CN110184703A - 一种含有旋转卷绕结构的疏水导电金属纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种含有旋转卷绕结构的疏水导电金属纤维及其制备方法，该含有旋转卷绕结构的疏水导电金属纤维包括硅橡胶和二氧化钛改性的旋转卷绕金属丝和天然纤维，制备方法为：将液体硅橡胶加入N,N‑二甲基甲酰胺溶剂中，加入二氧化钛溶胶，搅拌得到稀释的硅橡胶溶液；将稀释的硅橡胶溶液经静电喷涂于金属纤维表面，得到硅橡胶改性金属纤维；将硅橡胶改性金属纤维经热处理至熔融状态，经前罗拉、中罗拉和后罗拉进行热牵拉卷绕并通入冷冻压缩气体，去除压力，得到旋转卷绕金属丝；将旋转卷绕金属丝与天然纤维混纺，加捻，制备得到含有旋转卷绕结构的疏水导电金属纤维。本发明制备的纤维由于具有微观卷绕和宏观卷绕结构，因而具有独特性能。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种含有旋转卷绕结构的疏水导电金属纤维及其制备方法。
背景技术
功能结构材料是指具有较高的力学性能、特殊功能的材料，随着时代的飞速发展，集结构功能一体化的材料越来越受到人们的重视。目前构建功能结构材料的方法有通过控制微观组织的形貌和尺度来提高或改变材料的本征特性，通过改变其几何形状使其力学性能得以提高，或者通过将两种或两种以上单一的材料组合获得新的材料。
中国专利CN106939459B公开的防辐射舒适型复合纱线的制作方法，选取圣麻纤维和不锈钢纤维，并对两种纤维进行检验，将圣麻纤维每3-8股加捻形成一根圣麻纤维丝，将不锈钢纤维每2-3股加捻形成一根不锈钢纤维丝，将圣麻纤维丝和不锈钢纤维丝通过并纱装置进行并纱，再进行加捻形成的复合纱，将复合纱每2-5股复捻成单股纱线即为防辐射舒适型复合纱线。该方法通过将圣麻纤维和不锈钢纤维复合在一起，可使纱线具有辐射屏蔽作用、舒适性和光洁美观，能够用于多种环境中。中国专利CN107916480A公开的一种纳米纤维和普通纤维混纺复合纱的制备方法及应用该方法的复合纱制备装置，将普通纤维制成纤维网，将高分子聚合物溶解到溶剂中制成高分子聚合物溶液或将高分子聚合物熔融，然后将聚合物溶液或熔体以一定速率注入到连接有高压电的喷丝装置中，将普通纤维网布置于喷丝装置与单独接地的接收装置之间，使喷丝装置中喷出的在电场力作用下飞向接收装置的纳米纤维被普通纤维网拦截，制备出纳米纤维和普通纤维混纺复合纤维网，然后将纳米纤维和普通纤维混纺复合纤维网切条，加捻制成具有一定强力，截面成圆形的纳米纤维和普通纤维混纺复合纤维纱。由上述现有技术可知，通过将普通纤维与金属纤维或者纳米纤维复合，借助纺丝和加捻工艺可制备得到集结构功能为一体的复合纤维。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种含有旋转卷绕结构的疏水导电金属纤维及其制备方法，本发明将金属纤维表面用硅橡胶和二氧化钛改性处理后，经热牵拉处理，得到具有微观卷绕和宏观卷绕的金属纤维，再将金属纤维与天然纤维混纺后制备得到疏水性、导电性和舒适性俱佳的纤维。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种含有旋转卷绕结构的疏水导电金属纤维，所述含有旋转卷绕结构的疏水导电金属纤维包括旋转卷绕金属丝和天然纤维，所述旋转卷绕金属丝为硅橡胶和二氧化钛改性的金属纤维。
本发明还提供所述的一种含有旋转卷绕结构的疏水导电金属纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将液体硅橡胶加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，加入二氧化钛溶胶，搅拌均匀，得到稀释的硅橡胶溶液；
(2)将步骤(1)制备的稀释的硅橡胶溶液经静电喷涂于金属纤维表面，得到硅橡胶改性金属纤维；
(3)将步骤(2)制备的硅橡胶改性金属纤维经热处理至熔融状态，经前罗拉、中罗拉和后罗拉进行热牵拉卷绕并通入冷冻压缩气体，去除压力，得到旋转卷绕金属丝；
(4)将步骤(3)制备的旋转卷绕金属丝与天然纤维混纺，加捻，制备得到含有旋转卷绕结构的疏水导电金属纤维。
作为上述技术方案优选，所述步骤(1)中，稀释的硅橡胶溶液的液体硅橡胶的浓度为15-20％，二氧化钛溶胶的含量为5-8wt％。
作为上述技术方案优选，所述步骤(2)中，金属纤维为直径为0.2-0.4mm的不锈钢丝。
作为上述技术方案优选，所述步骤(2)中，静电喷涂的电压为35-40kV，针头喷射温度为270-300℃，接收距离为25-30cm。
作为上述技术方案优选，所述步骤(2)中，硅橡胶改性金属纤维的静态接触角为130-150°。
作为上述技术方案优选，所述步骤(3)中，热处理的温度为500-550℃，热牵拉的前罗拉的压力为50-65N，中罗拉的压力为150-180N，后罗拉的压力为50-55N。
作为上述技术方案优选，所述步骤(3)中，冷冻压缩气体的流速为0.2-0.3m/min，温度为0-4℃。
作为上述技术方案优选，所述步骤(3)中，旋转卷绕金属丝中金属丝微观卷绕后形成宏观卷绕。
作为上述技术方案优选，所述步骤(4)中，天然纤维为天然纤维素纤维或者天然蛋白质纤维。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明制备的含有旋转卷绕结构的疏水导电金属纤维包括旋转卷绕金属丝和天然纤维，将金属纤维表面经硅橡胶和二氧化钛颗粒改性处理，使金属纤维表面具有超疏水表面，将金属纤维表面经疏水处理后可以防止外界环境对导电纤维的影响，再将金属纤维经热牵拉处理的同时通入冷冻压缩气体，使金属丝微观卷绕后形成宏观卷绕，因而金属纤维同时具有微观卷绕和宏观卷绕，因此制备的导电金属纤维不仅具有特殊的导电性能，而且具有优异的柔韧性、弹性和疏水性能，因而将旋转卷绕金属丝与天然纤维混纺制备得到舒适性和功能性俱佳的杂化纤维。
具体实施方式
下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1：
(1)将液体硅橡胶加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，加入二氧化钛溶胶，搅拌均匀，得到稀释的硅橡胶溶液，其中，稀释的硅橡胶溶液的液体硅橡胶的浓度为15％，二氧化钛溶胶的含量为5wt％。
(2)将稀释的硅橡胶溶液在35kV电压下，针头喷射温度为270℃，接收距离为25cm，静电喷涂于0.2mm的不锈钢丝表面，得到静态接触角为130°的硅橡胶改性金属纤维。
(3)将硅橡胶改性金属纤维在500℃下经热处理至熔融状态，经50N加压的前罗拉、150N加压的中罗拉和50N加压的后罗拉进行热牵拉卷绕并通入流速为0.2m/min的0℃冷冻压缩气体，去除压力，金属丝微观卷绕后形成宏观卷绕，得到旋转卷绕金属丝。
(4)将旋转卷绕金属丝与天然蛋白质纤维混纺，加捻，制备得到含有旋转卷绕结构的疏水导电金属纤维，其中旋转卷绕金属丝的含量为35wt％。
实施例2：
(1)将液体硅橡胶加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，加入二氧化钛溶胶，搅拌均匀，得到稀释的硅橡胶溶液，其中，稀释的硅橡胶溶液的液体硅橡胶的浓度为20％，二氧化钛溶胶的含量为8wt％。
(2)将稀释的硅橡胶溶液在40kV电压下，针头喷射温度为300℃，接收距离为30cm，静电喷涂于0.4mm的不锈钢丝表面，得到静态接触角为150°的硅橡胶改性金属纤维。
(3)将硅橡胶改性金属纤维在550℃下经热处理至熔融状态，经65N加压的前罗拉、180N加压的中罗拉和55N加压的后罗拉进行热牵拉卷绕并通入流速为0.3m/min的4℃冷冻压缩气体，去除压力，金属丝微观卷绕后形成宏观卷绕，得到旋转卷绕金属丝。
(4)将旋转卷绕金属丝与天然纤维素纤维混纺，加捻，制备得到含有旋转卷绕结构的疏水导电金属纤维，其中旋转卷绕金属丝的含量为60wt％。
实施例3：
(1)将液体硅橡胶加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，加入二氧化钛溶胶，搅拌均匀，得到稀释的硅橡胶溶液，其中，稀释的硅橡胶溶液的液体硅橡胶的浓度为18％，二氧化钛溶胶的含量为6wt％。
(2)将稀释的硅橡胶溶液在38kV电压下，针头喷射温度为285℃，接收距离为28cm，静电喷涂于0.3mm的不锈钢丝表面，得到静态接触角为135°的硅橡胶改性金属纤维。
(3)将硅橡胶改性金属纤维在520℃下经热处理至熔融状态，经55N加压的前罗拉、160N加压的中罗拉和55N加压的后罗拉进行热牵拉卷绕并通入流速为0.24m/min的2℃冷冻压缩气体，去除压力，金属丝微观卷绕后形成宏观卷绕，得到旋转卷绕金属丝。
(4)将旋转卷绕金属丝与天然纤维素纤维混纺，加捻，制备得到含有旋转卷绕结构的疏水导电金属纤维，其中旋转卷绕金属丝的含量为35-60wt％。
实施例4：
(1)将液体硅橡胶加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，加入二氧化钛溶胶，搅拌均匀，得到稀释的硅橡胶溶液，其中，稀释的硅橡胶溶液的液体硅橡胶的浓度为16％，二氧化钛溶胶的含量为7.5wt％。
(2)将稀释的硅橡胶溶液在35-40kV电压下，针头喷射温度为295℃，接收距离为28cm，静电喷涂于0.35mm的不锈钢丝表面，得到静态接触角为135°的硅橡胶改性金属纤维。
(3)将硅橡胶改性金属纤维在525℃下经热处理至熔融状态，经60N加压的前罗拉、165N加压的中罗拉和53N加压的后罗拉进行热牵拉卷绕并通入流速为0.29m/min的1℃冷冻压缩气体，去除压力，金属丝微观卷绕后形成宏观卷绕，得到旋转卷绕金属丝。
(4)将旋转卷绕金属丝与天然纤维素纤维混纺，加捻，制备得到含有旋转卷绕结构的疏水导电金属纤维，其中旋转卷绕金属丝的含量为35-60wt％。
实施例5：
(1)将液体硅橡胶加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，加入二氧化钛溶胶，搅拌均匀，得到稀释的硅橡胶溶液，其中，稀释的硅橡胶溶液的液体硅橡胶的浓度为15％，二氧化钛溶胶的含量为8wt％。
(2)将稀释的硅橡胶溶液在35kV电压下，针头喷射温度为300℃，接收距离为25cm，静电喷涂于0.4mm的不锈钢丝表面，得到静态接触角为142°的硅橡胶改性金属纤维。
(3)将硅橡胶改性金属纤维在500℃下经热处理至熔融状态，经65N加压的前罗拉、150N加压的中罗拉和55N加压的后罗拉进行热牵拉卷绕并通入流速为0.2m/min的4℃冷冻压缩气体，去除压力，金属丝微观卷绕后形成宏观卷绕，得到旋转卷绕金属丝。
(4)将旋转卷绕金属丝与天然纤维素纤维混纺，加捻，制备得到含有旋转卷绕结构的疏水导电金属纤维，其中旋转卷绕金属丝的含量为35-60wt％。
实施例6：
(1)将液体硅橡胶加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，加入二氧化钛溶胶，搅拌均匀，得到稀释的硅橡胶溶液，其中，稀释的硅橡胶溶液的液体硅橡胶的浓度为20％，二氧化钛溶胶的含量为5wt％。
(2)将稀释的硅橡胶溶液在40kV电压下，针头喷射温度为270℃，接收距离为30cm，静电喷涂于0.2mm的不锈钢丝表面，得到静态接触角为137°的硅橡胶改性金属纤维。
(3)将硅橡胶改性金属纤维在550℃下经热处理至熔融状态，经50N加压的前罗拉、180N加压的中罗拉和50N加压的后罗拉进行热牵拉卷绕并通入流速为0.3m/min的0℃冷冻压缩气体，去除压力，金属丝微观卷绕后形成宏观卷绕，得到旋转卷绕金属丝。
(4)将旋转卷绕金属丝与天然蛋白质纤维混纺，加捻，制备得到含有旋转卷绕结构的疏水导电金属纤维，其中旋转卷绕金属丝的含量为56wt％。
对比例1：
(1)金属纤维在520℃下经热处理至熔融状态，经62N加压的前罗拉、170N加压的中罗拉和52N加压的后罗拉进行热牵拉卷绕并通入流速为0.28m/min的1℃冷冻压缩气体，去除压力，金属丝微观卷绕后形成宏观卷绕，得到旋转卷绕金属丝。
(2)将旋转卷绕金属丝与天然纤维素纤维或者天然蛋白质纤维混纺，加捻，制备得到金属纤维，其中旋转卷绕金属丝的含量为43wt％。
对比例2：
(1)将液体硅橡胶加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，加入二氧化钛溶胶，搅拌均匀，得到稀释的硅橡胶溶液，其中，稀释的硅橡胶溶液的液体硅橡胶的浓度为20％，二氧化钛溶胶的含量为5wt％。
(2)将稀释的硅橡胶溶液在40kV电压下，针头喷射温度为270℃，接收距离为30cm，静电喷涂于0.2mm的不锈钢丝表面，得到静态接触角为137°的硅橡胶改性金属纤维。
(3)将硅橡胶改性金属纤维与天然蛋白质纤维混纺，加捻，制备得到混纺金属纤维，其中旋转卷绕金属丝的含量为56wt％。
经检测，实施例1-6和对比例1制备的旋转卷绕金属丝的导电性、弹性和韧性的结果如下所示：
由上表可见，本发明制备的旋转卷绕金属丝具有优异的弹性和导电性，且具有疏水性能，可用于制备各种环境下的智能导电材料。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种含有旋转卷绕结构的疏水导电金属纤维，其特征在于：所述含有旋转卷绕结构的疏水导电金属纤维包括旋转卷绕金属丝和天然纤维，所述旋转卷绕金属丝为硅橡胶和二氧化钛改性的金属纤维。
2.权利要求1所述的一种含有旋转卷绕结构的疏水导电金属纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将液体硅橡胶加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，加入二氧化钛溶胶，搅拌均匀，得到稀释的硅橡胶溶液；
(2)将步骤(1)制备的稀释的硅橡胶溶液经静电喷涂于金属纤维表面，得到硅橡胶改性金属纤维；
(3)将步骤(2)制备的硅橡胶改性金属纤维经热处理至熔融状态，经前罗拉、中罗拉和后罗拉进行热牵拉卷绕并通入冷冻压缩气体，去除压力，得到旋转卷绕金属丝；
(4)将步骤(3)制备的旋转卷绕金属丝与天然纤维混纺，加捻，制备得到含有旋转卷绕结构的疏水导电金属纤维。
3.根据权利要求1所述的一种含有旋转卷绕结构的疏水导电金属纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，稀释的硅橡胶溶液的液体硅橡胶的浓度为15-20％，二氧化钛溶胶的含量为5-8wt％。
4.根据权利要求1所述的一种含有旋转卷绕结构的疏水导电金属纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，金属纤维为直径为0.2-0.4mm的不锈钢丝。
5.根据权利要求1所述的一种含有旋转卷绕结构的疏水导电金属纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，静电喷涂的电压为35-40kV，针头喷射温度为270-300℃，接收距离为25-30cm。
6.根据权利要求1所述的一种含有旋转卷绕结构的疏水导电金属纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，硅橡胶改性金属纤维的静态接触角为130-150°。
7.根据权利要求1所述的一种含有旋转卷绕结构的疏水导电金属纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，热处理的温度为500-550℃，热牵拉的前罗拉的压力为50-65N，中罗拉的压力为150-180N，后罗拉的压力为50-55N。
8.根据权利要求1所述的一种含有旋转卷绕结构的疏水导电金属纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，冷冻压缩气体的流速为0.2-0.3m/min，温度为0-4℃。
9.根据权利要求1所述的一种含有旋转卷绕结构的疏水导电金属纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，旋转卷绕金属丝中金属丝微观卷绕后形成宏观卷绕。
10.根据权利要求1所述的一种含有旋转卷绕结构的疏水导电金属纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，天然纤维为天然纤维素纤维或者天然蛋白质纤维。
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