本發(fā)明涉及聚酰胺纖維，具體涉及一種高透明度、高韌性聚酰胺纖維的制備方法。
背景技術(shù)：
1、聚酰胺材料因其優(yōu)異的力學(xué)性能和耐磨性被廣泛應(yīng)用。在鞋底領(lǐng)域，為了提高聚酰胺材質(zhì)的鞋底的柔韌性和抗沖擊韌性，通常會在聚酰胺基體中添加乙烯-α-烯烴共聚物彈性體等增韌改性劑。然而，這種常見的改性方式在應(yīng)用到纖維制備流程中，雖然可以一定程度上提高纖維的韌性，但是纖維本身的透明度會隨韌性提升而嚴(yán)重下降。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于克服背景技術(shù)中存在的上述缺陷或問題，提供一種高透明度、高韌性聚酰胺纖維的制備方法，其制備得到的聚酰胺纖維具有良好的韌性和較高的透明度。
2、為達(dá)成上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
3、技術(shù)方案一：一種高透明度、高韌性的聚酰胺纖維的制備方法，其包括：s10：將聚酰胺與乙烯-α-烯烴共聚物彈性體熔融共混，并在高剪切作用下擠出，獲得改性熔體；s20：將所述改性熔體通過噴絲板擠出形成初生絲條后送入冷卻區(qū)進(jìn)行快速冷卻處理，得到初生纖維；所述初生絲條在所述冷卻區(qū)的停留時間為0.1至0.3秒，所述冷卻區(qū)采用氮?dú)庾鳛槔鋮s介質(zhì)，且所述氮?dú)獾臏囟葹?0至14攝氏度；s30：對所述初生纖維進(jìn)行熱拉伸處理，得到拉伸纖維；s40：對所述拉伸纖維進(jìn)行熱定型處理，得到所述聚酰胺纖維。
4、基于技術(shù)方案一的技術(shù)方案二：所述s10中的聚酰胺為聚酰胺612，且所述乙烯-α-烯烴共聚物彈性體為乙烯-辛烯共聚物。
5、基于技術(shù)方案二的技術(shù)方案三：在步驟s10之前，還包括預(yù)處理步驟：將所述聚酰胺612在80-100℃的溫度下干燥4-6小時，直至其含水率低于0.1％。
6、基于技術(shù)方案二的技術(shù)方案四：所述s10中使用的原料按重量份計(jì)包括：98.5-99.5份的所述聚酰胺612，以及0.5-1.5份的所述乙烯-辛烯共聚物。
7、基于技術(shù)方案四的技術(shù)方案五：所述聚酰胺612的相對粘度為2.8-3.4，且所述聚酰胺612與所述乙烯-辛烯共聚物在235℃、2.16kg載荷下的熔融指數(shù)比值為0.8-1.2。
8、基于技術(shù)方案一的技術(shù)方案六：所述s10中的高剪切作用通過雙階共混擠出機(jī)實(shí)現(xiàn)，所述擠出機(jī)的第一階為屏障型螺桿區(qū)，第二階為由馬多克式元件與銷釘式元件串聯(lián)組成的混合區(qū)。
9、基于技術(shù)方案六的技術(shù)方案七：所述屏障型螺桿區(qū)的屏障間隙為0.8-1.5mm，并且通過調(diào)節(jié)擠出機(jī)轉(zhuǎn)速將所述改性熔體的熔體壓力穩(wěn)定控制在10-14mpa。
10、基于技術(shù)方案一的技術(shù)方案八：所述s20中的噴絲板的孔徑為0.4-1.2mm，且長徑比為3-5；且所述初生絲條的紡絲速度為300-1200米/分鐘。
11、基于技術(shù)方案一的技術(shù)方案九：所述s30中的熱拉伸處理為兩段式熱拉伸，包括：s31：在溫度為65-75℃的條件下，以1.8-2.2倍的拉伸倍數(shù)進(jìn)行第一段拉伸；s32：將在第一段拉伸后得到的纖維，在溫度為150-170℃的條件下，以1.7-2.3倍的拉伸倍數(shù)進(jìn)行第二段拉伸；其中，所述兩段式熱拉伸的總拉伸倍數(shù)為3.0-5.1倍。
12、基于技術(shù)方案一的技術(shù)方案十：所述s40中的熱定型處理為保持1-5％回縮率的張力下，通過溫度為180-200℃的熱定型區(qū)進(jìn)行。
13、由上述對本發(fā)明的描述可知，相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果：
14、技術(shù)方案一提供一種高透明度、高韌性的聚酰胺纖維的制備方法，該制備方法通過對熔融共混、快速冷卻、熱拉伸及熱定型等步驟進(jìn)行系統(tǒng)性的協(xié)同控制，制備出兼具高透明度和高韌性的聚酰胺纖維。
15、首先，本技術(shù)方案解決了因添加不相容的彈性體而導(dǎo)致纖維透明度嚴(yán)重下降的問題。該問題出現(xiàn)的原因在于，聚酰胺與乙烯-α-烯烴共聚物彈性體在高溫熔融狀態(tài)下天然地傾向于相互排斥和分離。在常規(guī)的、相對緩慢的冷卻過程中，分散的彈性體液滴有充足的時間移動、合并，從而長大成尺寸為微米級的顆粒。當(dāng)這些顆粒的尺寸大于可見光的波長時，它們會阻礙并散射試圖穿過纖維的光線，這使得纖維在宏觀上呈現(xiàn)不透明的乳白色。本技術(shù)方案通過s10和s20兩個步驟的緊密耦合來解決此問題。s10中的高剪切作用并非簡單的混合，它的目的是利用強(qiáng)大的機(jī)械力將彈性體相強(qiáng)行破碎并均勻分散，在熔體階段制備出一個彈性體尺寸處于納米級別的、均勻的混合物。然而，這個納米級的混合物是不穩(wěn)定的，會自發(fā)地重新聚集長大。因此，s20中的快速冷卻處理是必不可少的銜接步驟。通過將初生絲條在冷卻區(qū)的停留時間控制在0.1至0.3秒的極短時間窗口內(nèi)，并使用10至14攝氏度的低溫氮?dú)膺M(jìn)行冷卻，能夠在彈性體顆粒發(fā)生聚集長大之前，迅速地將整個絲條的溫度降至分子鏈無法移動的程度。s10的高剪切作用創(chuàng)造了一個理想的納米級分散結(jié)構(gòu)，而s20的快速冷卻則將這個理想但暫時的結(jié)構(gòu)永久性地固定下來。這兩個步驟作為一個不可分割的整體，共同作用，從根本上阻止了能夠散射光線的大尺寸顆粒的形成，從而使最終的纖維獲得了高透明度。
16、其次，本技術(shù)方案解決了因引入柔軟的彈性體而導(dǎo)致纖維斷裂強(qiáng)度下降的問題。在共混材料中，柔軟的彈性體顆粒通常無法有效傳遞載荷，在纖維受力時會成為應(yīng)力集中點(diǎn)，從而降低纖維的整體強(qiáng)度。本發(fā)明的技術(shù)方案通過s30和s40的協(xié)同作用，對纖維的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了重塑，以克服這一缺陷。s30的熱拉伸處理，其作用是使聚酰胺的分子鏈在應(yīng)力作用下沿著纖維軸向進(jìn)行伸展和排列，形成高度有序且強(qiáng)韌的結(jié)晶區(qū)域。這些結(jié)晶區(qū)域在纖維內(nèi)部構(gòu)成了連續(xù)的承力主體。而s40的熱定型處理，則使這個在拉伸過程中形成的、高度有序的分子鏈結(jié)構(gòu)得以穩(wěn)定和完善，確保了其所賦予的強(qiáng)度不會在使用中喪失。因此，纖維的最終強(qiáng)度主要來源于在s30和s40中構(gòu)建起的、由聚酰胺分子自身形成的、高度取向的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，而不是依賴于柔軟的彈性體相。通過這種方式，本方案在利用彈性體獲得韌性的同時，通過對聚酰胺基體自身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，保持了纖維的高強(qiáng)度。
17、最后，本技術(shù)方案還解決了將不相容材料進(jìn)行高速工業(yè)化生產(chǎn)時穩(wěn)定性差、易斷裂的問題。該問題源于共混熔體內(nèi)部任何微小的不均勻都會在高速拉伸的巨大應(yīng)力下被放大，成為斷裂的起點(diǎn)。本技術(shù)方案通過各個步驟的連鎖效應(yīng)，系統(tǒng)性地提升了生產(chǎn)穩(wěn)定性。s10中的高剪切共混制備出了一份組分高度均勻的改性熔體，這為后續(xù)穩(wěn)定的紡絲過程提供了物料基礎(chǔ)。更重要的是，由s10和s20協(xié)同作用所制備并固定的均勻納米級彈性體粒子，在后續(xù)s30的高速拉伸過程中，能夠起到分散應(yīng)力集中的作用，提高了熔體本身的韌性和延展能力，從而抑制了絲條的斷裂傾向。
18、技術(shù)方案二中，將聚酰胺限定為聚酰胺612，并將乙烯-α-烯烴共聚物彈性體限定為乙烯-辛烯共聚物。聚酰胺612相較于其他常規(guī)聚酰胺，其自身的分子鏈結(jié)構(gòu)使其具有更好的尺寸穩(wěn)定性和較低的吸濕性，這為最終纖維產(chǎn)品在不同濕度環(huán)境下的性能一致性提供了基礎(chǔ)。同時，乙烯-辛烯共聚物作為增韌劑，其分子結(jié)構(gòu)與聚酰胺612基體匹配時，能夠在高剪切作用下更容易被分散，并能與聚酰胺基體形成良好的界面結(jié)合，從而在提供韌性的同時，更有利于最終復(fù)合材料力學(xué)性能的整體表現(xiàn)。
19、技術(shù)方案三中，增加了對聚酰胺612進(jìn)行預(yù)干燥的步驟。聚酰胺材料在高溫熔融狀態(tài)下對水分極為敏感，殘留的水分會引發(fā)其分子鏈發(fā)生水解斷裂，導(dǎo)致熔體粘度急劇且不可預(yù)測地下降。這種粘度下降會直接破壞s10中熔融共混的穩(wěn)定狀態(tài)，并嚴(yán)重影響s20中紡絲過程的連續(xù)性，是導(dǎo)致最終纖維性能不均和生產(chǎn)中斷的主要原因之一。通過在s10之前增加這一嚴(yán)格的干燥預(yù)處理步驟，將聚酰胺612的含水率控制在低于0.1％的極低水平，能夠從根本上杜絕水解降解的發(fā)生，確保了整個加工過程中熔體粘度的穩(wěn)定性和一致性。
20、技術(shù)方案四中，限定了聚酰胺、乙烯-α-烯烴共聚物彈性體的具體重量配比。添加過多的乙烯-辛烯共聚物雖然能進(jìn)一步提升韌性，但會更難被充分分散，并可能超出后續(xù)拉伸工藝所能補(bǔ)償?shù)膹?qiáng)度損失范圍，同時增加成本。而添加過少則無法達(dá)到預(yù)期的增韌效果。限定的0.5-1.5份的微量添加范圍，是在s10的高剪切作用下能夠被充分納米化、并在s30的熱拉伸中能夠被完全補(bǔ)償強(qiáng)度損失的最佳區(qū)間。它實(shí)現(xiàn)了以最小的彈性體用量來獲得顯著的韌性提升。
21、技術(shù)方案五中，限定了聚酰胺612的相對粘度和兩種組分的熔融指數(shù)比值。要將彈性體相強(qiáng)行破碎成納米級微滴，需要熔融的聚酰胺612基體能夠有效地將擠出機(jī)螺桿施加的機(jī)械剪切力傳遞過去。如果基體粘度過低，它就無法對彈性體相產(chǎn)生足夠的撕裂力。限定的2.8-3.4的相對粘度，確保了聚酰胺612基體具有足夠高的熔體強(qiáng)度來完成這一任務(wù)。同時，限定兩種組分的熔融指數(shù)比值在0.8-1.2的范圍內(nèi)，即兩者粘度接近，能夠使得剪切力在兩相界面上的傳遞效率達(dá)到最高，從而能以最低的能耗實(shí)現(xiàn)最理想的分散效果。
22、技術(shù)方案六中，限定通過雙階共混擠出機(jī)來實(shí)現(xiàn)高剪切作用。該擠出機(jī)的雙階設(shè)計(jì)具有明確的分工：第一階的屏障型螺桿區(qū)，通過其狹窄的間隙對物料施加強(qiáng)烈的剪切，負(fù)責(zé)對彈性體相進(jìn)行初步的、強(qiáng)制性的破碎；第二階由馬多克式與銷釘式元件組成的混合區(qū)，則負(fù)責(zé)對已經(jīng)初步破碎的顆粒進(jìn)行進(jìn)一步的打散和均勻的分布。這種結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)，相較于常規(guī)的單螺桿擠出機(jī)，能夠提供更強(qiáng)大、更可控、更均一的剪切和混合效果。
23、技術(shù)方案七中，對擠出過程中的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)尺寸和工藝參數(shù)進(jìn)行了量化。屏障型螺桿區(qū)0.8-1.5mm的屏障間隙，是對施加強(qiáng)剪切作用的核心部件進(jìn)行的精確尺寸限定，確保了剪切強(qiáng)度能夠達(dá)到足以破碎彈性體相的水平。更重要的是，將改性熔體的熔體壓力穩(wěn)定控制在10-14mpa，通過閉環(huán)控制擠出機(jī)轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)恒定的熔體壓力，能夠確保從擠出機(jī)到噴絲板的熔體輸送是恒量、恒壓的，消除了因流量和壓力波動導(dǎo)致的初生絲條直徑不均的問題。
24、技術(shù)方案八中，對s20步驟的紡絲工藝參數(shù)進(jìn)行了進(jìn)一步的限定。對噴絲板孔徑和長徑比的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可保證熔體離開噴絲板時所形成的初生絲條的形態(tài)和均勻性。將紡絲速度限定在300-1200米/分鐘，這一紡絲速度與s20中0.1-0.3秒的停留時間是緊密耦合的。正是通過調(diào)節(jié)在此范圍內(nèi)的紡絲速度，并匹配相應(yīng)長度的冷卻區(qū)，才得以精確地實(shí)現(xiàn)該極短的停留時間，從而保障了快速冷卻處理效果的達(dá)成。
25、技術(shù)方案九中，將熱拉伸處理限定為兩段式熱拉伸，并給出了各段的工藝參數(shù)和總拉伸倍數(shù)。第一段在65-75℃的低溫、低倍率拉伸，其目的并非取向結(jié)晶，而是安全地解開無定形區(qū)的分子鏈，避免在作為應(yīng)力集中點(diǎn)的彈性體微滴周圍產(chǎn)生微裂紋，保證了復(fù)合體系在拉伸過程中的結(jié)構(gòu)完整性。第二段在150-170℃的高溫、高倍率拉伸，則是在分子鏈已被理順的安全前提下，高效地誘導(dǎo)其形成高度取向的微晶網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建起承載強(qiáng)度的主要結(jié)構(gòu)。3.0-5.1倍的總拉伸倍數(shù)則確保了分子鏈獲得充分的取向。這種拉伸策略，可有效提高纖維的韌性和強(qiáng)度。
26、技術(shù)方案十中，對熱定型處理進(jìn)行了限定。在180-200℃的高溫下進(jìn)行熱處理，能夠使s30中形成的、高度取向的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)一步完善，消除其中的缺陷，并充分松弛分子鏈的內(nèi)應(yīng)力。更關(guān)鍵的是，限定該過程在保持1-5％回縮率的恒定張力下進(jìn)行，能夠有效防止分子鏈在熱作用下發(fā)生無序的回縮和松弛，確保最終纖維產(chǎn)品具有優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性。