專利名稱：一種改性pom纖維及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種改性POM纖維及其制備方法，具體地說是涉及一種納米CaCO3改性POM纖維及其制備方法。
背景技術：
聚甲醛(POM)纖維具有高強度、高模量及優異的尺寸穩定性、耐堿性、耐化學腐蝕、耐光、耐候等性能，是綜合性能最好的合成纖維之一。隨著經濟的發展和エ業水平的提高，聚甲醛材料由于良好的綜合性能，應用領域正在日益擴展。聚甲醛產品的消費量也在快速增長，但長期以來，我國在聚甲醛方面的發展較為落后，聚甲醛纖維幾乎是空白，專有材料一直依賴進ロ，由此開展聚甲醛的研究任重道遠。且由于其突出的綜合性能，人們迫切希望聚甲醛能制成纖維，以滿足不同的需要。因而，我們應大力加強聚甲醛纖維的研究開發， 找出合適的エ藝路線，制備出功能化和高性能化的產品，拓寬其應用領域，有迫切的現實需求。POM雖然綜合性能優越，但由于POM的熱穩定性和韌性不足等缺點。為了提高聚甲醛的性能以提高它的應用領域，對聚甲醛進行改性變得非常重要。長期以來，人們不斷以彈性體增韌和非弾性體增韌的方法對POM進行共混改性，并取得了一定的研究成果。但是彈性體增韌POM是以犧牲POM的其他力學性能為代價，即使是目前公認的與POM相容性最好的熱塑性聚氨酯(TPU)，其添加量須不小于35%，才能使共混材料出現明顯的脆-韌轉變，大量添加TPU不僅使材料的強度降低，而且還會增加產品成本。自1984年首次提出納米復合材料的概念以來，納米復合材料就成了材料科學家研究的熱點。與傳統的復合材料相比，納米復合材料具有力學性能好、高熱穩定性、優越的阻燃性和阻隔性等特點。CaCO3是最為常用的熱塑料高聚物的填充材料，而納米碳酸鈣是碳酸鈣中的精品，是ー種最廉價的納米材料。將納米CaCO3粒子填充到聚合物中，可以得到綜合性能優良的復合材料。將改性后的納米CaC03/P0M復合材料紡絲，有望得到力學和熱學性能更好的纖維。

發明內容
本發明的目的是為了針對純POM纖維現有的上述缺陷，采用先改性POM的方法，然后通過熔融紡絲和拉伸條件的優化，制得力學和熱學性能更好的納米CaC03/P0M復合纖維。在纖維增強水泥方面，與純纖維相比，改性纖維表面有納米碳酸鈣小顆粒的附著，變得粗糙，在纖維表面和水泥之間形成更大的握裹力，使水泥的強度得到有效提高。另外，目前目前市場上每噸碳酸鈣的價格是2000元每噸，價格只相當于價格的十四分之一。改性后制得的納米CaC03/P0M復合纖維的成本可大大下降，有利于纖維產品的推廣應用，纖維生產廠也可以獲得較好的經濟效益。再次，碳酸鈣和水泥的親和性好，密度比高出近一倍，與水泥的密度差不多，制成的改性纖維密度比純POM纖維大。在纖維和水泥的混合過程和實際鋪路中，密度小的纖維很容易被甩到邊緣層或漂浮在水泥混凝土表面，嚴重影響纖維在混凝土中的分布和增強作用。而制得密度更大的改性性纖維，在一定程度上能夠抑制該現象，使得纖維與水泥在實際使用過程中能夠充分混合均勻，這也克服了純POM纖維在增強水泥方面存在的諸多缺陷。本發明的一種改性POM纖維，是指POM纖維中均勻分散有I 9wt%的納米碳酸鈣和質量分數為納米碳酸鈣的O. 5 I. 5%的硬脂酸。作為優選的技術方案如上所述的ー種改性POM纖維，所述的納米碳酸鈣占所述改性POM纖維的質量分數為5%。如上所述的ー種改性POM纖維，所述的硬脂酸占所述納米碳酸鈣的質量分數為I. 5%。 如上所述的ー種改性POM纖維，所述的納米碳酸鈣粒徑為50到500nm。 如上所述的ー種改性POM纖維，所述的納米碳酸鈣粒徑為78nm。本發明還提供了一種改性POM纖維的制備方法，包括以下步驟(I)改性納米 CaCO3首先用硬脂酸改性納米CaCO3，將一定量的納米CaCO3放入干燥機中，在溫度110°C下干燥I小時，冷卻至80°c時均勻加入表面處理劑硬脂酸，其質量分數為納米CaCO3用量的I. 5%，混合20分鐘停止攪拌，取出待用。(2)共混包粘在粒料放進前，先加熱I個小時，在溫度達到140°C時，將改性納米CaCO3和POM顆粒放到高速混合機，轉數為3000到5000r/min，利用共混加熱和油浴外加熱的方法加熱到1500C，再共混3到4分鐘后關閉高速共混機，使得納米CaCO3牢牢粘附在熔融軟化的POM顆粒上，而且POM顆粒間沒有發生嚴重粘連(3)熔融紡絲通過熔融紡絲得到初生纖維，紡絲參數設置為紡絲溫度為205°C，螺桿轉數為100r/min，導絲輥轉速為15r/min ；(4)拉伸再通過熱空氣浴拉伸得到最終的改性POM纖維，把熱空氣浴拉伸機中的加熱裝置里的溫度設定為90 120°C，拉伸倍數為I 8倍；如上所述的ー種改性POM纖維的制備方法，所述的硬脂酸占所述納米碳酸鈣的質量分數為O. 5 I. 5%O如上所述的ー種改性POM纖維的制備方法，所述的納米碳酸鈣占所述改性POM纖維的質量分數為I 9wt%。如上所述的ー種改性POM纖維的制備方法，所述的納米碳酸鈣粒徑為50到500nm。本發明得到的ー種改性的纖維，為納米CaC03/P0M復合纖維，與純POM纖維相比，韌性和熱穩定性均得到提高。與純POM纖維相比，改性的POM纖維表面變得粗糙，密度變大。有益效果與純POM相比，改性后的納米CaC03/P0M復合纖維的力學和熱學性能都有較好的提高。同時改性的POM纖維表面變得粗糙，與水泥的界面作用カ增強；密度變大，在與水泥的共混中混合效果更好；納米CaCO3的價格比POM低出很多，纖維的成本明顯降低，經濟效益顯著。因此改性后的POM復合纖維在建筑領域中增強水泥具有突出的優勢。
具體實施例方式下面結合具體實施方式
，進ー步闡述本發明。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。本發明的一種改性POM纖維，是指POM纖維中均勻分散有I 9wt%的納米碳酸鈣和質量分數為納米碳酸鈣的O. 5 I. 5%的硬脂酸。改性后的纖維表面粗糙化，纖維增強其它材料是，界面的粘結作用會得到提高。所述的納米碳酸鈣占所述改性POM纖維的質量分數為5%。所述的硬脂酸占所述納米碳酸鈣的質量分數為I. 5%。 所述的納米碳酸I丐粒徑為50到500nm。所述的納米碳酸鈣粒徑為78nm。實施例I一種改性POM纖維的制備方法，包括以下步驟( I)改性納米 CaCO3首先用硬脂酸改性納米CaCO3，將一定量的納米CaCO3放入干燥機中，在溫度110°C下干燥I小時，冷卻至80°C時均勻加入表面處理劑硬脂酸，其質量分數為納米CaCO3用量的I. 5%，混合20分鐘停止攪拌，取出待用。(2)共混包粘在粒料放進前，先加熱I個小時，在溫度達到140°C時，將改性納米CaCO3和POM顆粒放到高速混合機，轉數為3000r/min，利用共混加熱和油浴外加熱的方法加熱到150°C，再共混3分鐘后關閉高速共混機，使得納米CaCO3牢牢粘附在熔融軟化的POM顆粒上，而且POM顆粒間沒有發生嚴重粘連(3)熔融紡絲通過熔融紡絲得到初生纖維，紡絲參數設置為紡絲溫度為205°C，螺桿轉數為100r/min，導絲輥轉速為15r/min ；(4)拉伸再通過熱空氣浴拉伸得到最終的改性POM纖維，把熱空氣浴拉伸機中的加熱裝置里的溫度設定為90°C，拉伸倍數為I倍；如上所述的ー種改性POM纖維的制備方法，所述的納米碳酸鈣占所述改性POM纖維的質量分數為lwt%。如上所述的ー種改性POM纖維的制備方法，所述的納米碳酸鈣粒徑為50到500nm。實施例2先稱取IOOOgPOM和IOg經改性的納米CaCO3,納米CaCO3的質量為POM的1%。在粒料放進前，先使200升的高速共混機加熱I個小時，在溫度達到140°C時，將改性納米CaCO3和POM顆粒放到高速混合機，轉數為5000r/min，利用共混加熱和油浴外加熱的方法加熱到1500C，再共混3分鐘后關閉高速共混機，使得納米CaCO3牢牢粘附在熔融軟化的POM顆粒上，而且POM顆粒間沒有發生嚴重粘連。然后將納米CaC03/P0M復合材料在微型共混紡絲機中紡絲，紡絲參數設置為紡絲溫度為205°C，螺桿轉數為lOOr/min，導絲輥轉速為15r/min，得到初生纖維。實施例3先稱取IOOOgPOM和30g經改性的納米CaCO3,納米CaCO3的質量為POM的3%。在粒料放進前，先使200升的高速共混機加熱I個小時，在溫度達到140°C時，將改性納米CaCO3和POM顆粒放到高速混合機，轉數為5000r/min，利用共混加熱和油浴外加熱的方法加熱到1500C，再共混3分鐘后關閉高速共混機，使得納米CaCO3牢牢粘附在熔融軟化的POM顆粒上，而且POM顆粒間沒有發生嚴重粘連。然后將納米CaC03/P0M復合材料在微型共混紡絲機中紡絲，紡絲參數設置為紡絲溫度為205°C，螺桿轉數為lOOr/min，導絲輥轉速為15r/ min，得到初生纖維。實施例4先稱取IOOOgPOM和50g經改性的納米CaCO3,納米CaCO3的質量為POM的5%。在粒料放進前，先使200升的高速共混機加熱I個小時，在溫度達到140°C時，將改性納米CaCO3和POM顆粒放到高速混合機，轉數為5000r/min，利用共混加熱和油浴外加熱的方法加熱到1500C，再共混3分鐘后關閉高速共混機，使得納米CaCO3牢牢粘附在熔融軟化的POM顆粒上，而且POM顆粒間沒有發生嚴重粘連。然后將納米CaC03/P0M復合材料在微型共混紡絲機中紡絲，紡絲參數設置為紡絲溫度為205°C，螺桿轉數為lOOr/min，導絲輥轉速為15r/min，得到初生纖維。實施例5先稱取IOOOgPOM和70g經改性的納米CaCO3,納米CaCO3的質量為POM的7%。在粒料放進前，先使200升的高速共混機加熱I個小時，在溫度達到140°C時，將改性納米CaCO3和POM顆粒放到高速混合機，轉數為5000r/min，利用共混加熱和油浴外加熱的方法加熱到1500C，再共混3分鐘后關閉高速共混機，使得納米CaCO3牢牢粘附在熔融軟化的POM顆粒上，而且POM顆粒間沒有發生嚴重粘連。然后將納米CaC03/P0M復合材料在微型共混紡絲機中紡絲，紡絲參數設置為紡絲溫度為205°C，螺桿轉數為lOOr/min，導絲輥轉速為15r/min，得到初生纖維。實施例6先稱取IOOOgPOM和90g經改性的納米CaCO3,納米CaCO3的質量為POM的8%。在粒料放進前，先使200升的高速共混機加熱I個小時，在溫度達到140°C時，將改性納米CaCO3和POM顆粒放到高速混合機，轉數為5000r/min，利用共混加熱和油浴外加熱的方法加熱到1500C，再共混3分鐘后關閉高速共混機，使得納米CaCO3牢牢粘附在熔融軟化的POM顆粒上，而且POM顆粒間沒有發生嚴重粘連。然后將納米CaC03/P0M復合材料在微型共混紡絲機中紡絲，紡絲參數設置為紡絲溫度為205°C，螺桿轉數為lOOr/min，導絲輥轉速為15r/min，得到初生纖維。實施例7將實施例4中得到的初生纖維放在熱空氣浴拉伸裝置中，做導絲輥的轉速為Ir/S，右導絲輥的轉速為3r/s，拉伸倍數為3，熱空氣浴的溫度設定在120°C，得到拉伸后的纖維產品。
權利要求
1.一種改性POM纖維，其特征是所述的改性POM纖維是指POM纖維中均勻分散有I 9wt%的納米碳酸鈣和質量分數為納米碳酸鈣的0. 5 I. 5%的硬脂酸。
2.根據權利要求I所述的一種改性POM纖維，其特征在于，所述的納米碳酸鈣占所述改性POM纖維的質量分數為5%。
3.根據權利要求I所述的一種改性POM纖維，其特征在于，所述的硬脂酸占所述納米碳酸隹丐的質量分數為I. 5%。
4.根據權利要求I所述的一種改性POM纖維，其特征在于，所述的納米碳酸鈣粒徑為50 到 500nm。
5.根據權利要求I或4所述的一種改性POM纖維，其特征在于，所述的納米碳酸鈣粒徑為 78nm。
6.如權利要求I所述的一種改性POM纖維的制備方法，其特征是包括以下步驟 (1)改性納米CaCO3 首先用硬脂酸改性納米CaCO3,將一定量的納米CaCO3放入干燥機中，在溫度110°C下干燥I小時，冷卻至80°C時均勻加入表面處理劑硬脂酸，混合20分鐘停止攪拌，取出待用。
(2)共混包粘 在粒料放進前，先使高速共混機加熱I個小時，在溫度達到140°C時，將改性納米CaCO3和POM顆粒放到高速混合機，轉數為3000到5000r/min，利用共混加熱和油浴外加熱的方法加熱到150°C，再共混3到4分鐘后關閉高速共混機，使得納米CaCO3牢牢粘附在熔融軟化的POM顆粒上，而且POM顆粒間沒有發生嚴重粘連。
(3)熔融紡絲 通過熔融紡絲得到初生纖維，紡絲參數設置為紡絲溫度為205°C，螺桿轉數為IOOr/min，導絲輥轉速為15r/min ； (4)拉伸 再通過熱空氣浴拉伸得到最終的改性POM纖維，把熱空氣浴拉伸機中的加熱裝置里的溫度設定為90到120°C，拉伸倍數為I到8倍。
7.根據權利要求6所述的一種改性POM纖維的制備方法，其特征在于，所述的硬脂酸占所述納米碳酸鈣的質量分數為0. 5 I. 5%。
8.根據權利要求6所述的一種改性POM纖維的制備方法，其特征在于，所述的納米碳酸鈣占所述改性POM纖維的質量分數為I 9wt%。
9.根據權利要求6所述的一種改性POM纖維的制備方法，其特征在于，所述的納米碳酸鈣粒徑為50到500nm。
全文摘要
本發明的一種改性POM纖維及其制備方法首先用納米碳酸鈣改性POM，采用共混包粘的方法制備納米CaCO3/POM復合材料，是將納米CaCO3改性后和POM共混，然后將這種混合物用雙螺桿擠出，造粒，切粒之后再進行干燥，再紡絲。采用本發明的共混包粘法，使得納米CaCO3粒子粘在軟化的POM上，省去了雙螺桿擠出和造粒的步驟，操作流程簡單和成本低，克服了現有共混的諸多缺陷。其次，納米碳酸鈣市場價格低廉，對樹脂的改性效果好。再次，熔融紡絲法工藝簡單，生產效率高，易于實現工業化生產。最后，熱空氣浴拉伸與水浴拉伸相比，能夠在100℃以上的溫度拉伸，改進拉伸條件，得到性能更好的纖維。
文檔編號D01F6/94GK102677217SQ20121016241
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月18日 優先權日2012年5月18日
發明者周建良, 王依民 申請人:東華大學