專利名稱：粗旦聚酯單絲的制備方法、工程復(fù)合材料包裹加強(qiáng)筋及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種粗旦聚酯纖維單絲的制備方法，特別是多弧線性高收縮率聚酯單 絲的制備方法。本發(fā)明還涉及了含有上述粗旦聚酯單絲的工程復(fù)合材料包裹加強(qiáng)筋的制備方法， 及制得的工程復(fù)合材料包裹加強(qiáng)筋。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有應(yīng)用在工程復(fù)合材料的單絲的技術(shù)包括有(1)圓形普通粗旦聚酯單絲，其缺陷是表面光滑、作為復(fù)合材料的摩擦力不夠，與 基材的握裹力不夠，必須通過(guò)高溫?zé)彷亯汉厶幚?，但?huì)降低單絲的強(qiáng)度且消耗能源，增加生 產(chǎn)成本。(2)矩形粗旦聚丙烯單絲，其缺陷是耐熱性能較差，使用溫度低于180°C，否則會(huì) 熔融，且強(qiáng)度較低不能顯著的起到對(duì)基材的增強(qiáng)效果；(3)其它異性截面的高聚物單絲，缺點(diǎn)是收縮率小，不能在高溫下高收縮來(lái)達(dá)到增 大握裹力的效果。工程復(fù)合材料的單絲必須具備作為增強(qiáng)材料所需的特征，如強(qiáng)度高、耐熱性能好、 合適的收縮率以及化學(xué)穩(wěn)定性，如應(yīng)用在FRP中的粗旦單絲纖維要求有較高的強(qiáng)度(> 400MPa)、耐熱溫度在200°C、具有較高的收縮率(> 20% )、好的化學(xué)穩(wěn)定性并且在沿著纖 維的方向有凹槽，可以增大纖維與基材的握裹力，提高拔出功，而傳統(tǒng)的粗旦PP單絲強(qiáng)度 不足且耐熱性能不足，傳統(tǒng)的粗旦PET單絲截面為圓形，與基材握裹力不足，需要后加工影 響材料強(qiáng)度且增加成本，不適于大量生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上面所述的技術(shù)缺陷，提供一種多弧線性高收縮率聚酯 單絲的制備方法；同時(shí)還提供了含有上述粗旦聚酯單絲的工程復(fù)合材料包裹加強(qiáng)筋的制備 方法，及制得的工程復(fù)合材料包裹加強(qiáng)筋。為了解決上面所述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采取以下所述的技術(shù)方案本發(fā)明提供一種多弧線性高收縮率粗旦聚酯單絲的制備方法，將增粘的聚酯切片 干燥后，通過(guò)螺桿熔融，由并列多孔的噴絲板擠出，經(jīng)過(guò)噴絲口的膨化粘合后由水浴(也稱 為凝固浴)冷卻拉伸，在冷卻水浴外經(jīng)過(guò)后拉伸后，在低溫下定型并卷繞，制得多弧線性高 收縮率粗旦聚酯單絲。其中，增粘的聚酯切片是經(jīng)過(guò)固相增粘的特性粘度為0. 7 1. 05的聚酯切片；增 粘的聚酯切片在真空條件下干燥，干燥溫度為75 150°C，時(shí)間為6 12h。螺桿熔融溫度 為冷卻進(jìn)料區(qū)50 120°C，預(yù)熱區(qū)200 290°C，熔融區(qū)280 320°C，壓縮區(qū)290 330°C， 計(jì)量區(qū)280 315°C。并列多孔噴絲板的孔數(shù)為4 10孔，線性排列，孔徑為0. 9 3. 6mm,
3孔隙間距為0. 12 0. 6mm。紡絲模頭溫度為280 310°C ；凝固浴溫度為30 90°C ；凝固 浴噴絲頭拉伸倍率為2 6倍；所述的后拉伸倍率為2 4倍，拉伸溫度為90 130°C，采 用一級(jí)牽伸和二級(jí)牽伸，拉伸速度為25 120m/min，定型溫度為45 95°C。本發(fā)明還提供了一種工程復(fù)合材料包裹加強(qiáng)筋的制備方法，將由上述方法制得的 粗旦聚酯單絲經(jīng)過(guò)工程復(fù)合材料的初步外層包裹后，復(fù)合材料緩慢經(jīng)過(guò)高溫定型拉伸機(jī)， 經(jīng)過(guò)高溫引發(fā)復(fù)合材料中粘結(jié)材料的反應(yīng)并大量放熱，包裹的粗旦聚酯單絲纖維受熱收縮 緊密包裹在復(fù)合材料表面，并在復(fù)合材料表面形成均勻螺旋的凹槽。其中，工程復(fù)合材料的基材為環(huán)氧樹(shù)脂類粘結(jié)劑與玻璃纖維、碳纖維、芳綸、高強(qiáng) 高模聚乙烯纖維、高強(qiáng)高模聚丙烯纖維或鋼纖維的復(fù)合基材。復(fù)合材料的高溫定型溫度為 80 220°C，定型時(shí)間為10 45min。本發(fā)明還提供了一種由上述工程復(fù)合材料包裹加強(qiáng)筋的制備方法制得的工程復(fù) 合材料包裹加強(qiáng)筋，粗旦聚酯單絲纖維包裹在復(fù)合材料表面，并在復(fù)合材料表面形成均勻 螺旋的凹槽。本發(fā)明的多弧線性高收縮率粗旦聚酯單絲是由并列多孔后粘法紡制，纖維在低溫 下使纖維分子間儲(chǔ)備應(yīng)力能具有較大的熱收縮性，最后在包裹工程復(fù)合材料時(shí)的加熱條件 下，纖維分子間應(yīng)力的釋放而形成較大的收縮力，達(dá)到了增大工程復(fù)合材料表面凹凸性和 摩擦力的作用。本發(fā)明的技術(shù)有點(diǎn)(1)多弧線性，使纖維與工程復(fù)合材料基材的摩擦力增大，不僅可以增強(qiáng)纖維與基 材的握裹力，也可以增大工程復(fù)合材料應(yīng)用時(shí)與其他材料表面的摩擦力，增大握裹力。(2)高收縮性能，使得單絲纖維在受熱后能夠在復(fù)合材料基材表面產(chǎn)生較大的收 縮力，增大纖維與基材的握裹力，并且復(fù)合材料表面的凹槽深度也會(huì)適當(dāng)?shù)脑黾?，增大工?復(fù)合材料應(yīng)用時(shí)與其他材料的握裹力和拔出功。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一原料聚酯切片的特性粘度為0. 86 ；聚酯切片在真空條件下的干燥溫度為75°C干 燥lh，115°C干燥2h，135°C干燥6h ；螺桿熔融溫度冷卻進(jìn)料區(qū)50°C，預(yù)熱區(qū)265°C，熔融區(qū) 305°C，壓縮區(qū)310°C，計(jì)量區(qū)310°C ；由線性排列的并列孔數(shù)有4孔，孔徑2. 8mm，孔隙間距 為0. 45mm,紡絲模頭溫度為280°C，凝固浴(水浴)溫度50°C，噴絲頭拉伸倍率3. 2倍，后 拉伸倍率2. 5倍，拉伸速度75m/min，定型溫度80°C ；包裹復(fù)合材料基材為玻璃纖維與環(huán)氧 樹(shù)脂；復(fù)合材料定型溫度175°C，時(shí)間為30min。測(cè)得制得的粗旦聚酯單絲的直徑厚度(短 弧)0. 58mm,寬度(長(zhǎng)弧)1. 95mm,熱收縮率20 %，強(qiáng)度510MPa，工程復(fù)合材料的強(qiáng)度凹槽深 度 0. 85mm，強(qiáng)度 450MPa。實(shí)施例二原料聚酯切片的特性粘度為0. 89 ；聚酯切片在真空條件下的干燥溫度為55°C干 燥lh，125°C干燥2h，135°C干燥5h ；螺桿熔融溫度冷卻進(jìn)料區(qū)70°C，預(yù)熱區(qū)275°C，熔融 區(qū)310°C，壓縮區(qū)315°C，計(jì)量區(qū)310°C ；由線性排列的并列孔數(shù)有5孔，孔徑3. 0mm，孔隙 間距為0. 55mm ；紡絲模頭溫度為289°C，凝固浴溫度70°C，噴絲頭拉伸倍率3. 5倍，后拉伸倍率2. 2倍，拉伸速度90m/min，定型溫度85°C ；包裹復(fù)合材料基材為碳纖維與環(huán)氧樹(shù)脂； 復(fù)合材料定型溫度150°C，定型時(shí)間為45min。測(cè)得制得的粗旦聚酯單絲的直徑厚度(短 弧)0. 70mm,寬度(長(zhǎng)弧)2. 95mm,熱收縮率15. 2 %，強(qiáng)度540MPa，工程復(fù)合材料的強(qiáng)度凹槽 深度 0. 75mm,強(qiáng)度 550MPa。實(shí)施例三原料聚酯切片的特性粘度為0. 95 ；聚酯切片在真空條件下的干燥溫度為80°C干 燥lh，120°C干燥2h，135°C干燥5h ；螺桿熔融溫度冷卻進(jìn)料區(qū)55°C，預(yù)熱區(qū)285°C，熔融 區(qū)310°C，壓縮區(qū)315°C，計(jì)量區(qū)315°C ；由線性排列的并列孔數(shù)為6孔，孔徑3. 2mm，孔隙間 距為0. 60mm ；紡絲模頭溫度為295°C，凝固浴溫度85°C，噴絲頭拉伸倍率3. 8倍，后拉伸倍 率2. 0倍，拉伸速度105m/min，定型溫度90°C，包裹復(fù)合材料基材為玻璃纖維與環(huán)氧樹(shù)脂； 復(fù)合材料定型溫度165°C，定型時(shí)間為40min。測(cè)得制得的粗旦聚酯單絲的直徑厚度(短 弧)0. 72mm,寬度(長(zhǎng)弧)3. 65mm,熱收縮率14. 5 %，強(qiáng)度550MPa，工程復(fù)合材料的強(qiáng)度凹槽 深度 0. 70mm,強(qiáng)度 475MPa。
權(quán)利要求
一種多弧線性高收縮率粗旦聚酯單絲的制備方法，其特征在于將增粘的聚酯切片干燥后，通過(guò)螺桿熔融，由并列多孔的噴絲板擠出，經(jīng)過(guò)噴絲口的膨化粘合后由水浴冷卻拉伸，在冷卻水浴外經(jīng)過(guò)后拉伸后，在低溫下定型并卷繞，制得多弧線性高收縮率粗旦聚酯單絲。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的增粘的聚酯切片是經(jīng)過(guò)固相 增粘的特性粘度為0. 7 1. 05的聚酯切片；增粘的聚酯切片在真空條件下干燥，干燥溫度 為75 150°C，時(shí)間為6 12h。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的螺桿熔融溫度為冷卻進(jìn)料 區(qū)50 120°C，預(yù)熱區(qū)200 290°C，熔融區(qū)280 320°C，壓縮區(qū)290 330°C，計(jì)量區(qū) 280 315 。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的并列多孔噴絲板的孔數(shù)為 4 10孔，線性排列，孔徑為0. 9 3. 6mm,孔隙間距為0. 12 0. 6mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于紡絲模頭溫度為280 310°C；凝固 浴溫度為30 90°C ；凝固浴噴絲頭拉伸倍率為2 6倍；所述的后拉伸倍率為2 4倍， 拉伸溫度為90 130°C，拉伸速度為25 120m/min，所述的定型溫度為45 95°C。
6.一種工程復(fù)合材料包裹加強(qiáng)筋的制備方法，其特征在于將由權(quán)利要求1至5任一 所述方法制得的粗旦聚酯單絲經(jīng)過(guò)工程復(fù)合材料的初步外層包裹后，復(fù)合材料緩慢經(jīng)過(guò)高 溫定型拉伸機(jī)，經(jīng)過(guò)高溫引發(fā)復(fù)合材料中粘結(jié)材料的反應(yīng)并大量放熱，包裹的粗旦聚酯單 絲纖維受熱收縮緊密包裹在復(fù)合材料表面，并在復(fù)合材料表面形成均勻螺旋的凹槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的工程復(fù)合材料包裹加強(qiáng)筋的制備方法，其特征在于所述的 工程復(fù)合材料的基材為環(huán)氧樹(shù)脂類粘結(jié)劑與玻璃纖維、碳纖維、芳綸、高強(qiáng)高模聚乙烯纖 維、高強(qiáng)高模聚丙烯纖維或鋼纖維的復(fù)合基材。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的工程復(fù)合材料包裹加強(qiáng)筋的制備方法，其特征在于復(fù)合材 料的高溫定型溫度為80 220°C，定型時(shí)間為10 45min。
9.一種由權(quán)利要求6至8任一所述的制備方法制得的工程復(fù)合材料包裹加強(qiáng)筋，其特 征在于粗旦聚酯單絲纖維包裹在復(fù)合材料表面，并在復(fù)合材料表面形成均勻螺旋的凹槽。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種粗旦聚酯單絲的制備方法、工程復(fù)合材料包裹加強(qiáng)筋及其制備方法，將增粘的聚酯切片干燥后，通過(guò)螺桿熔融，由并列多孔的噴絲板擠出，經(jīng)過(guò)噴絲口的膨化粘合后由水浴冷卻拉伸，在冷卻水浴外經(jīng)過(guò)后拉伸后，在低溫下定型并卷繞，將制得粗旦聚酯單絲經(jīng)過(guò)工程復(fù)合材料的初步外層包裹后，復(fù)合材料緩慢經(jīng)過(guò)高溫定型拉伸機(jī)，經(jīng)過(guò)高溫引發(fā)復(fù)合材料中粘結(jié)材料的反應(yīng)并大量放熱，包裹的粗旦聚酯單絲纖維受熱收縮緊密包裹在復(fù)合材料表面，并在復(fù)合材料表面形成均勻螺旋的凹槽。粗旦聚酯單絲具有較大的熱收縮性，其在包裹工程復(fù)合材料時(shí)的加熱條件下，纖維分子間應(yīng)力的釋放而形成較大的收縮力，達(dá)到了增大工程復(fù)合材料表面凹凸性和摩擦力的作用。
文檔編號(hào)E04C5/07GK101899721SQ20091005731
公開(kāi)日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2009年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月25日
發(fā)明者何唯平, 倪建華, 莊園園, 張 杰, 王依民, 鄭偉 申請(qǐng)人:上海啟鵬化工有限公司;深圳市海川實(shí)業(yè)股份有限公司;深圳海川工程科技有限公司;河源海川科技有限公司