3、然后通过核磁共振波普、差示量热扫描以及毛细管流变对纺织出的PA666纤维实施检测以保证PA666纤维制作质量的合格性；
S4、最后将检测合格后的PA666纤维通过熔融纺丝与后牵伸实施制备。
优选的，所述切片的粘度具体为2.5到3.4之间。
优选的，所述纺丝机的纺丝一棍速度为400m/min到1000m/min，且纺丝机的纺速的速度为2000m/min到4000m/min。
优选的，所述纺丝机的温度区间为260摄氏度到300摄氏度之间，且牵伸比具体为2.0-5.0之间。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过熔融纺丝法制备的PA666纤维具有更高的断裂强度，在尼龙66盐添加量为8%时，断裂强度由PA6纤维的5.62cN/dtex增加到6.35cN/dtex，而断裂伸长率由24.70%降低至17.40%，在增加强度的同时依旧可以保证加工时有足够的延展性以及满足纤维制品较好的手感要求，同时PA666纤维的结晶度降低，晶区取向度变化不大，但声速取向因子增大，PA666纤维具有更高的储能模量和损耗模量，在4%和8%的尼龙66盐添加量下，其纤维在低温下具有更低的损耗角正切值，具有更好的低温服役性能，相比于PA6纤维，PA666纤维具有稍低的吸水率以及稍高的热收缩率，另外，随着分子量的增大，纤维的断裂强度发生先增大后减小的趋势，由CP-2.5纤维的5.25cN/dtex最高增加至CP-3.0纤维的6.60cN/dtex，断裂强度由20.80%降低至18.60%，随着分子量的增大，纤维结晶度有所降低，声速取向因子增大，纤维的回潮率无明显变化，但热收缩率有所降低进而能够满足各形态的应用加工所需。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为图1中A处放大结构示意图。
图中：1-纤维丝；2-纤维粉层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种高结晶速率的共聚纤维，包括PA666纤维和尼龙66盐，所述PA666纤维内部融合有尼龙66盐，所述尼龙66盐的添加量为PA666纤维量的百分之四到百分之八，通过4%和8%的尼龙66盐添加量下，其纤维在低温下具有更低的损耗角正切值，同时也具有更好的低温服役性能，且相比于现有技术中的PA6纤维，PA666纤维具有稍低的吸水率以及稍高的热收缩率，所述PA666纤维内缠绕有纤维丝1，且纤维丝外围涂抹有纤维粉层2。
实施例二：
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种高结晶速率的共聚纤维，包括PA666纤维和尼龙66盐，所述PA666纤维内部融合有尼龙66盐，所述尼龙66盐的添加量具体为PA666纤维量的百分之八，在尼龙66盐添加量为8%时，其断裂强度由PA6纤维的5.62cN/dtex增加到6.35cN/dtex，而断裂伸长率由24.70%降低至17.40%，在增加强度的同时依旧可以保证加工时有足够的延展性以及满足纤维制品较好的手感要求，通过XRD对不同分子量PA666纤维的晶体结构以及取向结构进行了分析，所有的纤维也都是在2θ=20.6°和22.7°左右出现两个明显的衍射峰，分别属于α-晶体的(200)面以及(002，202)面，并且两个晶面的间距分别在0.430nm和0.390nm附近，但是晶粒尺寸随着分子量的增大而有所减小，(200)面的晶粒尺寸从CP-2.5的11.08nm降低至CP-3.4的9.27nm，而(002，202)面的晶粒尺寸从10.04nm降低至8.10nm，这是由于随着分子量的增大，分子链运动更加困难，不利于晶体的生长，结晶度也随之有所降低，从CP-2.5的58.0%最低降至CP-3.4的55.6%，通过XRD对纤维的取向度进行分析发现，所有样品的晶体取向度都在95.5%~96.0%之间，但是通过声速取向法测得的平均取向却有比较明显的变化，随着分子量的增大，声速取向因子fs从CP-2.5的61.3%最高增加到CP-3.0的69.4%，表明无定形区的取向有所改善，可能是随着分子量的增大，无定形区的缠结点增多，在牵伸力作用下发生取向同时缠结点可以减少分子链的滑移，使其具有较好的取向度，所述PA666纤维内缠绕有纤维丝1，且纤维丝外围涂抹有纤维粉层2。
实施例三：
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种高结晶速率的共聚纤维，包括PA666纤维和尼龙66盐，所述PA666纤维内部融合有尼龙66盐，所述PA666纤维的分子量为CP-2.5纤维的5.25cN/dtex到CP-3.0纤维的6.60cN/dtex，断裂强度由20.80%降低至18.60%，随着分子量的增大，纤维结晶度有所降低，声速取向因子增大，纤维的回潮率无明显变化，但热收缩率有所降低，随着分子量的增大，其热收缩率反而有所减小，我们知道，在热作用下，分子链会发生运动从而破坏其原有的取向结构，特别是其对无定形区的破坏作用更甚于对结晶区的作用，而随着分子量的增大，无定形区更多的缠结作用会减小分子链在热作用下的无规运动，使其保持更好的取向作用，从而热收缩率更小，我们对不同分子量PA666切片进行熔融纺丝并测试其力学性能，低分子量的CP-2.5经纺丝并牵伸后的力学性能即可达到优等品(＞4.0cN/dtex)的要求，并且适当增加分子量的大小可以有效改善纤维的断裂强度，强度从CP-2.5的5.25cN/dtex最高增加到CP-3.0的6.60cN/dtex，而断裂伸长率则由20.80%下降至18.6%，并且断裂强度的变异系数均小于4.00%，具有较好的稳定性，而断裂强度的变异系数也均小于8%，所述PA666纤维内缠绕有纤维丝1，且纤维丝外围涂抹有纤维粉层2。
对比例：
动态热机械性能分析是一种广泛用于研究聚合物材料结构、界面以及粘弹性为的方法，系列PA666和PA6纤维的储能模量(G’)、损耗模量(G’’)以及损耗角正切值(tanδ)随温度的变化，在所测试的温度下，PA666纤维具有比PA6纤维更高储能模量和损耗模量，尤其是在-100℃~-50℃的低温环境下，表明共聚后的PA666纤维具有更强的刚性，并且在低温下的刚性也更强，纤维的损耗角正切值随温度的变化，两个明显的内耗峰，分别属于α松弛(100℃附近)以及β松弛(-25℃附近)，对应分子主链运动(即玻璃化转变)和酰胺链局部运动(即次级玻璃化转变)，峰值变化不大，表明尼龙66盐的加入对其玻璃化转变以及次级玻璃化转变的影响不大，tanδ的大小反映了力学损耗的大小，其值与聚合物体系内大分子链段的运动密切相关，可以看到CP-4%以及CP-8%纤维在低温下(＜-50℃)具有比PA6纤维更低的tanδ值，此时具有更低的力学损耗，而在α松弛峰(玻璃化转变)后具有比PA6纤维更高的tanδ值，此时是因为共聚酰胺中具有氢键密度减低，分子链更加容易运动，链间产生更多的摩擦损耗，而CP-12%纤维可能尤其其中含有较多的PA66链段，在温度较高时反而具有更低的tanδ值，可以看出，CP-8%纤维具有更强的刚性，并且比PA6纤维更加适合在低温环境(＜-50℃))中使用，通常我们认为，纤维的宏观机械性能受到微观凝聚态结构如晶体结构、取向结构的影响较大，因此，我们对系列PA666纤维及PA6纤维的微观晶体结构进行了分析，所有纤维均在2θ=20.6°和22.5°附近出现两个明显的衍射峰，表现为α-晶体结构，而非在2θ=21.3°附近出现单衍射峰的γ-晶体结构，其α-晶体具有比γ-晶体更高的模量，对衍射峰进行拟合、分峰后算出晶面间距、晶粒尺寸等信息，可以看到，所有纤维在(200)和(002，202)面的晶面间距均在0.425nm以及0.395nm左右，(200)面的晶粒尺寸均在9.0nm左右，(002，202)面的晶粒尺寸随尼龙66盐的加入而有所减小，纤维的结晶度在低添加量下(4%、8%)略微有所降低，而在高添加量下(12%)明显降低，从56.4%降低至50.4%，众所周知，分子链结构的规整性越好，其结晶性能越高，因此，共聚后PA666分子链规整性的降低会减弱其结晶性能，但是另一方面，PA666分子链规整性降低后使其氢键强度同时减弱，在相同条件下其分子链具有更高的移动能力，使其前期具有更快的结晶速率，因此，在低添加量下，PA666纤维结晶度相比于PA6纤维只是略微有所降低，而在高添加量下，分子链结构被大量破坏，结晶度明显降低，纤维的力学性能在很大程度上影响其在纺织品领域用的加工及服役性能，纤度用以表示纤维的粗细，关系到纤维的规格、质量以及织物的设计，是衡量纤维性能的重要指标，可以看到，本实验中所有复丝的纤度均在52~55dtex之间，主要受聚合物种类以及加工工艺条件的控制，因此变化不大，而随着尼龙66盐的加入，PA666纤维的断裂强度有所增强，从PA6纤维的5.62cN/dtex最高增加到CP-8%的6.35cN/dtex，但是断裂伸长率也从24.70%降低至17.40%，根据GB/T16603-2017《锦纶牵伸丝》标准所述，PA6纤维的断裂强度高于4.0cN/dtex即达到优等品的标准，并且大多数普通聚酰胺纤维的断裂强度也仅为3.8~6.2cN/dtex，在我们实验中，PA666纤维的力学性能最高达6.35cN/dtex，很容易就达到优等品的要求，并且比普通聚酰胺产品断裂强度更高，另外，纤维的断裂强度也是影响纤维后处理工艺及制品服用性能的重要指标，一般纺织用纤维的断裂伸长率在10%~30%之间以确保纤维在加工时具有足够的延展性以及满足纤维制品的手感要求，实验中制得的PA666纤维具有足够高的强度以及较好的断裂伸长率可以确保其纺织品在穿戴时承受足够的外力作用，减少毛丝或者断头的产生，纤维的断裂强度和断裂伸长率的变异系数也都控制在6%以及8%以内，具有较好的稳定性，采用核磁共振波谱仪(13C-NMR)、差示量热扫描仪(DSC)、毛细管流变仪等PA666树脂的性能进行分析发现，所有样品均为无规共聚物，随着尼龙66盐的加入，共聚反应发生，PA66和PA6的实际共聚比例远大于添加比例，存在较多未反应的单体，且随着尼龙66盐添加量的增大，分子链规整性变差，PA666的熔点、熔融焓也随尼龙66盐的加入而降低，PA666具有更好的加工流动性能，具有比PA6更高的非牛顿指数，以及在高剪切速率下较高的粘流活化能，在结晶初期，PA666具有比PA6更高的结晶速率，而随着结晶过程的进行，PA6具有更高的结晶速率，另外，分子量对PA666的玻璃化转变温度和熔点影响较小，但对其熔融焓和熔体流动性能具有较大的影响，随分子量的增大，粘流活化能发生先增大后减小的过程，结晶速率降低。
工作原理：一种高结晶速率的共聚纤维的制备工艺，包括以下步骤：先通过纺丝机将PA666纤维实施纺织，随后通过切片将PA666纤维实施承载，然后通过核磁共振波普、差示量热扫描以及毛细管流变对纺织出的PA666纤维实施检测以保证PA666纤维制作质量的合格性，最后将检测合格后的PA666纤维通过熔融纺丝与后牵伸实施制备，所述切片的粘度具体为2.5到3.4之间，所述纺丝机的纺丝一棍速度为400m/min到1000m/min，且纺丝机的纺速的速度为2000m/min到4000m/min，所述纺丝机的温度区间为260摄氏度到300摄氏度之间，且牵伸比具体为2.0-5.0之间。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
