CN107447283B - 卷曲变形锦纶导电长丝、制造方法及其应用 - Google Patents

卷曲变形锦纶导电长丝、制造方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种卷曲变形锦纶导电长丝、制造方法及其应用，所述卷曲变形锦纶导电长丝由熔融复合纺丝工艺制备的复合结构导电纤维经过卷曲变形加工得到，卷曲收缩率在15‑60%，卷曲稳定度40‑90%。变形加工的工艺流程为：导电纤维原丝经变型热箱将纤维加热塑化、冷却板冷却、通过假捻器加捻和解捻、定型、加网络、上油、卷绕、检验、包装。这种卷曲变形的锦纶导电长丝有利于后续的混纺织造加工，或者单独用于织造，可显现出柔软膨松的人体体验效果，可广泛应用于智能传感、智能穿戴等领域。

Description

卷曲变形锦纶导电长丝、制造方法及其应用
技术领域
本发明涉及一种卷曲变形锦纶导电长丝、制造方法及其应用，属于导电纤维技术领域。
背景技术
目前，导电长丝的表面是挺直和光滑的，和其它纤维复合时的抱合力小，容易出现毛圈丝，不利于导电纤维织物的加工。如果单独用于织造加工，纤维手感生硬，服用性不好，如果织成袜子，在压力的作用下，时间长了导电层可能部分脱落，影响导电性能和电流流动。目前还没有卷曲变形锦纶导电长丝产品出现。
专利申请CN106758179A公开了一种锦纶DTY纤维的镀银方法，采用锦纶POY纤维经化学镀银后，对制得导电抗菌纤维进行加弹处理（卷曲变形加工处理），制得锦纶镀银的DTY纤维。专利申请CN102560729A公开了一种抗菌和导湿型涤纶纤维及其制备方法与应用，采用添加银系抗菌母粒和涤纶切片熔融混合纺丝、并采用异型喷丝板，制得异型抗菌涤纶预取向丝，经加弹得到低弹异型涤纶抗菌纤维，具有很好的服用性。专利申请CN105887240A公开了一种涤纶预取向丝及其制备方法，聚酯纤维织物及其制备方法，采用含有银系抗菌母粒、水溶性聚酯纺制的涤纶预取向丝，经加弹处理（卷曲变形处理）得到涤纶高弹丝，织成织物。其后对织物经过溶解去除水溶性聚酯部分、真空镀银得到抗菌、导电织物。专利CN102953137B公开了高弹性导电纤维及其制备方法，采用碳纳米管在离子液体中进行分散，然后与高弹性热塑性聚合物混合，进行熔融纺丝得到含有碳纳米管的高弹性纤维。
以上公开的专利都不涉及对具有复合结构的导电纤维进行卷曲变形加工处理。
近年来，由于电子技术和生命科学的发展，智能穿戴、纤维型生物传感器已成为热门的技术应用和消费市场的需求领域，对导电织物的需求不断上升，同时对导电织物的柔软性和服用性提出了更高的要求。复合结构的导电纤维由于其导电性好，生产制造相对容易，而且易于控制生产成本，随着智能穿戴、纤维型生物传感器应用扩大，这一产业将会得到很大的发展。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种卷曲变形锦纶导电长丝、制造方法及其应用，解决了导电纤维产品和其它纤维复合加工时抱合力不够、易出现毛圈丝影响织物加工、以及单独用于织造加工成的织物手感生硬、服用性不好的问题。
按照本发明提供的技术方案，所述卷曲变形锦纶导电长丝，其特征是：由锦纶导电长丝经过卷曲变形加工处理得到，卷曲变形锦纶导电长丝的卷曲收缩率为15-60%，卷曲稳定度为40-90%。
进一步的，所述锦纶导电长丝由导电部分和非导电部分组成，导电部分占导电长丝总量的10-40%；所述锦纶导电长丝采用皮芯结构，皮层为导电部分；或者，所述锦纶导电长丝采用复合结构，导电部分嵌于非导电部分内且导电部分的局部外露于锦纶导电长丝的表面。
进一步的，所述导电部分由导电剂、加工助剂和聚酰胺（这里删一字）载体组成，导电剂为添加量20-35%的导电碳黑、或添加量5-15%的碳纳米管、或添加量10-25%的导电碳黑和碳纳米管组成的复合导电剂或者添加量50-80%的浅色导电金属氧化物。
进一步的，所述浅色导电金属氧化物为锑掺杂的二氧化钛导电粉体。
进一步的，所述卷曲变形锦纶导电长丝的单丝纤度为1.5-6dtex，强度为2.0-3.5cN/dtex，伸长率为15-35%，电阻率为100-102Ω•cm，表面电阻为102-105Ω。
所述卷曲变形锦纶导电长丝的制造方法，其特征是，采用以下工艺步骤：
将锦纶导电长丝依次经加热塑化、冷却、假捻、定型、加网络、上油、卷绕步骤，加热塑化的温度为145-195℃，定型温度为25-135℃，牵伸倍数为1.05-1.5，D/Y的数值为1.6-2.5，卷绕速度100-800m/min。
所述卷曲变形锦纶导电长丝的应用，用于制备抗静电、防辐射、纤维织物型传感器、智能穿戴产品。
本发明具有如下有益的效果：
（1）经卷曲变形处理的锦纶导电纤维，和锦纶低弹丝、或锦纶FDY丝进行并线倍捻加工或网络加工时抱合力好，可以避免出现毛圈丝、耳朵丝等影响后道织造的情况。
（2）以卷曲变形处理的锦纶导电纤维进行直接织造加工，制得的织物，在保持原有良好导电性的前提下，手感柔软性好，服用性好。
附图说明
图1为卷曲变形锦纶导电长丝的皮芯结构示意图。
图2为卷曲变形锦纶导电长丝的复合结构示意图。
附图标记说明：1-导电部分、2-非导电部分。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明中对卷曲变形加工所使用的由熔融复合纺丝工艺制备的锦纶导电长丝，由成纤聚酰胺高聚物作为非导电部分，和以导电碳黑、碳纳米管、它们的复合以及导电金属氧化物粉体作为导电剂的导电部分组成，采用复合纺丝工艺制成。其中的导电部分由成纤聚酰胺高聚物、导电剂及助剂组成。
所述聚酰胺成纤高聚物，可以是脂肪族聚酰胺及其共聚物，比如聚酰胺6、聚酰胺66、聚酰胺610、聚酰胺10、聚酰胺12、或聚酰胺612；脂环式聚酰胺；和芳香族聚酰胺。这些成纤高聚物可以单独使用或合理地组合使用。
所述导电纤维原丝典型的制备方法描述如下：
（1）导电母粒：将导电剂或复合导电剂、助剂和成纤高聚物切片进行预捏合，然后经双螺杆熔融共混、挤出、水冷、切粒制得导电母粒。其中导电剂，如纤维为黑色，则导电剂为导电碳黑，添加量为20-35%；或为碳纳米管，添加量为5-15%；或者导电碳黑和碳纳米管组成的复合导电剂，添加量为10-25%；如纤维为浅色至白色，则导电剂为浅色导电金属氧化物如锑掺杂的二氧化钛导电粉体，添加量为50-80%。
（2）复合纺丝：将成纤高聚物切片与导电母粒分别用螺杆挤出机熔融输送，经计量泵计量分配到复合型喷丝板的各个喷丝孔，从喷丝孔中喷出，最后经侧吹风冷却凝固、牵伸、上油、导丝、卷绕即可；
其中所用的非导电部分切片事先经过干燥，含水率控制在50ppm以下，干燥过程可以用流化床干燥、转鼓干燥、氮气氛连续干燥等；
导电母粒事先经过干燥，含水率控制在100ppm以下。
步骤（1）中所述捏合的温度为80℃～140℃，时间为30～120min；双螺杆熔融共混、挤出的温度要根据成纤高聚物的熔点确定，例如对于熔点为220℃的聚酰胺高聚物而言，温度设定为一区80～100℃，二区为200℃，三区到挤出口各区的温度为250～270℃，螺杆的长径比为1:25～1:50。
步骤（2）中纺丝过程的螺杆挤出机组的温度设定为只要使高聚物正常融熔输送并达到一定的表观粘度即可。这里要特别说明的是对于复合纺丝来说，两种纺丝熔体的有相近的表观粘度对于纺丝的正常进行至关重要，对不同的成纤高聚物都要进行仔细的工艺摸索而后确定。
步骤（2）中丝条冷却介质的工艺参数包括侧吹风风压、风速、风温、以及风湿度。牵伸卷绕速度一般为2000～5000m/min，牵伸可以用热箱或热辊进行。
典型的碳黑型皮芯锦纶导电纤维原丝的性能指标为：（1）纤度在44dtex，单丝纤度在3.7dtex；（2）强度在2.5cN/dtex；（3）伸长55%；（4）电阻率在65Ω•cm；（5）表面电阻为104Ω。
采用加弹机对所述导电纤维原丝进行卷曲变形加工处理，工艺条件及工艺参数调整要点描述如下：
工艺条件主要是加工速度（YS）、牵伸比（DR）、速比（D/Y，指摩擦盘的表面速度与丝条离开假捻器的速度之比）、K值（解捻张力与加捻张力的比值）、超喂率以及两个热箱温度。
（1）热箱温度和冷却板 第一热箱的温度是纤维的变形温度，设定要求是既要纤维能够塑化，又不能使纤维发生粘附。第二热箱又叫定型热箱，是非接触型空气加热，一般由热媒加热的，它的作用是对假捻后的丝条进行定型，但温度高也会使丝条的卷曲率（弹性）下降。
（2）牵伸比及速度（超喂率） 牵伸比是第二罗拉与第一罗拉的速度比，一般计算拉伸比是以原丝的纤度/加工后丝的纤度进行预估，并作为工艺调整的基点。随拉牵伸比的增加，丝条的强度增加、伸度下降。
加工速度对丝路中张力、卷曲收缩率、卷曲稳定性以及是否容易出现毛丝、僵丝等都有很大影响，在最佳工艺参数时要仔细调整才能加工出满意的产品。
（3）K值及D/Y比D/Y比是指摩擦盘的表面速度与丝条离开假捻器的速度之比。在一定范围内，它的变化对纤维的卷缩率、卷曲稳定性、强度、伸度等物理指标几乎无影响，只与加工中假捻器之前和之后的张力有关，工艺参数不理想，会导致紧点或会导致毛丝，不有利于稳定生产。
针对本发明碳黑型复合结构导电纤维的卷曲变形加工处理，大体优化的工艺参数为加热塑化的温度为145-195℃，定型温度为25-135℃，牵伸倍数为1.05-1.5，D/Y的数值为1.5-2.5，卷绕速度100-800m/min。
本发明的卷曲变形锦纶导电长丝的应用大致分为两类：以它为原料直接制成的织造或非织造材料，和通过将卷曲变形锦纶导电长丝和非导电纤维的原料纤维并丝合股，并倍捻后再织造，制得纤维功能材料体。含有本发明的卷曲变形锦纶导电长丝在制备抗静电、防辐射、纤维织物型传感器、智能穿戴产品的方面，都是本发明的保护范围内。
本发明对采用复合纺丝工艺制得的导电纤维原丝进行了卷曲变形处理，使得本发明的卷曲变形锦纶导电纤维、导电纱及由此制造的产品具有下述特性，比如优异的导电性、发热性、抗静电性、电磁波和磁屏蔽性及热传导性。进一步地，还具备了良好的加工性和舒适的服用性。并且，该导电纤维、导电纱及其延伸制备的产品具有优异的上述各特性的耐久性，且还具有下述特性，比如优异的柔软性、触感（或质感）、便于处理、和加工性。因此，通过尽可能地活用上述特性，该导电纤维、导电纱及其产品可以有效地应用于各种用途，例如，具有抗静电性或电磁波和磁屏蔽性的服装用途（例如，工作服或制服），室内装饰用途（例如，窗帘、地毯、墙面涂层材料、和隔离物），中和袋过滤器、仪器用罩、复印机用刷、电磁波屏蔽产业材料。并且，根据本发明的制造方法，可以顺利地制造卷曲变形锦纶导电长丝、导电纱及其产品，且该制造方法具有优异的实用性。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：对锦纶导电长丝的卷曲变形加工
锦纶导电长丝为复合结构，包括导电部分和非导电部分，导电部分呈三叶型嵌于非导电部分中，纤度为110dtex/32f，强度1.8 cN/dtex，伸长105%，高压电阻5×106Ω/cm，表面电阻105Ω。卷曲变形加工工艺参数为第一热箱温度170℃，拉伸倍数1.25，D/Y1.8，第二热箱温度125℃，摩擦盘组装形式为3-5-1，定型欠喂-7.5%，卷绕欠喂-4.5%，加工速度380m/min。
得到的卷曲变形锦纶导电长丝的纤维指标为：纤度90dtex/32f，强度3.0 cN/dtex，伸长25%，卷曲收缩率22%，卷曲稳定度75%，含油率2.5%，沸水收缩率4.5%，高压电阻2×106Ω/cm，表面电阻105Ω。
实施例2：对锦纶导电长丝的卷曲变形加工
锦纶导电长丝为碳黑型皮芯锦纶导电纤维，纤度83dtex/16f，强度2.5 cN/dtex，伸长55%，高压电阻1.5×106Ω/cm，表面电阻103Ω。卷曲变形工艺参数为第一热箱温度175℃，拉伸倍数1.05，D/Y1.9，第二热箱加热关闭或不装第二热箱，摩擦盘组装形式为3-5-1，定型欠喂-7.5%，卷绕欠喂-4.5%，加工速度500m/min。
得到的碳黑皮芯型卷曲变形锦纶导电长丝的纤维指标为：纤度80dtex/16f，强度2.8cN/dtex，伸长30%，卷曲收缩率45%，卷曲稳定度71%，含油率2.5%，沸水收缩率6.5%，高压电阻8.5×105Ω/cm，表面电阻103Ω。
实施例3：低或无扭距合股卷曲变形锦纶导电长丝加工
导电原丝为碳黑型皮芯锦纶导电纤维，纤度83dtex/16f，强度2.5 cN/dtex，伸长60%，高压电阻1.5×106Ω/cm，表面电阻104Ω。卷曲变形工艺参数为变形温度170℃，拉伸倍数1.2，D/Y1.9，两股导电丝分别经过Z捻向和S捻向的假捻器而后并合，定型欠喂-6.8%，卷绕欠喂-3.1%，加工速度450m/min。
得到的碳黑皮芯型卷曲变形涤纶导电长丝的纤维指标为：纤度145dtex/32f，强度3.1cN/dtex，伸长28%，卷曲收缩率42%，卷曲稳定度75%，含油率3.0%，沸水收缩率6.5%，高压电阻8.5×105Ω/cm，表面电阻104Ω，基本无扭距。
实施例4：卷曲变形锦纶导电长丝与锦纶FDY并线-网络加工
合股并线原料为：20D/4f卷曲变形锦纶导电长丝；50D/24f锦纶FDY丝。
方法：将两种原料并线合股，加网络，得到20D/4f+50D/24f锦纶复合导电网络丝。
结果：纱筒上不出现毛圈丝，效果好。
实施例5：卷曲变形锦纶导电长丝织袜
将实施例2 得到的80dtex/16f碳黑皮芯型卷曲变形锦纶导电长丝，用织袜机织成50cm的袜筒。外观可见，织物整齐美观，手感柔和，表面电阻仪测试显示为103Ω。经水+洗涤液洗涤30次，表面电阻仅稍有下降，为103-4Ω。
对比例1：导电纤维与锦纶FDY并线-网络加工
合股并线原料为：导电纤维：20D/4f锦纶导电丝；50D/24f锦纶FDY丝。
方法：将两种原料并线合股，加网络，得到20D/4f+50D/24f锦纶复合导电网络丝。
结果：纱筒上易出现耳朵丝，效果不理想。
对比例2：导电纤维织袜
以实施例2的83dtex/16f锦纶导电纤维原丝直接织袜，织袜机织成50cm的袜筒。外观可见，织物粗糙，手感生硬，表面电阻仪测试显示为103Ω。经水+洗涤液洗涤30次，表面电阻下降明显，为104-5Ω。

Claims (2)

1.一种卷曲变形锦纶导电长丝，其特征是：由采用复合纺丝工艺制造的锦纶导电长丝依次经加热塑化、冷却、假捻、定型、加网络、上油、卷绕步骤得到，加热塑化的温度为145-195℃，定型温度为25-135℃，牵伸倍数为1.05-1.5，D/Y的数值为1.6-2.5，卷绕速度100-800m/min；
所述卷曲变形锦纶导电长丝的卷曲收缩率为15-60%，卷曲稳定度为40-90%；单丝纤度为1.5-6dtex，强度为2.0-3.5cN/dtex，伸长率为15-35%，电阻率为100-102Ω•cm，表面电阻为102-105Ω；
所述锦纶导电长丝由导电部分和非导电部分组成，导电部分占导电长丝总量的10-40%；所述锦纶导电长丝采用皮芯结构，皮层为导电部分；或者，所述锦纶导电长丝采用复合结构，导电部分嵌于非导电部分内且导电部分的局部外露于锦纶导电长丝的表面；
所述导电部分由导电剂、加工助剂和聚酰胺载体组成，导电剂为添加量20-35%的导电碳黑、或添加量5-15%的碳纳米管、或添加量10-25%的导电碳黑和碳纳米管组成的复合导电剂或者添加量50-80%的浅色导电金属氧化物。
2.如权利要求1所述的卷曲变形锦纶导电长丝，其特征是：所述浅色导电金属氧化物为锑掺杂的二氧化钛导电粉体。
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