一种高柔韧耐磨聚酯单丝的制备方法与流程

本发明属于聚酯单丝，涉及一种高柔韧耐磨聚酯单丝的制备方法。

背景技术：

1、聚酯单丝通常指直径在0.08~5mm之间的单根纤维。与传统的复丝和短纤维相比，大直径聚酯单丝具有高强度、高模量、高尺寸稳定性等特点，广泛应用于造纸网毯、滤网滤布、丝网印刷、电缆外套等领域。然而，聚酯单丝因其直径大，单丝表层部分与芯层部分的结晶取向差异大，晶粒尺寸大，致使其耐弯折柔韧性差及耐磨性差，在使用过程中容易产生原纤化、耐弯回弹性差等问题，在一定程度上限制了其推广应用。

2、为了改善聚酯单丝的柔韧性及耐磨性，文献（纺织报告，2020，10：27-29）以聚丙烯（pp）为皮层，聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）为芯层，基于复合纺丝技术，制备了pp/pet皮芯型单丝，充分发挥pp与pet两种聚合物物理性能互补的优势，提高了单丝的柔软性和耐磨性，但是，pp与pet相容性差，会使得耐磨性能下降，皮芯界面空隙较大，在一定程度上会影响单丝的力学强度，单丝的断裂强度约为300~500mpa，还有进一步提升的空间。专利cn112779809b利用以对苯二甲酸链段、乙二醇链段和3,5-吡啶二甲酸链段为原料，利用共聚方式合成改性聚酯，并经过纺丝制备耐磨聚酯单丝，但实际上这种共聚往往会破坏聚合物大分子的规整性，致使单丝的结晶度下降，在一定程度上限制了单丝力学性能的提升，单丝直径为0.17mm，断裂强力为20~22n，断裂强度约为880~970mpa，且其中单丝的耐磨次数为7000次，磨损率为1.87~2.03%，还有进一步提升的空间。专利cn106232883b利用聚酯与聚酯弹性体共混纺丝以提高聚酯单丝的柔韧性和耐磨性，所用聚酯弹性体为聚对苯二甲酸丁二醇酯（pbt）与pet的嵌段共聚物，但是，对于大直径单丝而言，在弯曲过程中，表层聚合物形变与芯层聚合物形变有着较大差异，聚酯与聚酯弹性体在单丝中的相态分布并没有经过有效的调控，致使其柔韧性和耐磨性提升幅度有限，还有进一步提升的空间。专利cn103741251b提供了一种纳米改性的大直径耐磨型聚酯单丝的制备方法，可实现单丝耐磨次数≥70000次，其纳米粒子是由二氧化钛与碳化硅或碳酸镁组成，但是这一类纳米粒子表面能较高，会增加单丝的表面摩擦系数，在使用过程中摩擦阻力增加，易产生磨损，同时单丝的刚性增加，柔韧性会下降；此外，纳米粒子的引入往往会增加熔体的粘度，不利于控制单丝丝径的均匀性。

3、因此，研究一种高柔韧耐磨聚酯单丝的制备方法，使得制得的聚酯单丝兼顾柔韧性、单丝均匀性和低表面摩擦系数的同时，耐磨性得到进一步提高，具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种高柔韧耐磨聚酯单丝的制备方法。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种高柔韧耐磨聚酯单丝的制备方法，聚酯、聚倍半硅氧烷与聚酯-聚硅氧烷嵌段共聚物熔融共混纺丝后，依次经过水冷却、拉伸、热定型、上油、卷绕制得高柔韧耐磨聚酯单丝；

4、高柔韧耐磨聚酯单丝的直径为0.08~5mm，勾结强度>拉伸断裂强度的90%，打结强度>拉伸断裂强度的88%，通过勾结强度与打结强度可以反映出聚酯单丝具有优异的韧性和耐弯折性能，单丝磨断次数≥80000次，磨损质量损失率为0.8~1.4%，单丝表面摩擦系数为0.083~0.095。

5、作为优选的技术方案：

6、如上所述的一种高柔韧耐磨聚酯单丝的制备方法，高柔韧耐磨聚酯单丝的拉伸断裂强度≥1.2gpa。

7、如上所述的一种高柔韧耐磨聚酯单丝的制备方法，以聚酯、聚酯-聚硅氧烷嵌段共聚物与聚倍半硅氧烷的总量为基准，聚酯的质量分数为70~85%，聚倍半硅氧烷的质量分数为1~3%；聚倍半硅氧烷的质量分数为1~3%时，有利于起到成核作用，形成较小晶粒尺寸的结晶结构，当大于此值时，聚倍半硅氧烷容易发生团聚，同时，其空间位阻作用也会阻碍聚酯结晶的形成，小于此值时，聚倍半硅氧烷不足以引起聚酯晶粒尺寸细化。聚酯-聚硅氧烷嵌段共聚物的质量分数为12~29%，聚酯-聚硅氧烷嵌段共聚物在此数值范围内，有利于在单丝表层富集，改善单丝的柔韧性与耐磨性，低于此数值，不利于形成聚酯-聚硅氧烷嵌段共聚物在单丝表面富集，高于此数值，聚酯-聚硅氧烷的形变能力大，单丝在使用过程中容易产生较大伸长。

8、如上所述的一种高柔韧耐磨聚酯单丝的制备方法，聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚酯的数均分子量为30000~45000g/mol。

9、如上所述的一种高柔韧耐磨聚酯单丝的制备方法，聚倍半硅氧烷为二甲基硅烷基笼形聚倍半硅氧烷或三甲基硅烷基笼形聚倍半硅氧烷。

10、如上所述的一种高柔韧耐磨聚酯单丝的制备方法，聚酯-聚硅氧烷嵌段共聚物（pet-pdms）是由聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）与羟基封端的聚二甲基硅氧烷（pdms）在催化剂的作用下采用反应性共混法合成的；

11、聚酯-聚硅氧烷嵌段共聚物的数均分子量为25000~40000g/mol；本领域技术人员公知，在分子量相近的情况下，聚酯-聚硅氧烷嵌段共聚物的熔体粘度比聚酯低；

12、聚对苯二甲酸乙二醇酯的数均分子量为6000~7000g/mol，羟基封端的聚二甲基硅氧烷的数均分子量为8000~10000g/mol。

13、如上所述的一种高柔韧耐磨聚酯单丝的制备方法，聚对苯二甲酸乙二醇酯与羟基封端的聚二甲基硅氧烷的摩尔比为0.95~1.05:1；催化剂为钛酸四丁酯或钛酸四异丙酯，催化剂的用量为羟基封端的聚二甲基硅氧烷摩尔量的1~5%。

14、如上所述的一种高柔韧耐磨聚酯单丝的制备方法，反应性共混的温度为220~240℃，真空度为0.05~-0.1mpa。

15、如上所述的一种高柔韧耐磨聚酯单丝的制备方法，纺丝工艺参数如下：

16、纺丝温度 275~290℃；

17、丝条从喷丝孔挤出到入水之间空气段的长度 20~30cm；

18、冷却水的温度 25~35℃；

19、牵伸温度 110~130℃；

20、热定型温度 135~145℃；

21、牵伸倍数 5.5~7.5倍；

22、卷绕速度 50~300m/min。

23、发明原理：

24、本发明以聚酯与低表面能的聚酯-聚硅氧烷嵌段共聚物、聚倍半硅氧烷进行共混纺丝，其中，聚酯与聚酯-聚硅氧烷嵌段共聚物存在熔体粘度差异，在挤出过程中，低粘度的聚酯-聚硅氧烷嵌段共聚物向丝条表层流动，在单丝表层部分富集。单丝在弯折过程中表层部分的形变要大于芯层部分的形变，而聚酯-聚硅氧烷嵌段结构赋予其良好的弹性，可以使得单丝表层具有良好的形变能力，减少了单丝表层的塑性变形，提高了其耐弯回弹性；利用低表面能有机-无机杂化材料——聚倍半硅氧烷在单丝成形过程中可以起到成核的作用，诱导纤维内部形成较小的晶粒尺寸，可以减小材料内部塑性变形的能力，阻碍单丝内部在应用过程中裂纹的扩展，提高材料的柔韧性和耐磨性。与此同时，聚酯-聚硅氧烷及聚倍半硅氧烷的表面能比较低，可以显著降低单丝的表面摩擦系数，使得单丝表面滑爽，进而提高单丝的耐磨性能。此外，聚酯-聚硅氧烷与聚倍半硅氧烷可以显著提高共混熔体的流动性能，有利于控制丝径的均匀性及表面光滑性，在一定程度上也可以提高其耐磨性能。

25、有益效果：

26、（1）本发明的一种高柔韧耐磨聚酯单丝的制备方法，以聚酯、聚倍半硅氧烷与聚酯-聚硅氧烷嵌段共聚物进行熔融共混纺丝，聚酯-聚硅氧烷嵌段共聚物具有良好的弹性，可以使得单丝表层具有良好的形变能力，减少了单丝表层的塑性变形，提高了其耐弯回弹性；

27、（2）本发明的一种高柔韧耐磨聚酯单丝的制备方法，利用低表面能的聚倍半硅氧烷在单丝成形过程中可以起到成核的作用，可以减小材料内部塑性变形的能力，阻碍单丝内部在应用过程中裂纹的扩展，提高聚酯单丝的柔韧性和耐磨性；

28、（3）本发明的一种高柔韧耐磨聚酯单丝的制备方法，聚酯-聚硅氧烷嵌段共聚物与聚倍半硅氧烷的表面能比较低，可以提高单丝耐磨性能，并且可以显著提高共混熔体的流动性能，有利于控制丝径的均匀性及表面光滑性。