一种聚酯包覆超高分子量聚乙烯的包芯纱线及其制备方法与流程

本发明涉及纺织品纱线领域，具体涉及一种聚酯包覆超高分子量聚乙烯的包芯纱线及其制备方法。

背景技术：

1、超高分子量聚乙烯(uhmwpe)纤维，以其独特的线性分子链结构和高结晶度、高取向度的特性，展现出了高强、质轻、柔软、耐磨、抗冲击性能优异以及耐化学腐蚀等卓越性能。这些特性使得它在军工、消防、航天航空等多个领域得到了广泛应用。然而，正因为其分子链结构无支链且缺乏活性基团，超高分子量聚乙烯纤维面临着不易染色和耐高温性能差的挑战。特别是在高温或长时间拉伸的条件下，其耐热性和抗蠕变性较差，这极大地限制了其在某些特定场景下的应用。为了克服这些局限，涂层法作为一种新型改性技术，正逐渐被广泛应用于超高分子量聚乙烯纤维的改性中。通过在纤维表面涂覆聚酯等材料，不仅能够有效保留纤维本体的优秀性能，还能通过涂层的特性来弥补其不足，从而显著提升纤维的耐热性、抗蠕变性等关键性能。为了拓宽超高分子量聚乙烯的使用范围，需要对超高分子量聚乙烯的包覆材料进行进一步的研究。目前，对超高分子量聚乙烯的包覆材料研究尚不充分。因此，开发一种能够有效保护超高分子量聚乙烯的新型包覆材料成为了当前研究的重点。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服背景技术中存在的上述缺陷或问题，提供一种聚酯包覆超高分子量聚乙烯的包芯纱线及其制备方法，该纱线通过涂层法解决了超高分子量聚乙烯纱线与鞋底贴合的问题，并具有轻质高强、耐久性高和亲肤性佳的特点。

2、为达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、第一技术方案涉及一种聚酯包覆超高分子量聚乙烯的包芯纱线的制备方法，包括如下步骤：将干燥后的低熔点聚酯切片加热熔融后包覆在超高分子量聚乙烯纱线表面，制得包芯材料；将包芯材料冷却后进行牵伸，得到包芯纱线；其中，所述包芯纱线的皮层为低熔点聚酯，芯层为超高分子量聚乙烯纱线；所述低熔点聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)和聚对苯二甲酸丙二醇酯(ptt)中的一种或者两种，其熔点选择范围为90℃-150℃，其熔点下的熔融指数＞15g/10min。

4、第二技术方案基于第一技术方案，其中，所述低熔点聚酯采用聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)和聚对苯二甲酸丙二醇酯(ptt)中的两种混合而成时，其两种聚酯混合的比例为1:0.25-4。

5、第三技术方案基于第二技术方案，其中，所述低熔点聚酯可加入色母进行调色。

6、第四技术方案基于第一技术方案，其中，所述包芯纱线中所述低熔点聚酯与所述超高分子量聚乙烯纱线的质量之比为1:0.2-2。

7、第五技术方案基于第一技术方案，其中，所述超高分子量聚乙烯纱线为单丝或复丝结构，所述超高分子量聚乙烯采用接枝、化学表面处理、等离子体处理或紫外交联其中一种改性方式。

8、第六技术方案基于第五技术方案，其中，所述超高分子量聚乙烯纱线可与其它材质纱线进行混纺，混纺纱线为涤纶、尼龙、芳纶、聚酰亚胺、氨纶、tpu、低熔点聚酯或lcp中的一种或多种，混纺纱线缠绕或编织于超高分子量聚乙烯纱线外层。

9、第七技术方案基于第一技术方案，其中，所述加热熔融采用双螺杆挤出机熔融，双螺杆挤出机的设定温度范围为120℃-180℃。

10、第八技术方案基于第七技术方案，其中，所述低熔点聚酯加热熔融时，将超高分子量聚乙烯纱线牵引至双螺杆挤出机模具上，所述低熔点聚酯加热熔融后包裹在超高分子量聚乙烯纱线表面，所述超高分子量聚乙烯纱线被低熔点聚酯包覆时的牵引速度范围为50m/min-300m/min。

11、第九技术方案基于第八技术方案，所述包芯材料的冷却采用冷水槽进行冷却，冷水槽的温度范围为0℃-10℃。

12、第十技术方案基于第一至第九技术方案任一项所述的一种聚酯包覆超高分子量聚乙烯的包芯纱线的制备方法制造而成的一种聚酯包覆超高分子量聚乙烯的包芯纱线。

13、由上述对本发明的描述可知，相对于现有技术，本发明具有的如下有益效果：

14、在第一技术方案及相关实施例中，超高分子量聚乙烯纤维具有高强度、质轻、柔软和耐磨等特性。然而，这种纤维也存在一定的局限性，其较低的熔点使得单独使用超高分子量聚乙烯织造的鞋面在与鞋底贴合时面临挑战。为了解决这一问题，通过采用低熔点聚酯作为外层，与超高分子量聚乙烯纱线结合，形成低熔点聚酯包覆超高分子量聚乙烯包芯纱。低熔点聚酯，作为一种改性聚酯，其熔点相较于常规聚酯明显降低。尽管如此，它依然保持了聚酯的优良特性，如低熔点、良好的相容性和流动性。其原料来源广泛，既可以是石油基，也可以是生物基，甚至可以是两者的复合。通过对低熔点聚酯进行选型和改性，选择熔点在90℃-150℃的低熔点聚酯。利用低熔点聚酯包覆超高分子量聚乙烯包芯纱，有效地解决了超高分子量聚乙烯在高温工艺条件下易熔化、降解的问题，同时也克服了其因低表面能而与鞋底贴合困难的挑战。低熔点聚酯不仅性价比高，而且其表层具有一定的强度，使得制备出的纱线强度更高，价格更亲民，实现了轻质高强的特点。

15、在第二技术方案及相关实施例中，所选用的低熔点聚酯是由聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)和聚对苯二甲酸丙二醇酯(ptt)中的两种混合而成时，通过一定比例的调配，可以充分发挥不同聚酯材料的性能优势，实现包芯纱线在强度、韧性、耐磨性等多方面的优化，从而满足各种复杂应用场景的需求。

16、在第三技术方案及相关实施例中，在制备聚酯包覆超高分子量聚乙烯的包芯纱线时，可以加入色母来调整低熔点聚酯的颜色。色母是一种颜料或染料，可以添加到聚合物材料中，赋予材料特定的颜色。通过加入色母进行调色，可以方便地制备出不同颜色的聚酯包覆超高分子量聚乙烯的包芯纱线。

17、在第四技术方案及相关实施例中，包芯纱的结构中，超高分子量聚乙烯作为芯层，起到超强骨架的作用，为纱线提供强度和结构稳定性。低熔点聚酯作为皮层，起到保护和黏合的作用。皮芯比例可以根据鞋面材料成型的工艺来进行选择，从薄到厚都可以调整，保证低熔点聚酯在包覆过程中能充分发挥其作用，同时不会过度影响超高分子量聚乙烯纱线的性能。

18、在第五技术方案及相关实施例中，超高分子量聚乙烯采用接枝、化学表面处理、等离子体处理或紫外交联其中一种改性方式，这些改性方法可以改变超高分子量聚乙烯的表面性质，增加其与其他材料的粘附性、耐磨性和耐化学性等方面的性能。超高分子量聚乙烯经过改性可以增强其与低熔点聚酯的结合力。这种增强结合力可以提高包芯纱的整体性能，使其在鞋面材料等应用中具有更好的耐用性和稳定性。

19、在第六技术方案及相关实施例中，通过混纺可以综合利用各种纱线的优点，得到具有优良性能的混纺纱线。混纺纱线缠绕或编织于超高分子量聚乙烯纱线外层，确实可以降低纱线与模头摩擦而起毛的风险，减少高温对超高分子量聚乙烯纱线的损伤。由于超高分子量聚乙烯纱线还与其他纱线结合，在外层做了包裹，可以对低熔点聚酯熔点温度的选择放宽。这种结构可以保护超高分子量聚乙烯纱线不受外部环境的影响，同时也可以提高纱线的整体性能和稳定性。

20、在第七技术方案及相关实施例中，双螺杆挤出机的设定温度为120℃-180℃，该设定温度需要比低熔点聚酯的熔点高10℃-20℃，这样可以确保低熔点聚酯处于熔融状态，同时又具有足够的流动性来进行纺丝。低熔点聚酯在达到其熔点温度时可以溶解，但此时的流动性可能还不足以进行纺丝。因此，需要将温度再提升10℃-20℃，使其熔融指数在15g/10min以上，这样状态下的低熔点聚酯具有很好的流动性，可以进行纺丝。

21、在第八技术方案及相关实施例中，牵引速度决定了包芯纱的包覆比。牵引速度快则低熔点聚酯包覆层就薄。因此，需要根据所需的包覆比来调整牵引速度。

22、在第九技术方案及相关实施例中，冷水槽中冷却温度控制需要考虑低熔点聚酯的降温速率。低熔点聚酯熔融状态包覆在超高分子量聚乙烯后需迅速降温，使低熔点聚酯在外层实现包覆。如果牵引车速快的话，由于包芯纱与水接触时间较短，因此需要选择较低的冷却温度。在冷却时，有可能需要两个冷水槽进行冷却，通过调整纱线经过冷却槽的长度来实现快速降温。

23、在第十技术方案及相关实施例中，通过使用该制备方法制造的聚酯包覆超高分子量聚乙烯的包芯纱线，可以有效保留超高分子量聚乙烯纤维本体的优秀性能，同时利用涂层的性能改善其缺点。这种纱线具有超高强度和质量轻的特点，可以大幅提高鞋用纱线的强力，并有效降低面料的重量，有利于后续轻质高强鞋面材料的开发。