CN109440221A - 一种防切割纤维及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防切割纤维及其制备方法和应用，所述防切割纤维呈卷曲状，所述防切割纤维的横截面为多层结构，所述多层结构包括外层和设于外层内的第一内层和第二内层，所述外层为聚乙烯制成，所述第一内层、所述第二内层采用分子量范围为110‑145万的聚乙烯制成，所述第二内层中均匀分布有纤维填料、无机填料和条状金属。本发明的防切割纤维制得的手套采用双层纤维编织，符合欧洲的(EU)2016/425防割标准，不仅保护了工作人员的前掌，还增加了对手臂的保护，使得前臂免受高温、灼热和切割等危害。

Description

一种防切割纤维及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及防切割纤维技术领域，尤其涉及一种防切割纤维及其制备方法和应用。
背景技术
据统计，手部伤害事故占到了各类工伤事故数量的25％，我国产业人口数量庞大，又有劳动密集的特点，为控制和减少手部伤害事故的发生，各类防机械伤害手套不断被开发，其中包括帆布、纱卡布、牛皮猪皮绒布和粗纱等或由帆布与皮革混合制成。超高分子量聚乙烯纤维防切割手套以其手感舒适、性能优异、使用寿命超长等特点而发展迅速，在国外，受到越来越多的劳动者青睐。目前我国每年超高分子量纤维防切割手套生产量大约有350万打，主要销往国外。近年来，随着我国经济发展水平和人们生活水平的不断提高，人们更加关注作业环境、作业安全与职业健康，对超高分子量聚乙烯纤维防切割手套的需求也将不断扩大。
超高分子量纤维是一种高强高模并有良好的耐磨、耐切割、耐化学性能的纤维。但是仅用高强聚乙烯纤维制成的手套的防切割性能还有待提高。因此，有必要设计一种内部具有均匀分布的填料以增加纤维的力学性能的防切割纤维。
因此，如何针对上述现有技术所存在的缺点进行研发改良，实为相关业界所需努力研发的目标，本申请设计人有鉴于此，乃思及创作的意念，遂以多年的经验加以设计，经多方探讨并试作样品试验，及多次修正改良，乃推出本申请。
例如申请号为201810094661.3的中国发明专利公开了一种防切割聚乙烯纤维的制备方法，包括如下步骤：超高分子量聚乙烯和二氧化硅混合得到混合原料；将混合原料加入双螺杆挤丝机中进行纺丝，形成原丝；将原丝进行萃取，干燥和超倍拉伸，得到防切割聚乙烯纤维。用其制成的织物的防切割等级根据欧标EN388测试达到7.84以上，该发明工艺流程简单，生产成本较低，能达到较好的耐切割性能。但该防切割纤维仅混合了二氧化硅，其防切割性能还无法达到最新的欧洲标准。
再如申请号为200810172099.8的中国发明专利公开了一种以超强聚乙烯纤维为基本材料制作手套的工艺。编织时手指全部及手掌前半部分采用超强聚乙烯纤维；手掌后半部分采用超强聚乙烯纤维及氨纶纤维混合编织。虽然生产工艺简单，但是其生产的手套的防切割性能也无法达到最新的欧洲标准。
综上，有必要设计一种能达到(EU)2016/425中关于防切割手套的防切割标准、防切割性能优异、制备方法简单、综合性能优越的防切割纤维及其制备方法和应用。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种能达到(EU)2016/425中关于防切割手套的防切割标准、防切割性能优异、制备方法简单、综合性能优越的防切割纤维及其制备方法和应用。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种防切割纤维，所述防切割纤维呈卷曲状，所述防切割纤维的横截面为多层结构，所述多层结构包括外层和设于外层内的第一内层和第二内层，所述外层为聚乙烯制成，所述第一内层、所述第二内层采用分子量范围为110-145万的聚乙烯制成，所述第二内层中均匀分布有纤维填料、无机填料和条状金属。
进一步地，所述第一内层、所述第二内层均采用分子量为120的聚乙烯制成。
进一步地，所述第一内层采用分子量为120的聚乙烯制成，所述第二内层采用分子量为130的聚乙烯制成。
进一步地，所述第二内层中的纤维填料、无机填料和条状金属的体积含量为30-60％。
进一步地，所述纤维填料、无机填料和条状金属的体积比范围为1-5:2-6:1。
进一步地，所述无机填料的粒径范围为1-15μm，所述无机填料材质为不锈钢、合金钢、钛合金、玻璃或玄武岩。
进一步地，所述条状金属和纤维填料的长度为5-100μm，所述条状金属和纤维填料材质为不锈钢、合金钢、钛合金、玻璃或玄武岩。
一种如上述权利要求所述的防切割纤维的制备方法，所述制备方法包括将外层、第一内层和均匀分布有纤维填料、无机填料和条状金属的第二内层经熔融-高压纺丝制得防切割纤维，所述高压为120-240MPa。
进一步地，熔融纺丝时，第一内层和第二内层的熔体分别通过两个挤出机和注入口进入同一喷丝孔，并在该喷丝孔的入口处与外层的熔体复合。
进一步地，所述第一内层、外层和第二内层分别通过三个双螺杆挤出机挤出后进入复合纺丝箱体中，后经卷绕、三级热拉伸和热定型处理，三个双螺杆挤出机的温度范围分别为200-250℃、200-250℃和220-250℃，所述卷绕的速度为800-1200m/min，所述热定型的温度范围为120-140℃，所述热定型的时间范围为4-10min。
实施本发明，具有如下有益效果：
(1)本发明的防切割纤维，防切割性能优越，使用本发明的防切割纤维制得的防护手套的防切割性能能够达到(EU)2016/425中关于防切割手套的防切割标准，并且制得的手套耐磨性能优越、抗撕裂性能良好、抗刺穿性能以及耐化学试剂性能良好。
(2)本发明的防切割纤维，性能优越，尤其是在作业安全与职业健康方面，还可以制成防护服、防护手套等其他个人防护用品，适用范围广，通用性强。
(3)本发明的防切割纤维，还具有耐高温性能，能够抵挡的温度最高达100℃。
(4)本发明的防切割纤维制得的防护手套，在拇指处留孔，穿戴灵巧舒适，柔韧透气，伸张自如。
(5)本发明的防切割纤维制得的手套采用双层纤维编织，符合欧洲的(EU)2016/425防割标准，不仅保护了工作人员的前掌，还增加了对手臂的保护，使得前臂免受高温、灼热和切割等危害。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1是本发明防切割纤维的结构示意图；
图2是本发明防切割纤维制得的防护手套的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明实施例公开了一种防切割纤维，所述防切割纤维呈卷曲状，所述防切割纤维的横截面为多层结构，所述多层结构包括外层和设于外层内的第一内层和第二内层，所述外层为聚乙烯制成，所述第二内层中均匀分布有体积含量为30％的纤维填料、无机填料和条状金属。
所述第一内层采用分子量为110的聚乙烯制成，所述第二内层采用分子量为120的聚乙烯制成。
所述纤维填料、无机填料和条状金属的体积比范围为3:2:1。
所述无机填料的直径为10微米，所述无机填料材质为不锈钢、合金钢、钛合金、玻璃或玄武岩。
所述条状金属的长度和纤维填料的长度分别为20、20微米，所述条状金属和纤维填料材质为不锈钢、合金钢、钛合金、玻璃或玄武岩。
如图2所示，一种防切割手套，采用实施例1中的防切割纤维双层编织而成。
其余实施例2-21的实验条件见下表1。
表1实施例1-21的实验条件
手套性能测试涉及的标准有：
《GBT12624-2009手部防护通用技术条件及测试方法》、《GB24541-2009手部防护机械危害防护手套标准》、《EN420防护手套一般要求和测试方法》、《EN388-防机械切割劳保手套》、《EN407-防高温及防火劳保手套》、《EN511-防低温保护手套》、《EN3741-3防化学及微生物手套》、《EN659防火员专用保护手套》。在本申请中，为验证本发明之实施效果，手套性能的测试方法选择参考上述标准中的测试方法。
一、测试方法
(1)外观检查方法
采用目视法检查产品外观。
表2外观检查缺陷项目
(2)规格尺寸测量方法
采用直尺测量手套总长、中指深。掌围的测定：拇指和食指的分叉处向上20mm处的围长。
(3)灵活性测试方法
抽取完整的没有经过任何软化处理的手套(例如拍打或挤压等)，准备一根直径为6.5mm、长40mm的光滑不锈钢测试棒。将测试棒放在一个平整表面上，测试者戴上手套，用食指和拇指夹拾测试棒，测试者在30s内连续拾起测试棒应不小于3次。
(4)耐酸性测试方法
根据测试要求抽取手套样品，在室温条件下，将手套涂层部分浸没在质量分数为40％的硫酸溶液中，时间为24h，取出，用清水冲洗干净，晾干，按GB24541的规定进行耐摩擦性的测定。
(5)耐碱性测试方法
根据测试要求抽取手套样品，在室温条件下，将手套涂层部分浸没在质量分数为35％的强氧化钠溶液中，时间为24h，取出，用清水冲洗干净，晾干，按GB24541的规定进行耐摩擦性的测定。
(6)耐油性测试方法
根据测试要求抽取手套样品，在室温条件下，将手套涂层部分浸没在标准0号机械油中，时间为24h，取出后用清水冲洗，晾干，按GB24541的规定进行耐摩擦性的测定。
(7)耐摩擦性能测试方法
手套耐摩擦性的测定按GB24541的规定进行。
(8)防切割性能测试方法
手套防切割性的测定按GB24541的规定进行。
(9)抗撕裂性能测试方法
手套抗撕裂性的测定按GB24541的规定进行。
(10)耐刺穿性能测试方法
手套耐刺穿性的测定按GB24541的规定进行。
二、测试结果
表3实施例1-21手套的测试结果
表4耐酸、耐碱和奶油性能测试符号及含义
表5实施例1-21防切割纤维制得的手套的测试结果
(1)外观检查结果分析
由表3可知，实施例1-21的防切割纤维制成的手套进行表3中缺陷项目检查，对比例1-6实施例1-21均没有外观缺陷，满足手套外观检查项目的要求。
(2)规格尺寸测量结果分析
由表3可知，实施例1-21的防切割纤维制成的手套均符合规格和尺寸要求。
(3)灵活性测试结果分析
由表3可知，实施例1-21的防切割纤维制成的手套的灵活性有所不同，实施例1-21的防切割纤维制成的手套的灵活性能良好并满足要求。
(4)耐摩擦性能测试结果分析
由表3可知，实施例1-21的防切割纤维制成的手套的耐摩擦性能有所不同，实施例1-21手套的耐磨损力均大于8000rad，这是因为手套芯采用三种不同分子量的聚乙烯纤维编织而成，三种不同分子量的聚乙烯纤维的力学性能优于单一分子量的聚乙烯纤维的力学性能，因此其耐磨损力值较高，耐摩擦性能好。此外，还在内层上加入了不同粒径的无机填料和不同长度的条状金属和纤维填料，增大了手套的耐摩擦性能。
(5)抗切割性能测试结果分析
由表3可知，实施例1-21的防切割纤维制成的手套的抗切割性能达到1级。
(6)抗撕裂性能测试结果分析
由表3可知，实施例1-21的防切割纤维制成的手套的抗撕裂性能达到3级。
(7)耐刺穿性能测试结果分析
由表3可知，实施例1-21的防切割纤维制成的手套的耐刺穿性能达到1级。
(8)耐酸、耐碱和奶油性能测试结果分析
渗透是化学物质在分子水平上从手套外表面向内表面的扩散过程。化学渗透通常是在手套材质没有任何物理缺陷的情况下发生的。手套产品的渗透测试通常是根据美国材料实验协会标准(ASTM)或欧洲标准进行的。渗透实验提供了两个选择手套的数据依据:渗透时间和渗透速率。
渗透时间：从化学物质开始与手套的外表面接触到化学物质出现在手套的内表面所需要的时间。渗透时间是表明防化手套防护化学物质的重要指标,特别是对于毒性较强的化学物质。渗透时间通常以分钟或小时来表示。渗透实验一般只进行到8h，如果到了8h还没有被穿透，则测试数据表示为>480min或>8h。应该选择较长渗透时间的手套，特别是应该选择渗透时间在8h以上的手套。在使用手套的过程中，使用者必须要保证戴手套处理化学物质的时间不能超过渗透时间，否则就要频繁地更换手套。
渗透速率：化学物质在手套内扩散的速度，渗透速率通常用单位时间给定手套面积上化学物质的质量来表示[mg/(m2·min)]。
就选择标准而言，最合适的手套，即与化学物质接触后没有明显的老化，在使用条件下具有相对较长的穿透时间和较小的渗透速率。
由表4和表5可知，实施例1-21防切割纤维制得的手套对不同的化学品的降解等级、渗透时间和渗透率均不同，可见手套的防化学腐蚀能力较强，可以防护多种酸、碱和酯类化学品，防护性能级别高，防护性能好。
同时，本发明实施例1-21防切割纤维制得的防切割手套也满足欧洲标准的要求：EN388关于机械风险的要求；EN511关于低温风险的要求、EN407关于热工风险的要求、EN374-2及EN374-3关于化学风险的要求、EN659关于高温及火烧危险的要求，具体如下：
EN388：耐磨度、防切割能力、防撕裂能力、防刺穿能力；
EN511：冷传导、冷接触、水渗透能力；
EN407：燃烧行为、热接触、热传导、辐射热、融化金属的小飞溅、融化金属的大流量；
EN374-2及EN374-3：渗透能力，甲醇、丙酮、乙腈、二氯甲、二硫化碳、甲苯、二乙胺、四水氧杂茂、乙酸乙酯、正庚烷、氢氧化钠40％、硫酸96％；
EN659：针对防火员的高温及火烧危险。
实施例22
本发明实施例公开了一种防切割纤维的制备方法，熔融纺丝时，第一内层和第二内层的熔体分别通过两个挤出机和注入口进入同一喷丝孔，并在该喷丝孔的入口处与外层的熔体复合。所述第一内层、外层和第二内层分别通过三个双螺杆挤出机挤出后进入复合纺丝箱体中，后经卷绕、三级热拉伸和热定型处理，三个双螺杆挤出机的温度范围分别为200℃、220℃和220℃，所述卷绕的速度为1000m/min，所述热定型的温度范围为130℃，所述热定型的时间范围为5min。
实施例23
本发明实施例公开了一种防切割纤维的制备方法，熔融纺丝时，第一内层和第二内层的熔体分别通过两个挤出机和注入口进入同一喷丝孔，并在该喷丝孔的入口处与外层的熔体复合。所述第一内层、外层和第二内层分别通过三个双螺杆挤出机挤出后进入复合纺丝箱体中，后经卷绕、三级热拉伸和热定型处理，三个双螺杆挤出机的温度范围分别为200℃、230℃和220℃，所述卷绕的速度为1100m/min，所述热定型的温度范围为125℃，所述热定型的时间范围为8min。
实施本发明，具有如下有益效果：
(1)本发明的防切割纤维，防切割性能优越，使用本发明的防切割纤维制得的防护手套的防切割性能能够达到(EU)2016/425中关于防切割手套的防切割标准，并且制得的手套耐磨性能优越、抗撕裂性能良好、抗刺穿性能以及耐化学试剂性能良好。
(2)本发明的防切割纤维，性能优越，尤其是在作业安全与职业健康方面，还可以制成防护服、防护手套等其他个人防护用品，适用范围广，通用性强。
(3)本发明的防切割纤维，还具有耐高温性能，能够抵挡的温度最高达100℃。
(4)本发明的防切割纤维制得的防护手套，在拇指处留孔，穿戴灵巧舒适，柔韧透气，伸张自如。
(5)本发明的防切割纤维制得的手套采用双层纤维编织，符合欧洲的(EU)2016/425防割标准，不仅保护了工作人员的前掌，还增加了对手臂的保护，使得前臂免受高温、灼热和切割等危害。
以上所揭露的仅为本发明的几个较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种防切割纤维，其特征在于，所述防切割纤维呈卷曲状，所述防切割纤维的横截面为多层结构，所述多层结构包括外层和设于外层内的第一内层和第二内层，所述外层为聚乙烯制成，所述第一内层、所述第二内层采用分子量范围为110-145万的聚乙烯制成，所述第二内层中均匀分布有纤维填料、无机填料和条状金属。
2.根据权利要求1所述的防切割纤维，其特征在于，所述第一内层、所述第二内层均采用分子量为120的聚乙烯制成。
3.根据权利要求1所述的防切割纤维，其特征在于，所述第一内层采用分子量为120的聚乙烯制成，所述第二内层采用分子量为130的聚乙烯制成。
4.根据权利要求2所述的防切割纤维，其特征在于，所述第二内层中的纤维填料、无机填料和条状金属的体积含量为30-60％。
5.根据权利要求4所述的防切割纤维，其特征在于，所述纤维填料、无机填料和条状金属的体积比范围为1-5:2-6:1。
6.根据权利要求5所述的防切割纤维，其特征在于，所述无机填料的粒径范围为1-15μm，所述无机填料材质为不锈钢、合金钢、钛合金、玻璃或玄武岩，所述条状金属和纤维填料的长度为5-100μm，所述条状金属和纤维填料材质为不锈钢、合金钢、钛合金、玻璃或玄武岩。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的防切割纤维的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括将外层、第一内层和均匀分布有纤维填料、无机填料和条状金属的第二内层经熔融-高压纺丝制得防切割纤维，所述高压为120-240MPa。
8.根据权利要求7所述的防切割纤维的制备方法，其特征在于，熔融纺丝时，第一内层和第二内层的熔体分别通过两个挤出机和注入口进入同一喷丝孔，并在该喷丝孔的入口处与外层的熔体复合。
9.根据权利要求8所述的防切割纤维的制备方法，其特征在于，所述第一内层、外层和第二内层分别通过三个双螺杆挤出机挤出后进入复合纺丝箱体中，后经卷绕、三级热拉伸和热定型处理，三个双螺杆挤出机的温度范围分别为200-250℃、200-250℃和220-250℃，所述卷绕的速度为800-1200m/min，所述热定型的温度范围为120-140℃，所述热定型的时间范围为4-10min。
10.一种如权利要求1-6任一项所述的防切割纤维的应用，其特征在于，所述防切割纤维用于制备防切割手套或防切割袖套。
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