CN104814552B - 一种击剑服用导电面料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种不含任何金属材质的击剑服用导电面料及其制备方法。该面料以碳纤维和高强涤纶为原料，利用碳纤维的导电性，通过特定编织工艺，经配料、并丝、并线、织造、后处理等步骤制备而成。产品具有质量轻、柔软舒适度高、导电性能优异等特点，且制备方法简单，有望在击剑服领域得到推广应用。
Description
技术领域
本发明属于功能性纺织面料技术领域，具体涉及一种不含任何金属成分的击剑服用导电面料及其制备方法。
背景技术
随着击剑运动的兴起，围绕击剑服的研发和改进也得到越来越多的关注。在成套击剑服中，最外层的导电服是击剑服的重要组成部分，它需要具有良好的导电性以确保能够及时、有效且准确地判别击剑是否触碰到身体有效部位。当前，国内外生产的导电面料都是由合成纱线和金属线（以铜线为主）交织而成，其具有良好的导电性，但是这种面料不够轻便，质地较硬，柔软性不足，且金属线在使用中受潮易被氧化，生成的氧化物（如铜绿）不仅影响导电服的导电性能，而且对穿戴者的皮肤和呼吸系统也会产生很大危害。
发明内容
针对现有技术中含金属线材的面料所存在的不足，本发明旨在提供一种完全不含有金属材质的击剑服用导电面料及其制备方法。该面料以碳纤维和高强涤纶为原料，利用碳纤维的导电性，通过特定编织工艺，经配料、并丝、并线、织造、后处理等步骤制备而成。产品具有质量轻、柔软舒适度高、导电性能优异等特点，且制备方法简单，有望在击剑服领域得到推广应用。
具体而言，本发明首先提供一种击剑服用导电面料的制备方法，以碳纤维和高强涤纶为原料，包含以下步骤：
A）配料
分别选取50-80D的碳纤维和80-150D的高强涤纶丝，备用；
B）并丝
对碳纤维进行并丝处理，以每8-20根碳纤维合并成一根碳纤维股线；
C）并线
将单根碳纤维股线和单根涤纶丝并线，以0.8-3.0点/公分进行加点处理，得到复合股线；
D）织造
以涤纶丝和碳纤维股线为经纱，以步骤C）得到的复合股线为纬纱，采用喷水织机织造成型；其中，经纱设置成每13-30根涤纶经纱夹1根碳纤维经纱；
E）后处理
将步骤D）得到的面料水洗，然后烘干定型。
碳纤维能够导电的特性已经为人们所熟知，但是受限于织造工艺，迄今为止并未出现过将碳纤维用于击剑服以取代金属丝线的报道。在本发明中，申请人期望通过对碳纤维应用规格/形态和织造工艺的改进，将其用于击剑服外层导电面料，以取代现有面料中的金属材质。
步骤A）中碳纤维的纤度为50-80D，D表示旦尼尔。碳纤维的粗细对织物的强度、导电性和舒适性有直接影响。优选地，碳纤维的纤度控制在60-80D。就原料来源而言，本发明中适用的碳纤维可直接在市面上通过商购获得，如可购自无锡捷通高性能纤维制造有限公司，也可采用已知的合成工艺方便地制得，这对本领域技术人员而言属于常规技术知识。
步骤A）中高强涤纶丝的纤度为80-150D，其断裂强度宜大于4 kg。作为优选方案，高强涤纶丝的纤度应控制在100-120D，断裂强度在4-8kg之间，以确保面料的强度和舒适性之间的平衡。这里所说的断裂强度是指单根涤纶丝在断裂前所能承受的最大重量，该值可通过在丝上挂置重物进行测定。本发明中适用的涤纶丝可直接通过商购获得，例如可购自常熟市协铭高强涤纶有限公司。
步骤B）中并丝处理的目的在于将碳纤维以相同标准合并成统一规格的碳纤维股线。出于对导电性能的考虑，单根碳纤维并不适于直接用于编织，并丝形态的碳纤维股线不仅可有效提高可织造性，而且在面料中部分碳纤维断裂时也能够确保导电性能的完整。另外，调整每根股线中碳纤维的数量也可以在一定程度上调节面料的性能（如导电性能）。一般来说，用于并丝的碳纤维根数越多，采用相同工艺织得的面料中碳纤维的含量越高，面料电阻越低，电响应速度也会越快，但是根数过多会导致碳纤维股线可织造性降低，制作成本也会相应增高。作为优选方案，并丝过程中每根碳纤维股线是由10-18根碳纤维构成。
步骤C）的目的是为了将部分碳纤维股线与涤纶丝以1：1（根）的比例作并线和加点处理，以便作为下一步织造工艺中的纬纱使用。该处理可有效提高碳纤维股线的可织造性和最终面料的强度，并确保最终面料中碳纤维网络的有序性和完整性。基于对织造工艺和织物性能的考虑，加点处理的参数优选为2-3点/公分。
在步骤A-C之后，本发明以涤纶丝和碳纤维股线为经纱，以复合股线为纬纱，采用喷水织机进行织造。织造工艺步骤是实现本发明目的的关键点之一。作为优选方案，步骤D）所述的织造参照如图1a和1b所示的织造工艺图进行；其中，
经纱：1根1综，2综1箱，每15-25根涤纶经纱中夹1根碳纤维经纱；综框起法1、2、3；
纬纱：加点参数为2-3点/公分。
适用的喷水织机对本领域技术人员而言是容易确定的，例如可以是JW190、JW230等型号的现有产品。
步骤E）的后处理步骤主要是通过水洗以清除面料中可能存在的杂质，从而避免对面料整体性能特别是导电性能的负面影响。所述的水洗优选在100-115℃下进行，所述的烘干定型可以是在例如110-120℃的温度下进行。
任选地，除了上述步骤A-E之外，本发明的制备方法还可包含织造工艺中的一些其它常规步骤（如印染等），以使面料可以满足不同客户的个性化需求。
与上述制备方法相对应，本发明还提供由上述制备方法制备得到的击剑服用导电面料。
本发明基于碳纤维的导电特性，通过数年的不断摸索，确定了最优工艺，制得的面料导电性能优异，能够满足击剑服的性能要求，不含有任何的金属材质，没有现有的含金属击剑服的缺点，质地柔软，舒适度高，制造工艺简单，成本低廉，在应用上具有明显优势。
附图简要说明
图1是实施例1-3的步骤D中所采用的织造工艺图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例以对本发明做进一步详细说明，但不应将其理解为对本发明保护范围的限制。
对于实施例中未具体明确的工艺参数，可遵照本领域中的常规条件或者按照设备规范要求进行。
实施例1
击剑服用导电面料I，制备方法包含下列步骤：
A）配料
分别选取80D的碳纤维（购自无锡捷通高性能纤维制造有限公司）和100D的高强涤纶丝（购自常熟市协铭高强涤纶有限公司，规格型号111#），备用；
B）并丝
对碳纤维进行并丝处理，以每18根碳纤维合并成一根碳纤维股线；
C）并线
将单根碳纤维股线和单根涤纶丝并线，以2.5点/公分进行加点处理，得到复合股线；
D）织造
以涤纶丝和碳纤维股线为经纱，以步骤C）得到的复合股线为纬纱，参照如图1a和1b所示的织造工艺图，采用喷水织机织造成型；其中，
经纱：1根1综，2综1箱，每15根涤纶经纱中夹1根碳纤维经纱；综框起法1、2、3；
纬纱：加点参数为2.5点/公分。
E）后处理
将步骤D）得到的面料在100℃下水洗，然后于120℃烘干定型，得到灰色面料I。
实施例2
击剑服用导电面料II，制备方法包含下列步骤：
A）配料
分别选取70D的碳纤维（购自无锡捷通高性能纤维制造有限公司）和100D的高强涤纶丝（购自常熟市协铭高强涤纶有限公司，规格型号111#），备用；
B）并丝
对碳纤维进行并丝处理，以每15根碳纤维合并成一根碳纤维股线；
C）并线
将单根碳纤维股线和单根涤纶丝并线，以2.5点/公分进行加点处理，得到复合股线；
D）织造
以涤纶丝和碳纤维股线为经纱，以步骤C）得到的复合股线为纬纱，参照如图1a和1b所示的织造工艺图，采用喷水织机织造成型；其中，
经纱：1根1综，2综1箱，每20根涤纶经纱中夹1根碳纤维经纱；综框起法1、2、3；
纬纱：加点参数为2.5点/公分。
E）后处理
将步骤D）得到的面料在100℃下水洗，然后于120℃烘干定型，得到灰色面料II。
实施例3
击剑服用导电面料III，制备方法包含下列步骤：
A）配料
分别选取60D的碳纤维（购自无锡捷通高性能纤维制造有限公司）和120D的高强涤纶丝（购自常熟市协铭高强涤纶有限公司，规格型号133#），备用；
B）并丝
对碳纤维进行并丝处理，以每10根碳纤维合并成一根碳纤维股线；
C）并线
将单根碳纤维股线和单根涤纶丝并线，以2.5点/公分进行加点处理，得到复合股线；
D）织造
以涤纶丝和碳纤维股线为经纱，以步骤C）得到的复合股线为纬纱，参照如图1a和1b所示的织造工艺图，采用喷水织机织造成型；其中，
经纱：1根1综，2综1箱，每25根涤纶经纱中夹1根碳纤维经纱；综框起法1、2、3；
纬纱：加点参数为2.5点/公分。
E）后处理
将步骤D）得到的面料在100℃下水洗，然后于120℃烘干定型，得到灰色面料III。
性能表征
1、导电性能
参照EN 1149-1：2006，对上述实施例1-3的面料的表面电阻率电性能进行检测。
测试条件：
施加电压时间：100V，15S
温度：23±1℃，相对湿度：25±5% 。
测试结果如下表1所示。
表1
| 样品 | 表面电阻（欧姆） | 表面电阻率（欧姆） |
| 面料I | 1.8×103.8 | 3.5×104 |
| 面料II | 4.8×104 | 8.5×105 |
| 面料III | 1.9×105 | 3.8×106 |
面料的导电性能取决于面料中的碳纤维网络。织物网络中碳纤维的含量越高、网络越密，则其表面电阻和电阻率会越低，从而表现出更佳的导电性能。通过调整单根碳纤维和涤纶丝的纤度、单根碳纤维股线中碳纤维的数量、以及经纱的配置等细节，可以有效调节面料的导电性能，以使其适应不同的应用需求。
如表1中所示，面料I中的碳纤维用量最高，其表面电阻和电阻率最低，在104量级，与现有含金属丝的比赛用击剑服（如可商购的ALLSTAR 52#击剑服）的导电性能相当，处于同一量级。面料II和III的表面电阻和电阻率随碳纤维含量的降低而有所增加，但仍能满足击剑服用导电面料的性能要求。
由此可以看出，通过采用本发明的制备工艺，可以将碳纤维的导电性能应用到击剑服领域，从而完全代替其中的金属材质。
2、抗氧化性
分别将本发明的上述面料I和作为对比的含金属材质面料（取自可商购的ALLSTAR52#击剑服）进行实验。具体是：将面料每24小时完全浸入自来水中0.5 min，然后在室内自然悬挂；120天后观察面料的表面状况。
肉眼观察的结果显示：本发明的面料I与实验前相比没有明显差异；对比面料的表面则较为均匀地出现了非常明显的绿色和深绿色氧化物。
该测试结果表明：含有金属材质的对比面料已出现了较为严重的氧化；而本发明的面料由于不含任何金属材质（如铜），在使用和储存中不会受到汗渍、潮气等的负面影响，不存在氧化所导致的导电性能下降、危害皮肤和呼吸系统健康等问题，在抗氧化方面具有显著优势。
3、质地
取同等面积的面料I-III和对比面料（取自可商购的ALLSTAR 52#击剑服），检测各自质量，结果列于表2。
表2
| 样品 | 面料I | 面料II | 面料III | 对比面料 |
| 重量（g/m2） | 203 | 187 | 174 | 524 |
如表2所示，相比于现有产品，本发明的击剑服用导电面料单位面积的质量小得多，更轻便。在手感和触感方面，本发明的面料轻柔，舒适度高，明显有别于含金属材质面料的生硬感觉。这些质地方面的优势能显著降低服装对穿戴者的束缚，从而有利于运动员充分发挥竞技水准。
综上，本发明通过采用特定工艺，将碳纤维创造性地应用到了击剑服用导电面料中，该面料具有质量轻、柔软舒适度高、导电性能优异等特点，不存在现有的含金属线材击剑服的缺点，且制备方法简单，有望在击剑服领域得到推广应用。
Claims (9)
1.一种击剑服用导电面料的制备方法，以碳纤维和高强涤纶为原料，包含以下步骤：
A)配料
分别选取50-80D的碳纤维和80-150D的高强涤纶丝，备用；
B)并丝
对碳纤维进行并丝处理，以每8-20根碳纤维合并成一根碳纤维股线；
C)并线
将单根碳纤维股线和单根涤纶丝并线，以0.8-3.0点/厘米进行加点处理，得到复合股线；
D)织造
以涤纶丝和碳纤维股线为经纱，以步骤C)得到的复合股线为纬纱，采用喷水织机，参照下述工艺进行织造；其中，
经纱：1根1综，2综1箱，每13-30根涤纶经纱夹1根碳纤维股线经纱；综框起法1、2、3；
E)后处理
将步骤D)得到的面料水洗，然后烘干定型。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤A)中碳纤维的纤度为60-80D。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤A)中高强涤纶丝的断裂强度大于4kg。
4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于：所述高强涤纶丝的纤度为100-120D，断裂强度在4-8kg之间。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤B)的并丝过程中每根碳纤维股线是由10-18根碳纤维构成。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤C)的并线过程中，以2-3点/厘米进行加点处理。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤D)中，以涤纶丝和碳纤维股线为经纱，以复合股线为纬纱，采用喷水织机，参照下述工艺进行织造；其中，
经纱：1根1综，2综1箱，每15-25根涤纶经纱中夹1根碳纤维股线经纱；综框起法1、2、3；
纬纱：加点参数为2-3点/厘米。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤E)中，所述水洗在100-115℃下进行。
9.一种击剑服用导电面料，其是由权利要求1-8中任一项所述的制备方法制备而成。
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