CN106894157A - 一种防电磁波辐射腈纶纤维毡及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防电磁波辐射腈纶纤维毡及其制备方法，该防电磁波辐射腈纶纤维毡由防电磁波辐射腈纶纤维制成，防电磁波辐射腈纶纤维包含芯层与皮层，芯层为聚丙烯腈，皮层为金属粉体与聚丙烯腈的混合物。防电磁波辐射腈纶纤维毡的制备步骤如下：1)腈纶纺丝原液的准备；2)纺丝与收集；3)成毡。本发明利用离心纺丝设备，工业氮气的携带作用，将金属粉体粘附至腈纶纺丝原液的表面，固化成型后得到一种具有皮芯结构的防电磁波辐射腈纶纤维，该防电磁波辐射腈纶纤维的形成不依赖粘合剂的作用，金属粉体均匀分布于腈纶纤维的表面，具有良好的电磁波辐射屏蔽效能及耐久性。

Description

一种防电磁波辐射腈纶纤维毡及其制备方法
技术领域
本发明属于纺织技术领域，尤其是涉及一种防电磁波辐射腈纶纤维毡及其制备方法。
背景技术
腈纶纤维以其优良耐光、耐气候、弹性和保暖性在服装、服饰、产业三大领域有广泛的应用。防电磁波辐射一般是指对10kHz以上的交变电磁场具有屏蔽作用，利用金属和磁性材料同时抑制或削弱电场和磁场，对电磁波进行隔离，有效控制电磁波从一个区域向另一个区域的辐射传播。目前防电磁波辐射腈纶织物主要有以下五种生产技术：
1、织物的金属化镀层技术，主要是利用化学镀将金属镀到织物上，多用于电器、设备的电磁波屏蔽及防干扰方面；
2、织物的金属离子络合技术，通过化学络合的方法将金属离子结合到纤维上，形成纤维及布面的导通，具有一定的、较弱的防电磁波辐射能力；
3、混纺导电纱线织造技术，将导电短纤维与普通纤维混纺成纱，通过织造制得具有防电磁波辐射能力的织物；
4、导电长丝织造技术，将金属导电长丝与普遍长丝通过并捻、织造形成防电磁波辐射能力面料，屏蔽效能与金属导电长丝的织入密度、金属导电长丝的接触性以及导电性有直接关系，所得面料总体屏蔽效能总体不高，金属导电长丝存在氧化、脱落、僵硬等问题，长期使用会使金属导电长丝折断，会造成刺痒等不舒适感；
5、导电涂层技术，主要是将导电剂分散到涂料或浆料中，再将此涂料或浆料涂到织物上，此技术简单易行，缺点是容易脱落，屏蔽效能低。
综上可知，目前防电磁波辐射腈纶织物的生产技术大致可分为两大类，即为混纺技术和涂层技术。混纺技术所制得的腈纶织物防电磁波辐射能力较弱，更由于导电纤维的僵硬使得穿着具有不适感；涂层技术由于使用大量的化学品以辅助导电组分或粘附或接枝于腈纶上，存在着易脱落、使用寿命短的缺点。
发明内容
为克服当前防电磁波辐射腈纶面料存在着防电磁波辐射能力较弱、使用寿命短以及穿着刺痒不适感等问题，本发明提供一种防电磁波辐射腈纶纤维毡及其制备方法。
一种防电磁波辐射腈纶纤维毡，所述防电磁波辐射腈纶纤维毡由防电磁波辐射腈纶纤维制成，所述防电磁波辐射腈纶纤维包含芯层与皮层，所述芯层为聚丙烯腈，所述皮层为金属粉体与聚丙烯腈的混合物。
传统的混纺、织造技术实现防电磁波辐射腈纶织物的制备，导电纤维含量少且难以完整覆盖整个织物的表面使其屏蔽效能降低。另外，由于不同导电纤维与腈纶的化学结构、机械性能相差较大，受外力的作用、环境的影响，其响应上有较大的不同，使得所形成的织物在使用过程中发生导电纤维断裂引起穿着的不舒适。涂层方法所制得的防电磁波辐射腈纶织物使用到大量的粘合剂等化学品。粘合剂的物理特性与腈纶的主要原料-聚丙烯腈有着较大的差别，在使用的过程中，特别是受到拉伸、弯曲以及摩擦作用，粘合剂表现出与腈纶不同的响应而产生剥离。光、热老化也是粘合剂从腈纶纤维上剥离的重要原因。
本发明所制备的防电磁波辐射腈纶毡有别于以上的两种方法，将金属粉体与腈纶纺丝原液中的表层聚丙烯腈相混合，越到腈纶纤维表面，金属粉体的浓度越高，所制备的腈纶纤维具有导电纤维的特点，此外亦可以根据用途进行工艺参数调节来实现良好的电磁波辐射屏蔽效能。
在本发明中，腈纶纤维表层虽掺有金属粉体，但其主体仍为聚丙烯腈，机械性能与芯层聚丙烯腈相似，受外力的响应也相似，不会发生如金属导电长丝折断的情形，亦不会明显影响腈纶纤维的穿着舒适性。
优选地，所述聚丙烯腈的数均分子量为38000～42000。
优选地，所述金属粉体为三氧化二铁粉体、硫酸铜粉体、氯化亚锡粉体、氯化铝粉体、硝酸银粉体、铁粉、铜粉、铝粉和银粉中的一种或几种。
优选地，所述金属粉体的中心粒径为20～200nm。
一种防电磁波辐射腈纶纤维毡的制备方法，制备步骤如下：
1)腈纶纺丝原液的准备：将通过溶液聚合法所制得的聚丙烯腈溶于混合溶剂并经脱泡、过滤，得到腈纶纺丝原液；
2)纺丝与收集：将腈纶纺丝原液引入离心纺丝设备的离心头，在离心力作用下，经离心头的喷孔甩出，细孔垂直方向喷射有携带金属粉体的工业氮气A，在工业氮气A辅助下，金属粉体粘附至腈纶纺丝原液表面；同时，开启离心纺丝设备的工业氮气B，在工业氮气B的热作用下，腈纶纺丝原液因混合溶剂挥发而固化成纤维，收集得到防电磁波辐射腈纶纤维网；
3)成毡：利用针刺机对防电磁波辐射腈纶纤维网进行针刺得到防电磁波辐射腈纶纤维毡。
优选地，所述腈纶纺丝原液中聚丙烯腈的重量比浓度为16～23％。
优选地，所述混合溶剂由二甲基甲酰胺和丙酮按体积比1：6～8混合而成。
优选地，离心头的速度为3000～5000r/min，喷孔的孔径为0.4～2.0mm。
优选地，所述工业氮气A的温度为150～250℃，该工业氮气A中金属粉体的浓度为100～1000mg/L，通气量为0.3～0.5m3/min；所述工业氮气B的温度为250～350℃，通气量为0.5～1.5m3/min。
优选地，针刺密度为300～380刺/cm2，针刺深度为12～14mm。
本发明一种防电磁波辐射腈纶纤维采用普遍离心纺丝设备上进行。传统的离心纺丝设备只有一个入风口，引入高温气体的作用是为使腈纶纺丝原液中的溶剂挥发达到腈纶纺丝原液固化成型的目的。在本发明中，为了实现金属粉体在腈纶纺丝原液的粘附与混合，发明人在离心纺丝设备中离心头的垂直方向设置一个入风口，携带有金属粉体的工业氮气接触腈纶纺丝原液时，金属粉体随之粘附至腈纶纺丝原液的表面并与腈纶纺丝原液表层的聚丙烯腈进行快速混合。除了起到携带金属粉体的功能外，该工业氮气对腈纶纺丝原液也有预热的作用，以利于混合溶剂(二甲基甲酰胺和丙酮的混合液)更为均匀受热而挥发。与此同时，离心纺丝设备原有的入风口吹入高温工业氮气，起到使混合溶剂挥发，腈纶纺丝原液固化成型的目的。
本发明从生产成本考虑，使用工业氮气为载体，当然也可以选择惰性气体为金属粉体的载体。
本发明采用二甲基甲酰胺和丙酮的混合液为聚丙烯腈的溶剂，利于溶剂的挥发与腈纶的固化成型。
随着腈纶纺丝原液固化成型，金属粉体在腈纶纤维的表层得到固定，形成一种具有皮芯结构的防电磁波辐射腈纶纤维。该防电磁波辐射腈纶纤维的形成不依赖粘合剂的作用，金属粉体分布于腈纶纤维的表面，具有良好的电磁波辐射屏蔽效能。
经发明人反复研究显示，利用本发明工艺参数(离心的速度、喷孔的孔径、工业氮气温度、通气量等)所制得的防电磁波辐射腈纶纤维的机械性能与普通腈纶纤维相似，金属粉体在腈纶纤维表面分布较均匀，其厚度主要取决于工业氮气中金属粉体的浓度及通气量，较高金属粉体浓度、较高通气量则有助于取得防电磁波辐射层更厚、电磁波辐射屏蔽效能更好的腈纶纤维。
针刺法加固防电磁波辐射腈纶纤维网是利用针刺机的带钩刺针反复穿刺纤维网，使纤维中部分水平耐火纤维形成垂直纤维簇，该纤维簇自上而下贯穿于纤网，通过与水平纤维缠结，阻止纤维的相互滑脱，并使纤维结构紧密，厚度大大下降。在针刺机的工艺参数中针刺密度、针刺深度这两个参数最为重要。防电磁波辐射腈纶纤维的皮层为金属粉体与聚丙烯腈的混合物，硬度及刚性略大于聚丙烯腈。经反复调整，发明人确立了针刺密度为300～380刺/cm2，针刺深度为12～14mm，所取得防电磁波辐射腈纶纤维毡的拉伸断裂强力可取得较大值，耐疲劳性能较好。
本发明的有益效果在于：利用离心纺丝设备，工业氮气的携带作用，将金属粉体粘附至腈纶纺丝原液的表面，并与腈纶纺丝原液表层的聚丙烯腈进行快速混合，随着腈纶纺丝原液固化成型，金属粉体在腈纶纤维的表层得到固定，形成一种具有皮芯结构的防电磁波辐射腈纶纤维。该防电磁波辐射腈纶纤维的形成不依赖粘合剂的作用，金属粉体均匀分布于腈纶纤维的表面，具有良好的电磁波辐射屏蔽效能及耐久性。
具体实施方式
下面对本发明作进一步的说明。
实施例1
本实施例防电磁波辐射腈纶纤维毡由防电磁波辐射腈纶纤维制成，防电磁波辐射腈纶纤维包含芯层与皮层，芯层为聚丙烯腈，皮层为中心粒径为20nm的三氧化二铁粉体与聚丙烯腈的混合物。其中，聚丙烯腈的数均分子量约为38000。
本实施例防电磁波辐射腈纶纤维毡的制备步骤如下：
1)腈纶纺丝原液的准备：将通过溶液聚合法所制得的聚丙烯腈溶于混合溶剂并经脱泡、过滤，得到腈纶纺丝原液；混合溶剂由二甲基甲酰胺和丙酮按体积比1：6混合而成；腈纶纺丝原液中聚丙烯腈的重量比浓度为16％；
2)纺丝与收集：将腈纶纺丝原液引入离心纺丝设备的离心头，离心头的速度为3000r/min，在离心力作用下，经离心头的喷孔(喷孔的孔径为0.4mm)甩出，细孔垂直方向喷射有携带三氧化二铁粉体的工业氮气A，工业氮气A的温度为150℃，该工业氮气A中三氧化二铁粉体的浓度为100mg/L，通气量为0.3m3/min；在工业氮气A辅助下，三氧化二铁粉体粘附至腈纶纺丝原液表面；同时，开启离心纺丝设备的工业氮气B，该工业氮气B的温度为250℃，通气量为0.5m3/min；在工业氮气B的热作用下，腈纶纺丝原液因混合溶剂挥发而固化成纤维，收集得到防电磁波辐射腈纶纤维网；
3)成毡：利用针刺机对防电磁波辐射腈纶纤维网进行针刺得到防电磁波辐射腈纶纤维毡，针刺密度为300刺/cm2，针刺深度为12mm。
根据GB/T 23326-2009《不锈钢纤维与棉涤混纺电磁波屏蔽本色布》标准对本实施例防电磁波辐射腈纶纤维毡进行电磁波辐射屏蔽效能测试。结果显示，本实施例所制得的防电磁波辐射腈纶纤维毡在30MHz～16GHz范围内可反射吸收电磁波辐射达99％以上。
采用GB/T 3921-2008《纺织品色牢度耐皂洗色牢度》对防电磁波辐射腈纶纤维毡进行标准洗涤5次后，进行电磁波辐射屏蔽效能测试。结果显示，本实施例所制得的防电磁波辐射腈纶纤维毡在30MHz～16GHz范围内可反射吸收电磁波辐射仍达99％以上。
实施例2
本实施例防电磁波辐射腈纶纤维毡由防电磁波辐射腈纶纤维制成，防电磁波辐射腈纶纤维包含芯层与皮层，芯层为聚丙烯腈，皮层为中心粒径为200nm的硝酸银粉体与聚丙烯腈的混合物。其中，聚丙烯腈的数均分子量约为42000。
本实施例防电磁波辐射腈纶纤维毡的制备步骤如下：
1)腈纶纺丝原液的准备：将通过溶液聚合法所制得的聚丙烯腈溶于混合溶剂并经脱泡、过滤，得到腈纶纺丝原液；混合溶剂由二甲基甲酰胺和丙酮按体积比1：8混合而成；腈纶纺丝原液中聚丙烯腈的重量比浓度为23％；
2)纺丝与收集：将腈纶纺丝原液引入离心纺丝设备的离心头，离心头的速度为5000r/min，在离心力作用下，经离心头的喷孔(喷孔的孔径为2.0mm)甩出，细孔垂直方向喷射有携带硝酸银粉体的工业氮气A，工业氮气A的温度为250℃，该工业氮气A中硝酸银粉体的浓度为1000mg/L，通气量为0.5m3/min；在工业氮气A辅助下，硝酸银粉体粘附至腈纶纺丝原液表面；同时，开启离心纺丝设备的工业氮气B，该工业氮气B的温度为350℃，通气量为1.5m3/min；在工业氮气B的热作用下，腈纶纺丝原液因混合溶剂挥发而固化成纤维，收集得到防电磁波辐射腈纶纤维网；
3)成毡：利用针刺机对防电磁波辐射腈纶纤维网进行针刺得到防电磁波辐射腈纶纤维毡，针刺密度为380刺/cm2，针刺深度为14mm。
根据GB/T 23326-2009《不锈钢纤维与棉涤混纺电磁波屏蔽本色布》标准对本实施例防电磁波辐射腈纶纤维毡进行电磁波辐射屏蔽效能测试。结果显示，本实施例所制得的防电磁波辐射腈纶纤维毡在30MHz～16GHz范围内可反射吸收电磁波辐射达99％以上。
采用GB/T 3921-2008《纺织品色牢度耐皂洗色牢度》对防电磁波辐射腈纶纤维毡进行标准洗涤5次后，进行电磁波辐射屏蔽效能测试。结果显示，本实施例所制得的防电磁波辐射腈纶纤维毡在30MHz～16GHz范围内可反射吸收电磁波辐射仍达99％以上。
实施例3
本实施例防电磁波辐射腈纶纤维毡由防电磁波辐射腈纶纤维制成，防电磁波辐射腈纶纤维包含芯层与皮层，芯层为聚丙烯腈，皮层为中心粒径为80nm的银粉与聚丙烯腈的混合物。其中，聚丙烯腈的数均分子量约为40000。
本实施例防电磁波辐射腈纶纤维毡的制备步骤如下：
1)腈纶纺丝原液的准备：将通过溶液聚合法所制得的聚丙烯腈溶于混合溶剂并经脱泡、过滤，得到腈纶纺丝原液；混合溶剂由二甲基甲酰胺和丙酮按体积比1：7混合而成；腈纶纺丝原液中聚丙烯腈的重量比浓度为20％；
2)纺丝与收集：将腈纶纺丝原液引入离心纺丝设备的离心头，离心头的速度为4000r/min，在离心力作用下，经离心头的喷孔(喷孔的孔径为1.0mm)甩出，细孔垂直方向喷射有携带银粉的工业氮气A，工业氮气A的温度为200℃，该工业氮气A中银粉的浓度为500mg/L，通气量为0.4m3/min；在工业氮气A辅助下，银粉粘附至腈纶纺丝原液表面；同时，开启离心纺丝设备的工业氮气B，该工业氮气B的温度为300℃，通气量为1.0m3/min；在工业氮气B的热作用下，腈纶纺丝原液因混合溶剂挥发而固化成纤维，收集得到防电磁波辐射腈纶纤维网；
3)成毡：利用针刺机对防电磁波辐射腈纶纤维网进行针刺得到防电磁波辐射腈纶纤维毡，针刺密度为350刺/cm2，针刺深度为13mm。
根据GB/T 23326-2009《不锈钢纤维与棉涤混纺电磁波屏蔽本色布》标准对本实施例防电磁波辐射腈纶纤维毡进行电磁波辐射屏蔽效能测试。结果显示，本实施例所制得的防电磁波辐射腈纶纤维毡在30MHz～16GHz范围内可反射吸收电磁波辐射达99％以上。
采用GB/T 3921-2008《纺织品色牢度耐皂洗色牢度》对防电磁波辐射腈纶纤维毡进行标准洗涤5次后，进行电磁波辐射屏蔽效能测试。结果显示，本实施例所制得的防电磁波辐射腈纶纤维毡在30MHz～16GHz范围内可反射吸收电磁波辐射仍达99％以上。

Claims (10)

1.一种防电磁波辐射腈纶纤维毡，其特征在于，所述防电磁波辐射腈纶纤维毡由防电磁波辐射腈纶纤维制成，所述防电磁波辐射腈纶纤维包含芯层与皮层，所述芯层为聚丙烯腈，所述皮层为金属粉体与聚丙烯腈的混合物。
2.根据权利要求1所述的一种防电磁波辐射腈纶纤维毡，其特征在于，所述聚丙烯腈的数均分子量为38000～42000。
3.根据权利要求1所述的一种防电磁波辐射腈纶纤维毡，其特征在于，所述金属粉体为三氧化二铁粉体、硫酸铜粉体、氯化亚锡粉体、氯化铝粉体、硝酸银粉体、铁粉、铜粉、铝粉和银粉中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述的一种防电磁波辐射腈纶纤维毡，其特征在于，所述金属粉体的中心粒径为20～200nm。
5.一种如权利要求1～4所述的防电磁波辐射腈纶纤维毡的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：
1)腈纶纺丝原液的准备：将通过溶液聚合法所制得的聚丙烯腈溶于混合溶剂并经脱泡、过滤，得到腈纶纺丝原液；
2)纺丝与收集：将腈纶纺丝原液引入离心纺丝设备的离心头，在离心力作用下，经离心头的喷孔甩出，细孔垂直方向喷射有携带金属粉体的工业氮气A，在工业氮气A辅助下，金属粉体粘附至腈纶纺丝原液表面；同时，开启离心纺丝设备的工业氮气B，在工业氮气B的热作用下，腈纶纺丝原液因混合溶剂挥发而固化成纤维，收集得到防电磁波辐射腈纶纤维网；
3)成毡：利用针刺机对防电磁波辐射腈纶纤维网进行针刺得到防电磁波辐射腈纶纤维毡。
6.根据权利要求5所述的一种防电磁波辐射腈纶纤维毡的制备方法，其特征在于，所述腈纶纺丝原液中聚丙烯腈的重量比浓度为16～23％。
7.根据权利要求5所述的一种防电磁波辐射腈纶纤维毡的制备方法，其特征在于，所述混合溶剂由二甲基甲酰胺和丙酮按体积比1：6～8混合而成。
8.根据权利要求5所述的一种防电磁波辐射腈纶纤维毡的制备方法，其特征在于，离心头的速度为3000～5000r/min，喷孔的孔径为0.4～2.0mm。
9.根据权利要求5所述的一种防电磁波辐射腈纶纤维毡的制备方法，其特征在于，所述工业氮气A的温度为150～250℃，该工业氮气A中金属粉体的浓度为100～1000mg/L，通气量为0.3～0.5m3/min；所述工业氮气B的温度为250～350℃，通气量为0.5～1.5m3/min。
10.根据权利要求5所述的一种防电磁波辐射腈纶纤维毡的制备方法，其特征在于，针刺密度为300～380刺/cm2，针刺深度为12～14mm。
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