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CN105926079B - 聚丙烯膜裂纤维及制备方法以及由其制备的空气过滤材料 - Google Patents

聚丙烯膜裂纤维及制备方法以及由其制备的空气过滤材料 Download PDF

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CN105926079B CN201610466043.8A CN201610466043A CN105926079B CN 105926079 B CN105926079 B CN 105926079B CN 201610466043 A CN201610466043 A CN 201610466043A CN 105926079 B CN105926079 B CN 105926079B
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Abstract

本发明公开了一种聚丙烯膜裂纤维及其制备方法，所述的聚丙烯膜裂纤维主要由PP颗粒料、POE颗粒料、增容剂、改性纳米粉体、抗氧剂和光稳定剂等原料制备而成。本发明先用超支化聚合物表面接枝改性纳米粉体，再依次制备薄膜母粒和改性薄膜料，然后将双层或三层薄膜料共挤制成复合薄膜，并经过多辊拉伸、红外烘箱加热、机械膜裂开纤和热定型等工艺制成聚丙烯膜裂纤维，所制备的膜裂纤维原纤化程度、断裂强度和初始模量较高，具有大孔径多通道的蓬松结构。本发明的聚丙烯膜裂纤维作为基体材料制作空气过滤材料，能达到高效低阻的效果。

Description

聚丙烯膜裂纤维及制备方法以及由其制备的空气过滤材料
技术领域
本发明涉及热塑性聚烯烃纤维领域，具体涉及一种高强度、原纤化程度高且能进行静电驻极处理的热塑性聚丙烯膜裂纤维及其制备方法。
背景技术
纤维非织造材料的制造工序分为制备纤维、成网、粘合、热定型、后整理及包装等6个过程，生产工艺包括干法、湿法、纺络法、针刺法、缝编法、纺粘法、熔喷法、膜裂法和静电纺丝法等。其中，干法工艺所生产的非织造材料易产生静电荷集聚，不耐碱；湿法工艺耗水量大，品种变换可能性小；纺络法工艺所生产的非织造材料无法降解，易对环境造成污染；针刺法工艺所生产的非织造材料其缺陷为缺乏韧度，产品易断裂；缝编法工艺的缺陷为原材料消耗大，生产成本高；纺粘法生产的产品伸长率大、拉伸强力低、尺寸不稳定，易变形；静电纺丝法，无论是溶液静电纺还是熔体静电纺都存在生产效率和产率较低、工艺条件难以控制等问题；熔喷法制备的纤网堆积密实，用作过滤材料虽然过滤效率较高，但气流阻力较大。
膜裂法制备纤维是加工合成纤维的一种新工艺、新技术，它是利用薄膜经高倍拉伸后，分子取向平衡排列，轴向的强力升高，纬向的强力降至极限，会自行劈裂成纤维的内在特性，将聚合物先熔融挤出多道纵向热拉伸制成薄膜，然后经机械加工或化学方法处理制得的纤维一种方法。这种新工艺具有对原材料要求不高、密度轻、拉伸强度高、生产工艺流程简短、设备投资较少、产品规格在一定程度可调整、成本低等优点，被广泛地应用在工业领域，如制造地毯(面毯和底布)、绳索、渔网、粗缝纫线、无纺织布、包装袋布、家具布、人造草坪、水坝、建筑用增强材料以及水过滤材料和空气过滤材料等。
膜裂法制备的纤维呈现扁平状，长径比通常大于5:1，纤维直径呈现正态分布，既含有大量原纤化程度高的超细纤维，也存在少量一定直径分布的“大尺寸纤维”。当应用于空气过滤材料中，其高原纤化程度的超细纤维可作为主体过滤纤维，超细纤维比表面积大，吸附能力强，较粗的纤维作为骨架支撑纤网，使纤网具有一定的厚度，形成大孔径和多通道，结构蓬松，从而保证了较高过滤效率和容尘量的同时能减少过滤阻力的特性，如果进一步对空气过滤材料进行极化驻极处理，能够进一步地提高其过滤材料，具有非常广泛的实际应用价值。
由于聚丙烯材料为高结晶性材料，用其制备的薄膜韧性差，断裂伸长率低，拉伸断裂现象显著，在开纤时容易产生毛丝、断丝，甚至不能连续开纤，很难制备出较薄的薄膜和超细纤维，因此需要对其进行增韧改性，并促进其原纤化。常用的增韧改性方法如添加无机粉体、聚乙烯或者其他聚合物弹性体，这些增韧改性方法很难在改善纤维强度、韧性和加工工艺条件的同时，提高聚丙烯纤维的原纤化程度，所制备的膜裂纤维纤网结构密实，作为空气过滤材料，气流阻力大，无法达到高效低阻的效果。传统膜裂法工艺制备的膜裂纤维存在纤维产品细度的均匀性和稳定性较差，原纤化程度较低，同时原纤化过程易起毛、断裂和缠绕辊等缺陷。因此，需要开发一种力学性能好且原纤化程度高的聚丙烯膜裂纤维，作为过滤材料，在保证高效率吸附的前提下，将过滤阻力降到最低。
发明内容
针对现有的聚丙烯膜裂纤维及其驻极体无纺空气过滤材料存在的问题，本发明提供一种原纤化程度高，强度较高，且具有大孔径多通道的蓬松结构的聚丙烯膜裂纤维及其制备方法，并将其用于制备空气过滤材料，达到高效低阻的效果。
本发明采用的技术方案如下：
一种聚丙烯膜裂纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)超支化聚合物表面接枝改性纳米粉体；
(2)膜母粒的制备：
A层薄膜母粒：PP颗粒料100份、POE颗粒25～75份、增容剂0.5～3.5份、改性纳米粉体10～25份、抗氧剂0.5～1.5份、光稳定剂0.15～0.5份，将上述各成份在高混机中低速充分混合，然后经双螺杆挤出机熔融塑化、挤出、水冷、风干、切粒、干燥得到A层薄膜母粒；
B层薄膜母粒：POE颗粒料100份、改性纳米粉体10～20份、抗氧剂0.2～1.0份、光稳定剂0.05～0.5份，将上述各成份在高混机中低速充分混合，然后经双螺杆挤出机熔融塑化、挤出、水冷、风干、切粒、干燥得到B层薄膜母粒；
(3)改性薄膜料的制备：
A层改性薄膜料：将PP颗粒料100份和A层薄膜母粒20份在高混机中高速混合均匀，备用；
B层改性薄膜料：将POE颗粒料100份和B层薄膜母粒20份在高混机中高速混合均匀，备用；
(4)膜裂纤维的制备：
首先将A层改性薄膜料与B层改性薄膜料分别在单螺杆挤出机中熔融塑化，然后依次通过计量泵、过滤器和熔体分配器将两种改性薄膜料按一定质量比共挤制备复合薄膜，再依次经过冷却、分切成条、第一次多辊热拉伸、红外烘箱加热、第二次多辊热拉伸、机械膜裂开纤、热定型制成聚丙烯膜裂纤维。
所述步骤(1)中超支化聚合物包括超支化聚酯树脂、超支化聚酰胺树脂、超支化聚醚或超支化聚氨酯树脂；优选超支化聚酯树脂。
所述步骤(1)中纳米粉体包括纳米二氧化钛、纳米二氧化硅和纳米电气石粉中的至少一种；优选纳米二氧化硅，粒径为20～30nm，比表面积为220～400m2/g。
所述步骤(2)中PP颗粒料是熔融指数为0.5～7.0g/10min，等规度大于95％的PP颗粒料；优选熔融指数为3.0～5.0g/10min，等规度为96～98％的PP颗粒料。
所述步骤(2)中POE颗粒料包括乙烯与丁烯共聚物或乙烯与辛烯共聚物，乙烯含量为10～30％，熔融指数为0.5～8.0g/10min；优选乙烯与辛烯共聚物，乙烯含量为10～20％，熔融指数为4.0～6.0g/10min。
所述步骤(2)中增容剂包括PP-g-GMA、PP-g-GMA/St、PP-g-MAH、POE-g-MAH、POE-g-PMAH或POE-g-GMA；优选PP-g-GMA/St和PP-g-MAH。
所述步骤(2)中抗氧剂包括受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂或硫代类抗氧剂中的至少一种；优选受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂或硫代类抗氧剂复配使用。
所述步骤(2)中光稳定剂包括受阻胺类光稳定剂、二苯甲酮类光稳定剂或苯并三唑类光稳定剂中的至少一种。
所述步骤(4)中A层改性薄膜料与B层改性薄膜料的质量比为70:30～90:10；优选80:20～85:15。
所述步骤(4)中复合薄膜可为AB双层膜结构或BAB三层膜结构；优选BAB三层膜结构。
所述步骤(4)中复合薄膜厚度为15～300μm。
所述步骤(4)中多辊热拉伸温度为100～125℃，第一个辊筒的线速度为5～50m/min，拉伸倍数为1.5～8；优选第一次拉伸倍数为4～6，第二次拉伸倍数为1.5～3。
所述步骤(4)中机械膜裂开纤使用针辊的针密度为30～120针/cm，针辊线速度为第一个辊筒线速度的10～20倍；优选针密度60～80针/cm。
所述步骤(4)中机械膜裂开纤使用针辊的所有针与薄膜运行方向的夹角为50～85°；优选60～70°。
所述步骤(4)中热定型温度为90～125℃；优选105～115℃。
本发明还提供由上述方法制备的聚丙烯膜裂纤维或包括该聚丙烯膜裂纤维制备的驻极体空气过滤材料。
本发明中增容剂PP-g-GMA表示甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯，PP-g-GMA/St表示甲基丙烯酸缩水甘油酯/苯乙烯多单体接枝聚丙烯，PP-g-MAH表示马来酸酐接枝聚丙烯、POE-g-MAH表示马来酸酐接枝聚烯烃弹性体、POE-g-PMAH表示聚马来酸酐接枝聚烯烃弹性体、POE-g-GMA表示甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚烯烃弹性体。
本发明的有益效果：
本发明聚丙烯膜裂纤维的制备过程中添加了改性纳米粉体和POE颗粒料，经超支化聚合物改性的纳米粉体不仅在聚丙烯基材中具有较好的分散性和相容性，还能在一定程度上增容PP和POE，从而提高了聚丙烯纤维的断裂强度、断裂伸长率和初始模量；POE颗粒中结晶性的乙烯链段与聚丙烯有很好的相容性，在PP基体中易得到较小的分散相粒径和较窄的粒径分布，进一步提高了纤维的强度和断裂伸长率，并且促进了纤维原纤化。此外，在制备复合薄膜的过程中，B层薄膜料的POE基材在多辊热拉伸阶段出现软化，经膜裂开纤后更容易出现原纤化现象。本发明所制备的膜裂纤维断裂强度高、断裂伸长率和原纤化程度大，膜裂纤维中不仅含有原纤化程度很高的超细纤维，还含有直径分布较广的大纤维，较粗的纤维可以作为骨架纤维支撑纤网，保证纤网有一定的厚度和强度，形成大孔径、多通道的蓬松结构，用其制备空气过滤材料时，在提高过滤效率的同时不降低透气性，从而达到了高效低阻的效果。
附图说明
图1是实施例5的SEM图
图2是常规空气过滤材料的SEM图
具体实施例
实施例1
按以下步骤制备本实施例聚丙烯膜裂纤维：
(1)用超支化聚氨酯树脂表面改性纳米二氧化硅粉体，得到改性纳米二氧化硅；
(2)膜母粒的制备：
A层薄膜母粒：PP颗粒料100份、POE颗粒25份、增容剂PP-g-MAH 0.5份、改性纳米二氧化硅10份、抗氧剂1010 0.4份、抗氧剂168 0.1份、光稳定剂GW-540 0.15份，将上述各成份在高混机中低速充分混合，然后经双螺杆挤出机熔融塑化、挤出、水冷、风干、切粒、干燥得到A层薄膜母粒；
B层薄膜母粒：POE颗粒料100份、改性纳米二氧化硅10份、抗氧剂Irganox1010 0.2份、光稳定剂GW-540 0.05份，将上述各成份在高混机中低速充分混合，然后经双螺杆挤出机熔融塑化、挤出、水冷、风干、切粒、干燥得到B层薄膜母粒；
(3)改性薄膜料的制备：
A层改性薄膜料：将PP颗粒料100份和A层薄膜母粒20份在高混机中高速混合均匀，备用；
B层改性薄膜料：将POE颗粒料100份和B层薄膜母粒20份在高混机中高速混合均匀，备用；
(4)膜裂纤维的制备：
a)首先将A层改性薄膜料与B层改性薄膜料分别在单螺杆挤出机中熔融塑化，然后依次通过计量泵、过滤器和熔体分配器将两种改性薄膜料按质量比70:30经共挤流延制备成厚度为300μm的AB双层复合薄膜，再依次经过冷却、分切成条；
b)将上述切条的薄膜在温度为100℃的辊热拉伸，第一个辊筒的线速度为5m/min，拉伸倍数为8倍，再经红外烘箱加热，然后在温度为100℃下进行第二次多辊热拉伸，拉伸倍数为2倍；
c)将上述拉伸后的薄膜经针密度为30针/cm，线速度为第一个辊筒线速度20倍的针辊进行机械膜裂开纤，针与薄膜运行方向的夹角为50°，然后在90℃下热定型制成聚丙烯膜裂纤维。
实施例2
(1)用超支化聚醚树脂表面改性纳米二氧化钛和纳米电气石粉体，得到改性纳米二氧化钛和纳米电气石；
(2)膜母粒的制备：
A层薄膜母粒：PP颗粒料100份、POE颗粒45份、增容剂POE-g-MAH 1.5份、改性纳米二氧化钛10份、改性纳米电气石粉10份、抗氧剂1076 0.8份、抗氧剂1035 0.2份、光稳定剂770 0.3份，将上述各成份在高混机中低速充分混合，然后经双螺杆挤出机熔融塑化、挤出、水冷、风干、切粒、干燥得到A层薄膜母粒；
B层薄膜母粒：POE颗粒料100份、改性纳米二氧化钛10份、抗氧剂1076 0.4份、光稳定剂770 0.4份，将上述各成份在高混机中低速充分混合，然后经双螺杆挤出机熔融塑化、挤出、水冷、风干、切粒、干燥得到B层薄膜母粒；
(3)改性薄膜料的制备：
A层改性薄膜料：将PP颗粒料100份和A层薄膜母粒20份在高混机中高速混合均匀，备用；
B层改性薄膜料：将POE颗粒料100份和B层薄膜母粒20份在高混机中高速混合均匀，备用；
(4)膜裂纤维的制备：
a)首先将A层改性薄膜料与B层改性薄膜料分别在单螺杆挤出机中熔融塑化，然后依次通过计量泵、过滤器和熔体分配器将两种改性薄膜料按质量比90:10经共挤制备成厚度为150μm的AB双层复合薄膜，再依次经过冷却、分切成条；
b)将上述切条的薄膜在温度为110℃下多辊热拉伸，第一个辊筒的线速度为35m/min，拉伸倍数为6倍，再经红外烘箱加热，然后在温度为100℃下进行第二次多辊热拉伸，拉伸倍数为1.5倍；
c)将上述拉伸后的薄膜经针密度为120针/cm，线速度为第一个辊筒线速度10倍的针辊进行机械膜裂开纤，针与薄膜运行方向的夹角为85°，然后在100℃下热定型制成聚丙烯膜裂纤维。
实施例3
(1)用超支化聚酰胺树脂表面改性纳米二氧化钛和纳米二氧化硅，得到改性纳米二氧化钛和纳米二氧化硅；
(2)膜母粒的制备：
A层薄膜母粒：PP颗粒料100份、POE颗粒75份、增容剂PP-g-GMA 3.5份、改性纳米二氧化钛5份、改性纳米二氧化硅10份、抗氧剂2246 1.2份、抗氧剂626 0.3份、光稳定剂9440.5份，将上述各成份在高混机中低速充分混合，然后经双螺杆挤出机熔融塑化、挤出、水冷、风干、切粒、干燥得到A层薄膜母粒；
B层薄膜母粒：POE颗粒料100份、改性纳米二氧化钛5份、改性纳米二氧化硅10份、抗氧剂2246 0.8份、抗氧剂626 0.2份、光稳定剂UV-360 0.05份，将上述各成份在高混机中低速充分混合，然后经双螺杆挤出机熔融塑化、挤出、水冷、风干、切粒、干燥得到B层薄膜母粒；
(3)改性薄膜料的制备：
A层改性薄膜料：将PP颗粒料100份和A层薄膜母粒20份在高混机中高速混合均匀，备用；
B层改性薄膜料：将POE颗粒料100份和B层薄膜母粒20份在高混机中高速混合均匀，备用；
(4)膜裂纤维的制备：
a)首先将A层改性薄膜料与B层改性薄膜料分别在单螺杆挤出机中熔融塑化，然后依次通过计量泵、过滤器和熔体分配器将两种改性薄膜料按质量比85:15经共挤流延制备成厚度为30μm的BAB三层复合薄膜，再依次经过冷却、分切成条；
b)将上述切条的薄膜在温度为120℃下多辊热拉伸，第一个辊筒的线速度为50m/min，拉伸倍数为4倍，再经红外烘箱加热，然后在温度为120℃下进行第二次多辊热拉伸，拉伸倍数为3倍；
c)将上述拉伸后的薄膜经针密度为60针/cm，线速度为第一个辊筒线速度16倍的针辊进行机械膜裂开纤，针与薄膜运行方向的夹角为65°，然后在125℃下热定型制成聚丙烯膜裂纤维。
实施例4
(1)用超支化聚酯树脂表面改性纳米二氧化硅和纳米电气石粉体，得到改性纳米电气石粉体和纳米电气石粉体；
(2)膜母粒的制备：
A层薄膜母粒：PP颗粒料100份、POE颗粒50份、增容剂POE-g-GMA 2.0份、改性纳米二氧化硅10份、改性纳米电气石粉体8份、抗氧剂300 0.7份、抗氧剂300 0.2份、抗氧剂6410.1份、光稳定剂622 0.4份，将上述各成份在高混机中低速充分混合，然后经双螺杆挤出机熔融塑化、挤出、水冷、风干、切粒、干燥得到A层薄膜母粒；
B层薄膜母粒：POE颗粒料100份、改性纳米二氧化硅15份、改性纳米电气石粉体5份、抗氧剂300 0.7份、抗氧剂641 0.1份、光稳定剂622 0.3份，将上述各成份在高混机中低速充分混合，然后经双螺杆挤出机熔融塑化、挤出、水冷、风干、切粒、干燥得到B层薄膜母粒；
(3)改性薄膜料的制备：
A层改性薄膜料：将PP颗粒料100份和A层薄膜母粒20份在高混机中高速混合均匀，备用；
B层改性薄膜料：将POE颗粒料100份和B层薄膜母粒20份在高混机中高速混合均匀，备用；
(4)膜裂纤维的制备：
a)首先将A层改性薄膜料与B层改性薄膜料分别在单螺杆挤出机中熔融塑化，然后依次通过计量泵、过滤器和熔体分配器将两种改性薄膜料按质量比85:15经共挤吹塑制备成厚度为15μm的AB双层复合薄膜，再依次经过冷却、分切成条；
b)将上述切条的薄膜在温度为125℃下多辊热拉伸，第一个辊筒的线速度为10m/min，拉伸倍数为1.2倍，再经红外烘箱加热，然后在温度为125℃下进行第二次多辊热拉伸，拉伸倍数为8倍；
c)将上述拉伸后的薄膜经针密度为75针/cm，线速度为第一个辊筒线速度13倍的针辊进行机械膜裂开纤，针与薄膜运行方向的夹角为75°，然后在110℃下热定型制成聚丙烯膜裂纤维。
实施例5
(1)用超支化聚酯树脂表面改性纳米二氧化硅粉体，得到改性纳米二氧化硅粉体；
(2)膜母粒的制备：
A层薄膜母粒：PP颗粒料100份、POE颗粒60份、增容剂PP-g-GMA/St 2.0份、改性纳米二氧化硅15份、抗氧剂1065 1.0份、光稳定剂UV-5411 0.4份，将上述各成份在高混机中低速充分混合，然后经双螺杆挤出机熔融塑化、挤出、水冷、风干、切粒、干燥得到A层薄膜母粒；
B层薄膜母粒：POE颗粒料100份、改性纳米二氧化硅10份、抗氧剂1065 0.8份、光稳定剂0.3份，将上述各成份在高混机中低速充分混合，然后经双螺杆挤出机熔融塑化、挤出、水冷、风干、切粒、干燥得到B层薄膜母粒；
(3)改性薄膜料的制备：
A层改性薄膜料：将PP颗粒料100份和A层薄膜母粒20份在高混机中高速混合均匀，备用；
B层改性薄膜料：将POE颗粒料100份和B层薄膜母粒20份在高混机中高速混合均匀，备用；
(4)膜裂纤维的制备：
a)首先将A层改性薄膜料与B层改性薄膜料分别在单螺杆挤出机中熔融塑化，然后依次通过计量泵、过滤器和熔体分配器将两种改性薄膜料按B层：A层：B层的质量比为10：80：10经共挤吹塑制备成厚度为20μm的BAB三层复合薄膜，再依次经过冷却、分切成条；
b)将上述切条的薄膜在温度为110℃下多辊热拉伸，第一个辊筒的线速度为20m/min，拉伸倍数为5倍，再经红外烘箱加热，然后在温度为110℃下进行第二次多辊热拉伸，拉伸倍数为2倍；
c)将上述拉伸后的薄膜经针密度为75针/cm，线速度为第一个辊筒线速度16倍的针辊进行机械膜裂开纤，针与薄膜运行方向的夹角为70°，然后在110℃下热定型制成聚丙烯膜裂纤维。
对比实施例5′
本对比实施例中纳米电气石粉体不通过超支化改性，其它按实施例5的步骤和配方制备聚丙烯膜裂纤维。
对比实施例5″
本对比实施例不使用POE增韧改性，改用PE增韧改性，将实施例5中的POE全部改成PE，其它按实施例5的步骤和配方制备聚丙烯膜裂纤维。
实施例6
(1)用超支化聚酯树脂表面改性纳米二氧化硅粉体，得到改性纳米二氧化硅粉体；
(2)膜母粒的制备：PP颗粒料100份、POE颗粒35份、增容剂POE-g-PMAH 1.0份、改性纳米二氧化硅25份、抗氧剂1065 0.8份、光稳定剂UV-5411 0.2份，将上述各成份在高混机中低速充分混合，然后经双螺杆挤出机熔融塑化、挤出、水冷、风干、切粒、干燥得到薄膜母粒；
(3)改性薄膜料的制备：将PP颗粒料100份和上述薄膜母粒20份在高混机中高速混合均匀，备用；
(4)膜裂纤维的制备：
a)首先将上述改性薄膜料在单螺杆挤出机中熔融塑化，然后依次通过计量泵和过滤器，将改性薄膜料挤吹制备成厚度为20μm的薄膜，再依次经过冷却、分切成条；
b)将上述切条的薄膜在温度为110℃下多辊热拉伸，第一个辊筒的线速度为40m/min，拉伸倍数为5倍，再经红外烘箱加热，然后在温度为110℃下进行第二次多辊热拉伸，拉伸倍数为2倍；
c)将上述拉伸后的薄膜经针密度为75针/cm，线速度为第一个辊筒线速度13倍的针辊进行机械膜裂开纤，针与薄膜运行方向的夹角为75°，然后在110℃下热定型制成聚丙烯膜裂纤维。
对比实施例6′
本对比实施例制备方法同实施例6，其中膜母粒的制备配方中不添加POE，其它配方同实施例6。
上述各实施例中超支化聚合物接枝改性纳米粉体方法是：首先通过KH-550或者乙二胺在纳米粉体上引入活性羟基或氨基，以此为反应核，与单体分子发生反应，单体分子之间也会发生加成反应，得到超支化聚合物接枝改性的纳米粉体。其改性方法参考武汉工程大学杨亮亮的硕士论文《超细二氧化硅表面接枝超支化聚合物研究》。
将上述各实施例中制备的聚丙烯膜裂纤维通过集束、张力控制、导丝、蒸汽软化、卷曲、热定型后导入圆盘式或闸刀式纤维切断机切成指定长度的膜裂短纤维，短纤维经双道开松、梳理、铺网、双道针刺、热定型、驻极处理和收卷制备成驻极体无纺布(克重约160g/m2)，分别用1、2、3、4、5、5-A、5-B、6和6-A表示，并将该驻极体无纺布用于空气过滤材料中，然后按照下述测试方法测试聚丙烯膜裂纤维各项性能以及对应无纺布的过滤性能，测试结果如下表1和表2。
聚丙烯膜裂纤维的测试方法：(1)断裂强度、伸长率和初始模量参照《GB/T19975-2005高强化纤长丝拉伸性能试验方法》的标准测试，其中两夹头隔距为250mm，前伸速度为250mm/min，预加张力为5cN；(2)平均直径：使用光学显微镜自动扫描法随机测定1000～2000根纤维直径，然后计算平均值；(3)原纤化指数参照杨旭红的《Lyocell纤维原纤化程度的评价》中的原纤化指数主观评价法进行测定。
无纺布空气过滤材料的测试方法：(1)过滤效率：按照《GB 2626-2006呼吸防护用品自吸过滤式防颗粒物呼吸器》中第6.3节的标准进行测试；(2)气流阻力：参照《GB 19083-2010医用防护口罩技术要求》中第5.4节的标准进行测试，其中选用0.3μm的NaCl颗粒，气体流量为30L/min，测试环境温湿度分别约为23℃和30％；(3)透气性：参照5453-1997《纺织品织物透气性的测试》测试透气量，压差选择100Pa。
表1聚丙烯膜裂纤维的性能参数
表2空气过滤材料的性能参数
产品 过滤效率/％ 阻力/Pa 透气量/(L/m2·s)
1 87.1 25.8 2204
2 89.5 24.5 2210
3 95.1 13.9 2814
4 92.5 19.5 2450
5 96.2 15.2 2620
5-A 86.5 25.5 2122
5-B 88.3 23.2 2318
6 88.1 30.1 1854
6-A 60.5 32.9 1762
从表1中的数据可以看出，纳米粉体不经过超支化聚合物接枝改性和采用PE增韧改性所制备的膜裂纤维的断裂强度、伸长率、初始模量和原纤化指数均较小，如对比实施例5′，这是因为经超支化聚合物改性的纳米粉体在聚丙烯基材中的分散性和相容性明显得到了提高，并且还能在一定程度上增容PP和POE，提高了纤维的断裂强度和伸长率，而且改性后的纳米粉体在一定温度的拉伸工艺下，能够诱导薄膜和纤维内部β晶发生熔融重结晶，转化为α晶，增加了纤维的初始模量。对比实施例5″的断裂强度、伸长率、初始模量和原纤化指数明显低于实施例5膜裂纤维的性能参数，而平均直径却较大，这是因为POE中结晶性的乙烯链段与PP有很好的相容性，其表观切变粘度对温度的依赖性与PP相近，具有较强的剪切敏感性，在PP基体中易得到较小的分散相粒径和较窄的粒径分布，提高了PP与POE共混体系的强度和断裂伸长率，并制备出超薄薄膜，进而能制备出更细的和原纤化程度更高的膜裂纤维，如图1所示，膜裂纤维中不仅含有原纤化程度很高的超细纤维，还含有直径较大的大纤维。
从表1中的数据还可以看出，本发明复合薄膜结构更容易制备出原纤化程度较高的膜裂纤维，如实施例6中未采用由POE作为基材制备的B层薄膜料，所制备的膜裂纤维为单层薄膜，其原纤化程度较低，而当其制备过程中不添加POE时，如对比实施例6′，其原纤维程度更低，这是因为POE不仅能够增韧PP，还能促进PP纤维原纤化，此外，在多辊热拉伸阶段，POE组分出现软化，而PP组分未出现熔化现象，经膜裂开纤后更容易出现原纤化。
从表2中的数据可以看出，由本发明的膜裂纤维制备的空气过滤材料，其过滤效率较高、阻力较低、透气量较大，这是因为本发明膜裂纤维不仅含有原纤化程度很高的超细纤维，还含有直径分布较广的大纤维，较粗的纤维可以作为骨架纤维支撑纤网，保证纤网有一定的厚度和强度，形成大孔径、多通道的蓬松结构，从而保证了在高效过滤的前提下，过滤阻力较低，且透气性较大。

Claims (16)

1.一种聚丙烯膜裂纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备超支化聚合物表面接枝改性纳米粉体；
(2)膜母粒的制备：
A层薄膜母粒：PP颗粒料100份、POE颗粒25～75份、增容剂0.5～3.5份、改性纳米粉体10～25份、抗氧剂0.5～1.5份、光稳定剂0.15～0.5份，将上述各成份在高混机中低速充分混合，然后经双螺杆挤出机熔融塑化、挤出、造粒得到A层薄膜母粒；
B层薄膜母粒：POE颗粒料100份、改性纳米粉体10～20份、抗氧剂0.2～1.0份、光稳定剂0.05～0.5份，将上述各成份在高混机中低速充分混合，然后经双螺杆挤出机熔融塑化、挤出、造粒得到B层薄膜母粒；
(3)改性薄膜料的制备：
A层改性薄膜料：将PP颗粒料100份和A层薄膜母粒20份在高混机中高速混合均匀，备用；
B层改性薄膜料：将POE颗粒料100份和B层薄膜母粒20份在高混机中高速混合均匀，备用；
(4)膜裂纤维的制备：
首先将A层改性薄膜料与B层改性薄膜料分别在单螺杆挤出机中熔融塑化，然后依次通过计量泵、过滤器和熔体分配器将两种改性薄膜料按一定质量比共挤制备复合薄膜，再依次经过冷却、分切成条、第一次多辊热拉伸、红外烘箱加热、第二次多辊热拉伸、机械膜裂开纤、热定型制成聚丙烯膜裂纤维。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯膜裂纤维的制备方法，其特征在于，所述超支化聚合物包括超支化聚酯树脂、超支化聚酰胺树脂、超支化聚醚或超支化聚氨酯树脂。
3.根据权利要求2所述的聚丙烯膜裂纤维的制备方法，其特征在于，所述超支化聚合物包括超支化聚酯树脂。
4.根据权利要求1所述的聚丙烯膜裂纤维的制备方法，其特征在于，所述纳米粉体包括纳米二氧化钛、纳米二氧化硅和纳米电气石粉中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的聚丙烯膜裂纤维的制备方法，其特征在于，所述PP颗粒料是熔融指数为0.5～7.0g/10min，等规度大于95％的PP颗粒料。
6.根据权利要求1所述的聚丙烯膜裂纤维的制备方法，其特征在于，所述POE颗粒料包括乙烯与丁烯共聚物或乙烯与辛烯共聚物，乙烯含量为10～30％，熔融指数为0.5～8.0g/10min。
7.根据权利要求1所述的聚丙烯膜裂纤维的制备方法，其特征在于，所述增容剂包括PP-g-GMA、PP-g-GMA/St、PP-g-MAH、POE-g-MAH、POE-g-PMAH或POE-g-GMA。
8.根据权利要求1所述的聚丙烯膜裂纤维的制备方法，其特征在于，所述A层改性薄膜料与B层改性薄膜料的质量比为70:30～90:10。
9.根据权利要求8所述的聚丙烯膜裂纤维的制备方法，其特征在于，所述A层改性薄膜料与B层改性薄膜料的质量比为80:20～85:15。
10.根据权利要求1所述的聚丙烯膜裂纤维的制备方法，其特征在于，所述复合薄膜可为AB双层膜结构或BAB三层膜结构。
11.根据权利要求1所述的聚丙烯膜裂纤维的制备方法，其特征在于，所述多辊热拉伸温度为100～125℃，第一个辊筒的线速度为5～50m/min，拉伸倍数为1.5～8。
12.根据权利要求1所述的聚丙烯膜裂纤维的制备方法，其特征在于，所述机械膜裂开纤使用针辊的针密度为30～120针/cm。
13.根据权利要求1所述的聚丙烯膜裂纤维的制备方法，其特征在于，所述机械膜裂开纤使用针辊的所有针与薄膜运行方向的夹角为50～85°。
14.根据权利要求1所述的聚丙烯膜裂纤维的制备方法，其特征在于，所述热定型温度为90～125℃。
15.聚丙烯膜裂纤维，其特征在于，含权利要求1～14中任一项所述方法制备的聚丙烯膜裂纤维。
16.空气过滤材料，其特征在于，含权利要求15所述的聚丙烯膜裂纤维。
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