本发明是一种芳纶-氨纶皮芯复合纤维及其制备方法，属于聚氨酯弹性纤维材料制造的技术领域。
背景技术：
芳纶1313又称间位芳纶，全称“间苯二甲酰间苯二胺”，是“芳香族聚酰胺纤维”的一种，具有良好的阻燃性、热稳定性、电绝缘性、化学稳定性、耐辐射性及机械特性。但它大多应用在航天航空、汽车工业、特种保护服、电绝缘材料等领域，在国民生活领域特别是在纺织上的应用还是很少见到。单纯的芳纶1313织物不仅价格昂贵，而且穿着舒适度不够，难以在日常生活中得到广泛使用。
聚氨酯弹性纤维俗称氨纶，其化学结构一般由“软锻”与“硬锻”两部分组成。由于软锻和硬锻之间存在热力学不相容性，通过分散聚集形成各自独立的微区，并且表现出各自的玻璃化温度，具有优异的弹性拉伸性能和断裂强力。氨纶被喻为纺织品的“工业味精”，与非弹性纤维混纺得到织物布料，可以大大改善织物穿着地舒适性能和美观度，已经成为了一种不可或缺的纺织品原料之一。
为了使具有良好物理、化学性能的芳纶1313更好地应用在国民生活领域上，本发明制备了一种芳纶-氨纶皮芯复合纤维。相较于芳纶与氨纶混纺得到的织物布料，不仅减少了混纺工序，而且织造得到的面料上每一根单丝都具备相同的特性，整体性能更加均一、稳定。该芳纶-氨纶皮芯复合纤维不仅可以改善面料的舒适度，更赋予面料耐高温、耐化学腐蚀、耐磨损的功能，使面料的使用寿命更长、使用领域更宽阔。芳纶-氨纶皮芯复合纤维可以应用于工作装、登山服、旅行包等生活用品中，给消费者更加舒适、耐用的体验，满足消费者日趋苛刻的要求。
截止目前，关于制备芳纶-氨纶皮芯复合纤维的技术报道暂未查到。但涉及皮芯结构氨纶、芳纶-氨纶混纺技术报道较多，其中吴江鹰翔万信化纤有限公司在专利CN200910144632公开了一种氨纶与聚丁二酸丁二醇酯皮芯纤维的制备方法，通过聚合得到的聚丁二酸二醇酯与氨纶共同纺丝，其中皮层为聚丁二酸丁二醇酯，芯层为氨纶，得到改性可降解聚酯纤维。
浙江华峰氨纶股份有限公司在专利CN201510117354公开了一种抗菌氨纶纤维及其制备方法，抗菌氨纶纤维由包皮和芯部组合而成，芯部材料为熔纺用聚氨酯切片，通过特殊的喷丝板组合件在湿干法纺丝的设备和工艺下纺丝，经特殊的凝固浴，制得抗菌氨纶纤维。
浙江情怡袜业有限公司在专利CN200910100266公开了一种芳纶1414纤维/氨纶包覆丝及采用该包覆丝的多功能防护袜，该包覆丝是以氨纶丝为芯丝、芳纶1414纤维为外包丝的包覆丝，所得到的多功能防护袜具有良好的防切割、阻燃、耐磨、保健、穿着舒适等性能。
通过我们的研究发现：专利CN200910144632公开了一种氨纶与聚丁二酸丁二醇酯皮芯纤维的制备方法并没有解决皮层和芯层共同纺丝成型问题、皮芯层界面问题；专利CN201510117354公开了一种抗菌氨纶纤维及其制备方法，但是其过程繁琐，需要的设备较普通干法纺丝氨纶的设备复杂许多，操作不便，不适合工业化生产；专利CN200910100266公开了一种芳纶1414纤维/氨纶包覆丝及采用该包覆丝的多功能防护袜是采用混纺的方法来结合芳纶1414与氨纶，但性能稳定性和均一性都不如芳纶-氨纶皮芯复合纤维。
技术实现要素：
技术问题：本发明拟解决的技术问题是设计一种芳纶-氨纶皮芯复合纤维的制备方法。该制备方法的实施过程稳定，制备的芳纶-氨纶皮芯复合纤维不仅具有高回弹性，还具有良好耐高温、耐化学腐蚀、耐磨损性能。该芳纶-氨纶皮芯复合纤维制造工艺简单，与氨纶干法纺丝设备相同，便于工业化实施，经济适用。
技术方案：本发明涉及一种芳纶-氨纶皮芯复合纤维及其制备方法，是将皮层包覆在芯层外，皮层为芳纶1313，芯层为氨纶，纤维截面为同心圆型实心结构。
本发明的芳纶-氨纶皮芯复合纤维制备方法：采用皮芯型挤出方式干法纺丝，皮层纺丝原液和芯层纺丝原液一起进入纺丝系统，通过分隔元件和计量泵控制皮层占复合纤维总重量的5～20％并一同由喷丝孔挤出，进入干法纺丝甬道、高温干燥、油剂上油、卷绕成型。
其中：
所述的皮层纺丝原液由间苯二甲酰氯(IPC)和间苯二胺(MPD)通过低温溶液缩聚法制得，制备方法包括以下步骤：
1)制备聚合物溶液：将间苯二胺溶解在N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)溶剂中，质量浓度为10.0～15.0％，温度为-10～0℃，在搅拌下加入间苯二甲酰氯(IPC)，间苯二胺(MPD)与间苯二甲酰氯(IPC)的摩尔比为1:(1.02～1.05)；
2)制备成纤聚合物溶液：向步骤1)制得的聚合物溶液中加入碱性物质中和其中的氯化氢，过滤杂质并调整成纤聚合物溶液质量浓度为30.0～36.0％，保持粘度为4500～5500poise，与芯层纺丝原液保持一致。
3)向步骤2)制得的成纤聚合物溶液中添加提高染色性能的助剂，搅拌分散，熟化完成即制备得到皮层纺丝原液。
所述的芯层纺丝原液，其制备方法包括以下步骤：
1)制备扩链剂溶液：将混合二胺扩链剂、单胺类终止剂添加至N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)溶剂中，配得浓度质量百分比为3.0～6.0％；
2)制备预聚物溶液：依次加入N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)和聚四亚甲基醚二醇(PTMG)，然后加入4,4-二苯甲烷二异氰酸酯(4,4-MDI)，NCO/OH比例为1.5～1.8，充分进行预聚反应；
3)制备成纤聚合物溶液：将步骤2)的预聚产物移送至扩链罐中，搅拌均匀，控制温度在0～5℃，滴加步骤1)制得的扩链剂溶液进行链增长、链终止，最终得到成纤聚合物溶液；
4)向步骤3)制备的成纤聚合物溶液中添加抗氧化剂、润滑剂、表面活性剂，搅拌分散，熟化完成即制备得到芯层纺丝原液，其质量浓度为30.0～36.0％，保持粘度为4500～5500poise；
所述的加入间苯二甲酰氯(IPC)的方法为：
1)初始反应加料时快速加入占总量75％的间苯二甲酰氯(IPC)，控制加料时间15～20min完成，反应后溶液温度为30～40℃，得到的预聚物溶液；
2)再将步骤1)得到的预聚物溶液降温至5～10℃，剩下25％的间苯二甲酰氯(IPC)缓慢加入，控制加料时间为55～60min，反应完成后预聚物溶液的温度为28～32℃，控制聚合物溶液的粘度增长速率，有利于纺丝成型。
所述的向皮层纺丝原液中加入的碱性物质为碱性无机物、含碱性离子的胺类有机物中的一种或几种的混合物。
所述的提高染色性能的助剂为白炭黑、聚乙烯亚胺中的一种或两种的混合物。
所述的喷丝孔为同心圆型的喷丝板组件，喷丝孔的小圆内径为0.20～0.25mm，内层纺丝原液从小圆内挤出，大圆内径为0.30～0.35mm，皮层纺丝原液从大圆和小圆的间隙中挤出。
所述的喷丝孔为同心圆型的喷丝板组件，为1～5孔喷丝板。
所述的向芯层纺丝原液中加入的表面活性剂为异辛醇聚氧乙烯醚磷酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸单酯铵盐的一种或两种的混合物。
有益效果：本发明通过特殊的工艺配方以及特殊的纺丝加工方法，制备的芳纶-氨纶皮芯复合纤维不仅具有高回弹性，还具有良好耐高温、耐化学腐蚀、耐磨损性能。同时还解决了以下几个主要问题：
(1)本发明采用两种手段来解决芳纶因分子结构规整性好而染色困难的问题，①在皮层纺丝原液中加入具有多孔结构的物质(如白炭黑)，该物质具有良好的吸附性能，可以提升染色性和染色色牢度，且对分散染料、酸性染料等都有很好的适应性；②在皮层纺丝原液中加入富含染色位点的物质(如聚乙烯亚胺)，该分子链上有很多“N”提供的孤对电子，提供了大量可与酸性染料发生作用的“染座”；
(2)本发明采用独特的分步添加间苯二甲酰氯的方法，来控制其与间苯二胺的反应速率，以达到控制皮层纺丝原液温度和粘度的效果，使皮层纺丝原液粘度与芯层纺丝原液粘度一致，有利于复合纤维纺丝成型；
(3)本发明采用在芯层纺丝原液中添加特种表面活性剂的方法来改善芳纶1313和氨纶的界面，该特种表面活性剂易浮于氨纶表面与芳纶1313接触，具有良好的乳化能力，可以使两者的界面层有效地混合，起到缓冲刚性皮层与弹性芯层的作用，极大地降低了皮层在后期使用过程中被剥落的风险。
(4)通过调节分隔元件和计量泵可以控制皮层在复合纤维总重量中占的比重，可以得到不同性能的复合纤维，满足不同产品的不同要求。
具体实施方式
本发明涉及一种芳纶-氨纶皮芯复合纤维及其制备方法，是将皮层包覆在芯层外，皮层为芳纶1313，芯层为氨纶，纤维截面为同心圆型实心结构。其制备方法为：采用皮芯型挤出方式干法纺丝，皮层纺丝原液和芯层纺丝原液一起进入纺丝系统，通过分隔元件和计量泵控制皮层占复合纤维总重量的5～20％并一同由喷丝孔挤出，进入干法纺丝甬道、高温干燥、油剂上油、卷绕成型。
所述的皮层纺丝原液由间苯二甲酰氯(IPC)和间苯二胺(MPD)通过低温溶液缩聚法制得，制备方法包括以下步骤：
1)制备聚合物溶液：将间苯二胺溶解在N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)溶剂中，质量浓度为10.0～15.0％，温度为-10～0℃，在搅拌下加入间苯二甲酰氯(IPC)，间苯二胺(MPD)与间苯二甲酰氯(IPC)的摩尔比为1:(1.02～1.05)；
2)制备成纤聚合物溶液：向步骤1)制得的聚合物溶液中加入碱性物质中和其中的氯化氢，过滤杂质并调整成纤聚合物溶液质量浓度为30.0～36.0％，保持粘度为4500～5500poise，与芯层纺丝原液保持一致。
3)向步骤2)制得的成纤聚合物溶液中添加提高染色性能的助剂，搅拌分散，熟化完成即制备得到皮层纺丝原液。
所述的芯层纺丝原液，其制备方法包括以下步骤：
1)制备扩链剂溶液：将混合二胺扩链剂、单胺类终止剂添加至N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)溶剂中，配得浓度质量百分比为3.0～6.0％；
2)制备预聚物溶液：依次加入N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)和聚四亚甲基醚二醇(PTMG)，然后加入4,4-二苯甲烷二异氰酸酯(4,4-MDI)，NCO/OH比例为1.5～1.8，充分进行预聚反应；
3)制备成纤聚合物溶液：将步骤2)的预聚产物移送至扩链罐中，搅拌均匀，控制温度在0～5℃，滴加步骤1)制得的扩链剂溶液进行链增长、链终止，最终得到成纤聚合物溶液；
4)向步骤3)制备的成纤聚合物溶液中添加抗氧化剂、润滑剂、表面活性剂，搅拌分散，熟化完成即制备得到芯层纺丝原液，其质量浓度为30.0～36.0％，保持粘度为4500～5500poise；
所述的加入间苯二甲酰氯(IPC)的方法为：
1)初始反应加料时快速加入占总量75％的间苯二甲酰氯(IPC)，控制加料时间15～20min完成，反应后溶液温度为30～40℃，得到的预聚物溶液；
2)再将步骤1)得到的预聚物溶液降温至5～10℃，剩下25％的间苯二甲酰氯(IPC)缓慢加入，控制加料时间为55～60min，反应完成后预聚物溶液的温度为28～32℃，控制聚合物溶液的粘度增长速率，有利于纺丝成型。
所述的向皮层纺丝原液中加入的碱性物质为碱性无机物、含碱性离子的胺类有机物中的一种或几种的混合物。
所述的提高染色性能的助剂为白炭黑、聚乙烯亚胺中的一种或两种的混合物。
所述的喷丝孔为同心圆型的喷丝板组件，喷丝孔的小圆内径为0.20～0.25mm，内层纺丝原液从小圆内挤出，大圆内径为0.30～0.35mm，皮层纺丝原液从大圆和小圆的间隙中挤出。
所述的喷丝孔为同心圆型的喷丝板组件，为1～5孔喷丝板。
所述的向芯层纺丝原液中加入的表面活性剂为异辛醇聚氧乙烯醚磷酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸单酯铵盐的一种或两种的混合物。
实施例1：
第一步：皮层纺丝原液的制备
1)制备聚合物溶液：将间苯二胺溶解在N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)溶剂中，质量浓度为10.0％，温度为-10℃，在搅拌下加入间苯二甲酰氯，间苯二胺与间苯二甲酰氯的摩尔比为1:1.02。初始反应加料时快速加入占总量75％的间苯二甲酰氯，控制加料时间15min完成；再将得到的预聚物溶液降温至5℃，剩下25％的间苯二甲酰氯缓慢加入，控制加料时间为55min。控制预聚物溶液的温度为28～32℃。
2)制备成纤聚合物溶液：向步骤1)制得的聚合物溶液中加入氢氧化钙中和其中的氯化氢，过滤杂质并调整成纤聚合物溶液质量浓度为32.0％，保持粘度为4500～5500poise。
3)向步骤2)制得的成纤聚合物溶液中添加多孔结构的物质白炭黑来提高染色性能。
第二步：芯层纺丝原液的制备
1)制备扩链剂溶液：将混合二胺扩链剂、单胺类终止剂添加至N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)溶剂中，配得浓度质量百分比为4.0％；
2)制备预聚物溶液：依次加入N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)和聚四亚甲基醚二醇(PTMG)，然后加入4,4-二苯甲烷二异氰酸酯(4,4-MDI)，NCO/OH比例为1.8，充分进行预聚反应；
3)制备成纤聚合物溶液：将预聚产物移送至扩链罐中，搅拌均匀，控制温度为0℃，滴加步骤1)制得的扩链剂溶液进行链增长、链终止，最终得到成纤聚合物溶液；
4)向步骤3)制备的成纤聚合物溶液中添加抗氧化剂、润滑剂、特种表面活性剂，搅拌分散，熟化完成即制备得到芯层纺丝原液，其质量浓度为30.0％，保持粘度为4500～5500poise；
所述的特种表面活性剂为异辛醇聚氧乙烯醚磷酸酯。
第三步：皮芯型挤出方式干法纺丝
皮层原液和芯层原液一起进入纺丝系统，通过分隔元件和计量泵控制皮层占复合纤维总重量的5％，使用同心圆型喷丝板同时挤出，进入干法纺丝甬道、高温干燥、油剂上油、卷绕成型。
实施例2：
第一步：皮层纺丝原液的制备
1)制备聚合物溶液：将间苯二胺溶解在N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)溶剂中，质量浓度为15.0％，温度为-5℃，在搅拌下加入间苯二甲酰氯，间苯二胺与间苯二甲酰氯的摩尔比为1:1.05，初始反应加料时快速加入占总量75％的间苯二甲酰氯，控制加料时间20min完成；再将得到的预聚物溶液降温至10℃，剩下25％的间苯二甲酰氯缓慢加入，控制加料时间为60min。控制预聚物溶液的温度为28～32℃。
2)制备成纤聚合物溶液：向步骤1)制得的聚合物溶液中加入含碱性离子的丁二胺，过滤杂质并调整成纤聚合物溶液质量浓度为33.0％，保持粘度为4500～5500poise，与芯层纺丝原液保持一致。
3)向步骤2)制得的成纤聚合物溶液中添加含染色点位“N”化合物聚乙烯亚胺来提高染色性能。
第二步：芯层纺丝原液的制备
1)制备扩链剂溶液：将混合二胺扩链剂、单胺类终止剂添加至N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)溶剂中，配得浓度质量百分比为5.0％；
2)制备预聚物溶液：依次加入N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)和聚四亚甲基醚二醇(PTMG)，然后加入4,4-二苯甲烷二异氰酸酯(4,4-MDI)，NCO/OH比例为1.6，充分进行预聚反应；
3)制备成纤聚合物溶液：将预聚产物移送至扩链罐中，搅拌均匀，控制温度为5℃，滴加步骤1)制得的扩链剂溶液进行链增长、链终止，最终得到成纤聚合物溶液；
4)向步骤3)制备的成纤聚合物溶液中添加抗氧化剂、润滑剂、表面活性剂，搅拌分散，熟化完成即制备得到芯层纺丝原液，其质量浓度为35.0％，保持粘度为4500～5500poise，与皮层纺丝原液保持一致；
所述的特种表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸单酯铵盐。
第三步：皮芯型挤出方式干法纺丝
皮层原液和芯层原液一起进入纺丝系统，通过分隔元件和计量泵控制皮层占复合纤维总重量的15％，使用同心圆型喷丝板同时挤出，进入干法纺丝甬道、高温干燥、油剂上油、卷绕成型。