2024年3月21日发(作者：费丽珠)
第３１卷 第５期
２０２３年
９月
ＤＯＩ:１０.１９３９８∕ｊ.ａｔｔ.２０２３０３０３７
现代纺织技术
ＡｄｖａｎｃｅｄＴｅｘｔｉｌｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖｏｌ.３１ꎬＮｏ.５
Ｓｅｐ.２０２３
熔体离心纺ＰＢＡＴ微纳米纤维的制备及其工艺参数
周乐乐ꎬ李祥龙ꎬ侯 腾ꎬ周 静ꎬ刘 术ꎬ杨 斌
(浙江理工大学纺织科学与工程学院(国际丝绸学院)ꎬ杭州 ３１００１８)
摘 要:采用自主设计的熔体离心纺丝设备研究了聚己二酸∕对苯二甲酸丁二醇酯(ＰＢＡＴ)的可纺性ꎬ并
分析纺丝参数对ＰＢＡＴ纤维形貌和性能的影响ꎮ结果表明:挤出机温度为２２０℃、喷丝器温度为２００℃、电机
转速为４０００ｒ∕ｍｉｎ、收集距离为１８ｃｍ时纤维形貌最佳ꎻ纺丝温度的提高可有效避免纤维卷曲以及纤维细化ꎻ
随着纺丝温度的增加ꎬ聚合物熔体黏度下降ꎬ流动性变好ꎬ制备的纤维分布更加均匀ꎬ纤维结晶度得到提高ꎬ
纤维膜的力学性能得到明显改善ꎬ其最大应力提高至１５.３ＭＰａꎬ最大应变为８０％ꎮ
关键词:聚己二酸∕对苯二甲酸丁二醇酯ꎻ熔体离心纺丝ꎻ微纳米纤维ꎻ纤维直径ꎻ纺丝参数
中图分类号:ＴＱ３４０.１ 文献标志码:Ａ 文章编号:１００９￣２６５Ｘ(２０２３)０５￣００７６￣１０
聚己二酸∕对苯二甲酸丁二酯(ＰＢＡＴ)是一种脂
肪族和芳香族的共聚物ꎬ其中的脂肪族软段具有
良好的降解性能ꎬ在土壤中可被微生物降解
[１￣２]
ꎬ
芳香族硬段具有优异的力学性能和耐热性能
[３]
ꎬ
故其有望作为替代传统石油基材料而受到学界和
业界的共同关注ꎮ
目前对ＰＢＡＴ研究主要集中在原料合成、食品
包装和薄膜领域
[４]
ꎬＰＢＡＴ在纤维领域的研究发展
较为缓慢ꎮ究其原因为ＰＢＡＴ纤维的制备仍存在诸
多问题ꎬ一方面ＰＢＡＴ熔体流动指数低且弹性回复
率较高ꎬ难以卷绕成型
[５￣６]
ꎻ另一方面由于柔性单元
丁烯己二酸(ＢＡ)的存在ꎬＰＢＡＴ流体在固化过程中
结晶速率慢ꎬ严重影响初生纤维的聚集态结构及纤
维强度
[７￣８]
ꎮ因此难以利用熔喷和纺粘等技术实现
ＰＢＡＴ纤维的加工ꎮ目前ꎬ主要有两种途径用于
ＰＢＡＴ纤维:Ｓｈｉ等
[１０￣１２]
在２６０℃下将ＰＢＡＴ聚合物
熔体从１ｍｍ的单孔喷丝头挤出ꎬ通过收集辊高速
卷绕制得ＰＢＡＴ纤维ꎬ探究了卷绕速度对分子取向
和纤维结晶结构的关系ꎮ郑拓
[１３]
通过熔融纺丝得
到ＰＢＡＴ纤维ꎬ研究不同牵伸工艺下ＰＢＡＴ纤维性
能ꎮ何雪涛等
[１４￣１６]
提出熔体微分静电纺丝技术ꎬ并
成功制备出纤维直径为(４.３１±０.７６)μｍ的ＰＢＡＴ
２８０℃的温度范围下进行纺丝ꎮ相比于溶液纺丝ꎬ
熔体纺丝无需添加溶剂ꎬ且生产过程绿色环保ꎬ但熔
在实际生产中ꎬ较高的纺丝温度易造成纤维氧化ꎬ导
致纤维力学性能下降ꎬ熔体微分静电纺丝需要高纺
丝温度和高静电压使聚合物熔体牵伸形成射流ꎬ高
的聚合物熔体黏度限制了其工业化发展
[１５￣１７]
ꎮ
基于上述现状ꎬ熔体离心纺丝具有高产量、低能
耗、原料选择范围广等优点
[１８￣１９]
ꎮ本文采用熔体离
心纺丝技术对ＰＢＡＴ的可纺性进行研究ꎬ通过喷丝
器高速旋转产生的剪切力使聚合物熔体黏度下
降
[２０]
ꎬ在１８０~２２０℃纺丝温度范围内制备出ＰＢＡＴ
微纳米纤维ꎮ基于课题组前期离心纺丝设备研究ꎬ
设计了一款熔体离心纺丝设备ꎬ通过正交试验探索
体挤出牵伸纺丝技术效率较低ꎬ需较高纺丝温度ꎮ
纤维ꎬＰＢＡＴ可在３５~４５ｋＶ的电压范围、２４０~
ＰＢＡＴ纤维的制备ꎮ一种是以溶液纺丝为基础ꎬ通
过静电纺丝技术探究ＰＢＡＴ微纳米纤维的可纺性:
如Ｐｒａｓａｎｎａ等
[９]
以ＮꎬＮ￣二甲基甲酰胺(ＤＭＦ)为溶
剂ꎬ制得直径在１８８.７~４６２.８ｎｍ的ＰＢＡＴ纤维ꎮ
然而ꎬ该方法在规模化生产纤维过程中ꎬ有机溶剂的
使用对环境影响以及高的开发成本成为制约其发展
的主要因素ꎮ另一种途径是通过熔体纺丝技术制备
收稿日期:
２０２３０３２０ 网络首发日期:２０２３０５１０
基金项目:
浙江省自然科学基金项目(ＬＹ２１Ｅ０３００２１ꎬＬＱ２１Ｅ０３００１１)
作者简介:
周乐乐(１９９７—)ꎬ男ꎬ安徽宿州人ꎬ硕士研究生ꎬ主要从事离心纺丝材料方面的研究ꎮ
通信作者:
杨斌ꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｙａｎｇｂｉｎ５９５９＠ｚｓｔｕ.ｅｄｕ.ｃｎ
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了挤出机温度、喷丝器温度、电机转速、收集距离对
根据正交试验结果ꎬ分析挤出机温度对纤维形貌和
性能的影响ꎮ
第５期周乐乐等:熔体离心纺ＰＢＡＴ微纳米纤维的制备及其工艺参数
2024年3月21日发(作者：费丽珠)
第３１卷 第５期
２０２３年
９月
ＤＯＩ:１０.１９３９８∕ｊ.ａｔｔ.２０２３０３０３７
现代纺织技术
ＡｄｖａｎｃｅｄＴｅｘｔｉｌｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖｏｌ.３１ꎬＮｏ.５
Ｓｅｐ.２０２３
熔体离心纺ＰＢＡＴ微纳米纤维的制备及其工艺参数
周乐乐ꎬ李祥龙ꎬ侯 腾ꎬ周 静ꎬ刘 术ꎬ杨 斌
(浙江理工大学纺织科学与工程学院(国际丝绸学院)ꎬ杭州 ３１００１８)
摘 要:采用自主设计的熔体离心纺丝设备研究了聚己二酸∕对苯二甲酸丁二醇酯(ＰＢＡＴ)的可纺性ꎬ并
分析纺丝参数对ＰＢＡＴ纤维形貌和性能的影响ꎮ结果表明:挤出机温度为２２０℃、喷丝器温度为２００℃、电机
转速为４０００ｒ∕ｍｉｎ、收集距离为１８ｃｍ时纤维形貌最佳ꎻ纺丝温度的提高可有效避免纤维卷曲以及纤维细化ꎻ
随着纺丝温度的增加ꎬ聚合物熔体黏度下降ꎬ流动性变好ꎬ制备的纤维分布更加均匀ꎬ纤维结晶度得到提高ꎬ
纤维膜的力学性能得到明显改善ꎬ其最大应力提高至１５.３ＭＰａꎬ最大应变为８０％ꎮ
关键词:聚己二酸∕对苯二甲酸丁二醇酯ꎻ熔体离心纺丝ꎻ微纳米纤维ꎻ纤维直径ꎻ纺丝参数
中图分类号:ＴＱ３４０.１ 文献标志码:Ａ 文章编号:１００９￣２６５Ｘ(２０２３)０５￣００７６￣１０
聚己二酸∕对苯二甲酸丁二酯(ＰＢＡＴ)是一种脂
肪族和芳香族的共聚物ꎬ其中的脂肪族软段具有
良好的降解性能ꎬ在土壤中可被微生物降解
[１￣２]
ꎬ
芳香族硬段具有优异的力学性能和耐热性能
[３]
ꎬ
故其有望作为替代传统石油基材料而受到学界和
业界的共同关注ꎮ
目前对ＰＢＡＴ研究主要集中在原料合成、食品
包装和薄膜领域
[４]
ꎬＰＢＡＴ在纤维领域的研究发展
较为缓慢ꎮ究其原因为ＰＢＡＴ纤维的制备仍存在诸
多问题ꎬ一方面ＰＢＡＴ熔体流动指数低且弹性回复
率较高ꎬ难以卷绕成型
[５￣６]
ꎻ另一方面由于柔性单元
丁烯己二酸(ＢＡ)的存在ꎬＰＢＡＴ流体在固化过程中
结晶速率慢ꎬ严重影响初生纤维的聚集态结构及纤
维强度
[７￣８]
ꎮ因此难以利用熔喷和纺粘等技术实现
ＰＢＡＴ纤维的加工ꎮ目前ꎬ主要有两种途径用于
ＰＢＡＴ纤维:Ｓｈｉ等
[１０￣１２]
在２６０℃下将ＰＢＡＴ聚合物
熔体从１ｍｍ的单孔喷丝头挤出ꎬ通过收集辊高速
卷绕制得ＰＢＡＴ纤维ꎬ探究了卷绕速度对分子取向
和纤维结晶结构的关系ꎮ郑拓
[１３]
通过熔融纺丝得
到ＰＢＡＴ纤维ꎬ研究不同牵伸工艺下ＰＢＡＴ纤维性
能ꎮ何雪涛等
[１４￣１６]
提出熔体微分静电纺丝技术ꎬ并
成功制备出纤维直径为(４.３１±０.７６)μｍ的ＰＢＡＴ
２８０℃的温度范围下进行纺丝ꎮ相比于溶液纺丝ꎬ
熔体纺丝无需添加溶剂ꎬ且生产过程绿色环保ꎬ但熔
在实际生产中ꎬ较高的纺丝温度易造成纤维氧化ꎬ导
致纤维力学性能下降ꎬ熔体微分静电纺丝需要高纺
丝温度和高静电压使聚合物熔体牵伸形成射流ꎬ高
的聚合物熔体黏度限制了其工业化发展
[１５￣１７]
ꎮ
基于上述现状ꎬ熔体离心纺丝具有高产量、低能
耗、原料选择范围广等优点
[１８￣１９]
ꎮ本文采用熔体离
心纺丝技术对ＰＢＡＴ的可纺性进行研究ꎬ通过喷丝
器高速旋转产生的剪切力使聚合物熔体黏度下
降
[２０]
ꎬ在１８０~２２０℃纺丝温度范围内制备出ＰＢＡＴ
微纳米纤维ꎮ基于课题组前期离心纺丝设备研究ꎬ
设计了一款熔体离心纺丝设备ꎬ通过正交试验探索
体挤出牵伸纺丝技术效率较低ꎬ需较高纺丝温度ꎮ
纤维ꎬＰＢＡＴ可在３５~４５ｋＶ的电压范围、２４０~
ＰＢＡＴ纤维的制备ꎮ一种是以溶液纺丝为基础ꎬ通
过静电纺丝技术探究ＰＢＡＴ微纳米纤维的可纺性:
如Ｐｒａｓａｎｎａ等
[９]
以ＮꎬＮ￣二甲基甲酰胺(ＤＭＦ)为溶
剂ꎬ制得直径在１８８.７~４６２.８ｎｍ的ＰＢＡＴ纤维ꎮ
然而ꎬ该方法在规模化生产纤维过程中ꎬ有机溶剂的
使用对环境影响以及高的开发成本成为制约其发展
的主要因素ꎮ另一种途径是通过熔体纺丝技术制备
收稿日期:
２０２３０３２０ 网络首发日期:２０２３０５１０
基金项目:
浙江省自然科学基金项目(ＬＹ２１Ｅ０３００２１ꎬＬＱ２１Ｅ０３００１１)
作者简介:
周乐乐(１９９７—)ꎬ男ꎬ安徽宿州人ꎬ硕士研究生ꎬ主要从事离心纺丝材料方面的研究ꎮ
通信作者:
杨斌ꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｙａｎｇｂｉｎ５９５９＠ｚｓｔｕ.ｅｄｕ.ｃｎ
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了挤出机温度、喷丝器温度、电机转速、收集距离对
根据正交试验结果ꎬ分析挤出机温度对纤维形貌和
性能的影响ꎮ
第５期周乐乐等:熔体离心纺ＰＢＡＴ微纳米纤维的制备及其工艺参数