CN101649503A - 一种磁性纤维及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种磁性纤维及其制造方法。该磁性纤维具有皮芯结构，皮、芯体积比为3∶7－7∶3，其特征在于该纤维皮层料的重量百分比组成为：皮层聚合物57－89.7％、磁粉10－40％、增容剂0.3－3％；纤维芯层料的重量百分比组成为：芯层聚合物80－97.5％、金属粉2－15％、偶联剂0.5－5％。该磁性纤维的制造方法采用本发明所述的磁性纤维重量百分比组成和下述工艺：1.制造磁性纤维皮层料：2.制造磁性纤维芯层料：3.制造皮芯复合磁性纤维：将上述1、2步所得的皮层料和芯层料，按3∶7－7∶3的纤维皮、芯体积比，纺丝制成纤维长丝或短丝；4.纤维充磁处理：将第3步所得的纤维长丝或短丝在磁场强度11000高斯下充磁0.05－2分钟即得。
Description
技术领域
本发明涉及功能性化学纤维技术，具体为一种磁性纤维及其制造方法。
背景技术
磁性纤维是一种具有一定磁性能的功能纤维。对于磁性纤维国内外已有不少专利文献报道，例如，日本专利平3-130413介绍了一种采用皮芯法制造磁性纤维的方法。其纤维皮层是聚合物，芯层是聚合物和磁粉的混合物，磁粉含量占纤维芯层料的5-70％。中国专利文献CN1252460号公开了一种磁性保健纤维制造技术。它是将磁性微粒按比例与远红外微粒及载体树脂充分混合制成母粒，再按比例与原料树脂混合纺丝而制得的磁性保健纤维。该纤维硬磁材料占母粒重量的10-50％，纺丝中该母粒添加量为15-30％。该纤维虽然可以同时具有磁性和远红外功能，但也存在着如下不足：一方面由于磁粉含量较低，纤维的磁性能不明显；另一方面，远红外微粒是通过吸收和发射远红外线来达到对人体的保健作用，磁性粉粒则是通过一定强度的磁场对人体起保健作用，由于两者的保健作用机理不同，将磁粉与远红外混合使用并制成磁性远红外保健纤维，会使它们的功能作用相互干扰，导致功能下降，尤其影响其磁性能作用的发挥。中国专利文献CN1388275A号公开了一种远红外磁性纤维制造技术。该纤维的皮层具有远红粉，芯层含有磁粉。由于皮层中的远红外粉不具有磁功能，因此该纤维的磁性能同样受到影响。
值得注意的是，上述的磁性纤维都不具有屏蔽电磁波的功能。随着电子科技发展，使用电磁波和微波的器具越来越多。有关电磁波、微波等对人体的危害日益引起人们的关注。但在申请人检索的范围内，有关同时具有磁性功能和吸收屏蔽电磁波功能(包括吸收屏蔽微波功能)的磁性纤维的文献尚未见公开报道。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种磁性纤维及其制造方法。该纤维具有良好的磁性能，并具有一定屏蔽电磁波的功能，可耐水洗，具有功能持久性，同时手感好，适于纺织和服用。该纤维制造方法采用皮芯复合纺丝技术，可使纤维的两种功能互补并得到加强，同时工艺简单，适于工业化实施推广。
本发明解决所述纤维技术问题的技术方案是：设计一种磁性纤维，具有皮芯结构，皮、芯体积比为3∶7-7∶3，其特征在于该纤维皮层料的重量百分比组成为：皮层聚合物57-89.7％、磁粉10-40％、增容剂0.3-3％；所述的磁粉为三氧化二铁、四氧化三铁、锶铁氧体、钡铁氧体、钕铁硼、镍铁硼、钐铁氮和钕铁氮的一种或一种以上任意比例的混合物，磁粉的平均粒径为0.2-1.5μm；所述的增容剂为三异硬脂酰基钛酸异丙酯、三(十二烷基苯磺酰基)钛酸异丙酯、三(二辛磷酰氧基)钛酸异丙酯、三(二辛基焦磷酰氧基)钛酸异丙酯、硬脂酸、硬脂酸锌和聚乙烯蜡中的一种或任意比例的两种；该纤维芯层料的重量百分比组成为：芯层聚合物80-97.5％、金属粉2-15％、偶联剂0.5-5％；所述的金属粉为铁粉、镍粉和钴粉中的一种，或任意比例混合的两种，金属粉的平均粒径为20-200nm；所述偶联剂为γ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、γ一甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷，N-β-(氨基乙基)-γ氨基丙基三甲氧基硅烷和γ-氨基丙基三乙氧基硅烷中的任意一种。
本发明解决所述制造方法技术问题的技术方案是：设计一种磁性纤维制造方法，其特征在于该制造方法采用本发明所述的磁性纤维重量百分比组成和下述工艺：
1.制造磁性纤维皮层料：按所述皮层料重量百分比组成，把所述皮层聚合物、磁粉和增容剂均匀混合后，在180-290℃温度下，经双螺杆机挤出，造粒，获得磁性纤维皮层料；
2.制造磁性纤维芯层料：按所述芯层料重量百分比组成，把所述芯层聚合物、金属粉、偶联剂均匀混合后，在170-270℃温度下，经双螺杆机挤出，造粒，获得磁性纤维芯层料；
3.制造皮芯复合磁性纤维：将上述1、2步所得的皮层料和芯层料，按3∶7-7∶3的纤维皮、芯体积比，用皮芯复合纺丝机纺出卷绕丝，经拉伸后，制成纤维长丝或短丝；
4.纤维充磁处理：将第3步所得的纤维长丝或短丝在磁场强度11000高斯下，充磁0.05-2分钟，即得到所述的磁性纤维。
与现有技术相比，本发明磁性纤维既具有良好的磁性能，又具有一定屏蔽电磁波的功能。本发明设计的磁性纤维皮层是具有磁粉的聚合物，充磁后，会具有永久的磁场；而磁性纤维的芯层料中含有纳米金属粉，充磁时，芯层料中的金属粉也会得到充磁。充磁后，由于磁性纤维的皮层具有永久的磁性，纤维的芯层金属粉保留部分磁性，使纤维的磁性得到加强；由于纤维皮层中的磁粉也是吸波材料，纤维芯层料中的纳米金属粉具有良好的导电性和导磁性，因此纤维又具有屏蔽电磁波和微波的功能，实现本发明的主要目的。另外，由于是各种粉体与聚合物熔融混合后纺制的纤维，且粉体粒径主要采用纳米级的，因此，与涂层织物及采用微米级粉体共混纺制的纤维相比，具有耐水洗和手感好的特点，更适于纺织和服用。本发明磁性纤维制造方法是将两种不同功能的混合料纺制成具有皮芯结构的纤维，使制造的纤维具有磁性和屏蔽电磁波的双重功能，实现两种功能既独立、互不干扰，又互补的特点，而所采用的复合纺丝技术，容易工业化生产，制造成本比较低。
具体实施方式
下面结合实施例进一步叙述本发明：
本发明设计的磁性纤维(简称纤维)，具有皮芯结构，皮、芯体积比为3∶7-7∶3，其特征在于该纤维皮层料的重量百分比组成为：皮层聚合物57-89.7％、磁粉10-40％、增容剂0.3-3％；该纤维芯层料的重量百分比组成为：芯层聚合物80-97.5％、金属粉2-15％、偶联剂0.5-5％。
本发明纤维所述的皮层聚合物和芯层聚合物均为常规的成纤聚合物，包括聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚己内酰胺(PA-6)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)等中的任何一种。所述聚丙烯和聚乙烯的融熔指数为30-50。所述皮层聚合物和芯层聚合物可以使用相同的上述成纤聚合物，也可以使用不同的上述成纤聚合物。
本发明纤维所述皮层料中的磁粉为三氧化二铁、四氧化三铁、锶铁氧体、钡铁氧体、钕铁硼、镍铁硼、钐铁氮和钕铁氮的一种或一种以上任意比例的混合物，磁粉的平均粒径为0.2-1.5μm。
本发明纤维所述皮层料中的增容剂为三异硬脂酰基钛酸异丙酯、三(十二烷基苯磺酰基)钛酸异丙酯、三(二辛磷酰氧基)钛酸异丙酯、三(二辛基焦磷酰氧基)钛酸异丙酯、硬脂酸、硬脂酸锌和聚乙烯蜡中的一种，或者任意比例混合的两种。
本发明纤维所述芯层料中的金属粉为铁粉、镍粉和钴粉的一种，或者任意比例混合的两种；金属粉的平均粒径为20-200nm。
本发明纤维所述芯层料中的偶联剂为γ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、γ一甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷，N-β-(氨基乙基)-γ氨基丙基三甲氧基硅烷和γ-氨基丙基三乙氧基硅烷中的任意一种。
本发明同时设计了磁性纤维的制造方法，该制造方法采用本发明所述磁性纤维重量百分比组成和下述工艺：
1.制造磁性纤维皮层料：按所述皮层料重量百分比组成，把所述皮层聚合物、磁粉和增容剂均匀混合后，在180-290℃温度下，经双螺杆机挤出，造粒，获得所述磁性纤维皮层料；
2.制造磁性纤维芯层料：按所述芯层料重量百分比组成，把所述芯层聚合物、金属粉、偶联剂均匀混合后，在170-270℃温度下，经双螺杆机挤出，造粒，获得磁性纤维芯层料；
3.制造皮芯复合磁性纤维：将上述1、2步所得的皮层料和芯层料，按所述3∶7-7∶3的纤维皮、芯体积比，用皮芯复合纺丝机纺出卷绕丝，经拉伸后，制成纤维长丝或短丝。所述的皮芯体积比关系到纤维的磁性能。如果纤维的皮层比例过大，芯层比例太小，纤维芯层金属粉的导电、导磁作用不明显，影响纤维屏蔽电磁波的作用；反之，如果纤维的皮层比例过小，芯层比例太大，这将会影响纤维的磁性能，因此要求皮芯层体积比控制在所述的范围内，但优选的皮芯体积比为4∶6-6∶4。所述的拉伸为常规拉伸，一般为拉伸2-5倍。
4.纤维充磁处理：将第3步所得的纤维长丝或短丝在磁场强度11000高斯下，充磁0.05-2分钟，即得到本发明所述的磁性纤维。
本发明未述及之处适用于现有技术。
以下给出本发明的几个具体实施例。具体实施例仅是对本发明技术方案的进一步具体说明，不限制本发明的权利要求。
实施例1
取干燥后的聚对苯二甲酸乙二醇酯89.7份(重量百分比，下同)，平均粒径为0.2μm的三氧化二铁10份，聚乙烯蜡0.1份，三异硬脂酰基钛酸异丙酯0.2份，经充分混合后，在280℃下经双螺杆机挤出，造粒，制造出纤维皮层料；取聚对苯二甲酸乙二醇酯80份，平均粒径为200nm的铁粉15份，γ一缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷5份，经充分混合后，在270℃下经双螺杆机挤出，造粒，制造出纤维芯层料；将所得皮芯料充分烘干后，按7∶3的纤维皮、芯体积比用皮芯复合纺丝机纺制出卷绕丝，再将所得的卷绕丝在140℃温度下拉伸3倍，得到磁性纤维长丝，然后在11000高斯下充磁2分钟，即得到成品磁性纤维长丝。
经检测，该纤维的磁场强度均值为5高斯，微波反射衰减12db。
实施例2
取融熔指数50的聚丙烯57份，平均粒径为1.5μm的钡铁氧体40份，三(十二烷基苯磺酰基)钛酸异丙酯3份，经充分混合后，在195℃下经双螺杆挤出，造粒，制造出纤维皮层料；取融熔指数30的聚乙烯97.5份，平均粒径为20nm镍粉2份，γ一甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷0.5份，经充分混合后，在190℃下经双螺杆挤出，造粒，制造出纤维芯层料；将皮芯料充分烘干后，按3∶7的纤维皮、芯体积比在皮芯复合纺丝机上纺制出卷绕丝；再将所得卷绕丝在95℃温度下拉伸4倍后，切断为50cm的短纤维，然后在11000高斯下充磁0.05分钟，得到成品磁性纤维短丝。
经检测，该纤维的磁场强度均值为15高斯，微波反射衰减6db。
实施例3
取融熔指数30的聚乙烯68份，平均粒径为1μm的锶铁氧体粉25份，钕铁硼磁粉占5份，三(十二烷基苯磺酰基)钛酸异丙酯2份，经充分混合后，在180℃下经双螺杆挤出，造粒，制造出纤维皮层料；取融熔指数30的聚乙烯84份，平均粒径为150nm钴粉12份，N-β-(氨基乙基)-γ氨基丙基三甲氧基硅烷4份，经充分混合后，在170℃下经双螺杆挤出，造粒，制造出纤维芯层料；然后按4∶6的纤维皮、芯体积比进行复合纺丝，再将所得的卷绕丝在75℃温度下拉伸3倍，然后在11000高斯下充磁0.2分钟，即得到磁性纤维成品短丝。
经检测，该纤维的磁场强度均值为12高斯，微波反射衰减11db。
实施例4
取干燥后的聚己内酰胺79份，平均粒径为0.8μm镍铁硼粉料20份，三(二辛基焦磷酰氧基)钛酸异丙酯1份，份，经充分混合后，在250℃下经双螺杆挤出，造粒，制造出纤维皮层料；取聚己内酰胺87.5份，平均粒径为100nm的铁粉占7份，镍粉2份，γ-氨基丙基三乙氧基硅烷3.5份，经充分混合后，在250℃下经双螺杆挤出，造粒，制造出纤维芯层料；将皮芯料充分烘干后，按纤维皮、芯体积比为6∶4的比例在皮芯复合纺丝机纺制出卷绕丝，再将卷绕丝在120℃温度下拉伸2倍，然后在11000高斯下充磁0.8分钟，即得到磁性纤维成品长丝。
经检测，纤维的磁场强度均值为10高斯，微波反射衰减9db。
实施例5：
取干燥后的聚对苯二甲酸丁二醇酯89.5份，平均粒径为0.6μm的钕铁氮粉料10份，三异硬脂酰基钛酸异丙酯0.3份，硬脂酸锌0.2份，经充分混合后，在250℃下经双螺杆挤出，造粒，制造出纤维皮层料；取聚对苯二甲酸丁二醇酯91份，平均粒径为60nm铁粉7份，γ一甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷2份，经充分混合后，在260℃下经双螺杆挤出，造粒，制造出纤维芯层料；然后按纤维的皮、芯体积比为5∶5的比例进行复合纺丝，再将所得的卷绕丝在85℃温度下拉伸3倍，然后在11000高斯下充磁1分钟，即得到磁性纤维成品短丝。
经检测，该纤维的磁场强度均值为7高斯，微波反射衰减8db。
实施例6
取干燥后的聚对苯二甲酸丙二醇酯84.2份，平均粒径为0.4μm的钐铁氮粉料10份，平均粒径为0.8μm镍铁硼粉料5份，三异硬脂酰基钛酸异丙酯0.6份，硬脂酸0.2份，经充分混合后，在240℃下经双螺杆挤出，造粒，制造出纤维皮层料；取干燥后的聚对苯二甲酸乙二醇酯95份，平均粒径为40nm的钴粉2份，铁粉2份，γ-氨基丙基三乙氧基硅烷1份，经充分混合后，在250℃下经双螺杆挤出，造粒，制造出纤维芯层料；然后按实施例5的方法进行纺丝和后处理，即得到磁性纤维成品短丝。
经检测。该纤维的磁场强度均值为11高斯，微波反射衰减7db。
Claims (4)
1.一种磁性纤维，具有皮芯结构，皮、芯体积比为3∶7-7∶3，其特征在于该纤维皮层料的重量百分比组成为：皮层聚合物57-89.7％、磁粉10-40％、增容剂0.3-3％；所述的磁粉为三氧化二铁、四氧化三铁、锶铁氧体、钡铁氧体、钕铁硼、镍铁硼、钐铁氮和钕铁氮的一种或一种以上任意比例的混合物，磁粉的平均粒径为0.2-1.5μm；所述的增容剂为三异硬脂酰基钛酸异丙酯、三(十二烷基苯磺酰基)钛酸异丙酯、三(二辛磷酰氧基)钛酸异丙酯、三(二辛基焦磷酰氧基)钛酸异丙酯、硬脂酸、硬脂酸锌和聚乙烯蜡中的一种或任意比例的两种；该纤维芯层料的重量百分比组成为：芯层聚合物80-97.5％、金属粉2-15％、偶联剂0.5-5％；所述的金属粉为铁粉、镍粉和钴粉中的一种，或任意比例混合的两种，金属粉的平均粒径为20-200nm；所述的偶联剂为γ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、γ一甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷，N-β-(氨基乙基)-γ氨基丙基三甲氧基硅烷和γ-氨基丙基三乙氧基硅烷中的任意一种。
2.根据权利要求1所述的磁性纤维，其特征在于所述的皮层聚合物和芯层聚合物均为常规的成纤聚合物，包括聚丙烯、聚乙烯、聚己内酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯等中的任何一种；所述聚丙烯和聚乙烯的融熔指数为30-50；皮层聚合物和芯层聚合物为相同的所述成纤聚合物，或者为不同的所述成纤聚合物。
3.一种权利要求1或2所述磁性纤维的制造方法，其特征在于该制造方法采用下述工艺：
(1).制造磁性纤维皮层料：按所述皮层料重量百分比组成，把所述皮层聚合物、磁粉和增容剂均匀混合后，在180-290℃温度下，经双螺杆机挤出，造粒，获得磁性纤维皮层料；
(2).制造磁性纤维芯层料：按所述芯层料重量百分比组成，把所述芯层聚合物、金属粉、偶联剂均匀混合后，在170-270℃温度下，经双螺杆机挤出，造粒，获得磁性纤维芯层料；
(3).制造皮芯复合磁性纤维：将上述(1)、(2)步所得的皮层料和芯层料，按3∶7-7∶3的纤维皮、芯体积比，用皮芯复合纺丝机纺出卷绕丝，经拉伸后，制成纤维长丝或短丝；
(4).纤维充磁处理：将第(3)步所得的纤维长丝或短丝在磁场强度11000高斯下，充磁0.05-2分钟，即得到所述的磁性纤维。
4.根据权利要求3所述磁性纤维的制造方法，其特征在于所述的纤维皮、芯体积比为4∶6-6∶4。
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