聚醯胺6/66共聚物長絲紗的連續靜電紡絲方法
2023-05-05 18:32:26 2
專利名稱：聚醯胺6/66共聚物長絲紗的連續靜電紡絲方法
技術領域：
本發明涉及一種長絲紗的紡絲方法，具體涉及一種採用靜電紡絲方法對聚醯胺6/66共聚物進行連續紡制長絲紗的方法。
背景技術：
靜電紡絲是一種簡單易行的紡絲技術，利用該紡絲方法可以製備得到直徑從數納米到數微米不等的纖維，而其製造納米級纖維的能力，更使該項技術在近幾年裡得到了快速發展。目前，通過靜電紡絲獲得的產品形式基本都是纖維呈隨機排列狀態的非織造布，產品在過濾材料、組織工程基質、傷口包紮和藥物傳遞材料、仿生材料、纖維增強複合材料等方面具有潛在的應用價值。通過靜電紡絲直接得到的非織造布片狀材料的優勢是可以被直接應用，但存在著纖維的力學性能較差、纖維集合體結構無序且不易控制、產品的二次加工受到限制、只能以單一的形式被使用等缺陷。若能採用靜電紡絲的方法連續紡制由亞微米級纖維構成的長絲紗，則在通過二次加工改善產品的結構和性能、通過紡織加工豐富最終產品的形式以及擴大產品的應用領域等方面將具有重要的意義。
為了得到纖維呈平行排列狀態的靜電紡產品，研究人員在靜電紡絲的方法方面也進行了一系列的改進，最主要的有以下幾個方面①將一般的平面型導電性接收屏改為旋轉的滾筒；②用帶有尖銳邊緣的薄型轉輪作為接收裝置；③在收集裝置上加入輔助電極或電場；④使用金屬框架作為接收屏；⑤在射流範圍內振蕩接地的框架；⑥將正負電極分別連接於兩個相對放置的噴絲頭上，並用旋轉的滾筒收集纖維；⑦將纖維紡於盛有去離子水的表面皿中或盛有凝固浴的浴槽內，收集纖維束後卷繞於滾筒上；⑧用兩個平行排列的導電性收集環作為靜電紡纖維的收集系統；⑨將靜電紡纖維集束後再進行加捻和卷繞。在以上數種為製備纖維平行排列的靜電紡產品而改進的纖維收集方法中，有些可以紡製得到由纖維集束而成的紗線，如方法⑥、⑦和⑨。有些只能得到由平行排列的纖維構成的片狀體或長度有限的纖維束，如方法①、③、④和⑧。但是這些方法都無法實現紗線的長時間(10小時以上)連續紡制，在紡絲系統中也基本沒有對初紡紗進行在線後加工以改善纖維的結構、紗線的均勻性和力學性能的機構。
聚醯胺，俗稱尼龍，是分子主鏈上含有重複醯胺基團-[NHCO]-的熱塑性樹脂的總稱，美國杜邦公司最先開發，於1939年實現工業化，由於其具有良好的綜合性能且易於加工而得到了廣泛的應用。其中的主要品種是聚醯胺6和聚醯胺66，此外還有聚醯胺11、12等，以及多種共聚物。聚醯胺6/66共聚物因其高強度和高彈性而受到關注。
發明內容
本發明目的是提供一種採用靜電紡絲技術對聚醯胺6/66共聚物進行連續紡絲的方法，以獲得由亞微米級纖維構成的長絲紗。
為達到上述目的，本發明採用的技術方案是一種聚醯胺6/66共聚物長絲紗的連續靜電紡絲方法，包括下列步驟將聚醯胺6/66共聚物粒子溶解在甲酸中，製得質量百分比10～25％的紡絲液，將平平加O溶解在去離子水中製得質量百分比0.4～1.2％的浴液，採用靜電紡絲方法，將紡絲液倒入紡絲管中，連接高壓發生器的正極，浴液置於浴槽內，連接高壓發生器的負極，從紡絲管噴出的紡絲液在浴液中形成纖維束，集束後的纖維經卷繞成形獲得初紡紗，再經過熱拉伸定型，即獲得具有良好力學性能的聚醯胺6/66共聚物長絲紗。
上述技術方案中，所述靜電紡絲時，電壓為8～20千伏，噴絲頭到浴液表面的高度差是3～13釐米，卷繞速度不大於7米/分鐘。
對所述初紡紗進行拉伸的加熱溫度為90～120℃，拉伸倍數為0.5～3.0，拉伸過程可以根據需要進行一次或兩次。
本發明的工作原理是在常溫下，溶解於甲酸中的聚醯胺6/66共聚物紡絲液射流在高壓靜電場力的作用下，經過失穩鞭動以及多級分裂而形成納米級或亞微米級纖維，使纖維集束於表面活性劑浴液中，纖維中的殘留溶劑在其中擴散，纖維進一步凝固的同時表面的潤滑性增加，在後拉伸以及卷繞過程中不易斷裂。集束後的纖維通過卷繞成形機構以長絲紗的形式卷繞於筒子上，由此得到的為初紡紗。在集束處與卷繞成形機構之間加裝加熱裝置，使絲條集束後通過加熱區和定型區，再被卷繞成筒，則通過提高卷繞速度可以使初生紗得到一定程度的拉伸，此稱為「一次拉伸紗」；對該紗線進行二次熱拉伸定型後，則可使紗線的結構和性能得到進一步的改善，稱之為「二次拉伸紗」。使用本靜電紡絲系統得到的聚醯胺6/66共聚物長絲紗具有連續性好，線密度均勻等特點。初紡的紗線具有一定的強度和較大的伸長，經過熱拉伸定型後，紗線的斷裂強度得到顯著提高，斷裂伸長率明顯降低，符合紡織加工工藝對紗線的使用要求。
由於上述技術方案運用，本發明與現有技術相比具有下列優點1.本發明對普通靜電紡絲方法中的纖維收集方法和收集裝置進行了改造，利用表面活性劑浴液收集纖維，並對集束纖維進行卷繞，從而製備得到了由直徑為數百納米的纖維構成的聚醯胺6/66共聚物長絲紗，並且紡絲過程中可以達到連續12小時以上無斷頭。
2.本發明在普通靜電紡絲的基礎上增加了二次熱拉伸定型和二級卷繞，通過對紗線的熱拉伸定型和卷繞速度的調整進一步改善和控制纖維的結構與性能，形成了一種新型的亞微米級合成纖維長絲紗的連續靜電紡制技術與方法，改變了現有的靜電紡絲產品以非織造布為主的單一的產品形式，並解決了一般的靜電紡絲方法難以通過素材的二次加工有效地改善纖維的結構和性能的問題。
附圖1為本發明實施例一中採用的靜電紡絲系統結構示意圖。
其中1、紡絲管；2、高壓電源；3、毛細管；4、細流；5、浴槽；6、導絲輥；7、加熱裝置；8、張力導向裝置；9、卷繞裝置。
具體實施例方式
下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述實施例一一種聚醯胺6/66共聚物長絲紗的連續靜電紡絲方法，將聚醯胺6/66共聚物粒子溶解在濃度為88％的甲酸中，製得質量百分比10～25％的紡絲液；將平平加O溶解在去離子水中製得質量百分比0.4～1.2％的浴液。
採用靜電紡絲的方法將上述紡絲液在一定的工藝條件下紡在浴液的表面，從浴液中將基本凝固成形的纖維集束後在卷繞滾筒上繞2～3圈，然後即可進行聚醯胺6/66共聚物長絲紗的連續紡制。
所述的紡紗工藝條件室溫條件，相對溼度為50～70％電壓8-20kv噴絲頭到浴液的高度3～13cm卷繞的距離10～50cm卷繞速度為0～7m/min加熱裝置的溫度為90～120℃在上述工藝條件下，連續紡紗(無斷頭)的時間在12h以上，得到的初紡紗線的線密度為0.6～2.85dtex，纖維的平均直徑在150～500nm之間，紗線的斷裂強度為0.55～1.4cN/dtex，斷裂伸長率為70％～180％。
由於初紡紗線的斷裂伸長較大，斷裂強度較低，因此將得到的初紡紗線進行二次拉伸定型。紗線的拉伸是利用兩個滾筒的線速度差實現的。具體工藝為將紗線從一個滾筒上退解，通過加熱區和定型區後卷繞到另一個旋轉滾筒上。加熱溫度為90～120℃，拉伸倍數為0.5～3.0。
經過上述處理的紗線斷裂伸長降低了20-120％，斷裂強度提高了20-90％，達到了1.08-2.05cN/dtex。
實現上述方法的紡絲系統主要包括高壓電源2、靜電紡絲器、浴槽5、導絲輥6、加熱裝置7、張力導向裝置8、卷繞裝置9、溫度速度控制箱等幾個部分。附圖1為紡絲系統的示意圖。其中加熱裝置的溫度範圍為0～150℃，卷繞裝置的速度範圍為0～150m/min，紡絲在室溫下即可進行。
將聚醯胺6/66共聚物的甲酸溶液倒入紡絲管1中，調整噴絲頭到浴槽5內的浴液表面間的距離和高壓發生器的電壓，負極經表面活性劑浴液接地，高壓發生器使紡絲液帶電，並使泰勒錐與浴槽之間產生高壓電場。調節毛細管3中的紡絲液的流量至紡絲口處無液滴自然下垂，使紡絲液形成穩定的細流4，細流在靜電力的作用下加速運動並分裂成細流簇，在浴槽的表面即可得到已經分裂為直徑達到納米級或亞微米級的纖維束，用玻璃棒將纖維束慢慢牽伸出浴槽並依次通過導絲輥6、加熱裝置7、張力導向裝置8等，最終卷繞到旋轉滾筒上，隨後即可進行長絲紗的連續紡制。
實施例二將2g聚醯胺6/66共聚物粒子溶解在11.3g的甲酸中，經充分攪拌後製得質量百分比15％的紡絲溶液。將4g的平平加O溶解於996g的去離子水中形成質量百分比0.4％的平平加O溶液。在溫度約25℃，相對溼度65％左右，電壓11kv，定型溫度為95℃，卷繞速度2m/min，噴絲頭到液面的高度為4.5cm的條件下得到的初紡紗線的平均線密度1.05dtex，纖維的平均直徑為187nm，紗線的斷裂伸長率為87％，斷裂強度為0.74cN/dtex，連續紡絲時間為12.5h。對在同樣條件下紡制的紗線進行50％的熱(95℃)拉伸定型，紗線的斷裂伸長率下降為57％，斷裂強度提高到1.12cN/dtex，和初紡紗線相比，斷裂伸長率降低了34.5％，斷裂強度提高了51.4％。
實施例三將2g聚醯胺6/66共聚物粒子溶解在8g的甲酸中，經充分攪拌後製得質量百分比20％的紡絲溶液。將6g的平平加O溶解於994g的去離子水中形成質量百分比0.6％的平平加O溶液。在溫度約25℃，相對溼度65％左右，電壓13kv，定型溫度為95℃，卷繞速度5m/min，噴絲頭到液面的高度為5.5cm的條件下得到的初紡紗線的平均線密度1.25dtex，纖維的平均直徑為292nm，紗線的斷裂伸長率為108％，斷裂強度為0.81cN/dtex，連續紡絲時間為13h。對在同樣條件下紡制的紗線進行70％的熱(95℃)拉伸定型，紗線的斷裂伸長率下降為53％，斷裂強度提高到1.35cN/dtex，和初紡紗線相比，斷裂伸長率降低了50.9％，斷裂強度提高了66.7％。
實施例四將2g聚醯胺6/66共聚物粒子溶解在6g的甲酸中，經充分攪拌後製得質量百分比25％的紡絲溶液。將8g的平平加O溶解於992g的去離子水中形成質量百分比0.8％的平平加O溶液。在溫度約25℃，相對溼度65％左右，電壓15kv，定型溫度為95℃，卷繞速度3m/min，噴絲頭到液面的高度為6.5cm的條件下得到的初紡紗線的平均線密度1.62dtex，纖維的平均直徑為224nm，紗線的斷裂伸長率為133.4％，斷裂強度為0.88cN/dtex，連續紡絲時間為13.6h。對在同樣條件下紡制的紗線進行80％的熱(95℃)拉伸定型，紗線的斷裂伸長率下降為43.2％，斷裂強度提高到1.64cN/dtex，和初紡紗線相比，斷裂伸長率降低了67.6％，斷裂強度提高了86.4％。
權利要求
1.一種聚醯胺6/66共聚物長絲紗的連續靜電紡絲方法，其特徵在於，包括下列步驟將聚醯胺6/66共聚物粒子溶解在甲酸中，製得質量百分比10～25％的紡絲液，將平平加O溶解在去離子水中製得質量百分比0.4～1.2％的浴液，採用靜電紡絲方法，將紡絲液倒入紡絲管中，連接高壓發生器的正極，浴液置於浴槽內，連接高壓發生器的負極，從紡絲管噴出的紡絲液在浴液中形成纖維束，集束後的纖維經卷繞成形獲得初紡紗，再經過熱拉伸定型，即獲得聚醯胺6/66共聚物長絲紗。
2.根據權利要求1所述的長絲紗的連續靜電紡絲方法，其特徵在於所述靜電紡絲時，電壓為8～20千伏，噴絲頭到浴液表面的高度差是3～13釐米，卷繞速度不大於7米/分鐘。
3.根據權利要求1所述的長絲紗的連續靜電紡絲方法，其特徵在於對所述初紡紗進行拉伸的加熱溫度為90～120℃，拉伸的倍數為0.5～3.0。
全文摘要
本發明公開了一種聚醯胺6/66共聚物長絲紗的連續靜電紡絲方法，將共聚物粒子溶解在甲酸中，製得質量百分比10～25％的紡絲液，用平平加O製備浴液，採用靜電紡絲方法，紡絲液射流在高壓靜電場力的作用下，經過失穩鞭動以及多級分裂而形成納米級或亞微米級纖維，使纖維集束於表面活性劑浴液中，纖維中的殘留溶劑在其中擴散，集束後的纖維經卷繞成形獲得初紡紗，再經過加熱和二次拉伸，即獲得聚醯胺6/66共聚物長絲紗。本發明製備得到了由直徑為數百納米的纖維構成的聚醯胺6/66共聚物長絲紗，並且紡絲過程中可以達到連續12小時以上無斷頭，同時，解決了一般的靜電紡絲方法難以通過素材的二次拉伸熱定型加工有效地改善纖維的結構和性能的問題。
文檔編號D01F6/60GK101037809SQ20071002079
公開日2007年9月19日 申請日期2007年4月2日 優先權日2007年4月2日
發明者潘志娟, 劉紅波, 王建民 申請人:蘇州大學