摘要：本发明公开了一种高强度耐热型工业丝的制备方法，属于工业技术领域。本发明将剑麻和棉秸经过高温碱液水煮提取出其中含有的植物纤维成分，经过碱液加热后溶解纤维中的小分子杂质、半纤维素等成分，使得提取得到的纤维成分表面的粗糙程度增加，提高纤维的比表面积，提高纤维与周围其它分子的接触程度，从而利用纤维成分提高工业丝中各成分之间的粘结紧密程度，提高工业丝的结构强度，增强工业丝的耐磨性能、韧性等，利用纤维表面的羟基作为引发剂，通过丙交酯在纤维表面共聚反应，从而在纤维上接枝聚乳酸分子支链，增强纤维与聚酯成分的相容性，提高工业丝的耐磨性以及耐久性，同时纤维中引入锡氧键增强纤维的热稳定性和力学性能。
技术要点
1.一种高强度耐热型工业丝的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）将改性纤维产物与聚酯切片投入粉碎机中粉碎混合得到混合物料，将混合物料置于结晶器中，升高结晶器中温度至160～180℃，恒温静置80～120min，静置后投入预热器中，在温度为200～220℃的条件下静置20～24h制得预制产物；
（2）将双螺杆挤出机各区温度升高，螺杆转速设定为20～25r/min，挤出压力设定为15～17MPa，将预制产物投入双螺杆挤出机中的进料阀中进行放流，产出熔体，熔体投入纺丝组件中，经过喷丝孔喷出，喷出后经过温度为16～20℃、湿度为60～70%的侧吹风冷却即得高强度耐热型工业丝；
所述的改性纤维产物的具体制备步骤为：
（1）将剑麻与棉秸投入粉碎机中粉碎混合，粉碎后投入烘箱中在温度为110～120℃的条件下干燥60～80min得到混合物料，将混合物料与质量分数为12～15%的氢氧化钠溶液投入烧杯中，用搅拌装置以300～400r/min的转速搅拌15～20min制得混合浆液；
（2）将烧杯置于水浴温度为50～70℃的水浴锅中，恒温下用搅拌器以500～600r/min的转速搅拌30～40min制得反应混合液，向烧杯中加入甲苯，继续用搅拌器以500～600r/min的转速搅拌30～40min制得预制溶液；
（3）将预制溶液与氯化钙投入三口烧瓶中，将三口烧瓶置于电阻加热套中，升高加热套内温度至108～115℃，恒温静置20～30min，加热后制得反应混合液，向三口烧瓶中加入辛酸亚锡，恒温条件下用搅拌装置以350～450r/min的转速搅拌15～20min制得待反应液；
（4）向三口烧瓶中加入丙交酯，向三口烧瓶中安装冷凝回流管，将电阻加热套温度升高至116～120℃，恒温冷凝回流反应3～4h，将三口烧瓶置于冰水浴中静置40～50min制得冷凝回流液，将冷凝回流液置于旋转蒸发仪中，在转速为120～160r/min和温度为40～50℃的条件下浓缩50～60min制得改性纤维产物。
2.根据权利要求1所述的一种高强度耐热型工业丝的制备方法，其特征在于：所述的改性纤维产物与聚酯切片的质量比为1:10。
3.根据权利要求1所述的一种高强度耐热型工业丝的制备方法，其特征在于：所述的挤出机中各区温度升高至290～310℃。
4.根据权利要求1所述的一种高强度耐热型工业丝的制备方法，其特征在于：
改性纤维产物的具体制备步骤（1）中所述的剑麻与棉秸的质量比为10:1。
5.根据权利要求1所述的一种高强度耐热型工业丝的制备方法，其特征在于：改性纤维产物的具体制备步骤（1）中所述的混合物料与质量分数为12～15%的氢氧化钠溶液的质量比为1:10。
6.根据权利要求1所述的一种高强度耐热型工业丝的制备方法，其特征在于：改性纤维产物的具体制备步骤（2）中所述的向烧杯中加入的甲苯的质量为反应混合液质量的10～15%。
7.根据权利要求1所述的一种高强度耐热型工业丝的制备方法，其特征在于：改性纤维产物的具体制备步骤（3）中所述的预制溶液与氯化钙的质量比为30:1。
8.根据权利要求1所述的一种高强度耐热型工业丝的制备方法，其特征在于：改性纤维产物的具体制备步骤（3）中所述的向三口烧瓶中加入的辛酸亚锡的质量为反应混合液质量的0.5～0.7%。
根据权利要求1所述的一种高强度耐热型工业丝的制备方法，其特征在于：改性纤维产物的具体制备步骤（4）中所述的向三口烧瓶中加入的丙交酯的质量为待反应液质量的3～5%。
技术领域
本发明公开了一种高强度耐热型工业丝的制备方法，属于工业技术领域。
背景技术
聚酯工业丝在工业上被广泛应用，可作为轮胎帘子线、输送带、三角传送带等橡胶和塑料制品的骨架材料，以及制成绳索、安全带、涂层织物、过滤布等。聚酯工业丝适用于许多领域，不同的使用场合所需纤维性质不同，如帘子线需要高模量、高尺寸稳定性；而作为涂层织物、软管和传送带纬线时的聚酯工业丝，则需要干热收缩低。对此人们进行了大量的研究，取得了一定的进展。这些研究主要有：专利号为CN1904153的专利公开了用5对热辊拉伸热定型工艺代替传统的4对热辊拉伸热定型工艺制备超低收缩涤纶工业丝的方法。专利号为CN1464078的专利公开了用500～4000m/min纺速得到未拉伸丝，未拉伸丝经过张力调节装置到喂入辊，并依次经过第一拉伸辊、高温区域、第二拉伸辊以及定型辊，再经过张力调节装置后卷绕成型，得到高模低缩涤纶工业丝的方法。但以上研究，主要集中在调节优化纺丝工艺方面，但生产成本增加、生产工艺复杂、生产周期延长，且效果有限，影响正常生产的稳定性。
随着生产应用的进行一步拓展，对聚酯的耐热性提出了更高的要求。在聚酯中引入不饱和双键，并在纤维纺制过程中完成交联反应，使纤维在耐热性方面有了较大幅度的提高。在聚酯纤维引入不饱和双键，并有效、安全地控制其交联，将对聚酯纤维的力学性能、耐热性能、耐化学性能、阻燃性能有较幅度的提高，如何运用好不饱和双键是聚酯纤维生工艺中十分重要的课题。
以高强低收缩工业丝为主织物材料在特殊防护服、伪装、覆盖物、背囊等军需方面得到应用。作为土工材料的一种具有轻便、柔软、高强、耐磨、抗腐蚀、不导电、减震等优点。使用时安全方便、效率高，并且不会损坏吊装物件。产业用聚酯纤维的应用领域拓展带动应用领域的整体竞争力提升，无论在减轻复合材料的重量，使用的耐久性和减少维修、包养成本等诸多方面，聚酯类高性能纤维越来越发挥出其综合竞争优势。但是现有的工业丝普遍存在耐磨性、耐久性差的问题。
在纺丝过程中，尽管环吹风有着明显的优势，但仍无法很好地解决多孔丝的冷却不均的问题：由于纺出的丝从圆形喷丝板挤出后，通过环吹风冷却，由于圆形喷丝板圈数较多，使得环吹风很难进入最内层，导致在最外层的丝已经冷却后最内层的丝可能还未冷却，从而所得的丝出现纤度不匀，强度不匀等问题，致使后续对丝的进一步加工出现难度。
因此，发明一种耐热性好、耐磨性好且耐久性好的工业丝对工业技术领域是很有必要的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对目前工业丝耐热性能不佳，耐磨性、耐久性差的缺陷，提供了一种高强度耐热型工业丝的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种高强度耐热型工业丝的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）将改性纤维产物与聚酯切片投入粉碎机中粉碎混合得到混合物料，将混合物料置于结晶器中，升高结晶器中温度至160～180℃，恒温静置80～120min，静置后投入预热器中，在温度为200～220℃的条件下静置20～24h制得预制产物；
（2）将双螺杆挤出机各区温度升高，螺杆转速设定为20～25r/min，挤出压力设定为15～17MPa，将预制产物投入双螺杆挤出机中的进料阀中进行放流，产出熔体，熔体投入纺丝组件中，经过喷丝孔喷出，喷出后经过温度为16～20℃、湿度为60～70%的侧吹风冷却即得高强度耐热型工业丝；
所述的改性纤维产物的具体制备步骤为：
（1）将剑麻与棉秸投入粉碎机中粉碎混合，粉碎后投入烘箱中在温度为110～120℃的条件下干燥60～80min得到混合物料，将混合物料与质量分数为12～15%的氢氧化钠溶液投入烧杯中，用搅拌装置以300～400r/min的转速搅拌15～20min制得混合浆液；
（2）将烧杯置于水浴温度为50～70℃的水浴锅中，恒温下用搅拌器以500～600r/min的转速搅拌30～40min制得反应混合液，向烧杯中加入甲苯，继续用搅拌器以500～600r/min的转速搅拌30～40min制得预制溶液；
（3）将预制溶液与氯化钙投入三口烧瓶中，将三口烧瓶置于电阻加热套中，升高加热套内温度至108～115℃，恒温静置20～30min，加热后制得反应混合液，向三口烧瓶中加入辛酸亚锡，恒温条件下用搅拌装置以350～450r/min的转速搅拌15～20min制得待反应液；
（4）向三口烧瓶中加入丙交酯，向三口烧瓶中安装冷凝回流管，将电阻加热套温度升高至116～120℃，恒温冷凝回流反应3～4h，将三口烧瓶置于冰水浴中静置40～50min制得凝回流液，将冷凝回流液置于旋转蒸发仪中，在转速为120～160r/min和温度为40～50℃的条件下浓缩50～60min制得改性纤维产物。
所述的改性纤维产物与聚酯切片的质量比为1:10。
所述的挤出机中各区温度升高至290～310℃。
改性纤维产物的具体制备步骤（1）中所述的剑麻与棉秸的质量比为10:1。
改性纤维产物的具体制备步骤（1）中所述的混合物料与质量分数为12～15%的氢氧化钠溶液的质量比为1:10。
改性纤维产物的具体制备步骤（2）中所述的向烧杯中加入的甲苯的质量为反应混合液质量的10～15%。
改性纤维产物的具体制备步骤（3）中所述的预制溶液与氯化钙的质量比为30:1。
改性纤维产物的具体制备步骤（3）中所述的向三口烧瓶中加入的辛酸亚锡的质量为反应混合液质量的0.5～0.7%。
改性纤维产物的具体制备步骤（4）中所述的向三口烧瓶中加入的丙交酯的质量为待反应液质量的3～5%。
本发明的有益技术效果是：本发明首先将剑麻与棉秸粉碎混合，混合后用碱液浸泡高温搅拌后加入甲苯反应制得预制溶液，随后将预制溶液中加入氯化钙，加入后加热，加热后加入辛酸亚锡混合制得待反应液，随后向待反应液中加入丙交酯加热进行冷凝回流反应制得改性纤维产物，再将改性纤维产物与聚酯切片混合，高温加热制得预制产物，最后将预制产物投入双螺杆挤出机中挤出投入喷丝机中，喷丝冷却即得高强度耐热型工业丝，本发明将剑麻和棉秸经过高温碱液水煮提取出其中含有的植物纤维成分，经过碱液加热后溶解纤维中的小分子杂质、半纤维素等成分，使得提取得到的纤维成分表面的粗糙程度增加，提高纤维的比表面积，提高纤维与周围其它分子的接触程度，从而利用纤维成分提高工业丝中各成分之间的粘结紧密程度，提高工业丝的结构强度，增强工业丝的耐磨性能、韧性等，同时比表面积的增加可以增强纤维的改性程度，在辛酸亚锡的催化条件下，利用纤维表面的羟基作为引发剂，通过丙交酯在纤维表面共聚反应，从而在纤维上接枝聚乳酸分子支链，增强纤维与聚酯成分的相容性，进一步增强各成分之间粘结性能，提高工业丝的微观结构强度，从而提高工业丝的耐磨性以及耐久性，同时纤维中引入锡氧键增强纤维的热稳定性和力学性能，从而提高工业丝的耐热性能，增强工业丝的耐久性，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
将剑麻与棉秸按质量比为10:1投入粉碎机中粉碎混合，粉碎后投入烘箱中在温度为110～120℃的条件下干燥60～80min得到混合物料，将混合物料与质量分数为12～15%的氢氧化钠溶液按质量比为1:10投入烧杯中，用搅拌装置以300～400r/min的转速搅拌15～20min制得混合浆液；将上述烧杯置于水浴温度为50～70℃的水浴锅中，恒温下用搅拌器以500～600r/min的转速搅拌30～40min制得反应混合液，向烧杯中加入反应混合液质量10～15%的甲苯，继续用搅拌器以500～600r/min的转速搅拌30～40min制得预制溶液；将预制溶液与氯化钙按质量比为30:1投入三口烧瓶中，将三口烧瓶置于电阻加热套中，升高加热套内温度至108～115℃，恒温静置20～30min，加热后制得反应混合液，向三口烧瓶中加入反应混合液质量0.5～0.7%的辛酸亚锡，恒温条件下用搅拌装置以350～450r/min的转速搅拌15～20min制得待反应液；向上述三口烧瓶中加入待反应液质量3～5%的丙交酯，向三口烧瓶中安装冷凝回流管，将电阻加热套温度升高至116～120℃，恒温冷凝回流反应3～4h，将三口烧瓶置于冰水浴中静置40～50min制得冷凝回流液，将冷凝回流液置于旋转蒸发仪中，在转速为120～160r/min和温度为40～50℃的条件下浓缩50～60min制得改性纤维产物；将上述改性纤维产物与聚酯切片按质量比为1:10投入粉碎机中粉碎混合得到混合物料，将混合物料置于结晶器中，升高结晶器中温度至160～180℃，恒温静置80～120min，静置后投入预热器中，在温度为200～220℃的条件下静置20～24h制得预制产物；将双螺杆挤出机各区温度升高至290～310℃，螺杆转速设定为20～25r/min，挤出压力设定为15～17MPa，将上述预制产物投入双螺杆挤出机中的进料阀中进行放流，产出熔体，熔体投入纺丝组件中，经过喷丝孔喷出，喷出后经过温度为16～20℃、湿度为60～70%的侧吹风冷却即得高强度耐热型工业丝。
实施例1
改性纤维产物的制备：将剑麻与棉秸按质量比为10:1投入粉碎机中粉碎混合，粉碎后投入烘箱中在温度为110℃的条件下干燥60min得到混合物料，将混合物料与质量分数为12%的氢氧化钠溶液按质量比为1:10投入烧杯中，用搅拌装置以300r/min的转速搅拌15min制得混合浆液；
将上述烧杯置于水浴温度为50℃的水浴锅中，恒温下用搅拌器以500r/min的转速搅拌30min制得反应混合液，向烧杯中加入反应混合液质量10%的甲苯，继续用搅拌器以500r/min的转速搅拌30min制得预制溶液；
将预制溶液与氯化钙按质量比为30:1投入三口烧瓶中，将三口烧瓶置于电阻加热套中，升高加热套内温度至108℃，恒温静置20min，加热后制得反应混合液，向三口烧瓶中加入反应混合液质量0.5%的辛酸亚锡，恒温条件下用搅拌装置以350r/min的转速搅拌15min制得待反应液；
向上述三口烧瓶中加入待反应液质量3%的丙交酯，向三口烧瓶中安装冷凝回流管，将电阻加热套温度升高至116℃，恒温冷凝回流反应3h，将三口烧瓶置于冰水浴中静置40min制得冷凝回流液，将冷凝回流液置于旋转蒸发仪中，在转速为120r/min和温度为40℃的条件下浓缩50min制得改性纤维产物；
高强度耐热型工业丝的制备：
将上述改性纤维产物与聚酯切片按质量比为1:10投入粉碎机中粉碎混合得到混合物料，将混合物料置于结晶器中，升高结晶器中温度至160℃，恒温静置80min，静置后投入预热器中，在温度为200℃的条件下静置20h制得预制产物；
将双螺杆挤出机各区温度升高至290℃，螺杆转速设定为20r/min，挤出压力设定为15MPa，将上述预制产物投入双螺杆挤出机中的进料阀中进行放流，产出熔体，熔体投入纺丝组件中，经过喷丝孔喷出，喷出后经过温度为16℃、湿度为60%的侧吹风冷却即得高强度耐热型工业丝。
实施例2
改性纤维产物的制备：
将剑麻与棉秸按质量比为10:1投入粉碎机中粉碎混合，粉碎后投入烘箱中在温度为115℃的条件下干燥70min得到混合物料，将混合物料与质量分数为14%的氢氧化钠溶液按质量比为1:10投入烧杯中，用搅拌装置以350r/min的转速搅拌17min制得混合浆液；
将上述烧杯置于水浴温度为60℃的水浴锅中，恒温下用搅拌器以550r/min的转速搅拌35min制得反应混合液，向烧杯中加入反应混合液质量12%的甲苯，继续用搅拌器以55r/min的转速搅拌35min制得预制溶液；
将预制溶液与氯化钙按质量比为30:1投入三口烧瓶中，将三口烧瓶置于电阻加热套中，升高加热套内温度至110℃，恒温静置25min，加热后制得反应混合液，向三口烧瓶中加入反应混合液质量0.6%的辛酸亚锡，恒温条件下用搅拌装置以400r/min的转速搅拌17min制得待反应液；
向上述三口烧瓶中加入待反应液质量4%的丙交酯，向三口烧瓶中安装冷凝回流管，将电阻加热套温度升高至118℃，恒温冷凝回流反应3.5h，将三口烧瓶置于冰水浴中静置45min制得冷凝回流液，将冷凝回流液置于旋转蒸发仪中，在转速为140r/min和温度为45℃的条件下浓缩55min制得改性纤维产物；
高强度耐热型工业丝的制备：
将上述改性纤维产物与聚酯切片按质量比为1:10投入粉碎机中粉碎混合得到混合物料，将混合物料置于结晶器中，升高结晶器中温度至170℃，恒温静置100min，静置后投入预热器中，在温度为210℃的条件下静置22h制得预制产物；
将双螺杆挤出机各区温度升高至300℃，螺杆转速设定为22r/min，挤出压力设定为16MPa，将上述预制产物投入双螺杆挤出机中的进料阀中进行放流，产出熔体，熔体投入纺丝组件中，经过喷丝孔喷出，喷出后经过温度为18℃、湿度为65%的侧吹风冷却即得高强度耐热型工业丝。
实施例3
改性纤维产物的制备：
将剑麻与棉秸按质量比为10:1投入粉碎机中粉碎混合，粉碎后投入烘箱中在温度为120℃的条件下干燥80min得到混合物料，将混合物料与质量分数为15%的氢氧化钠溶液按质量比为1:10投入烧杯中，用搅拌装置以400r/min的转速搅拌20min制得混合浆液；
将上述烧杯置于水浴温度为70℃的水浴锅中，恒温下用搅拌器以600r/min的转速搅拌40min制得反应混合液，向烧杯中加入反应混合液质量15%的甲苯，继续用搅拌器以600r/min的转速搅拌40min制得预制溶液；
将预制溶液与氯化钙按质量比为30:1投入三口烧瓶中，将三口烧瓶置于电阻加热套中，升高加热套内温度至115℃，恒温静置30min，加热后制得反应混合液，向三口烧瓶中加入反应混合液质量0.7%的辛酸亚锡，恒温条件下用搅拌装置以450r/min的转速搅拌20min制得待反应液；
向上述三口烧瓶中加入待反应液质量5%的丙交酯，向三口烧瓶中安装冷凝回流管，将电阻加热套温度升高至120℃，恒温冷凝回流反应4h，将三口烧瓶置于冰水浴中静置50min制得冷凝回流液，将冷凝回流液置于旋转蒸发仪中，在转速为160r/min和温度为50℃的条件下浓缩60min制得改性纤维产物；
高强度耐热型工业丝的制备：
将上述改性纤维产物与聚酯切片按质量比为1:10投入粉碎机中粉碎混合得到混合物料，将混合物料置于结晶器中，升高结晶器中温度至180℃，恒温静置120min，静置后投入预热器中，在温度为220℃的条件下静置24h制得预制产物；
将双螺杆挤出机各区温度升高至310℃，螺杆转速设定为25r/min，挤出压力设定为17MPa，将上述预制产物投入双螺杆挤出机中的进料阀中进行放流，产出熔体，熔体投入纺丝组件中，经过喷丝孔喷出，喷出后经过温度为20℃、湿度为70%的侧吹风冷却即得高强度耐热型工业丝。
对比例1：与实施例2的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少改性纤维产物。
对比例2：苏州某公司生产的高强度耐热型工业丝。
耐热性测试：在177℃×10min×0.05cN/dtex的测试条件下进行干热收缩率测试。
断裂强度和断裂伸长率测试按ENISO2062-1995标准进行检测。
表1：工业丝性能测定结果
|
检测项目 |
实例1 |
实例2 |
实例3 |
对比例1 |
对比例2 |
|
熔融温度（℃） |
280 |
281 |
283 |
183 |
190 |
|
干热收缩率（%） |
2.4 |
2.3 |
2.1 |
5.8 |
5.2 |
|
断裂强度（cN/dtex） |
11.7 |
11.9 |
12.3 |
6.7 |
7.4 |
|
断裂强度CV值（%） |
2.4 |
2.2 |
2.1 |
3.4 |
3.0 |
|
使用1个月后断裂强度（cN/dtex） |
10.0 |
10.2 |
10.3 |
4.1 |
5.2 |
|
断裂伸长率（%） |
12.0 |
12.1 |
12.3 |
8.2 |
8.8 |
|
断裂伸长CV值（％） |
6.8 |
6.7 |
6.5 |
8.2 |
8.0 |
综合上述，从表1可以看出本发明的工业丝熔融温度高，干热收缩率低，耐热性好，断裂强度和断裂伸长率高，强度高，耐磨性好，具有广阔应用前景。
以上所述仅为本发明的较佳方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
发明人：黄必富，申请号：201911362017.0，申请日期：2019.12.26
