高強度三聚氰胺甲醛樹脂纖維及其製備方法與流程
2023-06-24 18:32:36 1
本發明涉及三聚氰胺甲醛樹脂領域，尤其涉及一種高強度三聚氰胺甲醛樹脂纖維及其製備方法。
背景技術：
三聚氰胺甲醛樹脂是由三聚氰胺與甲醛反應所得到的聚合物，具有高尺寸穩定性、耐熱等優點，可廣泛用於水泥基、塑料、橡膠等基體的增強纖維，以及纜繩、漁網、過濾網等。但是三聚氰胺甲醛樹脂由於自身化學結構的特點，拉伸強度差，在使用過程中容易斷裂，大大限制了其應用領域。
技術實現要素：
有鑑於此，本發明要解決的技術問題在於提供一種高強度三聚氰胺甲醛樹脂纖維及其製備方法，該纖維拉伸強度高。
本發明提供了一種高強度三聚氰胺甲醛樹脂纖維，包括以下重量份數的原料：
優選地，所述硫化橡膠為聚硫橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠、二元乙丙橡膠或三元乙丙橡膠。
優選地，所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉或α-烯基磺酸鈉。
本發明還提供了上述高強度三聚氰胺甲醛樹脂纖維的製備方法，包括以下步驟：
將三聚氰胺甲醛樹脂、表面活性劑分散在水中，分散均勻後加入多巴胺鹽酸鹽；避光靜置18～36h後，再加入硫化橡膠和酸性物質，在40～50℃下密封攪拌反應8～15h，得到三聚氰胺甲醛樹脂紡絲原液；
將所述三聚氰胺甲醛樹脂紡絲原液通過噴絲孔擠出，擠出物經空氣層進入凝固浴凝固，再經過洗滌、乾燥後，得到高強度三聚氰胺甲醛樹脂纖維。
優選地，所述三聚氰胺甲醛樹脂與所述水的重量比為1:0.4～0.6。
優選地，所述攪拌速度為200～500r/min。
優選地，所述酸性物質為NaHSO4、NaHSO3、NaH2PO4、CuSO4、FeCl3、NH4Cl、NH4NO3、AlCl3、Cu(NO3)2、H2SO4、HCl或HNO3。
優選地，酸性物質的重量份數為5～15份。
本發明提供了一種高強度三聚氰胺甲醛樹脂纖維及其製備方法，該三聚氰胺甲醛樹脂纖維中包括80～150重量份的三聚氰胺甲醛樹脂、3～15重量份的多巴胺鹽酸鹽、15～40重量份的硫化橡膠、5～15重量份的表面活性劑。本發明中硫化橡膠用於提高高強度三聚氰胺甲醛樹脂纖維的拉伸強度；多巴胺鹽酸鹽包裹三聚氰胺甲醛樹脂，並與硫化橡膠反應，使得高強度三聚氰胺甲醛樹脂纖維的拉伸強度增大。實驗結果表明，高強度三聚氰胺甲醛樹脂纖維的伸長率在13.2％以上，模量在172MPa以上，拉伸強度在82.2MPa以上，且輻照2000小時後拉伸強度保持率為94.2％以上。
具體實施方式
本發明公開了一種高強度三聚氰胺甲醛樹脂纖維及其製備方法，本領域技術人員可以借鑑本文內容，適當改進工藝參數實現。特別需要指出的是，所述類似的替換和改動對本領域技術人員來說是顯而易見的，它們都被視為包括在本發明。本發明的方法及引用已經通過較佳實施例進行了描述，相關人員明顯能在不脫離本發明內容、精神和範圍內對本文所述的方法和應用進行改動或適當變更與組合，來實現和應用本發明技術。
本發明提供了一種高強度三聚氰胺甲醛樹脂纖維，包括以下重量份數的原料：
本發明中，硫化橡膠用於提高高強度三聚氰胺甲醛樹脂纖維的拉伸強度；多巴胺鹽酸鹽包裹三聚氰胺甲醛樹脂，並與硫化橡膠反應，使得高強度三聚氰胺甲醛樹脂纖維的拉伸強度增大。
採用本發明的原料、配比製備的高強度三聚氰胺甲醛樹脂纖維的伸長率在13.2％以上，模量在172MPa以上，拉伸強度在82.2MPa以上，且輻照2000小時後拉伸強度保持率為94.2％以上。
在本發明中，三聚氰胺甲醛樹脂的重量份數為80～150份；在本發明的實施例中，三聚氰胺甲醛樹脂的重量份數為100～120份。
在本發明中，多巴胺鹽酸鹽包裹三聚氰胺甲醛樹脂，並與三聚氰胺甲醛樹脂和硫化橡膠反應，從而提高高強度三聚氰胺甲醛樹脂纖維的拉伸強度；多巴胺鹽酸鹽的重量份數為3～15份；在本發明的其他實施例中，多巴胺鹽酸鹽的重量份數為6～11份。
為了提高強度三聚氰胺甲醛樹脂纖維的拉伸強度，在本發明的實施例中，硫化橡膠為聚硫橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠、二元乙丙橡膠或三元乙丙橡膠。
在本發明中，硫化橡膠的重量份數為15～40份；在本發明的其他實施例中，烯烴類聚合物的重量份數為24～32份。
在本發明的實施例中，表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉或α-烯基磺酸鈉。
在本發明中，表面活性劑的重量份數為5～15份；在本發明的其他實施例中，表面活性劑的重量份數為8～12份。
本發明還提供了一種高強度三聚氰胺甲醛樹脂纖維的製備方法，包括以下步驟：
將三聚氰胺甲醛樹脂、表面活性劑分散在水中，分散均勻後加入多巴胺鹽酸鹽；避光靜置18～36h後，再加入硫化橡膠和酸性物質，在40～50℃下密封攪拌反應8～15h，得到三聚氰胺甲醛樹脂紡絲原液；
將三聚氰胺甲醛樹脂紡絲原液通過噴絲孔擠出，擠出物經空氣層進入凝固浴凝固，再經過洗滌、乾燥後，得到高強度三聚氰胺甲醛樹脂纖維。
本發明，將多巴胺鹽酸鹽加入到混有三聚氰胺甲醛樹脂的溶液中，避光靜置18～36h，使得三聚氰胺甲醛樹脂包裹在多巴胺鹽酸鹽中，並且多巴胺鹽酸鹽與三聚氰胺甲醛樹脂、硫化橡膠反應，使得高強度三聚氰胺甲醛樹脂纖維的拉伸強度增大。
在本發明中，攪拌溫度的設定，一方面便於原料反應，另一方面使得三聚氰胺甲醛樹脂紡絲原液中無氣泡，省略除氣泡過程，簡化了工藝流程。其中，攪拌溫度為40～50℃，攪拌時間為8～15h。在本發明的實施例中，攪拌速度為200～500r/min。
在本發明中，酸性物質作為催化劑，用於催化多巴胺鹽酸鹽和烯烴類聚合物反應；在本發明的實施例中，酸性物質為甲醛、NaHSO4、NaHSO3、NaH2PO4、CuSO4、FeCl3、NH4Cl、NH4NO3、AlCl3、Cu(NO3)2、H2SO4、HCl或HNO3；在另外的實施例中，酸性物質為甲醛、NaHSO3、NaH2PO4、CuSO4、NH4NO3、AlCl3或Cu(NO3)2。
在本發明中，酸性物質的重量份數為5～15份；在本發明的其他實施例中，酸性物質的重量份數為8～12份。
得到三聚氰胺甲醛樹脂紡絲原液後，將三聚氰胺甲醛樹脂紡絲原液紡絲得到高強度三聚氰胺甲醛樹脂纖維。本發明對於所述紡絲方法沒有特殊限制，可以為幹噴溼法紡絲或溼法紡絲。
在本發明的實施例中，幹噴溼法紡絲包括以下步驟：
將所述三聚氰胺甲醛樹脂紡絲原液通過噴絲孔擠出，擠出物經空氣層進入凝固浴凝固，再經過洗滌、乾燥後，得到高強度三聚氰胺甲醛樹脂纖維。
在本發明的實施例中，噴絲板孔徑為0.06～0.2mm；噴絲板孔數為200～800孔；噴拉比為1.5～7.0倍；噴絲速度為10～100m/min。
將通過噴絲孔擠出得到的擠出物經空氣層進入凝固浴凝固，再經過洗滌、乾燥後，得到高強度三聚氰胺甲醛樹脂纖維。具體為經過空氣層進入凝固浴成型後，再經過水洗槽，經乾燥後得到高強度三聚氰胺甲醛樹脂纖維。空氣層高度為10～60mm，凝固浴選自甲醇、乙醇、乙二醇、丁醇、丙酮、丁酮、N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、二甲基亞碸和N-甲基吡咯烷酮中任意一種或幾種與水的混合溶液；乾燥為經熱輥或熱氣體甬道乾燥，乾燥環境為空氣、氮氣、氬氣或其它惰性氣體。
在本發明的實施例中，溼法紡絲包括以下步驟：
將三聚氰胺甲醛樹脂紡絲原液通過噴絲孔擠出；擠出物進入凝固浴凝固成型，再經過洗滌、乾燥後，得到高強度三聚氰胺甲醛樹脂纖維。
在本發明的實施例中，噴絲板孔徑為0.04～0.15mm；噴絲板孔數為30～12000孔；噴拉比為1.0～5.0倍；噴絲速度5～100m/min。
將通過噴絲孔擠出得到的擠出物進入凝固浴凝固，再經過洗滌、乾燥後，得到高強度三聚氰胺甲醛樹脂纖維。具體為進入凝固浴成型後，再經過水洗槽，經乾燥後得到高強度三聚氰胺甲醛樹脂纖維。凝固浴選自甲醇、乙醇、乙二醇、丁醇、丙酮、丁酮、N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、二甲基亞碸和N-甲基吡咯烷酮中任意一種或幾種與水的混合溶液；乾燥為經熱輥或熱氣體甬道乾燥，乾燥環境為空氣、氮氣或惰性氣體。惰性氣體為氦氣或氬氣。
為了進一步說明本發明，以下結合實施例對本發明提供的高強度三聚氰胺甲醛樹脂纖維及其製備方法進行詳細描述。
實施例1
將80g三聚氰胺甲醛樹脂，8g十二烷基苯磺酸鈉分散在40g水中，攪拌均勻後加入3g多巴胺鹽酸鹽；避光靜置18h後，加入35g聚硫橡膠、5gNaHSO4，在40℃下攪拌8h，得到三聚氰胺甲醛樹脂紡絲原液。
將上述的三聚氰胺甲醛樹脂紡絲原液採用幹噴溼法紡絲成型，用計量泵將常溫的紡絲漿液精確計量後，由噴絲孔擠出，其中，噴絲板為200孔，孔徑0.2mm，噴拉比為1.5倍，紡絲速度為100m/min；將通過噴絲孔擠出得到的擠出物經過高度為10mm空氣層進入體積比為1：4的二甲基亞碸和水的凝固浴中，水洗後經熱氮氣甬道乾燥得到高強度三聚氰胺甲醛樹脂纖維。
實施例2
將150g三聚氰胺甲醛樹脂，15g十二烷基硫酸鈉分散在75g水中，攪拌均勻後加入15g多巴胺鹽酸鹽；避光靜置36h後，加入25g三元乙丙橡膠、15g NH4Cl，在50℃下攪拌15h，得到三聚氰胺甲醛樹脂紡絲原液。
將上述的三聚氰胺甲醛樹脂紡絲原液採用溼法紡絲技術路線紡絲成型，用計量泵將常溫的紡絲漿液精確計量後，由噴絲孔擠出，其中噴絲板為30孔，孔徑0.12mm，噴拉比為2.0倍，紡絲速度為30m/min；將通過噴絲孔擠出得到的擠出物進入體積比為1：6的N,N-二甲基甲醯胺和水的凝固浴中，水洗後經熱氮氣甬道乾燥得到高強度三聚氰胺甲醛樹脂纖維。
實施例3
將100g三聚氰胺甲醛樹脂，12gα-烯基磺酸鈉分散在70g水中，攪拌均勻後加入6g多巴胺鹽酸鹽；避光靜置24h後，加入20g丁腈橡膠、8g CuSO4，在45℃下攪拌12h，得到三聚氰胺甲醛樹脂紡絲原液。
將上述的三聚氰胺甲醛樹脂紡絲原液採用幹噴溼法紡絲成型，用計量泵將常溫的紡絲漿液精確計量後，由噴絲頭擠出，其中，噴絲板為800孔，孔徑0.06mm，速度為10m/min，噴拉比為7.0倍；將通過噴絲孔擠出得到的擠出物經過高度為60mm的空氣層進入體積比為1：2的乙醇和水的凝固浴中，水洗後經熱氬氣甬道乾燥得到高強度三聚氰胺甲醛樹脂纖維。
實施例4
將120g三聚氰胺甲醛樹脂，5g脂肪醇醚羧酸鹽分散在60g水中，攪拌均勻後加入11g多巴胺鹽酸鹽；避光靜置30h後，加入32g二元乙丙橡膠、12g NaH2PO4，在45℃下攪拌12h，得到三聚氰胺甲醛樹脂紡絲原液。
將上述的三聚氰胺甲醛樹脂紡絲原液採用溼法紡絲技術路線紡絲成型，用計量泵將常溫的紡絲漿液精確計量後，由噴絲孔擠出，其中噴絲板為12000孔，孔徑0.04mm，噴拉比為1倍，紡絲速度為5m/min；將通過噴絲孔擠出得到的擠出物進入體積比為1：4的乙醇和水的凝固浴中，水洗後經熱氮氣甬道乾燥得到高強度三聚氰胺甲醛樹脂纖維。
實施例5
將110g三聚氰胺甲醛樹脂，13g十二烷基硫酸鈉分散在66g水中，攪拌均勻後加入8g多巴胺鹽酸鹽；避光靜置28h後，加入30g丁腈橡膠、10g NaHSO3，在45℃下攪拌12h，得到三聚氰胺甲醛樹脂紡絲原液。
將上述的聚醯胺酸原液過濾、真空脫泡後採用幹噴溼法紡絲成型，用計量泵將常溫的紡絲漿液精確計量後，由噴絲孔擠出，其中，噴絲板為500孔，孔徑0.1mm，紡絲速度為50m/min，噴拉比為3.0倍；將通過噴絲孔擠出得到的擠出物經過高度為30mm空氣層進入體積比為1：3的N,N－二甲基甲醯胺和水的凝固浴中，水洗後經熱氮氣甬道乾燥得到高強度三聚氰胺甲醛樹脂纖維。
實施例6
將100g三聚氰胺甲醛樹脂，13g十二烷基硫酸鈉分散在70g水中，攪拌均勻後加入10g多巴胺鹽酸鹽；避光靜置30h後，加入30g丁腈橡膠、11g NH4NO3，在45℃下攪拌12h，得到三聚氰胺甲醛樹脂紡絲原液。
將上述的三聚氰胺甲醛樹脂紡絲原液採用溼法紡絲技術路線紡絲成型，用計量泵將常溫的紡絲漿液精確計量後，由噴絲孔擠出，其中噴絲板為100孔，孔徑0.08mm，噴拉比為5倍，紡絲速度為100m/min；將通過噴絲孔擠出得到的擠出物進入體積比為2:3的N-甲基吡咯烷酮和水的凝固浴中，水洗後經熱氦氣甬道乾燥得到高強度三聚氰胺甲醛樹脂纖維。
實施例7
將120g三聚氰胺甲醛樹脂，14gα-烯基磺酸鈉分散在70g水中，攪拌均勻後加入7g多巴胺鹽酸鹽；避光靜置25h後，加入20g丁苯橡膠、10g Cu(NO3)2，在45℃下攪拌12h，得到三聚氰胺甲醛樹脂紡絲原液。
將上述的聚醯胺酸原液過濾、真空脫泡後採用幹噴溼法紡絲成型，用計量泵將常溫的紡絲漿液精確計量後，由噴絲孔擠出，其中，噴絲板為600孔，孔徑0.15mm，紡絲速度為60m/min，噴拉比為4.0倍；將通過噴絲孔擠出得到的擠出物經過高度為40mm的空氣層進入體積比為1:1：1的乙二醇、N,N-二甲基乙醯胺和水的凝固浴中，水洗後經熱氬氣甬道乾燥得到高強度三聚氰胺甲醛樹脂纖維。
實施例8
將100g三聚氰胺甲醛樹脂，12g十二烷基硫酸鈉分散在65g水中，攪拌均勻後加入10g多巴胺鹽酸鹽；避光靜置30h後，加入15g聚硫橡膠、12g AlCl3，在45℃下攪拌12h，得到三聚氰胺甲醛樹脂紡絲原液。
將上述的三聚氰胺甲醛樹脂紡絲原液採用溼法紡絲技術路線紡絲成型，用計量泵將常溫的紡絲漿液精確計量後，由噴絲孔擠出，其中噴絲板為1000孔，孔徑0.12mm，噴拉比為3倍，紡絲速度為50m/min；將通過噴絲孔擠出得到的擠出物進入體積比為1:5的丁酮和水的凝固浴中，水洗後經熱氦氣甬道乾燥得到高強度三聚氰胺甲醛樹脂纖維。
實施例9
將100g三聚氰胺甲醛樹脂，15g十二烷基苯磺酸鈉分散在60g水中，攪拌均勻後加入10g多巴胺鹽酸鹽；避光靜置24h後，加入40g丁苯橡膠、10g FeCl3，在45℃下攪拌12h，得到三聚氰胺甲醛樹脂紡絲原液。
將上述的聚醯胺酸原液過濾、真空脫泡後採用幹噴溼法紡絲成型，用計量泵將常溫的紡絲漿液精確計量後，由噴絲孔擠出，其中，噴絲板為400孔，孔徑0.12mm，紡絲速度為80m/min，噴拉比為3.5倍；將通過噴絲孔擠出得到的擠出物經過高度為20mm的空氣層進入體積比為2:1：2的丁醇、N-甲基吡咯烷酮和水的凝固浴中，水洗後經熱氮氣甬道乾燥得到高強度三聚氰胺甲醛樹脂纖維。
實施例10
將130g三聚氰胺甲醛樹脂，5gα-烯基磺酸鈉分散在65g水中，攪拌均勻後加入10g多巴胺鹽酸鹽；避光靜置30h後，加入25g三元乙丙橡膠、10g HCl，在45℃下攪拌12h，得到三聚氰胺甲醛樹脂紡絲原液。
將上述的三聚氰胺甲醛樹脂紡絲原液採用溼法紡絲技術路線紡絲成型，用計量泵將常溫的紡絲漿液精確計量後，由噴絲孔擠出，其中噴絲板為5000孔，孔徑0.06mm，噴拉比為4倍，紡絲速度為60m/min；將通過噴絲孔擠出得到的擠出物進入體積比為2:1的二甲基亞碸和水的凝固浴中，水洗後經熱氦氣甬道乾燥得到高強度三聚氰胺甲醛樹脂纖維。
對本發明實施例1～10製備的高強度三聚氰胺甲醛樹脂纖維進行電阻率、伸長率、拉伸強度、模量和耐紫外線性能測定，結果見表1。
耐紫外強度測定：具體為上述製備的高強度三聚氰胺甲醛樹脂纖維經過紫外燈輻照後測定其強度保持數據，輻照強度為10.43w/m2，波長範圍是280～315nm。
表1實施例1～10的測定結果
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。