本發(fā)明涉及紡織材料領(lǐng)域，具體涉及一種輕質(zhì)耐磨滌綸纖維及其制備方法。
背景技術(shù)：
1、滌綸纖維(聚酯纖維)作為全球產(chǎn)量最大的合成纖維品種，憑借其優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度、良好的熱穩(wěn)定性以及出色的耐化學(xué)腐蝕性能，已成為紡織工業(yè)和工程材料領(lǐng)域不可或缺的基礎(chǔ)材料。在服裝領(lǐng)域，其抗皺保形特性顯著提升了成衣的耐用性；在工業(yè)應(yīng)用方面，從傳送帶基材到輪胎簾子線，從土工布到過濾材料，聚酯纖維的應(yīng)用版圖持續(xù)擴(kuò)展。然而，隨著現(xiàn)代工業(yè)對材料性能要求的不斷提升，傳統(tǒng)滌綸纖維在特定應(yīng)用場景中的局限性逐漸顯現(xiàn)。
2、在耐磨性方面，常規(guī)滌綸纖維的磨耗指數(shù)難以滿足高強(qiáng)度摩擦場景需求。傳統(tǒng)滌綸經(jīng)5000次耐磨測試后即出現(xiàn)明顯起毛現(xiàn)象，從而導(dǎo)致纖維直徑的損失。而在戶外裝備領(lǐng)域，登山繩、戰(zhàn)術(shù)背包等產(chǎn)品需要承受巖石摩擦、裝備刮蹭等復(fù)合磨損，傳統(tǒng)滌綸的極限磨損次數(shù)往往導(dǎo)致裝備壽命縮短。
3、當(dāng)前材料學(xué)界正通過分子結(jié)構(gòu)改性、纖維形態(tài)創(chuàng)新以及納米復(fù)合技術(shù)等途徑尋求突破，因此開發(fā)一種輕質(zhì)耐磨的滌綸纖維成為了領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點(diǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、要解決的技術(shù)問題：本發(fā)明提供一種輕質(zhì)耐磨滌綸纖維及其制備方法，制備具有皮芯結(jié)構(gòu)的滌綸纖維，通過在皮層中添加改性二氧化硅與改性云母，同時(shí)輔以動態(tài)冷卻工藝，賦予滌綸纖維耐磨性能。
2、技術(shù)方案：
3、一種輕質(zhì)耐磨滌綸纖維，所述滌綸纖維具有皮芯結(jié)構(gòu)，所述皮芯結(jié)構(gòu)中皮層組份為改性云母、改性二氧化硅和聚酯，所述皮芯結(jié)構(gòu)中芯層組份為聚酯。
4、優(yōu)選的，所述制備方法包含以下步驟：
5、s1.將改性云母、改性二氧化硅和聚酯切片混合造粒，在雙螺桿擠出機(jī)中混合造粒得到復(fù)合改性聚酯芯層材料；
6、s2.使用s1所得復(fù)合改性聚酯芯層材料與聚酯切片進(jìn)行雙組份熔融紡絲，擠出后經(jīng)動態(tài)分級冷卻得到輕質(zhì)耐磨滌綸纖維。
7、優(yōu)選的，所述s1中改性云母、改性二氧化硅和聚酯切片的質(zhì)量比為1～3:2～5:100。
8、優(yōu)選的，所述s1中改性云母的制備包含以下步驟：
9、s11.將片徑1～5μm的云母分散于濃度為1～1.5mol/l的鹽酸溶液中，云母與鹽酸溶液的固液比為1:15～25，隨后40～60℃攪拌1～2h；
10、s12.將s11所得云母分散于木質(zhì)素磺酸鹽/乙酸溶液中，云母與木質(zhì)素磺酸鹽/乙酸溶液的固液比為1:20～25，隨后70～80℃恒溫?cái)嚢?～4h；
11、s13.將s12所得云母加入至硅烷偶聯(lián)劑kh570水解液中，經(jīng)50～70℃攪拌1～2h得到改性云母。優(yōu)選的，所述s1中改性二氧化硅的制備包含以下步驟：
12、s21.將3-氨丙基三乙氧基硅烷加入至體積比為1:5～8的全氟聚醚羧酸與1,3-雙(三氟甲基)苯的混合溶液中，隨后加入雙環(huán)己基碳二亞胺，隨后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下40～60℃反應(yīng)8～12h，得到全氟聚醚-硅氧烷；
13、s22.將粒徑為20～30nm的二氧化硅顆粒浸泡于濃度為1～1.5mol/l的鹽酸溶液中進(jìn)行活化，隨后將經(jīng)活化的二氧化硅顆粒分散于水中，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4～8wt％的二氧化硅顆粒懸浮液；
14、s23.將s21所得全氟聚醚-硅氧烷，s22所得二氧化硅懸浮液和乙酸酐加入至甲苯溶液中，全氟聚醚-硅氧烷與甲苯溶液的質(zhì)量體積比為1:10～15，乙酸酐的添加量為全氟聚醚-硅氧烷的0.5～1.2wt％，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下60～80℃回流反應(yīng)18～24h得到改性二氧化硅。
15、優(yōu)選的，所述s2中皮層熔體的溫度為280～290℃，芯層熔體的溫度270～280℃。
16、優(yōu)選的，所述s2中動態(tài)分級冷卻包含一級冷卻和二級冷卻；
17、所述一級冷卻采用溫度為10～20℃、風(fēng)速為10～20m/s，冷卻時(shí)間為1～3s；
18、所述二級冷卻采用溫度為70～90℃、濕度為80～95％的濕熱蒸汽，冷卻時(shí)間為6～10s。
19、優(yōu)選的，所述s12中木質(zhì)素磺酸鹽/乙酸緩沖液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10～18wt％，ph為3.5～5.5。優(yōu)選的，所述s13中硅烷偶聯(lián)劑kh570水解液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30～45wt％，ph為3.5～5.5，水解液的溶劑是體積比為3～6:1的乙醇與水的混合液。
20、優(yōu)選的，所述s21中全氟聚醚羧酸與3-氨丙基三乙氧基硅烷的摩爾比為1:1.2～1.5；
21、所述s21中全氟聚醚羧酸與1,3-雙(三氟甲基)苯的體積比為1:5～8；
22、所述s21中雙環(huán)己基碳二亞胺的添加量為3-氨丙基三乙氧基硅烷質(zhì)量的0.3～0.5wt％。
23、有益效果：本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
24、1.本發(fā)明中木質(zhì)素磺酸鹽和硅烷偶聯(lián)劑kh570水解液對云母進(jìn)行改性，木質(zhì)素磺酸鹽的陰離子基團(tuán)與云母層間的陽離子基團(tuán)發(fā)生螯合作用，削弱層間靜電吸引力，從而促進(jìn)層間距的擴(kuò)大；而硅烷偶聯(lián)劑kh570水解生成的硅羥基與云母表面羥基形成氫鍵，并在隨后的熔融紡絲過程中形成共價(jià)鍵，保證了云母層間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定；此外硅烷偶聯(lián)劑kh570另一端的活性基團(tuán)與聚酯的酯基形成化學(xué)鍵合，保證了纖維結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定；
25、2.本發(fā)明中采用全氟聚醚-硅氧烷對二氧化硅進(jìn)行改性，全氟聚醚-硅氧烷的硅氧烷基團(tuán)與二氧化硅表面羥基縮合，改性后的二氧化硅在聚酯基體中均勻分散并通過物理交聯(lián)點(diǎn)，即全氟聚醚-硅氧烷的末端氨基(-nh2)與聚酯的酯基(-coo-)形成氫鍵)限制分子鏈的滑移，減少纖維在摩擦過程中的塑性變形；此外，全氟聚醚鏈段中c-f鍵的高鍵能形成剛性分子鏈，在摩擦過程中優(yōu)先承受剪切力，減少聚酯纖維間的直接接觸；二者相互協(xié)同，共同提升滌綸纖維的耐磨性能；
26、3.本發(fā)明中采用動態(tài)分級冷卻，一級冷卻采用10～20℃高速冷風(fēng)冷卻，使得熔體在短時(shí)間內(nèi)快速固化形成高粘度的“玻璃態(tài)”表層，而改性二氧化硅和改性云母因布朗運(yùn)動受限被固定在皮層外層區(qū)域，形成由外而內(nèi)逐漸降低的濃度梯度，外層的高濃度納米顆粒使其具有較高的表面硬度的同時(shí)也能避免應(yīng)力的過度集中；二級冷卻采用70～90℃濕熱蒸汽冷卻，延長芯層熔體的結(jié)晶時(shí)間窗口，促進(jìn)聚酯分子鏈有序排列，形成高結(jié)晶結(jié)構(gòu)；動態(tài)冷卻通過一級冷卻鎖定皮層結(jié)構(gòu)，二級緩冷通過濕熱環(huán)境軟化芯層表面分子鏈，促進(jìn)皮層與芯層的分子互穿和物理纏結(jié)，避免皮層與芯層間的界面分層；
27、4.本發(fā)明中在皮層滌綸纖維中添加改性云母和改性二氧化硅，改性sio2在纖維表面形成低摩擦系數(shù)的疏水層，通過“分子滾珠”效應(yīng)減少黏著磨損；改性云母片通過裂紋偏轉(zhuǎn)與橋接機(jī)制延長裂紋擴(kuò)展路徑從而分散宏觀應(yīng)力，二者相互協(xié)同進(jìn)而提升滌綸纖維的耐磨性能。
1.一種輕質(zhì)耐磨滌綸纖維，其特征在于：所述滌綸纖維具有皮芯結(jié)構(gòu)，所述皮芯結(jié)構(gòu)中皮層組份為改性云母、改性二氧化硅和聚酯，所述皮芯結(jié)構(gòu)中芯層組份為聚酯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述輕質(zhì)耐磨滌綸纖維的制備方法，其特征在于：所述制備方法包含以下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述輕質(zhì)耐磨滌綸纖維的制備方法，其特征在于：所述s1中改性云母、改性二氧化硅和聚酯切片的質(zhì)量比為1～3:2～5:100。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述輕質(zhì)耐磨滌綸纖維的制備方法，其特征在于：所述s1中改性云母的制備包含以下步驟：
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述輕質(zhì)耐磨滌綸纖維的制備方法，其特征在于：所述s1中改性二氧化硅的制備包含以下步驟：
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述輕質(zhì)耐磨滌綸纖維的制備方法，其特征在于：所述s2中皮層熔體的溫度為280～290℃，芯層熔體的溫度270～280℃。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述輕質(zhì)耐磨滌綸纖維的制備方法，其特征在于：所述s2中動態(tài)分級冷卻包含一級冷卻和二級冷卻；
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述輕質(zhì)耐磨滌綸纖維的制備方法，其特征在于：所述s12中木質(zhì)素磺酸鹽/乙酸緩沖液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10～18wt％，ph為3.5～5.5。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述輕質(zhì)耐磨滌綸纖維的制備方法，其特征在于：所述s13中硅烷偶聯(lián)劑kh570水解液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30～45wt％，ph為3.5～5.5，水解液的溶劑是體積比為3～6:1的乙醇與水的混合液。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述輕質(zhì)耐磨滌綸纖維的制備方法，其特征在于：所述s21中全氟聚醚羧酸與3-氨丙基三乙氧基硅烷的摩爾比為1:1.2～1.5；