CN102505515B

CN102505515B - 一种击剑比赛跑道用导电材料

Info

Publication number: CN102505515B
Application number: CN 201110339723
Authority: CN
Inventors: 朱静江; 郝恩全; 吴远平; 于华娟; 吴承农; 黄强
Original assignee: ZHEJIANG MSD NEW MATERIAL CO Ltd
Current assignee: Zhejiang Mingshida Co ltd
Priority date: 2011-11-01
Filing date: 2011-11-01
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2031-11-01
Also published as: CN102505515A

Abstract

本发明涉及一种击剑比赛跑道用导电材料，由下述方法制备而得：（1）采用高强涤纶丝织造而成的机织布，在机织布其中一表面刀刮一层E-PVC糊，然后E-PVC糊面贴合PVC膜，此后在机织布另一表面涂一层PU糊；（2）导电布表面涂一层PU糊，将导电布的PU糊面与步骤（1）机织布的PU糊面相互贴合，然后经轧花、温炼工序即制得击剑比赛跑道用导电材料。本发明制得的击剑比赛跑道用导电材料，不仅导电性能高、环保性能好、剥离负荷高、强度好（拉伸负荷和撕裂负荷高）、阻燃性能佳，并且具有优越的刺破强力和耐磨性等优点。

Description

一种击剑比赛跑道用导电材料

技术领域

本发明涉及纺织品材料领域，具体涉及一种用作击剑比赛跑道用导电材料。

背景技术

随着科学技术的进步和新材料的开发，纺织复合材料的应用层出不穷，柔性复合材料作为其中的一种新兴复合材料已经得到了广泛运用，且发展前景广阔。它不仅广泛应用于充气筏，广告灯箱布等领域，甚至开始应用于环保的科技产品。意大利卡马比奥湖的湖水极为营养，因此人们利用以涤纶高强丝作为增强材料的产品，圈出一个浮动的水上实验室以此来对湖水进行大规模分析研究；在沙漠地区人们用纺织布遮阳顶，开辟了出一片适合农作物生长的土地；人们还利用双层布料制成软性热交换器，利用太阳、空气和水的能量来保存资源。另外，还用于篷盖领域为临时需要而搭建的用于短期居住的帐篷，以及为灾民、难民以及朝圣者提供的临时住所，且已经扩展到高技术的可移动的、临时使用的、耐久的庇护所以及为仓储、生产、展览、会议、文化交流和体育活动提供可改变的、大跨度的建筑膜结构材料。另外，柔性复合材料在击剑比赛跑道等体育领域也有很广泛的应用。

击剑运动是一项历史悠久的传统体育运动项目。早在远古时代，剑就是人类为了生存同野兽进行搏斗和猎食所使用的工具。现代击剑运动是奥运会的传统项目，1896年在雅典举行的第1届现代奥运会上就设有男子花剑、佩剑的比赛。1931年，重剑比赛开始使用电动裁判器。电动裁判器的发明也是现代击剑运动史上的一个里程碑。它使击剑比赛更加公平，同时推动击剑技术向更新的高度发展。在击剑比赛中，当甲方剑客的剑击中乙方的导电服时，电路导通，乙方指示灯亮，反之亦然。电路导通需要两剑客相遇时形成导电回路，一般情况下，两剑客各有一根导电线与击剑跑道材料相连，该材料下层是导电的，所以能形成回路。而上层是绝缘的，一般为PVC膜类材料，以保护剑客安全。但是传统该类材料一般存在环保性能差、剥离负荷低、强度差、耐磨性低、易被刺破、导电性差等缺陷。

如今，纺织品在工业生产中已扮演着越来越重要的角色。采用新型纤维和新纺织工艺制成的导电纤维纺织品用途不断拓展,具有良好柔韧性的导电纤维受到了广泛的关注。20世纪60年代人们开始研发导电纤维，随着研究的不断深入，不同类型的导电纤维被逐渐开发，纺织用导电纤维的生产和应用技术已逐渐趋于成熟，其产品在抗静电纺织品、屏蔽电磁波纺织品、智能纺织品和防侦察伪装材料等领域都有着广泛的应用。导电纤维通常是指在标准状态下(20℃, 65%RH)电阻率小于10⁸Ω·cm的纤维。虽然目前关于不锈钢导电纤维研究的相关报道有很多，如伏广伟介绍了通过植入导电纤维包括不锈钢导电纤维以提高纺织品抗静电性能的技术；刘荣清叙述了导电纤维的前景和分类,分析了有机导电纤维和无机金属导电纤维的特性,并介绍了两类纤维的纺纱工艺；张亮优化探讨了导电纤维针织物的编织工艺；专利CN1082644提供了一种具有导电性能的纤维和导电布的制配方法。它由电解铜、纯钨、镍按一定比例制配电解后，对清洗处理后的纤维及布进行电镀。专利CN1408897报道了通过物理气相沉积法生产导电布。专利CN101153462报道了一种弹性导电布的制造方法，其包括下列步骤：提供一以天然纤维或人造纤维织成的布料；将发泡树脂粘着于所述布料的至少一表面上，形成具有弹性的布料；所述第一薄膜进行电镀以将所述布料金属化。专利CN1408915介绍了采用金属纱线及自然纤维为原料，先将金属纱线经卷绕包覆短纤纱线，再在编纤过程中同时添加足以提升其耐用度的丝，如不锈钢丝、羊毛丝等，以构成大面积的导电布。但是将不锈钢导电纤维和棉纤维混纺而成的导电布与骨架材料以及PVC膜在一定的工艺条件下加工而成的击剑比赛跑道用导电复合材料却未见相关报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种环保性能好、剥离负荷高、强度好（拉伸负荷和撕裂负荷高）、导电性能高，并且具有优越的刺破强力和耐磨性能击剑比赛跑道用导电材料。

一种击剑比赛跑道用导电材料，由下述方法制备而得：

（1）采用高强涤纶丝织造而成的机织布，在机织布其中一表面刀刮一层E-PVC糊，然后E-PVC糊面贴合PVC膜，此后在机织布另一表面涂一层PU糊；

（2）导电布表面涂一层PU糊，将导电布的PU糊面与步骤（1）机织布的PU糊面相互贴合，然后经轧花、温炼工序即制得击剑比赛跑道用导电材料。

优选地，所述的机织布规格为线密度1000D×1000D，织物密度为20×22根/英寸。高强涤纶丝和高织物密度骨架材料的应用，保证了导电材料具有足够的强度。

优选地，所述的导电布由Φ5～15μm不锈钢长丝纤维和棉纤维混纺而成。Φ5～15μm不锈钢导电长丝纤维具有导电能力好，柔软性能佳，且与其它纺织纤维易捻合，国内虽有很多将金属丝短纤与其他纤维混纺织成各种织物的相关报道，而将金属长丝与其它纱线加捻后作为纬纱或者单独作为纬纱原料是一种新的尝试，它比金属丝混纺纱拉拔次数少且无牵切，无因不锈钢而出现的混纺抱合性差等问题，在织造工艺上更方便于控制。

优选地，所述的PU糊采用水性聚氨酯。水性聚氨酯其具有环保性能好、粘结性能强、柔韧性好、耐冲击性好、耐化学品性好、耐磨性好等特点。

优选地，所述刀刮E-PVC糊的厚度为0.06～0.10mm。该厚度保证了PVC膜材料的与骨架材料的充分粘合。

优选地，所述步骤（1）贴合时，机织布预热温度150 ℃ ± 10 ℃，贴合温度185 ℃±5℃，PVC膜预热温度165℃±10 ℃，贴合温度195℃±5℃，贴合速度为18～25m/min。

优选地，所述步骤（2）贴合时，机织布预热温度150 ℃±10 ℃，贴合温度170℃ ±5℃，导电布预热温度165℃±10 ℃，贴合温度185℃±5℃，贴合速度为10～14 m/min。该加工工艺使PVC膜、骨架材料和不锈钢导电布三者间充分贴合，产品剥离负荷高，并且保证了产品的良好的导电能力。

优选地，所述的PVC膜由下述方法制得：将PVC配料经高速冷却搅拌、密炼、粗炼、精炼，后行星挤出，达到前期充分塑化，再经二辊开炼再次塑化后四辊压延工艺制成PVC膜。

优选地，所述的PVC配料由下述重量份的组份组成：PVC树脂粉100份、改性轻质碳酸钙5～15份、纳米碳酸钙5～15份、增塑剂邻苯二甲酸二异壬酯15~25份、硬脂酸锌类稳定剂3～6份、热塑性聚氨酯弹性体2～4份、环氧大豆油2～6份、阻燃剂氢氧化铝4～10份和氢氧化镁2~4份、钛白粉2~4份、色料0.1～2份，耐磨添加剂SiC 0.3～0.8份及改性纳米SiO₂0.3～0.8份。

优选地，所述的PVC树脂粉聚合度为1300～1500。用此高聚合度的PVC树脂粉是赋予产品的高弹性。

本发明提供的PVC膜具有很好的弹性和耐磨性。解决该问题的关键是在膜配方中提升PVC树脂粉的聚合度、加入聚氨酯弹性体TPU以及耐磨添加剂使PVC膜具备高弹性和耐磨性。添加聚氨酯弹性体TPU提供膜弹性的主要原理是热塑性聚氨酯弹性体TPU是由多异氰酸酯和带有羟基的聚酯或聚醚二元醇和低分子二元醇扩链剂，通过逐步加成聚合反应制成的线状或稍有支化或交联的高分子材料。TPU分子中既含有柔性软链段又含有刚性硬链段，软链段决定了TPU的一些最终性能，如弹性、低温屈挠性，在某种程度上还有聚合物的膨胀性能和水解性。同样，硬链段则显示的是硬度、弹性模量、脱模性和高温性能(热稳定性)。硬链段通过分子间氢键获得强的物理交联结构，形成微相分离结构，所以即使无化学交联结构也表现出了橡胶弹性。其弹性模量介于塑料和橡胶之间，在较宽的硬度范围内仍能保持较好的弹性，TPU还兼有塑料加工工艺性能，并具有良好的耐低温性能和耐油、耐溶剂、耐臭氧性能。虽然用高聚合度PVC树脂粉提升产品弹性的相关报道已有，如刘方的《高聚合度聚氯乙烯弹性体的性能及其应用》，陈国正的《高聚合度聚氯乙烯树脂的开发》等。另外董金虎的《SiO₂增韧增强PVC人造革的研究》,王帆的《无机纳米粒子SiO₂增韧增强PVC的性能》，田满红的《纳米SiO₂增强增韧聚氯乙烯复合材料的研究》等介绍了SiO₂增韧增强PVC的性能。但是同时采用高聚合度PVC树脂粉和加入聚氨酯弹性体TPU以及耐磨添加剂使PVC膜具备高弹性和耐磨性，在国内外尚未见报道。

本发明的另一创新点是选择适宜的助剂使导电织物与柔性复合材料的骨架材料能够很好的粘合，并且不影响导电布的导电能力，而本发明选用了聚氨酯胶水来粘结“两布”，使其具有高剥离负荷。聚氨酯是一种发展迅速的高分子材料，由于原料品种的多样化以及分子结构的软硬段可调，可以制成泡沫、涂料、塑料、弹性体、胶粘剂、纤维等多种形式的产品。它广泛应用于机电、船舶、航空、车辆、土木建筑、轻工、纺织等部门，产量与品种与日俱增，在材料工业中现已经占有相当重要的地位。聚氨酯胶粘剂是一种中高档胶粘剂，具有优良的柔韧性、耐冲击性、耐化学品性、耐磨性，最重要的是它的耐低温性。目前聚氨酯胶粘剂以溶剂型为主。国内使用的胶粘剂绝大部分是溶剂型，因此存在对环境的污染和安全问题，并且耗用大量能源。有机溶剂易燃易爆、易挥发、气味大、使用时造成空气污染，具有或多或少的毒性。溶剂型胶粘剂在生产过程中排放的溶剂不仅会污染空气，直接危害操作工人的健康，而且最终仍会有小部分溶剂无法排除，残留在产品中。欧、美已立法限制溶剂型胶粘剂的使用量。因此，本发明选用了环保型胶粘剂即水性聚氨酯作为“两布”之间的胶粘剂。

本发明所采用的阻燃体系是氢氧化铝和氢氧化镁混合阻燃体系，这是由于无机阻燃剂 (填料)因具有无毒，低烟或无烟、燃烧产物毒性小、不迁移、不渗出、不污染环境、永久阻燃、成本低廉等特点，符合阻燃剂向环保型发展的大趋势，已成为阻燃技术发展的主要方向。其中Al(OH)₃、Mg(OH)₂等无机阻燃剂已被越来越广泛的应用于塑料加工等阻燃领域。Al(OH)₃和Mg(OH)₂的阻燃作用主要是基于其脱水吸热效应，而消烟作用表现在：①由于加热过程中生成的氧化铝和氧化镁有较大的表面积，能吸附烟尘；②由于在固相中促进了残炭的形成。因此Al(OH)₃和Mg(OH)₂复配使用是软PVC材料较为理想的阻燃抑烟剂。

Al(OH)₃和Mg(OH)₂的阻燃主要是在凝聚相起作用。首先是分解吸热。二者分解时从火焰中吸收辐射能，有利于降温，促进脱氢反应和保护炭层；Al(OH)₃和Mg(OH)₂分解生成的Al₂O₃及Mg0属表面积极高的活性物质，它能吸收自由基、可燃物和烟；分解放出的水起冷却剂和稀释剂的作用，能延迟材料的引燃时间，可减少材料生烟量和烟逸出的速度。Mg(OH)₂具有很强的抑制HCl生成的能力，与Al(OH)₃并用可以弥补Al(OH)₃分解温度较低的缺陷，使复合阻燃剂在235~455℃范围内均存在脱水吸热反应，在材料氧化分解过程中一直具有较好的阻燃效果。另外，较低添加量的Mg(OH)₂对Al(OH)₃阻燃有促进作用，可以提高材料的碳化效果。

本发明通过优化选择了4～10份的Al(OH)₃和2~4份的Mg(OH)₂共同组合成产品的阻燃体系，赋予产品的高效阻燃作用。

在PVC膜加工配方中还可加入环保增塑剂邻苯二甲酸二异壬酯DINP，它的作用是增大PVC膜软化温度与分解温度之间的距离，进而改善其流动性，使聚合物柔软且有弹性，并且环保，它与PVC膜的相容性好，增塑效率高，不离析，不渗出，制品的柔韧性好，使用寿命长。

在PVC膜加工配方中还可加入耐磨添加剂改性纳米SiO₂和SiC，SiO₂是目前应用最广泛的改性材料之一, 改性纳米SiO₂具有卓越的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等，与聚合物复合后，既有超细SiO₂粒子的机械强度、热稳定性等特性, 又有质轻、高韧性等特点。SiO₂的加入使交联密度提高，引起应力集中，起到了阻止裂纹扩散的作用，使基体强度提高。另一方面，由于SiC具有高耐磨性，它也能增加PVC膜的耐磨度，因此，本发明优选的SiC和改性纳米SiO₂能有效增强产品的耐磨性以及其它的物理性能，使产品具有高耐磨性。

本发明制得的击剑比赛跑道用导电材料，不仅导电性能高、环保性能好、剥离负荷高、强度好（拉伸负荷和撕裂负荷高）、阻燃性能佳，并且具有优越的刺破强力和耐磨性等优点。

附图说明

图1是本发明步骤（1）的制备工艺示意图。

图2是本发明步骤（2）的制备工艺示意图。

图3是本发明制得击剑比赛跑道用导电材料的结构图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。

实施例1～4

参照图1，一种击剑比赛跑道用导电材料，由下述方法制备而得：

（1）采用高强涤纶丝织造而成的机织布，在机织布其中一表面刀刮一层E-PVC糊，然后E-PVC糊面贴合PVC膜，此后在机织布另一表面涂一层PU糊；（2）对导电布表面涂一层PU糊，将导电布的PU糊面与步骤（1）机织布的PU糊面相互贴合，然后经轧花、温炼工序即制得击剑比赛跑道用导电材料。

最终制得的击剑比赛跑道用导电材料结构如图3所示，其中1为PVC膜(聚合度2700)，2为PVC糊料层（E-PVC糊），3为机织布，4为PU糊料层，5为导电布。

所述的高强涤纶丝的机织布规格为线密度1000D×1000D，织物密度（20×22）根/英寸。所述的导电布由Φ 5～10μm不锈钢导电纤维和棉纤维混纺而成。所述的胶粘剂是PU糊即水性聚氨酯。所述刀刮E-PVC糊厚度0.08 mm。

所述步骤（1）的机织布预热温度150 ℃，贴合温度185 ℃，PVC膜预热温度165 ℃，贴合温度195 ℃，贴合速度为20 m/min。所述步骤（2）的机织布预热温度150 ℃，贴合温度170 ℃，导电布预热温度165 ℃，贴合温度185 ℃，贴合速度为11 m/min。

所述的PVC膜由下述方法制得：将PVC配料经高速冷却搅拌、密炼、粗炼、精炼，后行星挤出，达到前期充分塑化，再经二辊开炼再次塑化后四辊压延工艺制成PVC膜。所述的PVC树脂粉聚合度为2500。

PVC配料及制得复合材料的性能如下表1：

表1

结果表明，耐磨添加剂的加入，所得到的复合材料的耐磨性能和刺破强力都有较大提高，这是由于SiC和纳米SiO₂的加入使交联密度提高，引起应力集中，起到了阻止裂纹扩散的作用，使基体强度提高。在粘性拖滞作用下，它们的加入使基体的韧性也提高。因此，产品耐磨性能和刺破强力提升明显。从实施例2、3及4对比中可以发现，单纯添加改性纳米SiO₂的增韧作用高于单纯添加SiC，但SiO₂与SiC具有较好的协同作用，在两者共同作用下，复合材料的增韧作用更加明显。

实施例5～9

改变两布间胶粘剂的组成，PVC膜制备工艺同实施例4，其它工序不变。所制得产品性能如下表2：

表2

结果表明，加入聚氨酯类胶粘剂产品的剥离负荷比采用其它几类胶粘剂产品的剥离负荷高出许多，而溶剂型聚氨酯虽比水性聚氨酯产品的剥离负荷高出一点，但由于其生产使用过程中造成的污染严重，而水性聚氨酯则环保无毒，因此本发明选用了水性聚氨酯作为粘结两布间的胶粘剂。

实施例10

将本发明实施例9制得的复合材料与常规击剑比赛跑道用材料进行对比，结果如下表3所示：

表3

结果表明，本发明击剑比赛跑道用材料与同类材料相比具有导电性能、耐磨性能、环保性能、阻燃性能好的优点，另外还具有剥离负荷和刺破强力高的特点。

Claims

1.一种击剑比赛跑道用导电材料，其特征在于由下述方法制备而得：

（2）导电布表面涂一层PU糊，将导电布的PU糊面与步骤（1）机织布的PU糊面相互贴合，然后经轧花、温炼工序即制得击剑比赛跑道用导电材料；

所述的PVC膜由下述方法制得：将PVC配料经高速冷却搅拌、密炼、粗炼、精炼，后行星挤出，达到前期充分塑化，再经二辊开炼再次塑化后四辊压延工艺制成PVC膜；

所述的PVC配料由下述重量份的组份组成：PVC树脂粉100份、改性轻质碳酸钙5～15份、纳米碳酸钙5～15份、增塑剂邻苯二甲酸二异壬酯15～25份、硬脂酸锌类稳定剂3～6份、热塑性聚氨酯弹性体2～4份、环氧大豆油2～6份、阻燃剂氢氧化铝4～10份和氢氧化镁2～4份、钛白粉2～4份、色料0.1～2份，耐磨添加剂SiC 0.3～0.8份及改性纳米Si0₂ 0.3～0.8份。

2.根据权利要求1所述的一种击剑比赛跑道用导电材料，其特征在于：所述的机织布规格为线密度1000D×1000D，织物密度为20×22根/英寸。

3.根据权利要求1所述的一种击剑比赛跑道用导电材料，其特征在于：所述的导电布由Φ5～15μm不锈钢长丝纤维和棉纤维混纺而成。

4.根据权利要求1所述的一种击剑比赛跑道用导电材料，其特征在于：所述的PU糊采用水性聚氨酯。

5.根据权利要求1所述的一种击剑比赛跑道用导电材料，其特征在于：所述刀刮E-PVC糊的厚度为0.06～0.l0mm。

6.根据权利要求1所述的一种击剑比赛跑道用导电材料，其特征在于：所述步骤（1）贴合时，机织布预热温度150℃±10℃，贴合温度185℃±5℃，PVC膜预热温度165℃±10℃，贴合温度195℃±5℃，贴合速度为18～25m/min。

7.根据权利要求1所述的一种击剑比赛跑道用导电材料，其特征在于：所述步骤（2）贴合时，机织布预热温度150℃±10℃，贴合温度170℃±5℃，导电布预热温度165℃±10℃，贴合温度185℃±5℃，贴合速度为10～14 m/min。