一种多孔PBT纤维POY丝及其制备方法
技术领域
本发明涉及PBT纤维的技术领域，尤其是涉及一种多孔PBT纤维POY丝及其制备方法。
背景技术
聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维简称PBT纤维，是由高纯度对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯与1，4-丁二醇酯化后缩聚的线性聚合物经熔融纺丝制得的纤维，属于聚酯纤维中的一种。PBT纤维的分子结构中既有与聚酯相同的芳香环，又具有与锦纶相同的较长次甲基链段，因此它兼有锦纶的柔软和耐摩擦性以及涤纶的优良机械性能，而其着色性和可染性超过锦纶和涤纶，可以不用载体而用分散性染料直接进行常压沸染。PBT纤维最大的特点是具有良好的回弹性，其卷曲弹性良好，因此PBT纤维主要用于加工各种运动衣、滑雪衫、连裤袜、泳衣以及医疗绷带等弹性纺织品。
随着社会的进步，人民生活水平的提高，对PBT纤维的功能化需求越来越高，因此对PBT纤维的改性也变得尤为重要，PBT纤维改性的目的除了对PBT性能进行优化外，主要是通过改性手段赋予PBT纤维一些新的性质，例如：抗静电、抗菌、防水透气、阻燃等。
由于PBT纤维主要用于加工各种运动衣，因此需要PBT纤维具备优异的防水透气性能来满足消费者的使用需求。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的之一是提供一种多孔PBT纤维POY丝，具有优异的防水透气性能；本发明的目的之二是提供一种多孔PBT纤维POY丝的制备方法，制备工艺简单且制备出的POY丝纤度均匀、强度均匀。
本发明的上述发明目的一是通过以下技术方案得以实现的：一种多孔PBT纤维POY丝，所述多孔PBT纤维POY丝的材质为改性PBT聚酯，所述改性PBT聚酯，按照重量份数计，包括以下原料：PBT树脂15～20份、PTFE树脂5～8份、增容剂0.3～0.8份以及改性纳米二氧化硅3～6份，所述改性纳米二氧化硅的制备方法为：1)按照质量份数计，将10份纳米二氧化硅分散在40～50份溶剂中，得到纳米二氧化硅分散液；2)向反应容器中持续通入惰性气体20～30min，在惰性气体保护下，将纳米二氧化硅分散液转移至反应容器中，然后再加入1～3份改性剂，在25～35℃下反应12～24h，其中改性剂为全氟辛基三氯硅烷、全氟辛基三甲氧基硅烷、全氟辛基三乙氧基硅烷中的一种；3)反应结束后，除去多余的溶剂，然后取出反应容器内的产品，使用无水乙醇冲洗3～5次后干燥，即得改性纳米二氧化硅。
通过采用上述技术方案，PTFE树脂的分子结构是以范德华力结合而形成的层状结晶结构，分子间较易解脱和滑移，同时具有较低的内聚力，黏附力低，因此具有很好的自润滑性能，利于改性PBT聚酯纺丝；另外，PTFE树脂表面能低，耐水性好。
二氧化硅表面存在大量的硅羟基，属于亲水基团，改性剂改性二氧化硅后，会在二氧化硅表面形成氟代烷基的单分子层，从而使得二氧化硅表面由亲水性变为疏水性；另外改性纳米二氧化硅表面引入含氟链段，既能够降低改性纳米二氧化硅的表面张力，又能够增加改性纳米二氧化硅表面的粗糙程度，从而增加防水性能。改性PBT聚酯纺丝后得到的PBT纤维POY丝具有多孔结构，多孔结构能够增加纤维的透气透湿性能，因此使用多孔PBT纤维POY丝制备的织物，其防水性能、透气透湿性能优异，适合加工成运动衣。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述改性PBT聚酯的制备方法为：1)PBT树脂和PTFE树脂，在235～250℃下熔融共混，得到熔融液；2)向熔融液中加入改性纳米二氧化硅，搅拌10～30min，使改性纳米二氧化硅在熔融液中均匀分散，得到共混液；3)将共混液挤出、切片即可得到改性PBT聚酯。
通过采用上述技术方案，改性纳米二氧化硅表面由亲水性变为疏水性，在PBT树脂和PTFE树脂的熔融液中能够均匀分散，从而提高改性PBT聚酯的防水性能。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述增容剂为EVA-g-MAH。
通过采用上述技术方案，乙烯-乙酸乙烯酯接枝马来酸酐作为增容剂，能够降低两相界面之间的作用力，提高PBT树脂和PTFE树脂之间的相容性，从而使得多孔PBT纤维POY丝的性能均一。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述溶剂为无水乙醇或甲苯。
通过采用上述技术方案，改性剂遇水容易分解，使用无水乙醇或甲苯能够避免改性剂在反应过程中接触到水，从而不会影响纳米二氧化硅的改性效果。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述惰性气体为氮气。
通过采用上述技术方案，氮气价格低廉，将氮气作为保护气体，能够除去反应容器中的空气，提高纳米二氧化硅的改性效果。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述改性PBT聚酯还包括1～3份石墨烯。
通过采用上述技术方案，石墨烯的化学性质稳定，表面含有丰富的含氧官能团，亲水性质好，石墨烯的加入能够增大多孔PBT纤维POY丝的孔隙率，从而增加多孔PBT纤维POY丝的透湿性，提高由多孔PBT纤维POY丝制备的织物的舒适性。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述改性PBT聚酯的制备方法为：1)PBT树脂和PTFE树脂，在235～250℃下熔融共混，得到熔融液；2)向熔融液中加入改性纳米二氧化硅和石墨烯，搅拌10～30min，使改性纳米二氧化硅和石墨烯在熔融液中均匀分散，得到共混液；3)将共混液挤出、切片即可得到改性PBT聚酯。
通过采用上述技术方案，加入石墨烯后，制备出的改性PBT聚酯经过纺丝后，制备出的多孔PBT纤维POY丝的透湿性能更优异。
本发明的上述发明目的二是通过以下技术方案得以实现的：一种多孔PBT纤维POY丝的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤1、干燥：改性PBT聚酯在100～120℃下干燥3～5h；
步骤2、熔融纺丝：干燥后的改性PBT聚酯加入到螺杆挤出机中熔融，然后进行纺丝，纺丝温度为265～280℃，纺速控制在2800～3000m/min；
步骤3、冷却：纺丝后进行冷却，冷却风温为20～25℃，风速为0.4～0.7m/s；
步骤4、集束上油：上油率为0.4wt％～1.2wt％；
步骤5、卷绕成型：卷绕速率为2800～3000m/min；
步骤6、检验入库。
通过采用上述技术方案，改性的PBT聚酯经过干燥，目的是减少改性PBT聚酯的含水率，提高可纺性；纺丝速度控制在2800～3000m/min，因为PBT大分子结构中存在较多的亚甲基，分子间作用力减弱，容易结晶，纺速过高，导致PBT纤维的内应力增加，弹性降低，从而影响由PBT纤维制成的织物的弹性；纺速低于2800m/min，导致效率低；纺丝后得到的多孔PBT纤维POY丝经过冷却能够快速定型，上油的目的是提高纤维表面的抗静电、耐摩擦等性能，从而满足生产和后加工的要求。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
1.二氧化硅表面存在大量的硅羟基，属于亲水基团，改性剂改性二氧化硅后，会在二氧化硅表面形成氟代烷基的单分子层，从而使得二氧化硅表面由亲水性变为疏水性；另外改性纳米二氧化硅表面引入含氟链段，既能够降低改性纳米二氧化硅的表面张力，又能够增加改性纳米二氧化硅表面的粗糙程度，从而增加防水性能。改性PBT聚酯纺丝后得到的PBT纤维POY丝具有多孔结构，多孔结构能够增加纤维的透气透湿性能，因此使用多孔PBT纤维POY丝制备的织物，其防水性能、透气透湿性能优异，适合加工成运动衣；
2.石墨烯的化学性质稳定，表面含有丰富的含氧官能团，亲水性质好，石墨烯的加入能够增大多孔PBT纤维POY丝的孔隙率，从而增加多孔PBT纤维POY丝的透湿性，提高由多孔PBT纤维POY丝制备的织物的舒适性；
3.改性的PBT聚酯经过干燥，目的是减少改性PBT聚酯的含水率，提高可纺性；纺丝速度控制在2800～3000m/min，因为PBT大分子结构中存在较多的亚甲基，分子间作用力减弱，容易结晶，纺速过高，导致PBT纤维的内应力增加，弹性降低，从而影响由PBT纤维制成的织物的弹性；纺速低于2800m/min，导致效率低；纺丝后得到的多孔PBT纤维POY丝经过冷却能够快速定型，上油的目的是提高纤维表面的抗静电、耐摩擦等性能，从而满足生产和后加工的要求。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种多孔PBT纤维POY丝，其材质为改性PBT聚酯，改性PBT聚酯包括PBT树脂15kg、PTFE树脂5kg、EVA-g-MAH%200.3kg以及改性纳米二氧化硅3kg。
其中，改性纳米二氧化硅的制备方法为：
1)将10kg纳米二氧化硅分散在40kg甲苯中，得到纳米二氧化硅分散液；
2)向反应容器中持续通入氮气20min，在氮气气氛保护下，将纳米二氧化硅分散液转移至反应容器中，然后再加入1kg全氟辛基三氯硅烷，在25℃下反应24h；
3)反应结束后，除去多余的甲苯，然后取出反应容器内的产品，使用无水乙醇冲洗3次后干燥，即得改性纳米二氧化硅。
改性PBT聚酯的制备方法为：
1)PBT树脂和PTFE树脂，在235℃下熔融共混，得到熔融液；
2)向熔融液中加入改性纳米二氧化硅，搅拌30min，使改性纳米二氧化硅在熔融液中均匀分散，得到共混液；
3)将共混液挤出、切片即可得到改性PBT聚酯。
一种多孔PBT纤维POY丝的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤1、干燥：改性PBT聚酯在100℃下干燥5h；
步骤2、熔融纺丝：干燥后的改性PBT聚酯加入到螺杆挤出机中熔融，然后进行纺丝，纺丝温度为265℃，纺速控制在3000m/min；
步骤3、冷却：纺丝后进行冷却，冷却风温为25℃，风速为0.4m/s；
步骤4、集束上油：上油率为0.4wt％；
步骤5、卷绕成型：卷绕速率为3000m/min；
步骤6、检验入库。
实施例2
一种多孔PBT纤维POY丝，其材质为改性PBT聚酯，改性PBT聚酯包括PBT树脂18kg、PTFE树脂6kg、EVA-g-MAH%200.6kg以及改性纳米二氧化硅4kg。
其中，改性纳米二氧化硅的制备方法为：
1)将10kg纳米二氧化硅分散在40kg无水乙醇中，得到纳米二氧化硅分散液；
2)向反应容器中持续通入氮气30min，在氮气气氛保护下，将纳米二氧化硅分散液转移至反应容器中，然后再加入1kg全氟辛基三甲氧基硅烷，在25℃下反应24h；
3)反应结束后，除去多余的无水乙醇，然后取出反应容器内的产品，使用无水乙醇冲洗4次后干燥，即得改性纳米二氧化硅。
改性PBT聚酯的制备方法为：
1)PBT树脂和PTFE树脂，在240℃下熔融共混，得到熔融液；
2)向熔融液中加入改性纳米二氧化硅，搅拌20min，使改性纳米二氧化硅在熔融液中均匀分散，得到共混液；
3)将共混液挤出、切片即可得到改性PBT聚酯。
一种多孔PBT纤维POY丝的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤1、干燥：改性PBT聚酯在120℃下干燥3h；
步骤2、熔融纺丝：干燥后的改性PBT聚酯加入到螺杆挤出机中熔融，然后进行纺丝，纺丝温度为280℃，纺速控制在3000m/min；
步骤3、冷却：纺丝后进行冷却，冷却风温为20℃，风速为0.5m/s；
步骤4、集束上油：上油率为0.5wt％；
步骤5、卷绕成型：卷绕速率为3000m/min；
步骤6、检验入库。
实施例3
一种多孔PBT纤维POY丝，其材质为改性PBT聚酯，改性PBT聚酯包括PBT树脂20kg、PTFE树脂7kg、EVA-g-MAH%200.8kg以及改性纳米二氧化硅5kg。
其中，改性纳米二氧化硅的制备方法为：
1)将10kg纳米二氧化硅分散在50kg甲苯中，得到纳米二氧化硅分散液；
2)向反应容器中持续通入氮气30min，在氮气气氛保护下，将纳米二氧化硅分散液转移至反应容器中，然后再加入1kg全氟辛基三乙氧基硅烷，在35℃下反应12h；
3)反应结束后，除去多余的甲苯，然后取出反应容器内的产品，使用无水乙醇冲洗5次后干燥，即得改性纳米二氧化硅。
改性PBT聚酯的制备方法为：
1)PBT树脂和PTFE树脂，在250℃下熔融共混，得到熔融液；
2)向熔融液中加入改性纳米二氧化硅，搅拌20min，使改性纳米二氧化硅在熔融液中均匀分散，得到共混液；
3)将共混液挤出、切片即可得到改性PBT聚酯。
一种多孔PBT纤维POY丝的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤1、干燥：改性PBT聚酯在120℃下干燥5h；
步骤2、熔融纺丝：干燥后的改性PBT聚酯加入到螺杆挤出机中熔融，然后进行纺丝，纺丝温度为275℃，纺速控制在2800m/min；
步骤3、冷却：纺丝后进行冷却，冷却风温为23℃，风速为0.7m/s；
步骤4、集束上油：上油率为1.2wt％；
步骤5、卷绕成型：卷绕速率为2800m/min；
步骤6、检验入库。
实施例4
一种多孔PBT纤维POY丝，其材质为改性PBT聚酯，改性PBT聚酯包括PBT树脂17kg、PTFE树脂8kg、EVA-g-MAH%200.4kg、改性纳米二氧化硅6kg以及石墨烯1kg。
其中，改性纳米二氧化硅的制备方法为：
1)将10kg纳米二氧化硅分散在50kg无水乙醇中，得到纳米二氧化硅分散液；
2)向反应容器中持续通入氮气25min，在氮气气氛保护下，将纳米二氧化硅分散液转移至反应容器中，然后再加入2kg全氟辛基三氯硅烷，在30℃下反应24h；
3)反应结束后，除去多余的无水乙醇，然后取出反应容器内的产品，使用无水乙醇冲洗5次后干燥，即得改性纳米二氧化硅。
改性PBT聚酯的制备方法为：
1)PBT树脂和PTFE树脂，在250℃下熔融共混，得到熔融液；
2)向熔融液中加入改性纳米二氧化硅和石墨烯，搅拌20min，使改性纳米二氧化硅和石墨烯在熔融液中均匀分散，得到共混液；
3)将共混液挤出、切片即可得到改性PBT聚酯。
一种多孔PBT纤维POY丝的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤1、干燥：改性PBT聚酯在100～120℃下干燥3～5h；
步骤2、熔融纺丝：干燥后的改性PBT聚酯加入到螺杆挤出机中熔融，然后进行纺丝，纺丝温度为275℃，纺速控制在2900m/min；
步骤3、冷却：纺丝后进行冷却，冷却风温为20℃，风速为0.6m/s；
步骤4、集束上油：上油率为0.8wt％；
步骤5、卷绕成型：卷绕速率为2900m/min；
步骤6、检验入库。
实施例5
一种多孔PBT纤维POY丝，其材质为改性PBT聚酯，改性PBT聚酯包括PBT树脂16kg、PTFE树脂5.5kg、EVA-g-MAH%200.5kg、改性纳米二氧化硅3.5kg以及石墨烯2kg。
其中，改性纳米二氧化硅的制备方法为：
1)将10kg纳米二氧化硅分散在45kg甲苯中，得到纳米二氧化硅分散液；
2)向反应容器中持续通入氮气25min，在氮气气氛保护下，将纳米二氧化硅分散液转移至反应容器中，然后再加入2kg全氟辛基三甲氧基硅烷，在30℃下反应12h；
3)反应结束后，除去多余的甲苯，然后取出反应容器内的产品，使用无水乙醇冲洗4次后干燥，即得改性纳米二氧化硅。
改性PBT聚酯的制备方法为：
1)PBT树脂和PTFE树脂，在245℃下熔融共混，得到熔融液；
2)向熔融液中加入改性纳米二氧化硅和石墨烯，搅拌30min，使改性纳米二氧化硅和石墨烯在熔融液中均匀分散，得到共混液；
3)将共混液挤出、切片即可得到改性PBT聚酯。
一种多孔PBT纤维POY丝的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤1、干燥：改性PBT聚酯在110℃下干燥4h；
步骤2、熔融纺丝：干燥后的改性PBT聚酯加入到螺杆挤出机中熔融，然后进行纺丝，纺丝温度为270℃，纺速控制在2850m/min；
步骤3、冷却：纺丝后进行冷却，冷却风温为22℃，风速为0.4/s；
步骤4、集束上油：上油率为1wt％；
步骤5、卷绕成型：卷绕速率为2850m/min；
步骤6、检验入库。
实施例6
一种多孔PBT纤维POY丝，其材质为改性PBT聚酯，改性PBT聚酯包括PBT树脂17kg、PTFE树脂7.5kg、EVA-g-MAH%200.7kg、改性纳米二氧化硅5.5kg以及石墨烯3kg。
其中，改性纳米二氧化硅的制备方法为：
1)将10kg纳米二氧化硅分散在50kg甲苯中，得到纳米二氧化硅分散液；
2)向反应容器中持续通入氮气30min，在氮气气氛体保护下，将纳米二氧化硅分散液转移至反应容器中，然后再加入3kg全氟辛基三氯硅烷，在25℃下反应12h；
3)反应结束后，除去多余的甲苯，然后取出反应容器内的产品，使用无水乙醇冲洗5次后干燥，即得改性纳米二氧化硅。
改性PBT聚酯的制备方法为：
1)PBT树脂和PTFE树脂，在240℃下熔融共混，得到熔融液；
2)向熔融液中加入改性纳米二氧化硅和石墨烯，搅拌25min，使改性纳米二氧化硅和石墨烯在熔融液中均匀分散，得到共混液；
3)将共混液挤出、切片即可得到改性PBT聚酯。
一种多孔PBT纤维POY丝的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤1、干燥：改性PBT聚酯在115℃下干燥4h；
步骤2、熔融纺丝：干燥后的改性PBT聚酯加入到螺杆挤出机中熔融，然后进行纺丝，纺丝温度为275℃，纺速控制在2950m/min；
步骤3、冷却：纺丝后进行冷却，冷却风温为25℃，风速为0.4m/s；
步骤4、集束上油：上油率为0.6wt％；
步骤5、卷绕成型：卷绕速率为2950m/min；
步骤6、检验入库。
实施例7
一种多孔PBT纤维POY丝，其材质为改性PBT聚酯，改性PBT聚酯包括PBT树脂17.8kg、PTFE树脂6.5kg、EVA-g-MAH%200.6kg、改性纳米二氧化硅4.8kg以及石墨烯2.1kg。
其中，改性纳米二氧化硅的制备方法为：
1)将10kg纳米二氧化硅分散在50kg甲苯中，得到纳米二氧化硅分散液；
2)向反应容器中持续通入氮气30min，在氮气气氛保护下，将纳米二氧化硅分散液转移至反应容器中，然后再加入2.2kg全氟辛基三乙氧基硅烷，在30℃下反应20h，；
3)反应结束后，除去多余的甲苯，然后取出反应容器内的产品，使用无水乙醇冲洗5次后干燥，即得改性纳米二氧化硅。
改性PBT聚酯的制备方法为：
1)PBT树脂和PTFE树脂，在245℃下熔融共混，得到熔融液；
2)向熔融液中加入改性纳米二氧化硅和石墨烯，搅拌20min，使改性纳米二氧化硅和石墨烯在熔融液中均匀分散，得到共混液；
3)将共混液挤出、切片即可得到改性PBT聚酯。
一种多孔PBT纤维POY丝的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤1、干燥：改性PBT聚酯在110℃下干燥3.5h；
步骤2、熔融纺丝：干燥后的改性PBT聚酯加入到螺杆挤出机中熔融，然后进行纺丝，纺丝温度为270℃，纺速控制在2900m/min；
步骤3、冷却：纺丝后进行冷却，冷却风温为22℃，风速为0.5m/s；
步骤4、集束上油：上油率为0.55wt％；
步骤5、卷绕成型：卷绕速率为2900m/min；
步骤6、检验入库。
实施例8
一种多孔PBT纤维POY丝，与实施例7的区别在于，改性纳米二氧化硅为4.5kg，其它同实施例7。
实施例9
一种多孔PBT纤维POY丝，与实施例7的区别在于，改性纳米二氧化硅为5.5kg，其它同实施例7。
对比例1
一种多孔PBT纤维POY丝，与实施例7的区别在于，改性纳米二氧化硅替换为纳米二氧化硅。
对比例2
一种多孔PBT纤维POY丝，与实施例7的区别在于，不加入改性纳米二氧化硅。
对比例3
一种多孔PBT纤维POY丝，与实施例7的区别在于，不加入增容剂EVA-g-MAH。
性能检测
实施例1～实施例9以及对比例1～对比例3制备的多孔PBT纤维POY丝纺织成纱，再织成坯布，进行如下性能测试：
接触角测试：使用光学接触角测量仪测试实施例和对比例坯布的界面润湿性能，以蒸馏水作为液体介质，滴加液滴的体积大小为5μL，测试坯布的静态接触角；
静水压测试：参照AATCC127-2003《耐水性流体静压试验》，测试坯布的静水压，升压速率为6Kpa/min，测试面积为100cm2；
透气性能：参照GB/T5453-1997《纺织品织物透气性的测定》，利用透气性测试仪测定坯布的透气率，测试面积为20cm2，压降为100Pa；
透湿性能：参照GB/T12704.1-2009《纺织品织物透湿性测试方法第1部分：吸湿法》测试样品的透湿性能。
表1为性能测试结果
根据实施例7～9的性能测试结果表明，随着改性纳米二氧化硅的增加，防水性及透气透湿性能均提高，但是继续增加改性纳米二氧化硅的添加量，各项性能提升逐渐趋于平缓。根据实施例7与对比例1和对比例2说明，改性纳米二氧化硅能够增加多孔PBT纤维POY丝的防水、透气透湿性能，未改性的纳米二氧化硅，由于表面亲水且在聚酯熔融混合液中会团聚，导致多孔PBT纤维POY丝的防水、透气透湿性能差。增加增容剂，能够进一步提升PBT树脂与PTFE树脂的界面相容性，从而提高改性PBT聚酯的性能。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，并非对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
