一種可高倍牽伸的熔紡脂肪族聚酰胺纖維的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于脂肪族聚酰胺纖維熔融紡絲領域，特別涉及一種可高倍牽伸的熔紡脂肪族聚酰胺纖維的制備方法。
【背景技術】
[0002]聚酰胺纖維是分子主鏈上含有重復酰胺基團一 [NHC0] —的熱塑性樹脂的總稱，包括脂肪族PA，脂肪-芳香族PA和芳香族PA。脂肪族聚酰胺材料是一種商業熱塑性材料，很容易制備，但是聚酰胺分子中含有一CO—、一NH一基團，可以在分子間或分子內形成氫鍵，則牽伸和排列困難。另外，脂肪族聚酰胺分子中的一CH2—之間由于只能產生弱的范德華力，所以，一CH2—鏈段部分的分子鏈卷曲度較大。因此，如果要制備高強度高取向度脂肪族聚酰胺纖維，一方面需要高倍牽伸，另一方面需要消除其彈性。
[0003]目前，通過克服脂肪族聚酰胺纖維分子鏈間氫鍵作用，減少氫鍵數量制備高強度聚酰胺纖維，其主要方法有:向聚合物中加入路易斯酸、無機材料等塑化劑，減弱聚酰胺分子鏈間氫鍵作用，使其易于高倍牽伸制備高強度聚酰胺纖維。常用塑化劑有碘、無水氨、三氯化鎵、氯化鋰、氯化鋅、氯化鈣、稀土等。但是塑化劑改性法大部分都存在一定的缺陷，如碘和無水氨易揮發，三氯化鎵活性和毒性較大，氯化鋰和氯化鋅絡合程度有限，氯化鈣和稀土具有較好的絡合改性效果。
[0004]另一種方法就是采用絡合凍膠紡絲法制備高強聚酰胺纖維，該方法需要選用超高分子量尼龍6，合適溶劑，采用絡合作用將分子鏈間的氫鍵屏蔽，接著進行凍膠紡絲，拉伸、解絡合恢復氫鍵、熱牽伸定型制備高強度聚酰胺纖維。
[0005]目前，北京服裝學院等國內研究單位主要通過絡合凍膠紡絲法制備高強度尼龍纖維。針對尼龍纖維制備過程中避免氫鍵對牽伸的阻礙的研究進展的報道并不多見，而氫鍵的屏蔽是制備高強度尼龍纖維一種重要的方法。因此，這方面的研究將成為了一個重要的研究課題。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種可高倍牽伸的熔紡脂肪族聚酰胺纖維的制備方法，以離子液體為增塑劑采用熔融紡絲法制備高取向度高強度聚酰胺纖維，離子液體的加入一方面可以降低聚酰胺的熔點，另一方面能有效降低聚酰胺分子間氫鍵的相互作用，所以，離子液體的加入不僅易于紡絲加工，而且可以實現聚酰胺纖維的高倍牽伸。高倍干熱牽伸后采用水洗牽伸將離子液體去除，進而恢復聚酰胺分子間的氫鍵，從而實現高取向度高強度脂肪族聚酰胺纖維的制備。
[0007]為實現上述目的，本發明采用以下技術方案:
一種可高倍牽伸的熔紡脂肪族聚酰胺纖維的制備方法，步驟如下:
(I)將離子液體與干燥后的脂肪族聚酰胺混合均勻得到混合物，其中離子液體所占混合物的質量分數為5-30% ; (2)將步驟(I)得到的混合物加入到雙螺桿紡絲機的料斗中，進行熔融紡絲得到卷繞絲;
(3)將得到的卷繞絲在牽伸溫度為85-140°C、牽伸總倍數為2-10倍的條件下進行干熱牽伸；
(4)對干熱牽伸后的纖維進行水洗牽伸并去除離子液體，然后在150-2000C的條件下進行熱定型l_5min，得到高牽伸倍數的脂肪族聚酰胺纖維。
[0008]所述步驟(I)中的離子液體中陽離子為咪唑類、吡啶類或季銨鹽類，陰離子為氯離子或四氟硼酸根，其中陽離子季銨鹽類、二取代和三取代咪唑類，陰離子氯離子為優選。
[0009]所述步驟(I)中的脂肪族聚酰胺為PA6、PA66、PA610或PA1010中的其中一種。
[0010]所述步驟(2)中熔融紡絲的條件為:螺桿轉速為50-100 r/min，紡絲溫度設定為150-280 °C，卷繞速度為 500-1500 m/min。
[0011]所述的雙螺桿紡絲溫度分為三個溫區，其中進料段溫度為150-200°C，塑化段溫度為200-260 °C，熔融段溫度為210-280 °C。
[0012]所述步驟(3)中的干熱牽伸分為兩級，其中一級牽伸溫度為85~105 °C，二級牽伸溫度為100~140 °C，一級牽伸倍數為1-2倍，二級牽伸倍數為2-5倍。
[0013]所述步驟(4)中對干熱牽伸后的纖維進行兩級水洗牽伸，一級牽伸溫度為60 °C，二級牽伸溫度為100 °c，一級牽伸倍數為1-2倍，二級牽伸倍數為2-5倍。
[0014]所述步驟(4)得到的高牽伸倍數的脂肪族聚酰胺纖維強度為5.0 cN/dtex-10.0cN/dtex，斷裂伸長率為10%-25%。
[0015]離子液體(ILs)作為一種新興綠色溶劑是綠色化學發展的產物，已在許多領域受到關注。離子液體是由離子構成的物質，具有強極性，蒸汽壓低，不易揮發，穩定性好且酸性可調和電化學窗口大等優點。另外，離子液體的陰、陽離子有多種類型可設計成為帶有特定功能或特定性質的功能基團而被稱為“可設計溶劑”。目前在許多方面得到廣泛應用，特別是在材料的加工方面，主要是因為離子液體對極性高分子鏈之間的相互作用有很好的隔離效果，可以減弱強極性高分子鏈間的強相互作用，易于進行牽伸等加工，甚至可以使熔點高于分解溫度的聚合物，熔點降低，進行熔體加工。
[0016]因此，以離子液體為增塑劑采用熔融紡絲法制備高取向度高強度聚酰胺纖維是一種很有前景的方法。
[0017]本發明的有益效果:(1)采用離子液體作為增塑劑，一方面可以降低脂肪族聚酰胺的熔點，另一方面減弱聚酰胺分子鏈間的相互作用力(氫鍵的相互作用)，離子液體的加入不僅易于紡絲加工，而且可以實現聚酰胺纖維的高倍牽伸。(2)采用水洗牽伸法去除聚酰胺纖維中的離子液體，從而恢復聚酰胺分子間的氫鍵，提高聚酰胺纖維結構的穩定性，從而實現高取向度高強度脂肪族聚酰胺纖維的制備。
【附圖說明】
[0018]圖1是不同配比的離子液體與PA6纖維的DSC曲線，其中圖中a、b、C、d、e、f代表離子液體占總質量的比例分別為0，5，10，15，20，25，30。
[0019]圖2是不同配比的離子液體與PA6纖維的FTIR曲線，其中圖中3、13、(:、(1、6、€代表離子液體占總質量的比例分別為0，5，10，15，20，25，30。
【具體實施方式】
[0020]下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。
[0021]實施例1
采用高速攪拌機將質量比為9:1的PA6和氯化1- 丁基-2，3- 二甲基咪唑離子液體混合均勻，然后采用雙螺桿擠出機上進行熔融紡絲，其中螺桿轉速為60 r/min，進料段溫度設為180 °C，塑化段溫度為215 °C，熔融段溫度為225°C，噴絲板長徑比為3:1，孔徑為0.1 mm,卷繞速度為600 m/min,
將初生絲經過兩級干熱牽伸，一級牽伸溫度為100 °C，牽伸倍數為2倍，二級牽伸溫度為120 °C，牽伸倍數為2.5倍，然后進行兩級水洗牽伸，一級水洗溫度為60 °C，牽伸倍數為
1.2倍，二級水洗溫度為100 °C，牽伸倍數為1.5倍，最后進行上油、在160 °C，熱定型3 min制得PA6纖維。PA6纖維強度為5.8 cN/dtex，斷裂伸長率為21.6%。
[0022]實施例2
采用高速攪拌機將質量比為4:1的PA6和氯化1-丁基-2，3-二甲基咪唑離子液體混合均勻，然后采用雙螺桿擠出機上進行熔融紡絲，其中螺桿轉速為60 r/min，進料段溫度設為180 °C，塑化段溫度為205 °C，熔融段溫度為215 °C，噴絲板長徑比為3:1，孔徑為0.1 mm,卷繞速度為1000 m/min,
將初生絲經過兩級干熱牽伸，一級牽伸溫度為95 °C，牽伸倍數為2倍，二級牽伸溫度為120 °C，牽伸倍數為2.5倍，然后進行兩級水洗牽伸，一級水洗溫度為60 °C，牽伸倍數為1.2倍，二級水洗溫度為100 °C，牽伸倍數為2倍，最后進行上油、在160 °C，熱定型3 min制得PA6纖維。PA6纖維強度為6.8 cN/dtex，斷裂伸長率為15.2%。
[0023]實施例3
采用高速攪拌機將質量比為7:3的PA6和氯化1-丁基-2，3-二甲基咪唑混合均勻，然后采用雙螺桿擠出機上進行熔融紡絲，其中螺桿轉速為60 r/min，進料段溫度設為180°C，塑化段溫度為195 °C，熔融段溫度為210 °C，噴絲板長徑比為3:1，孔徑為0.1 _，卷繞速度為800 m/min，將初生絲經過兩級干熱牽伸，一級牽伸溫度為85 °C，牽伸倍數為1.8倍，二級牽伸溫度為120 °C，牽伸倍數為2.5倍，然后進行兩級水洗牽伸，一級水洗溫度為60 °C，牽伸倍數為1.2倍，二級水洗溫度為100 °C，牽伸倍數為1.8倍，最后進行上油、在160 °C，熱定型3 min制得PA6纖維。PA6纖維強度為6.lcN/d