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CN111826723A - 复合纺织纤维材料的制备方法 - Google Patents

复合纺织纤维材料的制备方法 Download PDF

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CN111826723A CN202010720534.7A CN202010720534A CN111826723A CN 111826723 A CN111826723 A CN 111826723A CN 202010720534 A CN202010720534 A CN 202010720534A CN 111826723 A CN111826723 A CN 111826723A
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Abstract

本发明提供一种复合纺织纤维材料的制备方法，包括以下制备步骤：S1、取苎麻纤维并蒸汽爆破预处理，收集预处理纤维并酶解处理，洗涤干燥，得改性纤维；S2、将改性纤维与聚乳酸树脂颗粒搅拌混合并切割粉碎，过筛并开炼共混，保温退火处理，得改性复合树脂；S3、取改性复合树脂并置于双螺杆挤出纺丝机中，熔融处理并纺丝，收集纺丝纤维并保温拉伸并收集拉丝纤维，即可制备得所述的复合纺织纤维材料。根据本发明实施例的复合纺织纤维材料的制备方法，该制备方法制得的复合纺织纤维具有优异的力学性能和结构稳定性，同时改性方案简单，操作便捷。

Description

复合纺织纤维材料的制备方法
技术领域
本发明属于纺织面料技术领域，尤其涉及一种复合纺织纤维材料的制备方法。
背景技术
纺织复合材料的分类按基体可以分为：树脂基复合材料；金属基复合材料；无机非金属基复合材料，其中包含陶瓷基复合材料等，其中树脂基复合材料是应用最广泛的的一类。其拥有质量轻、强度与刚性大于金属、密度小于金属，且耐酸碱性好、耐高温、耐腐蚀、不生锈、耐海水及微生物侵蚀等特点，为了解决纺织复合材料使用所带来的负面效应，将环境保护与复合材料开发相结合，将绿色植物纤维与生物可降解树脂相结合，分别作为增强体与基体，制作绿色纺织复合材料已成为研究趋势所在。
但是现有的复合材料在制备过程中需要通过化学改性的方案对增强体与基体材料进行改性，该类方案对材料本身结构破坏以及药剂的残留，都会对复合材料性能的影响而导致复合材料结构不稳定，性能下降的问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
有鉴于此，本发明提供一种复合纺织纤维材料的制备方法，该制备方法制得的复合纺织纤维具有优异的力学性能和结构稳定性，同时改性方案简单，操作便捷。
根据本发明实施例的复合纺织纤维材料的制备方法，包括以下制备步骤：S1、取苎麻纤维并蒸汽爆破预处理，收集预处理纤维并酶解处理，洗涤干燥，得改性纤维；S2、将改性纤维与聚乳酸树脂颗粒搅拌混合并切割粉碎，过筛并开炼共混，保温退火处理，得改性复合树脂；S3、取改性复合树脂并置于双螺杆挤出纺丝机中，熔融处理并纺丝，收集纺丝纤维并保温拉伸并收集拉丝纤维，即可制备得所述的复合纺织纤维材料。
根据本发明实施例的复合纺织纤维材料的制备方法，先采用了蒸汽爆破的方案对苎麻纤维进行改性处理，由于蒸汽爆破处理的纤维，由于该蒸气爆破预处理能有效地破坏木质纤维素的结构，降解部分半纤维素，提高纤维素的酶解发酵性能，所以后续在通过酶解处理，并复合烷基酚聚氧乙烯醚这一非离子表面活性剂加以改性，通过该改性的添加，由于其分子中含有羟基，分子链较长，与纤维发生反应后形成较长的支链，使氢键的形成减少，从而降低纤维材料之间的结合强度，从而使其有效分散在聚乳酸颗粒中，使其形成良好的负载分散和改性增强的作用，从而有效改善复合纺织纤维材料的结构性能，提高了材料的力学强度。
根据本发明实施例的复合纺织纤维材料的制备方法还可以具有以下附加技术特征：
根据本发明的一个实施例，步骤S1所述的蒸汽爆破预处理步骤为：S11、取苎麻纤维并保温干燥，收集干燥纤维并置于蒸汽爆破装置中预处理3次，控制预处理条件为气爆压力为2.5MPa～3.0MPa，保压处理125～300s，收集预处理纤维。
根据本发明的一个实施例，步骤S1所述酶解处理步骤为：S11’、收集预处理纤维并按质量比1:10，将预处理纤维与去离子水搅拌混合，调节pH至4.5，得混合液；S122、’按质量比1:10，将烷基酚聚氧乙烯醚添加至混合液中，搅拌混合得基体液，将复合酶解液添加至基体液中，保温搅拌混合，过滤并洗涤，干燥得改性纤维。
根据本发明的一个实施例，步骤S122、’所述复合酶解液为按重量份数计，分别称量450～500份去离子水、3～5份纤维素酶和3～5份木聚糖酶混合制备而成。
根据本发明的一个实施例，所述复合酶解液添加量为酶添加量50U/mL。
根据本发明的一个实施例，步骤S2所述开炼共混步骤为：将改性纤维与聚乳酸树脂颗粒搅拌混合并切割粉碎，过筛并收集过筛颗粒，将过筛颗粒置于双辊开炼机中，控制前辊温度为180℃～185℃、后辊温度为175℃～180℃，保温熔融并开炼共混。
根据本发明的一个实施例，步骤S2所述保温退火处理温度为100℃～110℃。
根据本发明的一个实施例，步骤S3所述熔融处理并纺丝步骤为：取改性复合树脂并置于双螺杆挤出纺丝机中，熔融处理并通过纺丝喷空喷丝，控制纺丝温度为180℃～190℃、喷孔直径为0.3mm～0.4mm，纺丝速度为35r/min～40r/min。
根据本发明的一个实施例，步骤S3所述保温拉伸为收集纺丝纤维并置于纤维拉伸装置上，控制纤维拉伸状态温度为70℃～80℃，保温拉伸并收集拉丝纤维。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的复合纺织纤维材料的制备方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面具体描述根据本发明实施例的复合纺织纤维材料的制备方法。
如图1所示，根据本发明实施例的复合纺织纤维材料的制备方法包括以下制备步骤：
S1、取苎麻纤维并蒸汽爆破预处理，收集预处理纤维并酶解处理，洗涤干燥，得改性纤维；
S2、将改性纤维与聚乳酸树脂颗粒搅拌混合并切割粉碎，过筛并开炼共混，保温退火处理，得改性复合树脂；
S3、取改性复合树脂并置于双螺杆挤出纺丝机中，熔融处理并纺丝，收集纺丝纤维并保温拉伸并收集拉丝纤维，即可制备得复合纺织纤维材料。
由此，根据本发明实施例的复合纺织纤维材料的制备方法，先采用了蒸汽爆破的方案对苎麻纤维进行改性处理，由于蒸汽爆破处理的纤维，由于该蒸气爆破预处理能有效地破坏木质纤维素的结构，降解部分半纤维素，提高纤维素的酶解发酵性能，所以后续在通过酶解处理，并复合烷基酚聚氧乙烯醚这一非离子表面活性剂加以改性，通过该改性的添加，由于其分子中含有羟基，分子链较长，与纤维发生反应后形成较长的支链，使氢键的形成减少，从而降低纤维材料之间的结合强度，从而使其有效分散在聚乳酸颗粒中，使其形成良好的负载分散和改性增强的作用，从而有效改善复合纺织纤维材料的结构性能，提高了材料的力学强度。
根据本发明的一个实施例，步骤S1蒸汽爆破预处理步骤为：S11、取苎麻纤维并保温干燥，收集干燥纤维并置于蒸汽爆破装置中预处理3次，控制预处理条件为气爆压力为2.5MPa～3.0MPa，保压处理125～300s，收集预处理纤维。通过蒸汽爆破的方案对苎麻纤维进行改性处理，由于蒸汽爆破处理的纤维，由于该蒸气爆破预处理能有效地破坏木质纤维素的结构，降解部分半纤维素，提高纤维素的酶解发酵性能。
在本发明的一些具体实施方式中，步骤S1酶解处理步骤为：S11’、收集预处理纤维并按质量比1:10，将预处理纤维与去离子水搅拌混合，调节pH至4.5，得混合液；S122、’按质量比1:10，将烷基酚聚氧乙烯醚添加至混合液中，搅拌混合得基体液，将复合酶解液添加至基体液中，保温搅拌混合，过滤并洗涤，干燥得改性纤维。通过将烷基酚聚氧乙烯醚这一非离子表面活性剂加以改性，通过该改性的添加，由于其分子中含有羟基，分子链较长，与纤维发生反应后形成较长的支链，使氢键的形成减少，从而降低纤维材料之间的结合强度。
进一步的，步骤S122、’复合酶解液为按重量份数计，分别称量450～500份去离子水、3～5份纤维素酶和3～5份木聚糖酶混合制备而成。通过复合酶解液对材料进行酶解处理，改善传统酶解方案单一酶解降低材料性能的问题。
可选地，复合酶解液添加量为酶添加量50U/mL。选取合适分量的复合膜解液进行酶解处理，使其既可以有效酶解处理的同时，又能保持纤维材料的力学强和性能。
根据本发明的一个实施例，步骤S2开炼共混步骤为：将改性纤维与聚乳酸树脂颗粒搅拌混合并切割粉碎，过筛并收集过筛颗粒，将过筛颗粒置于双辊开炼机中，控制前辊温度为180℃～185℃、后辊温度为175℃～180℃，保温熔融并开炼共混。双辊开炼的共混操作，有效是纤维材料与聚乳酸树脂颗粒进行有效的结合和改性，从而有效改善材料的结合性能，提高复合纺织纤维材料的稳定强度。
在本发明的一些具体实施方式中，步骤S2保温退火处理温度为100℃～110℃。通过退火热处理的方案对纺丝纤维进行处理，热处理后的共混纤维总结晶度增大，有效提高复合纺丝纤维的力学性能和强度。
进一步的，步骤S3熔融处理并纺丝步骤为：取改性复合树脂并置于双螺杆挤出纺丝机中，熔融处理并通过纺丝喷空喷丝，控制纺丝温度为180℃～190℃、喷孔直径为0.3mm～0.4mm，纺丝速度为35r/min～40r/min。控制良好的喷丝温度和纺丝速度，能拉伸制备得力学性能优异，产品性能较好的纺丝纤维材料。
可选地，步骤S3保温拉伸为收集纺丝纤维并置于纤维拉伸装置上，控制纤维拉伸状态温度为70℃～80℃，保温拉伸并收集拉丝纤维。通过拉伸处理，在拉伸力的作下，分子链沿外力作用方向取向，表现为通过拉伸能够很好地提高纤维的力学性能。
总而言之，根据本发明实施例的复合纺织纤维材料的制备方法，先采用了蒸汽爆破的方案对苎麻纤维进行改性处理，由于蒸汽爆破处理的纤维，由于该蒸气爆破预处理能有效地破坏木质纤维素的结构，降解部分半纤维素，提高纤维素的酶解发酵性能，所以后续在通过酶解处理，并复合烷基酚聚氧乙烯醚这一非离子表面活性剂加以改性，通过该改性的添加，由于其分子中含有羟基，分子链较长，与纤维发生反应后形成较长的支链，使氢键的形成减少，从而降低纤维材料之间的结合强度，从而使其有效分散在聚乳酸颗粒中，使其形成良好的负载分散和改性增强的作用，从而有效改善复合纺织纤维材料的结构性能，提高了材料的力学强度。
其次，双辊开炼的共混操作，有效是纤维材料与聚乳酸树脂颗粒进行有效的结合和改性，从而有效改善材料的结合性能，提高复合纺织纤维材料的稳定强度，再通过拉伸与热处理，改善共混纤维材料的结晶度和取向，使其复合纺织纤维材料的结构性能和力学性能显著提高。
下面结合具体实施例对本发明实施例的复合纺织纤维材料的制备方法进行详细说明。
实施例1
取苎麻纤维并将其置于25℃下保温干燥6h，收集干燥纤维并置于蒸汽爆破装置中预处理3次，控制预处理条件为气爆压力为2.5MPa，保压处理125s，收集预处理纤维并按质量比1:10，将预处理纤维与去离子水搅拌混合，并通过冰醋酸调节pH至4.5，得混合液并按质量比1:10，将烷基酚聚氧乙烯醚添加至混合液中，搅拌混合得基体液，再按酶添加量50U/mL，将复合酶解液添加至基体液中，再在45℃下保温搅拌混合15h，过滤并用去离子水洗涤，干燥得改性纤维；复合酶解液为按重量份数计，分别称量450份去离子水、3份纤维素酶和3份木聚糖酶混合制备而成。
按质量比1:8，将改性纤维与聚乳酸树脂颗粒搅拌混合并切割粉碎，过200目筛并收集过筛颗粒，将过筛颗粒置于双辊开炼机中，控制前辊温度为180℃、后辊温度为175℃，保温熔融并开炼共混，并置于100℃下保温退火处理1h，得改性复合树脂；
取改性复合树脂并置于双螺杆挤出纺丝机中，熔融处理并通过纺丝喷空喷丝，控制纺丝温度为180℃、喷孔直径为0.3mm，纺丝速度为35r/min，收集纺丝纤维并置于纤维拉伸装置上，控制纤维拉伸状态温度为70℃，保温拉伸并收集拉丝纤维，即可制备得复合纺织纤维材料1。
实施例2
取苎麻纤维并将其置于27℃下保温干燥7h，收集干燥纤维并置于蒸汽爆破装置中预处理3次，控制预处理条件为气爆压力为2.8MPa，保压处理228s，收集预处理纤维并按质量比1:10，将预处理纤维与去离子水搅拌混合，并通过冰醋酸调节pH至4.5，得混合液并按质量比1:10，将烷基酚聚氧乙烯醚添加至混合液中，搅拌混合得基体液，再按酶添加量50U/mL，将复合酶解液添加至基体液中，再在47℃下保温搅拌混合16h，过滤并用去离子水洗涤，干燥得改性纤维；复合酶解液为按重量份数计，分别称量475份去离子水、4份纤维素酶和4份木聚糖酶混合制备而成。
按质量比1:8，将改性纤维与聚乳酸树脂颗粒搅拌混合并切割粉碎，过200目筛并收集过筛颗粒，将过筛颗粒置于双辊开炼机中，控制前辊温度为182℃、后辊温度为177℃，保温熔融并开炼共混，并置于105℃下保温退火处理1h，得改性复合树脂；
取改性复合树脂并置于双螺杆挤出纺丝机中，熔融处理并通过纺丝喷空喷丝，控制纺丝温度为185℃、喷孔直径为0.3mm，纺丝速度为37r/min，收集纺丝纤维并置于纤维拉伸装置上，控制纤维拉伸状态温度为75℃，保温拉伸并收集拉丝纤维，即可制备得复合纺织纤维材料2。
实施例3
取苎麻纤维并将其置于30℃下保温干燥8h，收集干燥纤维并置于蒸汽爆破装置中预处理3次，控制预处理条件为气爆压力为3.0MPa，保压处理300s，收集预处理纤维并按质量比1:10，将预处理纤维与去离子水搅拌混合，并通过冰醋酸调节pH至4.5，得混合液并按质量比1:10，将烷基酚聚氧乙烯醚添加至混合液中，搅拌混合得基体液，再按酶添加量50U/mL，将复合酶解液添加至基体液中，再在50℃下保温搅拌混合18h，过滤并用去离子水洗涤，干燥得改性纤维；复合酶解液为按重量份数计，分别称量500份去离子水、5份纤维素酶和5份木聚糖酶混合制备而成。
按质量比1:8，将改性纤维与聚乳酸树脂颗粒搅拌混合并切割粉碎，过200目筛并收集过筛颗粒，将过筛颗粒置于双辊开炼机中，控制前辊温度为185℃、后辊温度为180℃，保温熔融并开炼共混，并置于110℃下保温退火处理2h，得改性复合树脂；
取改性复合树脂并置于双螺杆挤出纺丝机中，熔融处理并通过纺丝喷空喷丝，控制纺丝温度为190℃、喷孔直径为0.4mm，纺丝速度为40r/min，收集纺丝纤维并置于纤维拉伸装置上，控制纤维拉伸状态温度为80℃，保温拉伸并收集拉丝纤维，即可制备得复合纺织纤维材料3。
实施例4
取苎麻纤维并按质量比1:8，将苎麻纤维与聚乳酸树脂颗粒搅拌混合并切割粉碎，过200目筛并收集过筛颗粒，将过筛颗粒置于双辊开炼机中，控制前辊温度为185℃、后辊温度为180℃，保温熔融并开炼共混，并置于110℃下保温退火处理2h，得改性复合树脂；
取改性复合树脂并置于双螺杆挤出纺丝机中，熔融处理并通过纺丝喷空喷丝，控制纺丝温度为190℃、喷孔直径为0.4mm，纺丝速度为40r/min，收集纺丝纤维并置于纤维拉伸装置上，控制纤维拉伸状态温度为80℃，保温拉伸并收集拉丝纤维，即可制备得复合纺织纤维材料4。
1.线密度测试
纱线的线密度测试采用绞纱称重法，先纱线经过4个小时的预调湿，然后在实验
用空气环境下经过30min的暴露，再用纱测长机上摇纱，取其长度为100m，周长
1m，数量10绞。逐绞称重并称总重。烘干并称干重。计算实验中公定回潮率下的纱线线密度的公式如下：
公定回潮率下的线密度＝(1+WK)×烘干绞纱试样重量)/绞纱长度×1000
2.捻度测试
本实验在纱线捻度仪上采用一次退捻加捻法进行捻度测试，其夹持长度250mm，预加的张力为0.25cN/teX，最后计算特制捻度Tm，即10cm长度内的捻回数。
3.拉伸性能测试
本实验中纱线的拉伸性能测试是在单纱强力仪上进行的，并依据GB/T3916-1997《纺织品卷装纱单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定》完成。其各项指标如表1所示：
表1：性能测试对照表
Figure BDA0002599809550000071
将本发明实施例1、实施例2、实施例3、实施例4进行对比，实施例4中的线密度、捻度、断裂强力和断裂伸长率均明显比实施例1，实施例2和实施例3差，说明本发明实施例的复合纺织纤维材料的制备方法中通过蒸气爆破预处理能有效地破坏木质纤维素的结构，降解部分半纤维素，提高纤维素的酶解发酵性能，所以后续在通过酶解处理，并复合烷基酚聚氧乙烯醚这一非离子表面活性剂加以改性，通过该改性的添加，由于其分子中含有羟基，分子链较长，与纤维发生反应后形成较长的支链，使氢键的形成减少，从而降低纤维材料之间的结合强度，从而使其有效分散在聚乳酸颗粒中，使其形成良好的负载分散和改性增强的作用，从而有效改善复合纺织纤维材料的结构性能
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种复合纺织纤维材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
S1、取苎麻纤维并蒸汽爆破预处理，收集预处理纤维并酶解处理，洗涤干燥，得改性纤维；
S2、将改性纤维与聚乳酸树脂颗粒搅拌混合并切割粉碎，过筛并开炼共混，保温退火处理，得改性复合树脂；
S3、取改性复合树脂并置于双螺杆挤出纺丝机中，熔融处理并纺丝，收集纺丝纤维并保温拉伸并收集拉丝纤维，即可制备得所述的复合纺织纤维材料。
2.根据权利要求1所述的复合纺织纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤S1所述的蒸汽爆破预处理步骤为：
S11、取苎麻纤维并保温干燥，收集干燥纤维并置于蒸汽爆破装置中预处理3次，控制预处理条件为气爆压力为2.5MPa～3.0MPa，保压处理125～300s，收集预处理纤维。
3.根据权利要求1所述的复合纺织纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤S1所述酶解处理步骤为：
S11’、收集预处理纤维并按质量比1:10，将预处理纤维与去离子水搅拌混合，调节pH至4.5，得混合液；
S122、’按质量比1:10，将烷基酚聚氧乙烯醚添加至混合液中，搅拌混合得基体液，将复合酶解液添加至基体液中，保温搅拌混合，过滤并洗涤，干燥得改性纤维。
4.根据权利要3所述的复合纺织纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤S122、’所述复合酶解液为按重量份数计，分别称量450～500份去离子水、3～5份纤维素酶和3～5份木聚糖酶混合制备而成。
5.根据权利要4所述的复合纺织纤维材料的制备方法，其特征在于，所述复合酶解液添加量为酶添加量50U/mL。
6.根据权利要求1所述的复合纺织纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤S2所述开炼共混步骤为：将改性纤维与聚乳酸树脂颗粒搅拌混合并切割粉碎，过筛并收集过筛颗粒，将过筛颗粒置于双辊开炼机中，控制前辊温度为180℃～185℃、后辊温度为175℃～180℃，保温熔融并开炼共混。
7.根据权利要求1所述的复合纺织纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤S2所述保温退火处理温度为100℃～110℃。
8.根据权利要求1所述的复合纺织纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤S3所述熔融处理并纺丝步骤为：取改性复合树脂并置于双螺杆挤出纺丝机中，熔融处理并通过纺丝喷空喷丝，控制纺丝温度为180℃～190℃、喷孔直径为0.3mm～0.4mm，纺丝速度为35r/min～40r/min。
9.根据权利要求1所述的复合纺织纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤S3所述保温拉伸为收集纺丝纤维并置于纤维拉伸装置上，控制纤维拉伸状态温度为70℃～80℃，保温拉伸并收集拉丝纤维。
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