用于z箍縮絲陣負(fù)載的抗紫外線皮芯復(fù)合自適應(yīng)纖維及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于Z箍縮絲陣負(fù)載領(lǐng)域，具體涉及一種用于Z箍縮絲陣負(fù)載的抗紫外線 皮芯復(fù)合自適應(yīng)纖維及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在Z箍縮驅(qū)動(dòng)慣性約束聚變研究中，絲陣是目前較理想的負(fù)載，它在脈沖功率裝 置大電流作用下形成等離子體，在洛倫茲力的作用下，向內(nèi)快速箍縮，產(chǎn)生高溫、高密度等 離子體。超細(xì)絲的直徑均勻性、超細(xì)絲在電極的徑向和角向的均勻排布及超細(xì)絲的直線度 等絲陣初始狀態(tài)的精密控制是獲得高對(duì)稱性、高功能及高能量輻射源的關(guān)鍵。
[0003] 驅(qū)動(dòng)裝置靶室中絲陣的安裝是在常壓下進(jìn)行的，而大電流加載是在真空狀態(tài)下進(jìn) 行的。隨著靶室真空度的提高，絲陣陰、陽電極間距隨著裝置陰陽極間距的縮短而縮短，需 要采用彈性物質(zhì)預(yù)伸長補(bǔ)償技術(shù)（簡稱自適應(yīng)技術(shù)）保持超細(xì)絲的繃直狀態(tài)。在以往的實(shí) 驗(yàn)中，采用單根彈性物質(zhì)與多組超細(xì)絲組合的自適應(yīng)技術(shù)來完成裝配過程，所用彈性物質(zhì) 的直徑和彈性模量較大，長時(shí)間后的應(yīng)力穩(wěn)定性及回彈率不能滿足要求。并且隨著功能涂 層絲陣需求的發(fā)展，超細(xì)絲材經(jīng)過二次功能化，絲材的力學(xué)性能大幅度下降，絲材的單頭長 度只有IOcm范圍內(nèi)。采用以往的單根彈性物質(zhì)與多組超細(xì)絲組合的自適應(yīng)技術(shù)無法完成 裝配過程，因此需要研制出具有適當(dāng)?shù)膹椥阅Ａ考爸睆?，?yīng)力穩(wěn)定性及回彈率高，并具有良 好的耐老化性能的彈性物質(zhì)。
[0004] 在Z箍縮加速實(shí)驗(yàn)中會(huì)釋放大量的紫外線，這就要求用作Z箍縮自適應(yīng)纖維不僅 要有良好的自適應(yīng)性、尺寸穩(wěn)定性以及應(yīng)力穩(wěn)定性，而且還應(yīng)具有一定的抗紫外線輻射性 能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種用于Z箍縮絲 陣負(fù)載的抗紫外線皮芯復(fù)合纖維。所述的復(fù)合纖維是一種尺寸穩(wěn)定性高、回彈性高和應(yīng)力 穩(wěn)定性高的抗紫外線自適應(yīng)纖維。
[0006] 本發(fā)明的另一目的在于提供上述用于Z箍縮絲陣負(fù)載的抗紫外線皮芯復(fù)合自適 應(yīng)纖維的制備方法。
[0007] 本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0008] -種用于Z箍縮絲陣負(fù)載的抗紫外皮芯復(fù)合自適應(yīng)纖維，包括皮層和芯層，所述 芯層材料為聚氨基甲酸酯；所述皮層由抗紫外線母粒制備而成，所述抗紫外線母粒由抗紫 外線復(fù)合助劑與熱塑性樹脂制備而成；其中所述抗紫外線復(fù)合助劑由以下按重量份數(shù)計(jì)的 組分組成：
[0009]
[0010] 所述皮層與芯層的體積比為20/80~50/50。所述抗紫外線母粒中抗紫外線復(fù)合 助劑的含量為〇~55wt%。
[0011] 所述聚氨基甲酸酯，其分子主鏈為軟、硬鏈嵌段交替結(jié)構(gòu)；
[0012] 所述聚氨基甲酸酯的制備方法為：
[0013] (1)預(yù)聚：將脂肪族聚酯二醇或脂肪族聚醚二元醇和二異氰酸酯混合，進(jìn)行預(yù)聚 反應(yīng)，生成兩端含有異氰酸酯基團(tuán)的預(yù)聚體；
[0014] (2)擴(kuò)鏈：向預(yù)聚體中加入二醇類擴(kuò)鏈劑后，澆入模具中，熟化、靜置，得到聚氨基 甲酸酯。
[0015] 步驟（1)中所述脂肪族聚酯二醇或脂肪族聚醚二元醇的數(shù)均分子量為250~ 10000。所述脂肪族聚酯二醇或脂肪族聚醚二元醇與二異氰酸酯的摩爾比為1 : 2。所述 脂肪族聚酯二醇或脂肪族聚醚二元醇在使用前需真空脫水處理；所述脫水條件為：溫度為 105-120°C;真空度為l_20mmHg;脫水處理后含水率彡0. 5%。
[0016] 所述二異氰酸酯在使用前需加熱熔融處理。
[0017] 所述脂肪族聚酯二醇通常由有機(jī)二元酸與二元醇縮合或由內(nèi)酯與二元醇聚合 而成。所述二元酸為己二酸、丁二酸中的一種以上。所述二元醇為乙二醇、1，3-丙二醇、 1,2-丙二醇、一縮二乙二醇、1,4-丁二醇或1，6_己二醇中的一種以上。
[0018] 所述脂肪族聚酯二醇采用常規(guī)的制備方法制備得到。
[0019] 所述脂肪族聚酯二醇為聚己二酸-1，2-丙二醇酯，聚己二酸乙二醇酯，聚己二 酸-1，4- 丁二醇酯，聚丁二酸丁二醇酯，聚丁二酸乙二醇酯或聚己二酸己二醇酯中的一種 以上。
[0020] 所述脂肪族聚醚二元醇為聚四氫呋喃二元醇、四氫呋喃-環(huán)氧丙烷二元共聚物二 元醇、聚丁二烯二元醇、丁二烯-丙烯腈-苯乙烯共聚二元醇或聚碳酸酯二元醇中的一種以 上。
[0021] 步驟（1)中所述二異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯（TDI)、二苯基甲烷二異氰酸 酯（MDI)、1，5-萘二異氰酸酯（NDI)、六亞甲基二異氰酸酯（HDI)、異佛爾酮二異氰酸酯 (IPDI)、苯二亞甲基二異氰酸酯（XDI)、3, 3z-二甲基-4, 4z-聯(lián)苯二異氰酸酯（TODI)、環(huán) 己烷二亞甲基二異氰酸酯（H6XDI)、對(duì)苯二異氰酸酯（PPDI)或3, 3z-二甲基-4, 4z-二苯 基甲烷二異氰酸酯（DMMDI)中的一種以上。
[0022] 步驟（1)中所述預(yù)聚反應(yīng)條件為：反應(yīng)溫度為25_160°C，反應(yīng)時(shí)間為l_48h。 [0023] 步驟（2)中所述二醇類擴(kuò)鏈劑為乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、 己二醇（2-甲基-2, 4-戊二醇）、1，6-己二醇或?qū)Ρ蕉印?br>[0024] 步驟⑵中所述二醇類擴(kuò)鏈劑與預(yù)聚體的摩爾比為I: 1 ;步驟⑵中所述熟化 的溫度為50-180°C;所述熟化的時(shí)間為5-72h。步驟（2)中所述靜置時(shí)間為l-7d。
[0025]所述熱塑性樹脂為聚乙烯（PE)、聚丙烯（PP)、聚氯乙烯（PVC)、聚苯乙烯（PS)、聚 酰胺（PA)、聚甲醛（POM)、聚碳酸酯（PC)、聚甲基苯烯酸甲酯（PMM)、聚苯醚或聚砜中的一 種以上。
[0026] 所述紫外吸收劑為鄰羥基苯甲酸苯酯、2-(2z-羥基-5z-甲基苯基）苯并三氮 唑、2,4_二羥基二苯甲酮、2-羥基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮、 2-(2' -羥基-3'，5' -二叔苯基）-5-氯化苯并三唑或單苯甲酸間苯二酚酯中的一種以上。 紫外吸收劑的結(jié)構(gòu)上大多連接有發(fā)色基團(tuán)（如C=N、N=N、N= 0、C= 0等）和助色基 團(tuán)（如-NH2、- 0H、-S03H、-COOH等），它們能強(qiáng)烈、選擇性地吸收紫外線，發(fā)生光物理反應(yīng) 和光化學(xué)反應(yīng)，將紫外線能量轉(zhuǎn)化為其他能量形式，同時(shí)轉(zhuǎn)變成活性異構(gòu)體，隨之以光和熱 的形式釋放能量，達(dá)到抗紫外輻射的目的。
[0027] 所述紫外線阻隔劑為金屬化合物或非金屬氧化物；所述紫外線阻隔劑為氧化鋅、 二氧化鈦、硫酸鋇、氧化鋁、二氧化硅、滑石粉、高嶺土和碳黑中一種以上。紫外線阻隔劑是 利用其對(duì)紫外線入射波具有良好的折射、反射、散射的性能來達(dá)到防紫外線的目的，整個(gè)過 程無能量轉(zhuǎn)換。
[0028] 所述光穩(wěn)定劑為2, 2' -硫代雙（4-叔辛基酚氧基）鎳、三（1，2, 2,6,6-五甲哌啶 基）亞磷酸酯、4-苯甲酰氧基-2, 2,6,6-四甲基哌啶、2,4,6-三（2-正丁氧基苯基）-1，3， 5-三嗪或六甲基磷酰三胺中的一種以上。光穩(wěn)定劑能屏蔽或吸收紫外線的能量，猝滅單線 態(tài)氧及將氫過氧化物分解成非活性物質(zhì)等功能，使聚氨基甲酸酯纖維在光的輻射下，能排 除或減緩光化學(xué)反應(yīng)的可能性，阻止或延遲光老化的過程，從而延長所保護(hù)纖維的使用壽 命。
[0029] 所述分散劑為聚丙烯酸鈉、硬脂酸鹽、軟脂酸鹽、油酸鹽或棕櫚酸鹽中的一種以 上。所述硬脂酸鹽為硬脂酸鈣、硬脂酸鋅或硬脂酸鋇。所述軟脂酸鹽為軟脂酸鈉、軟脂酸鉀 或軟脂酸鈣。所述油酸鹽為油酸鈉或油酸鈣。
[0030] 所述抗紫外線母粒的制備方法：（a)取20~65重量份紫外線阻隔劑、10~35重 量份紫外線吸收劑、10~35重量份光穩(wěn)定劑與1~5重量份分散劑，混合均勻，制取抗紫外 線復(fù)合助劑；(b)將抗紫外線復(fù)合助劑與熱塑性樹脂均勻混合，加入雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行 熔融共混，造粒，得到抗紫外線母粒。熔融共混的溫度主要是根據(jù)熱塑性樹脂的熔融溫度確 定的；所述熔融共混的溫度為120_280°C，所述螺桿轉(zhuǎn)速為10_150r/min。
[0031] 所述用于Z箍縮絲陣負(fù)載的抗紫外皮芯復(fù)合自適應(yīng)纖維的制備方法為將聚氨酯 切片和抗紫外線母粒，經(jīng)干燥后分別在各自螺桿中進(jìn)行熔融擠出、計(jì)量，然后進(jìn)入復(fù)合紡絲 組件進(jìn)行復(fù)合紡絲，經(jīng)卷繞、拉伸后制得抗紫外線皮芯復(fù)合自適應(yīng)纖維。
[0032] 所述聚氨酯切片為聚氨基甲酸酯，干燥為真空干燥，所述干燥的溫度為80-150°C， 干燥的時(shí)間為l_5h。
[0033] 所述聚氨酯切片的熔融擠出溫度為150-260°C。所述聚氨酯切片擠出的螺桿轉(zhuǎn)速 為 5_150r/min〇
[0034] 所述抗紫外線母粒干燥的溫度為80-140°C，干燥的時(shí)間為2_6h。所述抗紫外線母 粒在進(jìn)行熔融擠出時(shí)溫度為140_280°C，螺桿的轉(zhuǎn)速為5-150r/min。
[0035]所述復(fù)合紡絲組件為雙螺桿紡絲機(jī)，所述復(fù)合紡絲組件中噴絲組件為導(dǎo)管型，其 結(jié)構(gòu)如圖2所示。
[0036] 本發(fā)明所述皮芯復(fù)合纖維的芯層為聚氨基甲酸酯。其中脂肪族聚酯或脂肪族聚醚 部分形成無定形軟鏈段，其玻璃化溫度遠(yuǎn)低于室溫，軟鏈段之間能夠滑移，在張力作用下可 以被拉長，在宏觀上表現(xiàn)為纖維可以在很大范圍內(nèi)被拉伸。由芳香族二異氰酸酯與低分子 量擴(kuò)鏈劑構(gòu)成在室溫下處于玻璃態(tài)或半結(jié)晶態(tài)的硬鏈段，若干相鄰的硬鏈段通過氫鍵等分 子間相互作用力結(jié)合在一起，起到"締結(jié)"點(diǎn)的作用，保證在拉伸過程中只發(fā)生軟鏈段的相 對(duì)運(yùn)動(dòng)，避免整個(gè)分子鏈之間產(chǎn)生滑移，在宏觀上表現(xiàn)為纖維的高回彈性。正是這一特殊微 觀結(jié)構(gòu)（包括鏈結(jié)構(gòu)和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)），賦予芯層自適應(yīng)性、尺寸穩(wěn)定性和應(yīng)力穩(wěn)定性等，適 用于絲陣負(fù)載的自適應(yīng)纖維。
[0037] 本發(fā)明采用復(fù)合紡絲法紡制備具有皮芯結(jié)構(gòu)的復(fù)合纖維。皮層為對(duì)紫外線有良好 阻隔性的材料，芯層為熔紡氨綸。通過皮芯共混結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的組合效應(yīng)，既可以充分發(fā)揮氨綸 的高尺寸穩(wěn)定性、高回彈率和高應(yīng)力穩(wěn)定性，又可以賦予其良好的抗紫外線的能力，從而大 幅度地延長其使用壽命。
[0038] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：
[0039] (1)本發(fā)明的自適應(yīng)纖維對(duì)紫外線有著很強(qiáng)的耐受性，在Z箍縮加速實(shí)驗(yàn)運(yùn)行中 具有很長的使用壽命；
[0040] (2)本發(fā)明的自適應(yīng)纖維具有高回彈率，可以保證絲陣經(jīng)多次裝載后仍具有很高 裝載精度；
[0041] (3)在絲陣的整個(gè)服役期間，本發(fā)明不出現(xiàn)明顯的應(yīng)力松弛，并且其回彈應(yīng)力也能 長期保持不變，很好地保證了絲陣的直線度。
【附圖說明】
[0042] 圖1為本發(fā)明的皮芯復(fù)合自適應(yīng)纖維制備的工藝流程圖；
[0043] 圖2為本發(fā)明的皮芯復(fù)合自適應(yīng)纖維的噴絲組件結(jié)構(gòu)示意圖，其中A為通過噴絲 組件形成芯層，B為通過噴絲組件形成皮層。
【具體實(shí)施方式】
[0044] 下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于 此：
[0045] 實(shí)施例1
[0046] 芯層材料的制備：
[0047] 取50mol數(shù)均相對(duì)分子質(zhì)量為1000的聚四氫呋喃二醇，在105°C真空脫水4h，將 含水率降至0. 5%以下，降溫至60°C;將IOOmol二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI)加熱至60°C 熔融，加入到上述真空干燥后的聚四氫呋喃二醇中，攪拌，升溫至80°C反應(yīng)1小時(shí)，得預(yù)聚 體；向預(yù)聚體中加入50mol的1，4- 丁二醇擴(kuò)鏈劑，混合均勻，然后澆入事先處理好的模具， 在108°C下熟化20h，室溫放置7d后，得到聚氨基甲酸酯。
[0048] 皮層材料的制備：
[0049] 取40重量份紫外線阻隔劑二氧化鈦、15重量份紫外線吸收劑鄰羥基苯甲酸苯酯、 15重量份光穩(wěn)定劑2, 2' -硫代雙（4-叔辛基酚氧基）鎳和2重量份分散劑聚丙烯酸鈉， 混合制取抗紫外線復(fù)合助劑；將制得的抗紫外線復(fù)合助劑與熔融指數(shù)為7g/min的聚乙烯 均勻混合，加入雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行熔融共混擠出（熔融共混溫度為180°C，螺桿的轉(zhuǎn)速為 100r/min)，造粒，得到抗紫外線母粒，其中抗紫外線母粒中抗紫外線復(fù)合助劑占20wt%。
[0050] 復(fù)合熔融紡絲：
[0051] 紡絲設(shè)備選用雙螺桿紡絲機(jī)，噴絲組件選用導(dǎo)管型（其結(jié)構(gòu)