一种功能性氨纶纤维的制备方法
阅读说明：本技术 一种功能性氨纶纤维的制备方法 (Preparation method of functional spandex fiber ) 是由 张满芬 曹雄飞 曹平 于 2021-08-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种功能性氨纶纤维的制备方法,该制备方法包括如下步骤：利用有机溶剂、A部分石墨烯或纳米碳纤维材料、聚醚二元醇,二异氰酸酯,得到预聚物溶液；预聚物溶液与和扩链溶液反应,熔体经过滤,再由纺丝设备纺丝,制备得到功能性氨纶纤维。本申请的氨纶纤维为多功能型,具有远红外、抑菌、高弹性、高强度、抗静电等特性,应用领域更广泛。(The invention discloses a preparation method of functional spandex fiber, which comprises the following steps: obtaining a prepolymer solution by using an organic solvent, a part A of graphene or carbon nanofiber material, polyether glycol and diisocyanate; and reacting the prepolymer solution with the chain extension solution, filtering the melt, and spinning by spinning equipment to prepare the functional spandex fiber. The spandex fiber is multifunctional, has the characteristics of far infrared, bacteriostasis, high elasticity, high strength, static resistance and the like, and is wider in application field.)
技术领域
本发明涉及化工技术领域，尤其是涉及一种功能性氨纶纤维的制备方法。
背景技术
氨纶纤维具有高断裂伸长(400％以上)、低模量和高弹性回复率而得到广泛应用。除强度较大外，氨纶纤维的其他物理机械性能与天然乳胶丝十分相似，。但其强度比乳胶丝高2～3倍，线密度也更细，并且更耐化学降解。氨纶的耐酸碱性、耐汗、耐海水性、耐干洗性、耐磨性均较好，并耐各种干洗剂和大多数防晒油。
目前氨纶纤维一般用于合成纤维和天然纤维的大多数染料和整理剂，也适用于氨纶的染色和整理，但其应用范围具有较大的局限性。基于上述优异的性能，如何扩大其应用领域，实现氨纶纤维价值的最大化，成为本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种具有多种对人体具有有益功能的功能性氨纶纤维的制备方法。
为解决上述技术问题，采用的技术方案为：一种功能性氨纶纤维的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
1)预聚物的制备：将有机溶剂、A部分石墨烯和/或纳米碳纤维材料、聚醚二元醇，然后按照NCO/OH＝1.70～1.90的比例，加入二异氰酸酯；预聚反应温度控制为70～80℃，反应时间为 3.0～4h，反应过程中通入氮气进行保护，得到预聚物溶液；
2)将B部分石墨烯和/或纳米碳纤维材料、氧化锌纳米颗粒和/ 或二氧化钛纳米颗粒、与混合胺、辅料助剂在有机溶剂中混匀，得到混合胺溶液；
3)将所述预聚物溶液和扩链溶液计量加入反应釜混合反应，反应釜内的温度加温至150～208℃，混合反应时间45～48分钟，反应结束，减压除去有机溶剂，反应釜内反应的原料直接输送至熔体过滤器中过滤，熔体过滤器中的温度218±2℃；
5)经熔体过滤器过滤的物料连续通过连续两个计量输送泵进输送到纺丝箱，纺丝箱内的温度215～218℃，然后通过纺丝箱组件滤网喷丝板，喷出丝条；喷丝板孔径16丝，滤网密度300目；
6)喷出丝条通过风道冷却，风温25℃，风速0.3m/S；风湿 51℃；
7)风道冷却后经20HZ油辊上油，然后进行导丝辊导丝拉伸，经导丝辊导丝拉伸后进入卷绕机卷绕成型，卷绕机卷绕速度 580M/Min，4.6～5.5旦高弹模氨纶纤维丝落丝后进入烘房熟化，熟化的温度40℃，熟化时间18小时，熟化后检测，制备得到功能性氨纶纤维；
所述A部分石墨烯和/或纳米碳纤维材料与B部分石墨烯和/或纳米碳纤维材料的质量比为3～5:4～7。
所述聚醚二元醇的数均分子量为2000～2500，分子量分布为 1.4～1.5。
所述的石墨烯或纳米碳纤维材料的添加量占功能性氨纶纤维质量的8～10％。
所述有机溶剂为N，N-二甲基乙酰胺。
所述预聚物溶液的固含量为38％～40％。
所述混合胺为:乙二胺、丙二胺、戊二胺和二乙胺中的两种或多种的混合物。
所述的其它辅料助剂为：抗氧化剂、抗紫外助剂、染色助剂、消光剂中的一种或几种。
所述的进行导丝辊导丝拉伸，经四级导丝辊拉伸，导丝辊参数为：下导丝辊1：14.86Hz、140m/min，上导丝辊1：15.39Hz、 135m/min；下导丝辊2：15.39Hz、135m/min，上导丝辊2： 15.39Hz，135m/min；下导丝辊3：15.92Hz，150m/min，上导丝辊 3：15.92Hz、150m/min；下导丝辊4：16.99Hz、160m/min，上导丝辊4：16.99Hz、160m/min。
所述的氧化锌纳米颗粒和/或二氧化钛纳米颗粒的添加量占功能性氨纶纤维质量的1～3％。
有益效果：本发明采用分步加石墨烯材料的方式，使石墨烯材料在低聚物分子中、高聚物分子中以及聚合物表面等多个维度分别嵌入，促使石墨烯在纤维分子链上、链和链之间、以及纤维表面形成了石墨烯的缓冲连接点，从而使纤维分子内及分子间被石墨烯从微观到宏观串联，充分发挥两者的优异性能，两者复合而成的纤维相比传统氨纶纤维在力学方面的性能更优异，尤其是断裂强度。
将所述纳米颗粒固着在氨纶纤维上后，所得改性氨纶纤维即获得了氧化锌以及二氧化钛等纳米颗粒具有的良好抗菌性能，结合氨纶纤维本身的优良性能，即得到了同时兼具良好的亲水性和抗菌性的改性氨纶纤维材料。
本申请的氨纶纤维为多功能型，具有远红外、抑菌、高弹性、高强度、抗静电等特性，应用领域更广泛。
具体实施方式
下面对本发明的方法予以进一步地说明，但并不因此而限制本发明。
实施例1
功能性氨纶纤维的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
1)预聚物的制备：将N，N-二甲基乙酰胺、A部分石墨烯、聚醚二元醇，然后按照NCO/OH＝1.70～1.90的比例，加入二异氰酸酯；预聚反应温度控制为70～80℃，反应时间为3.0～4h，反应过程中通入氮气进行保护，得到固含量为38％～40％预聚物溶液；所述聚醚二元醇的数均分子量为2000～2500，分子量分布为1.4～1.5。
2)将B部分石墨烯、氧化锌纳米颗粒和/或二氧化钛纳米颗粒、与混合胺、辅料助剂在N，N-二甲基乙酰胺中混匀，得到混合胺溶液；
所述的氧化锌纳米颗粒和/或二氧化钛纳米颗粒的添加量占功能性氨纶纤维质量的2％；
所述的石墨烯的添加量占功能性氨纶纤维质量的10％；
所述A部分石墨烯与B部分石墨烯的质量比为5:7；
3)将所述预聚物溶液和扩链溶液计量加入反应釜混合反应，反应釜内的温度加温至150～208℃，混合反应时间45～48分钟，反应结束，减压除去N，N-二甲基乙酰胺，反应釜内反应的原料直接输送至熔体过滤器中过滤，熔体过滤器中的温度218±2℃；
5)经熔体过滤器过滤的物料连续通过连续两个计量输送泵进输送到纺丝箱，纺丝箱内的温度215～218℃，然后通过纺丝箱组件滤网喷丝板，喷出丝条；喷丝板孔径16丝，滤网密度300目；
6)喷出丝条通过风道冷却，风温25℃，风速0.3m/S；风湿 51℃；
7)风道冷却后经20HZ油辊上油，然后进行导丝辊导丝拉伸，下导丝辊1：14.86Hz、140m/min，上导丝辊1：15.39Hz、 135m/min；下导丝辊2：15.39Hz、135m/min，上导丝辊2：15.39Hz，135m/min；下导丝辊3：15.92Hz，150m/min，上导丝辊 3：15.92Hz、150m/min；下导丝辊4：16.99Hz、160m/min，上导丝辊4：16.99Hz、160m/min；经导丝辊导丝拉伸后进入卷绕机卷绕成型，卷绕机卷绕速度580M/Min，4.6～5.5旦高弹模氨纶纤维丝落丝后进入烘房熟化，熟化的温度40℃，熟化时间18小时，熟化后检测，制备得到功能性氨纶纤维；
所述混合胺为乙二胺和丙二胺的混合物。
所述的其它辅料助剂：抗氧化剂、抗紫外助剂、染色助剂。
实施例2
功能性氨纶纤维的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
1)预聚物的制备：将N，N-二甲基乙酰胺、A部分纳米碳纤维材料、聚醚二元醇，然后按照NCO/OH＝1.70～1.90的比例，加入二异氰酸酯；预聚反应温度控制为70～80℃，反应时间为3.0～4h，反应过程中通入氮气进行保护，得到固含量为38％～40％的预聚物溶液；所述聚醚二元醇的数均分子量为2000～2500，分子量分布为 1.4～1.5
2)将B部分纳米碳纤维材料、氧化锌纳米颗粒和/或二氧化钛纳米颗粒、与混合胺、辅料助剂在N，N-二甲基乙酰胺中混匀，得到混合胺溶液；
所述A部分纳米碳纤维材料与B部分纳米碳纤维材料的质量比为3:7；
所述的纳米碳纤维材料的添加量占功能性氨纶纤维质量的9％；所述的氧化锌纳米颗粒和/或二氧化钛纳米颗粒的添加量占功能性氨纶纤维质量的3％；
3)将所述预聚物溶液和扩链溶液计量加入反应釜混合反应，反应釜内的温度加温至150～208℃，混合反应时间45～48分钟，反应结束，减压除去N，N-二甲基乙酰胺，反应釜内反应的原料直接输送至熔体过滤器中过滤，熔体过滤器中的温度218±2℃；
5)经熔体过滤器过滤的物料连续通过连续两个计量输送泵进输送到纺丝箱，纺丝箱内的温度215～218℃，然后通过纺丝箱组件滤网喷丝板，喷出丝条；喷丝板孔径16丝，滤网密度300目；
6)喷出丝条通过风道冷却，风温25℃，风速0.3m/S；风湿 51℃；
7)风道冷却后经20HZ油辊上油，然后进行导丝辊导丝拉伸，下导丝辊1：14.86Hz、140m/min，上导丝辊1：15.39Hz、 135m/min；下导丝辊2：15.39Hz、135m/min，上导丝辊2：15.39Hz，135m/min；下导丝辊3：15.92Hz，150m/min，上导丝辊 3：15.92Hz、150m/min；下导丝辊4：16.99Hz、160m/min，上导丝辊4：16.99Hz、160m/min；经导丝辊导丝拉伸后进入卷绕机卷绕成型，卷绕机卷绕速度580M/Min，4.6～5.5旦高弹模氨纶纤维丝落丝后进入烘房熟化，熟化的温度40℃，熟化时间18小时，熟化后检测，制备得到功能性氨纶纤维；
所述混合胺为乙二胺、戊二胺的混合物。
所述的其它辅料助剂：抗氧化剂、抗紫外助剂、染色助剂和消光剂。
实施例3
与实施例1的区别仅在于：步骤1)和步骤2)中添加任意比例的石墨烯和纳米碳纤维材料的混合物，石墨烯和纳米碳纤维材料的添加量占功能性氨纶纤维质量的调整为8％。
实施例4
与实施例1的区别仅在于将氧化锌纳米颗粒和/或二氧化钛纳米颗粒的添加量占功能性氨纶纤维质量的调整为1％。
实施例1-4所得功能纤维，进行性能测试，测试结果见下表：
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