CN103451762A

CN103451762A - 一种非晶纳米晶改进涤纶自洁屏蔽纤维制备方法

Info

Publication number: CN103451762A
Application number: CN2013102913715A
Authority: CN
Inventors: 孙德荣; 李帅; 宋玉军
Original assignee: XUZHOU SILK FIBER TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: XUZHOU SILK FIBER TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-07-11
Filing date: 2013-07-11
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2033-07-11
Also published as: CN103451762B

Abstract

本发明提供一种非晶纳米晶改进涤纶自洁屏蔽纤维制备方法，主要包括选择可纺性好的涤纶聚酯切片作为纺丝基体、选择非晶纳米晶纳米功能粉体作为功能添加剂，其中功能添加剂选自具有能提升导电性的和力学性能的CNTs（质量分数0.05%~8%），磁性纳米颗粒FeCo、Fe3O4（0.05%~12%）中的一种或全部、将纺丝基体和功能添加剂共混，熔融纺丝等工序。通过本发明获取的纤维可达到纳米添加剂的均匀分散与可纺性，同时对涤纶聚酯具有力学性能提升、抗菌性能增加、电磁屏蔽性的协同效果。

Description

一种非晶纳米晶改进涤纶自洁屏蔽纤维制备方法

技术领域

本发明涉及一种非晶纳米晶改性涤纶制备方法，该制备方法获得的纤维具备自洁和电磁屏蔽功能。

背景技术

随着现代高新技术的发展，各种家用电器、电子设备、办公自动化设备、雷达、电视广播等电器装置的使用，电磁辐射已成为隐形公害。电磁干扰不仅会干扰电气设备,也会对人体健康带来严重的威胁。从20世纪90年代至今,世界各国争相研究新型电磁屏蔽材料,尤其是电磁屏蔽纤维的开发与研制,并取得了一定的进展。

第一代屏蔽纤维由金属纤维充当，由金属丝（铁、铜、镍等）和服用纱（线）混纺（编），屏蔽衰减能达到99%以上，且是灵活有效的加工方式，但存在织物厚、重、硬、不耐折和水洗等缺陷，这都限制了它在纺织加工中的应用。

第二代的织物涂镀法，分为物理涂层和化学镀层。采用含导电材料（某些金属及其盐类和碳黑等）的涂层剂对织物表面进行涂层加工，在织物表面形成一层金属薄膜，此时屏蔽的电磁波能达到95%以上。但金属涂层和织物之间的结合力较小，所以面料的可加工性、耐洗涤性和耐腐蚀性差，金属薄膜一旦局部有脱落，该织物的屏蔽效能就会大为削减。金属镀是采用化学镀、真空镀、电镀方法将铜、镍等金属镀覆在织物上，在表面再涂上树脂，能获得均匀的镀层,不会大幅度地降低纤维的其他良好性能。和涂层一样受涂层厚度限制，屏蔽效果有限,且结合力较差，金属很容易脱落,存在金属离子污水。

第三代的本征型导电聚合物纤维，主要指聚吡咯纤维、聚苯胺纤维、聚噻吩纤维等，经适当的掺杂后，其电阻率可以在绝缘体、半导体和金属态范围内变化，当电导率在半导体状态时，具有很好的吸波效果。此类纤维可由直接纺丝法和后处理法制得。由于本征型导电聚合物纤维加工成形困难，耐热，光稳定性差，目前尚未得到广泛应用。

第四代的纳米填充型聚合物复合纤维，将具有电磁屏蔽功能的无机粒子或粉末与普通纤维切片共混后进行纺丝,可制备具有良好的导电性和屏蔽性的纤维,又使纤维不失去原有的强度、延伸性等性能。共混法制得材料具有成本低、寿命长、可靠性高等优点,但屏蔽性能不高,特别是高频时屏蔽性能会下降。而增加填料的用量又将损失材料的机械性能。功能性纳米粉体尺寸小,且在高温纺丝时热稳定性好,但电磁波防护性明显不足。因此如何改善填料性能、优化填料排列方式,以达到屏蔽性能、机械性能、工艺性能的和谐统一是一个重要研究课题。

发明内容

针对第四代纳米填充型聚合物复合纤维的缺陷，本发明提供一种非晶纳米晶改进涤纶自洁屏蔽纤维制备方法，通过选择具有屏蔽性能的非晶纳米晶并配合熔融复合纺丝的工艺，使得通过本发明制备的电磁屏蔽纤维可达到纳米添加剂的均匀分散与可纺性，同时具有力学性能提升，抗菌性能增加，电磁屏蔽性的协同效果。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种非晶纳米晶改进涤纶自洁屏蔽纤维制备方法，包括如下工序：

（1）选择基体：

选择涤纶聚酯作为纺丝基体；

（2）选择功能添加剂：

选择非晶纳米晶纳米功能粉体作为功能添加剂；

（3）熔融纺丝：

将纺丝基体和功能添加剂共混，熔融纺丝。

根据权利要求1所述的一种非晶纳米晶改进涤纶自洁屏蔽纤维制备方法，其特征在于：

所述选择功能添加剂工序中，非晶纳米晶纳米功能粉体选自碳纳米管、磁性纳米粉体、具有导电性和抗菌性能的纳米粉体中的一种或其混合。

如前所述的一种非晶纳米晶改进涤纶自洁屏蔽纤维制备方法，

所述选择功能添加剂工序中，磁性纳米粉体选自非晶态的CoFe、Fe3O4，所述具有导电性和抗菌性能的纳米粉体选自纳米银、纳米铜。

所述选择功能添加剂工序中，所述碳纳米管的添加量为总质量的0.05%~8%，磁性纳米粉体的添加量为总质量的0.05%~12%，抗菌性纳米粉体的添加量为总质量的0.01~2%。

所述选择功能添加剂工序中，所述非晶纳米晶纳米功能粉体需经过偶联剂的处理，所述的处理是指将碳纳米管、磁性纳米粉体、具有导电性和抗菌性能的纳米粉体各自质量分数的1%的偶联剂喷在非晶纳米晶纳米功能粉体上搅拌混合，在80℃干燥4小时。

所述偶联剂是指硅烷偶联剂KH-560或钛酸酯偶联剂。

所述选择基体工序中，涤纶聚酯的获取方法为：在140℃预结晶1小时后160℃干燥4小时以上；

所述选择功能添加剂工序中，碳纳米管的获得方法是：将未处理的碳纳米管加入体积比为3：1的浓HNO3与浓H2SO4的混酸，在80℃超生震荡30 分，后80℃水浴加热30分后过滤水洗至pH为7，在100℃干燥4 小时得纯化碳纳米管。

所述熔融纺丝工序中，包括功能添加剂与纺丝基体混合造功能母粒，将功能母粒粉碎，将粉碎后的功能母粒与纺丝基体混合造纺丝母粒，将纺丝母粒熔融纺丝。

有益效果

本发明对比已有技术具有以下技术效果：

1、将具有电磁屏蔽功能的非晶纳米晶配合后与普通涤纶聚酯共混后进行纺丝,可制备具有良好的导电性、自洁性和屏蔽性的纤维，这种纤维屏蔽性很高且具有宽波吸收特性，在紫外可见及红外吸收达到20Abs/mm；并且又使纤维不失去原有的强度，最高可使PET纤维断裂强度增加170%。

2、通过本专利制得的纤维还具有成本低、寿命长、可靠性高等优点。

3、通过各种非晶纳米晶的选择、搭配，产生复合效果，制备出具有自洁、屏蔽、抗静电多功能复合纤维材料。

4、通过偶联剂的选择和母料的工艺探索了共混中纳米粉体的均匀分散的新方法，达到纳米级别的分散。

附图说明

图1：实例1中CNTS:Ag:FeCo:PET=0.05:0.05:0.05:98.5质量比的SEM断面图像；

图2：实例1中CNTS:Ag:FeCo:PET=0.05:0.05:0.05:98.5质量比的强力仪的应力应变曲线图像；

图3：实例1、2、3、7中不同组分VSM的H-M图；

图4：实例1、2、3、7中不同组分VSM的H-M曲线的局部放大图；

图5：实例1、2、3的UV-VIS-NIR的吸收光谱图；

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明进行详细说明：

实施例1（如图1-5）：

（1）选择原料的前处理

a) 将未处理的碳纳米管（CNTs）加入体积比为3：1的HNO₃(浓)与H₂SO₄(浓)的混酸，在80℃下超声震荡30 分，后80℃水浴加热30分后过滤水洗至pH为7，100℃下干燥4 h（小时）得纯化CNTs；

b) 将纯化CNTs、非晶纳米FeCo粉（50nm）、纳米银（50nm）分别用各自质量分数1%的偶联剂KH560（或钛酸酯偶联剂，效果同）处理，即将偶联剂喷在非晶纳米晶纳米功能粉体上搅拌混合，后80℃干燥4h以上；

c) 涤纶聚酯在140℃预结晶1h，后160℃干燥4h以上。

（2）功能纤维的制备

a) 干燥的涤纶聚酯和非晶纳米晶功能粉体按一定配比，即按涤纶聚酯：CNTS：非晶纳米FeCo：纳米银=1:1:1:17的质量比配比在双螺杆挤出机上造粒，温度设定为290℃，分别经熔融混合后两组分被挤出拉条、冷却、切粒，制得功能母料。

b) 涤纶聚酯切片与粉碎过筛后的功能母料按1:99的质量比配比混合，干燥（干燥方式如步骤（1）c）后用双螺杆挤出机造纺丝母料。

c) 纺丝母料切片干燥后经过纺丝螺杆挤压机（挤压机温度300℃），切片被加热熔融混合均匀后的熔体，通过熔体管道进入纺丝箱中，在纺丝箱体中熔体经计量泵进入纺丝组件，熔体从组件的喷丝板中喷出后形成熔体细流，经后加热器，缓冷，然后侧吹风冷却凝固成形为初生丝，冷凝后的丝条经甬道后，再上油，预拉伸达到设定卷装后，自动切换成品丝饼。

得到纤度为123.45Dtex；强度较纯样强度提高0.90%；纤维织物的微波屏蔽效能达到7.5dB；紫外区及可见光300-800nm有5Abs/mm的强吸收。

实施例2：

（1）原料的前处理

同实施例1。

（2）功能纤维的制备

a) 同实施例1。

b) 涤纶聚酯切片与粉碎过筛后的功能母料按10:90的质量比配比混合，干燥后用双螺杆挤出机造纺丝母料。

c) 同实施例1。

得到纤度为132.69Dtex；强度较纯样提高1.46%；纤维织物的微波屏蔽效能达到25dB；除紫外到可见光区300-800nm的10Abs/mm的强吸收外，整个红外区都有7.5Abs/mm的吸收。

实施例3：

（1）原料的前处理

同实施例1。

（2）功能纤维的制备

a) 同实施例1。

b) 涤纶聚酯切片与粉碎过筛后的功能母料按30:70的比例混合，其它同实施例1。

c) 同实施例1。

得到纤度为54.50Dtex；强度较纯样提高107%；纤维纺织的微波屏蔽效能达到15 dB；除紫外到可见光区300-800nm的20Abs/mm的强吸收外，整个红外区都有15Abs/mm的吸收。

实施例4：

将实施例1中的CoFe粉换为非晶纳米粉Fe₃O₄（30nm），其他配方及工艺参数都同实施例1。

得到纤度为120.01 Dtex；强度较纯样提高1.02%；纤维纺织的微波屏蔽效能达到10dB；紫外到可见光区300-800nm的5Abs/mm的强吸收外。

实施例5：

将实施例3中的CoFe粉换为非晶纳米粉Fe₃O₄（30nm），其他配方及工艺参数都同实施例3。

得到纤度为100.05 Dtex；强度较纯样提高100%；纤维纺织的微波屏蔽效能达到70dB；除紫外到可见光区300-800nm的20Abs/mm的强吸收外，整个红外区都有15Abs/mm的吸收。

实施例6：

按实施例1的工艺，非晶纳米晶填料仅选择纳米银（50nm），其添加量占总质量的2%，其它工艺同实施例1。

得到纤度为21.75Dtex；强度较纯样提高25.6%；纤维纺织的微波屏蔽效能达到32dB；在中紫外和近紫外290-3800nm有接近5Abs/mm的强吸收峰。

实施例7：

按实施例1的工艺，非晶纳米晶填料仅选择纳米CoFe粉（50nm），纳米银（50nm），其添加量分别占总质量的10%、2%，具体工艺同实施例1。

得到纤度为9.11Dtex；强度较纯样提高降低76%；纤维纺织的微波屏蔽效能达到60dB；在远紫外190-280nm有接近2Abs/mm的吸收。

实施例8：

按实施例1的工艺，非晶纳米晶填料仅选择纳米CoFe粉（50nm），纳米铜（10nm），其添加量分别占总质量的10%、2%，具体工艺同实施例1。

得到纤度为12.55Dtex；强度较纯样提高降低68%；纤维纺织的微波屏蔽效能达到62dB；在远紫外190-280nm有接近2Abs/mm的吸收。

Claims

1.一种非晶纳米晶改进涤纶自洁屏蔽纤维制备方法，其特征在于包括如下工序：

（1）选择基体：

选择涤纶聚酯作为纺丝基体；

（2）选择功能添加剂：

选择非晶纳米晶纳米功能粉体作为功能添加剂；

（3）熔融纺丝：

将纺丝基体和功能添加剂共混，熔融纺丝。

2.根据权利要求1所述的一种非晶纳米晶改进涤纶自洁屏蔽纤维制备方法，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的一种非晶纳米晶改进涤纶自洁屏蔽纤维制备方法，其特征在于：

所述选择功能添加剂工序中，磁性纳米粉体选自非晶态的CoFe、Fe₃O₄，所述具有导电性和抗菌性能的纳米粉体选自纳米银、纳米铜。

4.根据权利要求2所述的一种非晶纳米晶改进涤纶自洁屏蔽纤维制备方法，其特征在于：

5.根据权利要求2所述的一种非晶纳米晶改进涤纶自洁屏蔽纤维制备方法，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的一种非晶纳米晶改进涤纶自洁屏蔽纤维制备方法，其特征在于：

所述偶联剂是指硅烷偶联剂KH-560或钛酸酯偶联剂。

7.根据权利要求1-6任一权利要求所述的一种非晶纳米晶改进涤纶自洁屏蔽纤维制备方法，其特征在于：

所述选择功能添加剂工序中，碳纳米管的获得方法是：将未处理的碳纳米管加入体积比为3：1的浓HNO₃与浓H₂SO₄的混酸，在80℃超生震荡30 分，后80℃水浴加热30分后过滤水洗至pH为7，在100℃干燥4 小时得纯化碳纳米管。

8.根据权利要求1-6任一权利要求所述的一种非晶纳米晶改进涤纶自洁屏蔽纤维制备方法，其特征在于：

所述熔融纺丝工序中，包括功能添加剂与纺丝基体混合造功能母料，将功能母料粉碎，将粉碎后的功能母料与纺丝基体混合造纺丝母料，将纺丝母料熔融纺丝。