[发明专利]一种近红外光诱导牵伸制备异形高强度聚酰胺6纤维的制备方法

说明书

本发明涉及一种近红外光诱导牵伸制备异形高强度聚酰胺6纤维的制备方法，包括：将纳米材料氧化钨或硫化铁与己内酰胺原位聚合或将纳米材料氧化钨或硫化铁与聚酰胺6共混，在异形截面喷丝板熔融纺丝，得到改性的具有异形截面的聚酰胺6纤维，二次牵伸或多级牵伸，设置第一牵伸辊和第二牵伸辊的温度为室温，同时对第一牵伸辊和第二牵伸辊之间的纤维进行连续近红外光照射，即得。本发明简单易操作，通过熔融异形纺丝和纤维无定型区的精准控温，达到纤维高强度和异形的效果；制备的熔纺高强度聚酰胺6纤维的力学强度高，断裂强度为8.5～11.5cN/dtex，断裂伸长率为13.0～18.0％。

技术领域

本发明属于异形高强度纤维的制备领域，特别涉及一种近红外光诱导牵伸制备异形高强度聚酰胺6纤维的制备方法。

背景技术

异形高强度聚酰胺6(PA6)纤维不仅具有PA6纤维优良的强度、耐磨性、弹性回复率等性能，而且通过异形截面还具有透湿透气的优良特性，因而使其在特殊应用领域，如军用作训服、舰艇用面料，有着广泛的应用前景。因而异形高强高模聚酰胺6纤维成为了聚酰胺生产企业及相关单位关注的热点产品。

高强度聚酰胺6纤维目前主要是利用增塑熔融纺丝、固态共挤出、干法纺丝、区域拉伸热处理等技术，但是聚酰胺6纤维的强度和模量一直没有很大的突破。随着人们对高分子链缠结和分子间氢键对纤维拉伸阻碍作用的认识，人们的研究方向逐渐转向冻胶纺丝和拉伸前通过络合等以消除分子间的氢键来提高拉伸倍数，以提高纤维的强度和模量。但是冻胶纺丝和金属元素氢键络合法，不仅因纺丝方法特殊造成工序增加和环境污染，且直接会增加高强度聚酰胺6纤维的生产成本。

通过对聚酰胺6纤维高强和高模特性的理解可知，若获得高强的聚酰胺6纤维，既要充分利用聚酰胺分子链之间的氢键作用，又要提高分子链的取向比例。目前，通过理论计算，聚酰胺6的理论强度是327cN/dtex，理论模量是2442cN/dtex；而市售的高强聚酰胺6纤维分别达到8.0cN/dtex和88.0cN/dtex，造成这种断裂的原因主要是因为纤维超分子结构上的缺陷和薄弱点造成的。在纤维的拉伸过程中，聚酰胺晶区的微晶具有足够的能量被外力牵伸取向，而最早受到拉伸作用的是纤维晶体结构中的无定型部分，在同等的受热环境下，由于过高的热量和拉伸外力会使纤维无定型区的缠结分子链发生断裂，造成纤维强力下降。因此，如何控制晶区和非晶区之间的受热关系，成为了纤维拉伸取向一个重要的问题。

调研发现，钨氧化物或铁硫化物等纳米材料因特有的纳米尺寸效应，在红外光下能够产生热量(CN102921006B,CN107381644A,文献(J.Am.Chem.Soc.2012,134,3995-3998；博士论文：有机/无机杂化纳米光热转换材料的合成及其在肿瘤治疗中的应用研究，孟周琪))而被应用到癌症的热疗和化疗中。因此，能否将这种纳米尺寸的无机材料引入到纤维中，控制位于无定型区的纳米粒子在近红外光的作用下能量转换，精准的调控纤维无定型的温度，从而在室温条件下促进纤维的取向。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种近红外光诱导牵伸制备异形高强度聚酰胺6纤维的制备方法，该方法是利用分散在异形纤维无定型区的纳米氧化钨或硫化铁等纳米粉体在近红外光的作用下，在室温环境下优先诱导纤维无定型区的温度提高，促使聚酰胺6中的氢键解离，在外力牵伸作用下，使晶区微纤结构进一步在纤维轴向取向，无定型区的缚结分子链含量提高，从而提高纤维的力学性能。

本发明的一种近红外光诱导牵伸制备异形高强度聚酰胺6纤维的制备方法，包括：

(1)将纳米材料氧化钨或硫化铁与己内酰胺原位聚合或将纳米材料氧化钨或硫化铁与聚酰胺6共混，在异形截面喷丝板熔融纺丝，得到改性的具有异形截面的聚酰胺6纤维，其中纳米材料占聚酰胺6质量的0.05～1.0wt％；熔融纺丝温度为240℃～260℃；