變化截面大直徑皮芯結構復合單絲、制造方法及其應用的制作方法
【專利摘要】本發明公開一種變化截面大直徑皮芯結構復合單絲，復合單絲的芯為經預牽伸的聚酯(PET)樹脂單絲，芯的外部均勻包覆熱塑性樹脂材料皮層，單絲的截面積沿長度方向呈周期性變化。變化截面皮芯結構復合絲充分利用了各組分材料的優點，即聚酯（PET）的高拉伸強度使復合絲具有極高的拉伸強度，為單絲提供基本力學性能，其它熱塑性樹脂包覆層賦予復合絲所需要的耐化學腐蝕性能、抗水解性能或其他該樹脂特有的性能，同時單絲長度方向截面積連續周期性變化，使每根單絲的表面積大大增加，規則的凹凸表面為流體提供額外通道。本發明同時公開了單絲制造方法及其應用。
【專利說明】變化截面大直徑皮芯結構復合單絲、制造方法及其應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種新型復合材料，尤其涉及到一種變化截面大直徑皮芯結構復合單絲、制造方法及其應用。
【背景技術】
[0002]新材料和復合材料及其在產業和人民生活的應用一直是我國科技發展規劃的關鍵領域之一.國家對高性能纖維及復合材料的研發和產業化作為關鍵【技術領域】重點支持。相關新材料和復合材料對促進能源、交通、工業、民生等領域產品的升級換代和節能減排具有重要意義。
[0003]熱塑性樹脂如聚酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、改性聚酯(PET)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、可熔性聚四氟乙烯(PFA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、全氟乙烯丙烯共聚物(FEP)、乙烯四氟乙烯共聚物(ETFE)及其改性樹脂等各具有優異的物理、力學和化學性能，可通過熔融擠出、牽伸、定型后制成具有不同線徑的圓形截面或四邊形截面連續單絲，織造成各種不同設計的過濾媒介，廣泛應用于固液分離、過濾和工藝傳輸等工藝流程中。
[0004]用普通圓形截面或四邊形截面連續單絲按纖維的通常定義可視為二維結構，即單絲的二維橫截面決定了單絲的結構，長度方向為相同截面的(無限)延伸；織成的網帶或過濾媒介，可通過織物設計制成各種不同的織物結構和網孔分布，在經過織造及定型、軋光等工藝進行控制，以其達到織物具備適應不同工況環境的顆粒截留、透氣、透水和再生性能。其中的單絲作為織物結構的組成成分，交織構成了網帶的孔隙結構因而使網帶具有特定的強度、阻截、透氣、透水等性能，但單絲本身也是產生流體阻力的原因。在保持網帶其他性能的同時(包括特定的單絲直徑)如果能降低單絲本身的流體阻力，增加流量，對固液分離、過濾具有重要的意義。目前的網帶使用二維圓形或四邊形截面連續單絲，主要通過使用不同線徑的單絲的組合來提高上述功能。傳統單絲生產工藝生產的單組份或雙組份二維結構單絲是經過融融擠出牽伸工藝生產，工藝本身的限制不可能將單絲制成長度方向的周期性變化截面結構。
【發明內容】
[0005]為解決上述技術問題，本發明提供一種變化截面皮芯結構復合單絲、其制造方法及其應用，復合單絲的皮層經模壓形成至少某一長度方向剖面具有波浪形外廓，從而形成變化截面皮芯結構，大大增加了單絲的表面面積，比傳統二維截面單絲產品大大增加了流體通道，其他條件相同的情況下大幅度增加產品的透氣、透水性能。
[0006]為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案:
一種變化截面大直徑皮芯結構復合單絲，其特征在于，復合單絲的芯為經預牽伸的聚酯(PET)樹脂單絲，芯的外部均勻包覆熱塑性樹脂材料皮層，單絲的截面積沿長度方向呈周期性變化。
[0007]其中，所述周期性變化具體為:沿單絲長度方向，至少有一個剖面外廓呈連續規則變化的波浪形。
[0008]其中，沿單絲長度方向的剖面的表面波形的波高在皮層厚度的5-90%之間變化。
[0009]其中，復合單絲的芯徑向剖面為圓、橢圓、或四邊形中任一種，單絲的外徑在
0.1-3.0mm 之間。
[0010]其中，復合單絲的芯為經過預牽伸的聚酯(PET)樹脂單絲，牽伸比為2-6倍。
[0011]其中，皮層的熱塑性樹脂為純樹脂或改性樹脂。
[0012]其中，所述純樹脂包括聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、改性聚酯(PET)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、可熔性聚四氟乙烯(PFA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、全氟乙烯丙烯共聚物(FEP )、乙烯四氟乙烯共聚物(ETFE )。
[0013]其中，所述改性樹脂為聚丙烯(PP )、聚酰胺(PA )、改性聚酯(PET )、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、可熔性聚四氟乙烯(PFA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、全氟乙烯丙烯共聚物(FEP )、乙烯四氟乙烯共聚物(ETFE )純樹脂中任一種改性后的樹脂。
[0014]其中，所述改性樹脂為純樹脂通過添加入以下材料改性制得:
碳纖維或玻璃纖維；
聚四氟乙烯超細粉、鈦白粉、碳黑粉、碳酸鈣粉、納米硫酸鋇粉。
[0015]本發明同時公開一種制造上述變化截面皮芯結構復合單絲的方法，其特征在于，主要包括以下步驟:
(1)將經過預牽伸的聚酯樹脂PET單絲作為芯，經衡張力放卷通過裝在螺桿擠出機的模頭；
(2)熱塑性樹脂通過螺桿擠出機熔融擠出，均勻分布在恒速運行的芯絲外，包覆形成皮層；
(3)包覆后在皮層尚未完全固化前，通過單絲表面壓模組件，將表面皮層環向方向連續壓出規則的凹槽，使得沿單絲徑向的截面積周期性變化；
(4)經過冷卻水槽后再經過熱水槽或熱風箱對包覆后的復合絲進行1-3倍的再牽伸后經熱烘箱定型卷取，得成品復合單絲。
[0016]其中，步驟(2)中所述熱塑性樹脂包括純樹脂及改性樹脂。
[0017]本發明同時公開上述變化截面皮芯結構復合單絲制成的織物在固液分離裝置、過濾裝置和工藝傳輸裝置中的應用。
[0018]與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:
變化截面皮芯結構復合絲充分利用了各組分材料的優點，即聚酯(PET)的高拉伸強度使復合絲具有較高的拉伸強度，為單絲提供基本力學性能，其它熱塑性樹脂包覆層賦予復合絲所需要的耐化學腐蝕性能、抗水解性能或其他該樹脂特有的性能，同時皮層在長度方向具有規則變化的截面，使每根單絲的表面積大大增加，規則的凹凸表面為流體提供額外通道。復合單絲保持兩個組分都具有的優異性能，同時避開了各組分的缺點；皮芯結構復合絲替代聚酯(PET)材料制成的產品，以較低的成本在保持力學性能的同時和大大提高產品的耐化學腐蝕和耐水解性能或其他PET所不具備的性能；變化截面皮芯結構復合單絲產品比傳統二維截面單絲產品大大增加了流體通道，其他條件相同的情況下大幅度增加產品的透氣、透水性能；進一步的，變化截面皮芯結構復合單絲的橫向導流通道同流體流動方向一致，特別是替代全部或部分普通單絲作為緯線，不但可以大大降低流體阻力，還使得織物保持自清潔和更好的可再生性能，大幅度延緩產品使用中被堵塞的周期，從而大大增加產品的工作效率和使用壽命。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1A是本發明變化截面皮芯結構復合單絲第一實施例結構示意圖；
圖1B是圖1中A-A剖面結構示意圖；
圖1C是圖1A中第一實施例的截面變化示意圖；
圖2A是本發明變化截面皮芯結構復合單絲第二實施例結構示意圖；
圖2B是圖2A中B-B剖面結構示意圖；
圖2C是圖2A中第二實施例截面變化示意圖；
圖3A是本發明變化截面皮芯結構復合單絲第三實施例結構示意圖；
圖3B是3A中C-C剖面結構示意圖；
圖3C是圖3A中第三實施例截面變化示意圖。
[0020]主要附圖標記說明
A預牽伸聚酯(PET)單絲芯層 B熱塑性樹脂材料皮層 C增加的流體流道。
【具體實施方式】
[0021]為詳細說明本發明的技術內容、構造特征、所實現目的及效果，以下結合實施方式并配合附圖詳予說明。
[0022]變化截面大直徑皮芯結構復合單絲，復合單絲的芯為經過預牽伸的聚酯(PET)樹脂單絲，牽伸比為2-6倍。芯的外部均勻包覆熱塑性樹脂材料皮層，單絲的徑向截面積呈周期性變化。
[0023]聚酯(PET)樹脂單絲的高拉伸強度使復合單絲具有較高的拉伸強度，為單絲提供基本力學性能，外部的熱塑性樹脂包覆層賦予復合絲所需要的耐化學腐蝕性能、抗水解性能或其他該樹脂特有的性能，同時皮層在長度方向具有規則變化的截面，使每根單絲的表面積大大增加，規則的凹凸表面為流體提供額外通道。變化截面皮芯結構復合單絲產品比傳統二維截面單絲產品大大增加了流體通道，其他條件相同的情況下大幅度增加產品的透氣、透水性能。
[0024]參考圖1A?圖3B，為復合單絲的徑向截面積規則變化的幾種方式，包括:沿單絲的至少某個長度方向，其剖面為連續規則變化的波浪形，或者是鋸齒狀，或者是波浪形與鋸齒交替出現，這里變化的截面積是為了增加單絲表面積，從而為流體提供額外通道，具體的截面形狀只是舉例，并不僅限于此。
[0025]沿單絲長度方向的剖面，其最高點或最低點高度在皮層厚度的5-90%之間變化，可以大大降低流體阻力，還使得該單絲制得的織物保持自清潔和更好的可再生性能，大幅度延緩產品使用中被堵塞的周期，從而大大增加產品的工作效率和使用壽命。
[0026]熱塑性樹脂材料皮層緊密均勻地包覆在芯絲外部，按需要確定是否牽伸及牽伸量。一般的，復合單絲的聚酯(PET)芯絲牽伸比可以在2-6倍范圍內任意設定。芯絲的剖面為圓、橢圓、或四邊形中任一種。單絲的直徑優選在0.1-3.0mm。
[0027]在本實施例中，單絲的皮層為熱塑性樹脂，包括純樹脂或改性樹脂，純樹脂可以是聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、改性聚酯(PET)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、可熔性聚四氟乙烯(PFA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、全氟乙烯丙烯共聚物(FEP)、乙烯四氟乙烯共聚物(ETFE)等，不限于此；改性樹脂可以是上述純樹脂經添加增強材料或添加劑進行改性后的樹脂，純樹脂或改性樹脂均勻地包覆在上述具有不同截面的芯外層。
[0028]這里，對純樹脂改性所使用的添加劑包括但不限于:
碳纖維或玻璃纖維；
聚四氟乙烯超細粉、鈦白粉、碳黑、碳酸鈣、納米硫酸鋇。
[0029]本發明同時公開一種制造上述復合單絲的方法，主要包括以下步驟:
(1)將經過預牽伸的、牽伸比為2-6倍的聚酯樹脂PET單絲作為芯，經衡張力放卷通過裝在螺桿擠出機的模頭；
(2)熱塑性樹脂(包括純樹脂和改性樹脂)通過螺桿擠出機熔融擠出，均勻分布在恒速運行的芯絲外，包覆形成皮層；
(3)包覆后在皮層尚未完全固化前，通過單絲表面壓模組件，將表面皮層環向方向連續壓出規則的凹槽，使得沿單絲長度方向的截面積周期性變化；
(4)經過冷卻水槽，并再經過熱水槽或熱風箱對包覆后的復合絲進行1-3倍的再牽伸，后經熱烘箱定型卷取，得成品變化截面皮芯結構復合單絲，這里I倍是指不進行牽伸，3倍指牽伸后的長度為未牽伸時長度的3倍。
[0030]在上述步驟(I)中，選用規格為0.30mm、牽伸比為2_6倍的經過預牽伸的連續聚酯(PET)單絲作為芯，已衡張力放卷以特定速度通過特定規格的、裝在特制螺桿擠出機的包覆模具組件。
[0031]作為一種具體的實施方式，熱塑性樹脂(包括純樹脂或改性樹脂)切片通過螺桿擠出機，螺桿擠出機各區及模具組件溫度按該熱塑性樹脂的特性控制在240-330°C、熔融的熱塑性樹脂通過模頭擠出通過均勻包覆在恒速運行的芯絲外形成0.2mm厚度的皮層，再通過一組模壓組件將皮層壓出0.05mm深度的凹槽，單絲表面長度方向形成波高約為0.05mm波形表面結構，經熱水降溫后，通過95°C熱水箱經過按聚酯預牽伸倍數設定的牽伸倍數牽伸，再進過熱烘箱牽伸至所需要的聚酯(PET)芯絲的總牽伸倍數(5.0-5.8倍)，通過定型烘箱定型后冷卻、卷取。
[0032]芯絲的放卷速度、螺桿擠出機計量泵壓力和模頭規格及特定的拉伸倍數組合組成特定的工藝參數，得到纖度為0.30-0.70mm或更粗的以熱塑性樹脂為皮層，聚酯(PET)為芯層的、長度方向具有波形表面的變化截面積皮芯結構復合單絲。
[0033]本發明工藝制造的變化截面皮芯結構復合單絲具有優異的力學性能和穩定性，在高度保持和利用了聚酯(PET)的低成本、高強度和尺寸穩定性的優勢的基礎上，工藝充分利用其它熱塑性樹脂的其他性能優勢，并通過在長度方向使單絲表面具有波形結構，從而大大增加單絲的表面積及普通二維單絲沒有的橫向微孔流道，得到的產品具有目前拉絲工藝生產的聚酯(PET)單絲或目前皮芯結構絲無法實現的綜合性能；
本發明同時公開上述變化截面皮芯結構復合單絲制成的織物在固液分離、過濾和工藝傳輸裝置中的應用。本發明的復合單絲可經織造制成網和過濾媒介等織物，用在水平真空過濾機、盤式過濾機、帶式壓濾機、轉鼓真空過濾機、壓濾機、葉濾機等固液分離和固液分離、過濾和工藝傳輸裝置中作為過濾媒介，也可以用于需要耐磨、自清潔性能的傳輸及成型工藝包括石膏板、中密度纖維板、高密度纖維板等生產設備中；本發明的復合絲產品可以單獨或同其他單絲、復絲、短纖或其組合作為經線和/或緯線織造成各種紋路結構的織物；可以制成螺旋網用于作為造紙用網及過濾媒介；也可以經織造作為無紡布的基布。使用本發明工藝生產的復合單絲織造制的技術織物用于運行環境較苛刻的工業過濾等固液分離工藝和工藝傳輸設備中，將提高生產效率、降低維護成本和生產成本，延長產品使用壽命，減輕勞動強度，具有廣泛的應用前景。
[0034]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。
【權利要求】
1.一種變化截面大直徑皮芯結構復合單絲，其特征在于，復合單絲的芯為經預牽伸的聚酯(PET)樹脂單絲，芯的外部均勻包覆熱塑性樹脂材料皮層，單絲的截面積沿長度方向呈周期性變化。
2.根據權利要求1所述的變化截面大直徑皮芯結構復合單絲，其特征在于，所述周期性變化具體為:沿單絲長度方向，至少有一個剖面外廓呈連續規則變化的波浪形。
3.根據權利要求1或2所述的變化截面大直徑皮芯結構復合單絲，其特征在于，沿單絲長度方向的剖面的表面波形的波高在皮層厚度的5-90%之間變化。
4.根據權利要求1或2所制成的變化截面皮芯結構復合單絲，其特征在于，復合單絲的芯徑向剖面為圓、橢圓、或四邊形中任一種，單絲的外徑在0.1-3.0mm之間。
5.根據權利要求1或2所制成的變化截面皮芯結構復合單絲，其特征在于，復合單絲的芯為經過預牽伸的聚酯(PET)樹脂單絲，牽伸比為2-6倍。
6.根據權利要求1所述的變化截面皮芯結構復合單絲，其特征在于，皮層的熱塑性樹脂為純樹脂或改性樹脂。
7.根據權利要求6所述的變化截面皮芯結構復合單絲，其特征在于，所述純樹脂包括聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、改性聚酯(PET)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、可熔性聚四氟乙烯(PFA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、全氟乙烯丙烯共聚物(FEP)、乙烯四氟乙烯共聚物(ETFE);改性樹脂是指上述純樹脂添加1-20%的PTFE、玻璃纖維得到的改性樹脂。
8.—種制造如權利要求1任一項所述變化截面皮芯結構復合單絲的方法，其特征在于，主要包括以下步驟:(I)將經過預牽伸的聚酯樹脂PET單絲作為芯，經衡張力放卷通過裝在螺桿擠出機的模頭；(2)熱塑性樹脂通過螺桿擠出機熔融擠出，均勻分布在恒速運行的芯絲外，包覆形成皮層；(3)包覆后在皮層尚未完全固化前，通過單絲表面壓模組件，將表面皮層環向方向連續壓出規則的凹槽，使得沿單絲徑向的截面積周期性變化；(4)經過冷卻水槽后再經過熱水槽或熱風箱對包覆后的復合絲進行1-3倍的再牽伸后經熱烘箱定型卷取，得成品復合單絲。
9.根據權利要求8所述的變化截面大直徑皮芯結構復合單絲的制造方法，其特征在于，步驟(2)中所述熱塑性樹脂包括純樹脂及改性樹脂。
10.權利要求f7中任一項所述的變化截面皮芯結構復合單絲制成的織物在固液分離、過濾和工藝傳輸裝置中的應用。
【文檔編號】D01F8/10GK104178829SQ201410367298
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年7月30日 優先權日:2014年7月30日
【發明者】蘭志堅, 候王輝, 關太平 申請人:廈門怡龍谷新材料科技有限公司