CN107974721A - 一种高强高精密锦纶66涂炭导电单丝及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于炭导纤维技术领域，具体涉及一种高强高精密锦纶66涂炭导电单丝及其生产工艺。本发明以高强高精密锦纶66白色单丝为原料，通过炭黑溶液处理，制得高强高精密锦纶66涂炭导电单丝。本发明解决了常规涂炭导电单丝炭涂层不均匀，易脱落，单丝表面粗糙不光滑，线径粗细不均等问题，本发明制备的锦纶66涂炭导电单丝强度5.0cN/dtex，断裂伸长为28‑30％，表面光洁，涂层均匀，平均电阻率为1.0X105欧姆.厘米。
Description
技术领域
本发明属于炭导纤维技术领域，具体涉及一种高强高精密锦纶66涂炭导电单丝及其生产工艺。
背景技术
锦纶66涂炭导电单丝炭导纤维是支撑国家高科技产业发展的关键材料，是国防现代化的紧迫基础材料，也是推动国民经济诸多相关产业技术进步、创新发展和产业换代升级的基本要素，更是当前和今后推进节能环保、维护社会安全、构筑低炭经济和确保可持续发展的重要战略材料之一。在当前我国纺织和化纤工业由世界生产大国向技术强国转型升级的关键时期，重点发展高科技纤维，突破关键技术的瓶颈制约，扩大产品品种，增强国际竞争力是当务之急，也是今后国家重点支持的项目。正因为高科技纤维是军民两用的战略材料，是提升国家综合竞争力的关键材料，因此是发达国家长期以来对我国实行技术封锁和涉军产品“禁运”的项目之一，也是专利技术覆盖面最广的产品，只能靠自主研发和国家的鼎力支持来不断壮大自己的产业，满足国民经济日益扩大的需求。
导电炭纤维是一种高导电性材料，其综合性能优异，具有很多其它材料无可比拟的优点，除具有高导电性能之外，其还具有耐腐蚀、耐磨、耐高温、强度高、质轻等特点，应用非常广泛。
高强高精密锦纶66涂炭导电单丝目前主要从美国、英国进口，价格昂贵，使得下游客户的生产成本大大提高。
目前，国内有几家企业也在小规模生产锦纶66涂炭导电单丝，但是存在的问题和不足也是显而易见的，主要表现在：炭涂层不均匀，易脱落，单丝表面粗糙不光滑，线径粗细不均，根本无法满足客户的使用要求。
所以开发一种高强高精密锦纶66涂炭导电单丝及其生产工艺具有重大意义。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中炭涂层不均匀，易脱落，单丝表面粗糙不光滑，线径粗细不均的缺点，提供一种高强高精密锦纶66涂炭导电单丝及其生产工艺。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种高强高精密锦纶66涂炭导电单丝，所述高强高精密锦纶66涂炭导电单丝由锦纶66白色单丝基体和炭涂层导电体构成；所述炭涂层导电体沿长度方向覆盖于锦纶66白色单丝基体上；
所述高强高精密锦纶66涂炭导电单丝横截面为圆形；所述高强高精密锦纶66涂炭导电单丝横截面直径为0.08-0.15mm；所述炭涂层导电体的厚度为1um。本发明设计1um的炭涂层导电体不仅克服了炭涂层过厚导致的容易脱落的问题，而且获得了显著的导电效果，平均电阻率为1.0X105欧姆.厘米。在研发过程中固定炭黑溶液及其白色单丝基体时发现当炭涂层偏离1um时性能发生显著下降；过大时炭涂层容易脱落，过小导电性能下降。
本发明所述高强高精密锦纶66涂炭导电单丝强度5.0cN/dtex，断裂伸长为28-30％，表面光洁，涂层均匀，平均电阻率为1.0X105欧姆.厘米。
根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种高强高精密锦纶66涂炭导电单丝生产工艺，以高强高精密锦纶66白色单丝通过炭黑溶液工艺处理，制得高强高精密锦纶66涂炭导电单丝，具体包括以下步骤：
1)将高强高精密锦纶66白色单丝放置到倒丝丝架小车上，通过张力架控制倒丝退绕张力，然后进入陶瓷导丝装置；
2)从导丝装置出来的单丝，穿过炭黑溶液计量喷嘴，通过调节炭黑溶液计量喷嘴变频器频率在高强高精密锦纶66白色单丝上涂上一层1um厚的炭黑溶液，多余的炭黑溶液通过回流装置回流到不锈钢容体回收利用；通过喷嘴进行喷涂克服了炭溶液涂到原丝上的涂层的厚度及其均匀度问题；另外喷涂过程中喷涂洒漏的炭黑溶液通过回流装置回收利用，节省了成本。
3)经炭黑溶液处理后的锦纶66单丝，进入加热烘箱加热烘干，烘箱的长度在3-6米；温度控制在120℃～180℃，烘箱各点的温度误差不超过±1℃；
4)涂上炭黑溶液的锦纶66单丝在经过烘箱的加热烘干后，进入卷绕控制单元进行卷绕成型，卷绕的速度控制在30-50m/min；卷绕到一定的重量后，落丝、检验、包装即得本发明高强高精密锦纶66涂炭导电单丝。
上述高强高精密锦纶66白色单丝强度6.5-6.8cN/dtex，断裂伸长25-30％，180℃、15分钟的干热收缩率为2-2.5％；
上述炭黑溶液由以下制备方法制备：
按重量百分比计算，炭黑溶液由以下组份构成：
3-4％的纳米级水溶性炭黑粉末，15-20％的锦纶66单体，4-8％的甲酸，10-15％的乙醇，3-8％的天津赛菲化学科技发展有限公司生产的DS-170分散剂，余量为去离子水。
炭黑溶液具体制备步骤如下：
1)把纳米级水溶性炭黑粉末、锦纶66单体、甲酸、乙醇、DS-170分散剂和无离子水放入不锈钢容体，用搅拌机搅拌2-4小时；
2)搅拌结束后炭黑粉末与锦纶66单体、甲酸、乙醇、无离子水完全分散均匀形成均匀溶液，然后对均匀溶液通过过滤层进行过滤，过滤后得炭黑溶液。
本发明中炭溶液的配置中采用纳米级水溶性炭黑粉末提高了炭黑粉末的比表面积，利于在炭黑溶液中分散；制备出的高强高精密锦纶66涂炭导电单丝导电性能好，平均电阻率为1.0X105欧姆.厘米；
本发明采取锦纶66单体和甲酸提高了炭黑溶液和锦纶66白色单丝的相容性，从而使制备出的涂炭导电单丝中炭黑不易脱落，利于导电性能的稳定和后期的加工；
本发明中采取10-15％的乙醇可加快水分的挥发，同时又避免了挥发速度过快导致炭层的脱落问题。
本发明采用的天津赛菲化学科技发展有限公司生产的DS-170分散剂利于炭黑和锦纶66单体等其余组份的充分分散，使炭黑溶液中的组份更加均匀。本发明中的DS-170分散剂也可以选择类似的能够使炭黑颗粒和锦纶66单体等组份分散均匀的分散剂进行替代。
本发明在配置炭黑溶液时优选了其组份和配比，所用原料绿色环保，并且制备出的炭黑溶液涂于锦纶66白色单丝后导电性能优异，炭涂层均匀、不易脱落。
本发明在对炭黑溶液混合均匀后经过一道过滤工序解决了在混合过程中由于原料或者混合不均导致炭颗粒不均匀导致后面喷涂过程中单丝表面粗糙、涂炭层脱落的问题。
为了解决炭涂层不均匀，我们用变频器控制计量装置，对每一根单丝分别进行计量喷涂，使得每一根单丝的涂层均匀，光滑。
本发明制备的高强高精密锦纶66涂炭导电单丝强度5.0cN/dtex,断裂伸长为28-30％，表面光洁，涂层均匀，平均电阻率为1.0X105欧姆.厘米；其还具有耐腐蚀、耐磨、耐高温、强度高、质轻等特点，应用非常广泛，本发明高强高精密锦纶66涂炭导电单丝已达到进口质量。
附图说明
图1为本发明锦纶66涂炭导电单丝示意图：
1代表炭涂层导电体，2为锦纶66白色单丝基体。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。
实施例
将10个筒子的55dtex/1F的锦纶66白色单丝放上退绕丝架车，并通过张力装置控制原丝退绕张力，从张力器出来的单丝通过陶瓷导丝装置进入炭黑溶液计量装置，开启变频器，调节频率，确保在锦纶66单丝上的涂层在1um，涂上炭黑溶液的单丝进入热烘箱烘干，烘箱的温度控制在120-180℃，烘箱长度6m，单丝在热箱中以30m/min的速度匀速经过，进入恒张力卷绕装置，为了确保卷绕成型，卷绕张力设定在25g左右，卷绕速度设定在32-40m/min，当卷绕到每个筒子净重达到1kg后，落丝。
上述炭黑溶液由以下制备方法制备：
按重量百分比计算，炭黑溶液由以下组份构成：
3-4％的纳米级水溶性炭黑粉末，15-20％的锦纶66单体，4-8％的甲酸，10-15％的乙醇，3-8％的天津赛菲化学科技发展有限公司生产的DS-170分散剂，余量为去离子水。
炭黑溶液具体制备步骤如下：
1)把纳米级水溶性炭黑粉末、锦纶66单体、甲酸、乙醇、DS-170分散剂和无离子水放入不锈钢容体，用搅拌机搅拌2-4小时；
2)搅拌结束后炭黑粉末与锦纶66单体、甲酸、乙醇、无离子水完全分散均匀形成均匀溶液，然后对均匀溶液通过过滤层进行过滤，过滤后得炭黑溶液。
本实施例最终产品的指标为：强度5.0cN/dtex，断裂伸长为28-30％，表面光洁，涂层均匀，平均电阻率为1.0X105欧姆.厘米.
根据锦纶66白色单丝的直径不同可制备出0.08-0.15mm的高强高精密锦纶66涂炭导电单丝，如0.08mm、0.10mm、0.12mm、0.15mm。
对比例
我们对国内某厂家的相同线径(0.08mm)的涂炭导电单丝进行了比较和测试，发现其指标为：强度3.5-3.8cN/dtex,断裂伸长为18-20％，180℃15分钟干热收缩率达到6-8％，而且成品丝僵硬，涂炭层用手刮易掉落，线径最大处达到0.088mm，而且有竹节丝现象，根本无法满足使用要求。
对比例中的检测方法与实施例中的检测方法及其条件保持一致。
尽管已经详细描述了本发明的实施方式，但是应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明的实施方式做出各种改变、替换和变更。
Claims (10)
1.一种高强高精密锦纶66涂炭导电单丝，所述高强高精密锦纶66涂炭导电单丝由锦纶66白色单丝基体和炭涂层导电体构成；所述炭涂层导电体沿长度方向覆盖于锦纶66白色单丝基体上。
2.根据权利要求1所述的一种高强高精密锦纶66涂炭导电单丝，其特征在于：所述高强高精密锦纶66涂炭导电单丝横截面为圆形；所述高强高精密锦纶66涂炭导电单丝横截面直径为0.08-0.15mm；所述炭涂层导电体的厚度为1um。
3.根据权利要求2所述的一种高强高精密锦纶66涂炭导电单丝，其特征在于：所述高强高精密锦纶66涂炭导电单丝横截面直径为0.08mm、0.10mm、0.12mm、0.15mm。
4.根据权利要求1所述的一种高强高精密锦纶66涂炭导电单丝，其特征在于：所述高强高精密锦纶66涂炭导电单丝强度5.0cN/dtex，断裂伸长为28-30％，表面光洁，涂层均匀，平均电阻率为1.0X105欧姆.厘米。
5.根据权利要求1所述的一种高强高精密锦纶66涂炭导电单丝的制备方法，以高强高精密锦纶66白色单丝通过炭黑溶液工艺处理，制得高强高精密锦纶66涂炭导电单丝，具体包括以下步骤：
1)将高强高精密锦纶66白色单丝放置到倒丝丝架小车上，通过张力架控制倒丝退绕张力，然后进入陶瓷导丝装置；
2)从导丝装置出来的单丝，穿过炭黑溶液计量喷嘴，通过调节炭黑溶液计量喷嘴变频器频率在高强高精密锦纶66白色单丝上涂上一层1um厚的炭黑溶液；
3)经炭黑溶液处理后的锦纶66单丝，进入加热烘箱加热烘干，烘箱的长度在3-6米；
4)涂上炭黑溶液的锦纶66单丝在经过烘箱的加热烘干后，进入卷绕控制单元进行卷绕成型，卷绕的速度控制在30-50m/min；卷绕到一定的重量后，落丝、检验、包装即得高强高精密锦纶66涂炭导电单丝。
6.根据权利要求5所述的一种高强高精密锦纶66涂炭导电单丝的制备方法，其特征在于：步骤2)中在高强高精密锦纶66白色单丝上涂炭黑溶液过程中喷涂洒漏的炭黑溶液通过回流装置回收利用。
7.根据权利要求5所述的一种高强高精密锦纶66涂炭导电单丝的制备方法，其特征在于：步骤3)烘干温度控制在120℃～180℃，烘箱各点的温度误差不超过±1℃。
8.根据权利要求5所述的一种高强高精密锦纶66涂炭导电单丝的制备方法，其特征在于：按重量百分比计算，炭黑溶液由以下组份构成：
3-4％的纳米级水溶性炭黑粉末，15-20％的锦纶66单体，4-8％的甲酸，10-15％的乙醇，3-8％的天津赛菲化学科技发展有限公司生产的DS-170分散剂，余量为去离子水。
9.根据权利要求8所述的一种高强高精密锦纶66涂炭导电单丝的制备方法，其特征在于：所述炭黑溶液是由以下制备工序制备：
1)把纳米级水溶性炭黑粉末、锦纶66单体、甲酸、乙醇、DS-170分散剂和无离子水放入不锈钢容体，用搅拌机搅拌2-4小时；
2)搅拌结束后炭黑粉末与锦纶66单体、甲酸、乙醇、无离子水完全分散均匀形成均匀溶液，然后对均匀溶液通过过滤层进行过滤，过滤后得炭黑溶液。
10.根据权利要求5所述的一种高强高精密锦纶66涂炭导电单丝的制备方法，其特征在于：所述高强高精密锦纶66白色单丝强度6.5-6.8cN/dtex，断裂伸长25-30％，干热收缩率在180℃、15分钟条件下为2-2.5％。
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