專利名稱：一種聚丙烯纖維的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚丙烯纖維，屬高分子材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
聚丙烯纖維(俗稱丙綸)及其生產(chǎn)工藝都是很成熟的技術(shù)，現(xiàn)有的聚丙烯纖維主要用于紡織品，考慮的是材料的成纖性、可紡性、可染性、耐污性、抗靜電性、抗起球性等。因此，一般的聚丙烯纖維是用來做織物的，不含能提高材料力學(xué)性能的助劑，所以不能用于與玻璃纖維、碳纖維、金屬纖維、芳綸纖維等增強(qiáng)纖維混用來制造復(fù)合材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的就是現(xiàn)有的聚丙烯纖維不能用于與玻璃纖維、碳纖維、金屬纖維、芳綸纖維等增強(qiáng)纖維混用來制造復(fù)合材料技術(shù)問題，為人們提供一種新的能滿足復(fù)合材料的界面結(jié)合性能、力學(xué)性能等要求的聚丙烯纖維。
本發(fā)明所述的聚丙烯纖維和一般聚丙烯纖維的主要差別是其成份，各成份的具體重量比如下A、70-97.5％的聚丙烯；F、0.5-15％的改性聚丙烯；G、0.1-5％的成核劑；H、0.1-20％的碳黑和(或)納米SiO2；I、0-1％的除碳黑以外的著色劑。
前述聚丙烯為熔融指數(shù)在0.3-50克/10分鐘之間的普通PP粒料、粉料、回收料等。
前述改性聚丙烯為用馬來酸酐等原料改性過的PP，接枝率在0.1％-10％之間，其主要作用是在聚丙烯纖維與增強(qiáng)纖維混用制造復(fù)合材料時提高基體聚丙烯與增強(qiáng)纖維的界面結(jié)合，從而提高材料力學(xué)性能。聚丙烯纖維的直徑在4微米至1毫米之間，優(yōu)選范圍在10微米至0.1毫米之間。
前述成核劑的其作用是使PP與纖維界面處產(chǎn)生大量界面橫晶，提高PP的晶核密度，從而提高材料的強(qiáng)度，主要的成核劑有喹吖酮，對苯二酚，聚苯胺黃，二芐叉山梨醇衍生物，一元、二元脂肪酸、芳族或脂環(huán)族羧酸的堿金屬鹽可鋁鹽，磷酸酯類金屬鹽，這一類物質(zhì)加入聚丙烯中后能提高其結(jié)晶溫度、熱變形溫度以及拉伸強(qiáng)度，它們可以單獨(dú)使用或復(fù)配使用；前述碳黑是具有增強(qiáng)、補(bǔ)強(qiáng)及吸收紫外線作用的碳黑，包括爐法碳黑、熱法碳黑、槽法碳黑和燈法碳黑，細(xì)度在10-200nm使用它后能明顯提高聚丙烯的各種強(qiáng)度值，納米SiO2經(jīng)過偶聯(lián)劑表面處理過，細(xì)度在1-100nm之間，具有增強(qiáng)作用。
本發(fā)明使用的納米SiO2細(xì)度在1-100nm之間，具有增強(qiáng)作用。并且很重要的一點(diǎn)，由于碳黑和SiO都是一種微波的吸波材料，因此本發(fā)明可用在使用微波作加熱源的加工場合。
前述除碳黑以外的著色劑是指染料或顏料粉末、分散粉末著色劑、濕潤性著色劑、液體著色劑和濃縮母料。使用濃縮母料時，著色劑的量按濃縮母料中著色劑的百分含量和濃縮母料用量的百分?jǐn)?shù)相乘而計(jì)算得到。它們是可以賦予聚丙烯顏色的加工助劑，視顏色要求，可以單獨(dú)使用或按任意比例復(fù)配使用或不使用。
當(dāng)使用除碳黑以外的著色劑時，一般不使用碳黑，可以只使用納米SiO2，這樣能保證較好的著色效果。如果不使用除碳黑以外的其它的著色劑，可同時使用碳黑、SiO2，這樣對提高材料的強(qiáng)度很有幫助。
本發(fā)明的主要工藝路線根據(jù)需要，各種原料經(jīng)混料機(jī)混和、擠出機(jī)造粒、擠出紡絲機(jī)拉制纖維。擠出紡絲機(jī)工藝和一般聚丙烯纖維相同。拉絲時不需牽伸，生產(chǎn)效率高。一般可不用油劑，可用水代替油劑，這樣可保證以后用于制造復(fù)合材料時，復(fù)合材料的良好的界面。一般的由小分子物質(zhì)組成的油劑會對復(fù)合材料界面造成不良影響。
聚丙烯纖維的生產(chǎn)是成熟的技術(shù)，本發(fā)明的特殊之處是在聚丙烯纖維的配方中引入了所需的塑料加工助劑，雖然增加了聚丙烯纖維成纖的難度，但由于對纖維的細(xì)度精度要求不高，可以適當(dāng)提高纖維直徑，降低成纖難度。纖維直徑增加后，當(dāng)將聚丙烯纖維用于和玻璃纖維等增強(qiáng)纖維一起制造復(fù)合材料時，會影響聚丙烯纖維和玻璃纖維等增強(qiáng)材料纖維的分散程度，影響復(fù)合材料性能，需要進(jìn)行比較，確定最佳的纖維直徑。
用本發(fā)明方法制得的聚丙烯纖維可和玻璃纖維等增強(qiáng)纖維混用制造各種混纖紗、氈、布、紡織物、編織物，然后再預(yù)成型或直接加工成復(fù)合材料制品。這時，玻璃纖維等增強(qiáng)纖維含量可達(dá)到60％(重量百分比)以上。聚丙烯對增強(qiáng)纖維的浸漬效果好、分散效果好、界面結(jié)合好，其性能明顯高于短切纖維增強(qiáng)或其它長纖維增強(qiáng)聚丙烯的效果，也好于普通聚丙烯纖維與增強(qiáng)纖維使用混纖紗方法制得的復(fù)合材料，性能提高30％至100％或更多，成型工藝對性能的影響也很大。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1(例中的數(shù)據(jù)為各種料的重量百分比)(1)將以下的料在混料機(jī)中混合聚丙烯(熔融指數(shù)12)87.5改性聚丙烯(馬來酸酐接技率0.3％) 5.0成核劑DBS(二芐叉山梨醇) 0.5碳黑 7.0(2)將混合好的料加入造粒機(jī)的料斗，擠出造粒。造粒擠出機(jī)各段的溫度控制在I段140℃；II段160℃； III段180℃模頭溫度190℃(3)將粒料加入到拉絲擠出機(jī)中進(jìn)行拉絲?？刂评z擠出機(jī)模頭溫度260-280℃，聚丙烯纖維的直徑控制在12微米至14微米之間。20根纖維一束進(jìn)行卷取。
(4)使用拉制好的聚丙烯纖維和玻璃纖維按50∶50的重量比，均勻相混配，制得混纖針刺氈，用該氈壓制得增強(qiáng)聚丙烯片材，測得材料的抗拉強(qiáng)度為111Mpa，抗彎強(qiáng)度為149MPa，而用純聚丙烯纖維與玻璃纖維同比例制得的氈，熱壓成片材后測得抗拉強(qiáng)度42MPa，抗彎強(qiáng)度36MPa。
實(shí)施例2-3將不同配方的聚丙烯料按實(shí)施例1的方法制得聚丙烯纖維、造粒、制針刺氈后測材料的抗拉強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度，數(shù)據(jù)列表如下

表中編號0是對比樣。
權(quán)利要求
1.一種聚丙烯纖維，其特征在于由下列組份按下述重量比制成A、70-97.5％的聚丙烯；B、0.5-15％的改性聚丙烯；C、0.1-5％的成核劑；D、0.1-20％的碳黑和(或)納米SiO2；E、0-1％的除碳黑以外的著色劑。
2.如權(quán)利要求1所述的聚丙烯纖維，其特征在于所述的聚丙烯的熔融指數(shù)在0.3-50克/10分鐘之間。
3.如權(quán)利要求1所述的聚丙烯纖維，其特征在于所述的改性聚丙烯是用馬來酸酐接枝改性的，接枝率在0.1-10％之間。
4.如權(quán)利要求1所述的聚丙烯纖維，其特征在于所述的成核劑可以是指喹吖酮，對苯二酚，聚苯胺黃，二芐叉山梨醇衍生物，一元、二元脂肪酸、芳族或脂環(huán)族羧酸的堿金屬鹽可鋁鹽，磷酸酯類金屬鹽中的任意一種。
5.如權(quán)利要求1所述的聚丙烯纖維，其特征在于所述的碳黑是具有增強(qiáng)、補(bǔ)強(qiáng)及吸收紫外線作用的碳黑，包括爐法碳黑、熱法碳黑、槽法碳黑和燈法碳黑，細(xì)度在10-200nm之間。
6.如權(quán)利要求1所述的聚丙烯纖維，其特征在于所述的納米SiO2細(xì)度在1-100nm之間。
7.如權(quán)利要求1所述的聚丙烯纖維，其特征在于所述的聚丙烯纖維的直徑在4微米至1毫米之間。
8.如權(quán)利要求1所述的聚丙烯纖維，其特征在于所述的聚丙烯纖維的直徑的優(yōu)選范圍在10微米至0.1毫米之間。
9.如權(quán)利要求1所述的聚丙烯纖維，其特征在于，除碳黑以外的著色劑是指染料或顏料粉末、分散粉末著色劑、濕潤性著色劑、液體著色劑和濃縮母料，視顏色要求，可以單獨(dú)使用或復(fù)配使用或不使用。
10.如權(quán)利要求9所述的聚丙烯纖維，其特征在于使用濃縮母料作著色劑時，著色劑的量按濃縮母料中著色劑的百分含量和濃縮母料用量的百分?jǐn)?shù)相乘而計(jì)算得到。
11.如權(quán)利要求1所述的聚丙烯纖維，其特征在于拉制后的纖維不經(jīng)過牽伸，收卷后直接用于混纖法復(fù)合材料成型。
12.如權(quán)利要求1所述的聚丙烯纖維，其特征在于拉制纖維時，不使用油劑，必要時可使用水代替油劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種聚丙烯纖維，由下列組份按下述重量比制成A.70－97.5％的聚丙烯；B.0.5－15％的改性聚丙烯；C.0.1－5％的成核劑；D.0.1－20％的碳黑和(或)納米SiO
文檔編號D01F6/46GK1928170SQ20051009423
公開日2007年3月14日 申請日期2005年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月6日
發(fā)明者夏濤, 趙謙, 彭基成, 趙東波, 費(fèi)傳軍, 戴方畢, 黃建洧 申請人:中材科技股份有限公司