CN112080831A - 一种通过环锭纺制备抗辐射纱线的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通过环锭纺制备抗辐射纱线的方法，其首先以碳纤维作为原料，以化学镀的方式在碳纤维表面成型一层镀银层，并依次通过热氧化处理、超声辅助巯基官能团浸渍处理利用聚乙烯吡咯烷酮进行二次处理获得电磁屏蔽纤维，并将该电磁屏蔽纤维与棉纤维比例混合后制得棉/电磁屏蔽纤维生条、将棉纤维与功能纤维比例混合后制得棉/功能纤维生条；再将棉/电磁屏蔽纤维生条与棉/功能纤维生条作为原料经过混并、粗纱、细纱和络筒后制得环锭纺涤棉纱线。本发明首先制备了一种具有较佳电磁屏蔽性能电磁屏蔽纤维，将该电磁屏蔽纤维于棉纤维以及功能纤维混合后制得纱线，该纱线具有较佳的手感以及抗电磁屏蔽性能。

Description

一种通过环锭纺制备抗辐射纱线的方法
技术领域
本发明涉及纺织材料技术领域中的纱线制备技术，具体涉及一种通过环锭纺制备抗辐射纱线的方法。
背景技术
随着人们生活水平的提高，人们对消费品的要求也越来越高，其中，对于织物产品的要求，已经从最开始追求的保暖向舒适、美观、有益健康等功能性方向发展，功能性纺织品应运而生，而各种具有不同功能特性的功能性织物产品也被不断开发出来。
在人们的生活以及工作环境中，经常会涉及到电磁辐射，常见的电磁设备以及电子仪器、医疗设备、办公自动化设备和微波炉、收音机、电视机以及手机等移动通讯设备工作时都会产生，而对人体危害较大的主要为短波、超短波及微波频段，这些波段在内的电磁辐射射线对人体有一定的损害，长期暴露在超过国家规定的安全的辐射剂量下的人体，神经系统、心血管系统、内分泌系统、生殖系统、免疫系统等都会受到不同程度的伤害。而在进行电磁辐射防护时，防电磁辐射纱线以及纱线编织成的相关织物被应用较多，这种织物采用特定的原理与方法成型，具有织物天然透气性、柔软的特性的同时具有电磁防护性能，当织物受外界电磁波作用时产生感应电流，相应产生与外界磁场反方向的磁场，从而与外界磁场相抵消，达到对外界电磁场的屏蔽作用，被广泛应用于老人、儿童、孕妇属于对电磁辐射的敏感人群以及特殊工业的从业人员的服饰制备中，也可以用于对设备进行覆盖保护。
但现有技术中常见的防辐射织物通常为涂覆法或者是浸泡法成型，将传统的纱线或者织物作为基底材料在其表面涂覆一层导电高分子涂层或者直接将传统的纱线或者织物作为基底材料浸泡在分散好的导电高分子材料溶液中；但是这两种成型方式中对产品的存放要求高，洗涤的时候不能用力进行揉、搓、拧等操作，晾干后也不能折叠，否则会降低防电磁辐射的屏蔽性能和使用寿命；也有极少的金属纤维混纺成型的纱线或者织物，这种产品可以进行可以揉、搓等洗涤操作和折叠，但洗涤后不但屏蔽效果会下降，而且织物的面料特性也会明显降低，尤其表现为织物的柔软度，从而限制了相关防辐射织物的使用范围。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种通过环锭纺制备抗辐射纱线的方法，以解决上述技术背景中的缺陷。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种通过环锭纺制备抗辐射纱线的方法，具体包括以下操作步骤：
S1电磁屏蔽纤维的制备：以碳纤维作为原料，利用化学镀的方式在碳纤维表面成型一层镀银层，通过热氧化法化处理表面镀银层，以在碳纤维表面获得部分氧化的氧化银复合碳纳米纤维，将所述氧化银复合碳纳米纤维浸渍到含有巯基官能团的有机物溶液中进行超声辅助分散，通过巯基与银离子基底的键合提高银离子与碳纤维的结合紧密度，然后利用聚乙烯吡咯烷酮进行处理获得所述电磁屏蔽纤维；
S2以按重量百分比计选取步骤S1制备的电磁屏蔽纤维、棉纤维与功能纤维，其中，各组分的质量百分比用量为：电磁屏蔽纤维为18～25％，棉纤维为50～60％，余量为功能纤维；将电磁屏蔽纤维与棉纤维按照3:1～2:1的质量比比例混合后经过开清棉及梳棉工序后制得棉/电磁屏蔽纤维生条，然后将余量的棉纤维与功能纤维混合经开清棉及梳棉工序后制得棉/功能纤维生条；
S3将棉/电磁屏蔽纤维生条与棉/功能纤维生条进行混并，并在混并后制得熟条，将熟条依次经过粗纱工艺、细纱工艺和络筒工艺操作后得到纱线成品。
作为进一步限定，在步骤S1中碳纤维表面进行化学镀银处理时，镀银层的厚度为300～500nm。
作为进一步限定，在步骤S1中利用热氧化法化处理表面镀银层时，控制热氧化温度为160～180℃，反应处理20～30min。
作为进一步限定，在步骤S1中，所述棉/电磁屏蔽纤维生条的细度为4.55-4.75dtex，而所述棉/功能纤维生条的细度为6.55-6.85dtex。
作为进一步限定，在步骤S1中，所述超声辅助分散时控制超声功率为200～300w，分散时间为40～60min；而所述聚乙烯吡咯烷酮处理的处理时长为60～90min。
作为进一步限定，在步骤S1中采用的含有巯基官能团的有机物溶液为苯硫酚或者二硫代羧酸。
作为进一步限定，在步骤S2中，所述功能纤维为棉纤维、麻纤维、涤纶、动植物蛋白纤维、尼龙、莫代尔中的一种或者组合。
有益效果：本发明的通过环锭纺制备抗辐射纱线的方法具有工艺简单、制备方便快捷的优点，其成品纱线中具有较高的银离子和铜离子含量，配合碳纤维能赋予织物优秀的抗辐射性能，同时，通过不使用金属纤维的成型方式，避免了耐洗性差、克重大、柔软舒适性差等缺点，具有较佳的表面手感以及优异的耐洗涤性能。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
在下述实施例中，本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
实施例一：在本实施例中，首先提供了一种电磁屏蔽纤维，这种电磁屏蔽纤维以碳纤维作为原料制备，其制备时以化学镀的方式成型有一层厚度为300～500nm的镀银层，该镀银层主要为纤维提供高导电的银离子，这一层镀银层需要通过热氧化法进行处理，镀银层在空气中会被缓慢氧化，形成氧化银纳米线，发生反应：
4Ag+O2＝＝加热＝＝2Ag2O
在超过120℃的时候氧化速度明显加快，在160～180℃的温度下反应最为明显，但超过180℃后，反应随温度的升高而开始减速，并在超过200℃时，Ag2O又会分解为Ag：
2Ag2O＝＝200℃以上＝＝4Ag+O2
而当碳纤维表面接枝了相对完整的氧化银纳米线后得到部分氧化的氧化银复合碳纳米纤维，将这种氧化银复合碳纳米纤维在浸渍到含有巯基官能团的二硫代羧酸溶液中，通过200w的超声辅助设备进行超声辅助分散50min，使其反应完全，此时，巯基与银离子基底键合，在碳纤维上形成稳定嵌合结构，但这种稳定嵌合结构中，在聚乙烯吡咯烷酮的作用下，会利用未氧化的银来使氧化银结构持续生长为更加稳定、且尺寸更大的氧化银结构并保持稳定，而氧化银与碳纤维的结合的复合材料相对于镀银层碳纤维的稳定性更好，且耐腐蚀性和耐候性更佳。
在上述条件下，以不同的工艺条件制备不同的电磁屏蔽纤维，并将电磁屏蔽纤维均匀填充于带夹层的防护服的夹层中，填充厚度为2mm，根据GB/T23463-2009《防护服装微波辐射防护服》测试防护服对电磁波的屏蔽效能(SE)。以未穿防护服的模型作为对比组测量电场强度E0，以穿着防护服的模型作为实验组测量电场强度E1，再计算屏蔽效能SE＝20lg(E0/E1)进行列表，其结果如下：
Figure BDA0002680518720000041
Figure BDA0002680518720000051
由上表可以看出，随着镀银层厚度的增加，电磁屏蔽纤维中用于导电的银离子的数量增加，因而表现抗辐射性能的屏蔽能效(dB)数值明显增加，但是要稍弱于镀银碳纤维，这是因为单质银的导电率要略大于氧化银的导电率所造成的，而随着热处理温度和热处理时间的增加，在选定范围内的表现抗辐射性能的屏蔽能效在进行多次洗涤(参考10次)以及潮湿空气中放置30天后，依然能保持较佳的稳定性，而单质银化学镀的镀银碳纤维的稳定性则较差。
但上述实施例制备的电磁屏蔽纤维，贴肤性能差、舒适性欠佳，且直接使用存在二次加工性能差的缺陷，需要利用与出面材料进行混纺来提高其舒适性以及以及二次加工性能。
其工艺如下：
在实施例五中：
选用电磁屏蔽纤维18wt％、棉纤维50wt％、功能纤维32wt％，其中功能纤维包含质量比为1:1的棉纤维以及亚麻纤维，将电磁屏蔽纤维与棉纤维按照2:1的质量比比例混合后经过开清棉及梳棉工序后制得棉/电磁屏蔽纤维生条，然后将余量的棉纤维与功能纤维混合经开清棉及梳棉工序后制得棉/功能纤维生条；
然后将棉/电磁屏蔽纤维生条与棉/功能纤维生条进行混并，并在混并后制得熟条，将熟条依次经过粗纱工艺、细纱工艺和络筒工艺操作后得到纱线成品。该成品纱线在制成织物后具有较佳的二次加工能行，以及亲肤性和湿水透气性，同时，其在30MHz辐射下屏蔽能效为26.14、在100MHz辐射下屏蔽能效为32.15、在500MHz辐射下屏蔽能效为38.22。可用于制备T恤、短裤等衣物。
在实施例六中：
选用电磁屏蔽纤维20wt％、棉纤维55wt％、功能纤维25wt％，其中功能纤维包含质量比为3:1的棉纤维以及大豆蛋白纤维，将电磁屏蔽纤维与棉纤维按照2:1的质量比比例混合后经过开清棉及梳棉工序后制得棉/电磁屏蔽纤维生条，然后将余量的棉纤维与功能纤维混合经开清棉及梳棉工序后制得棉/功能纤维生条；
然后将棉/电磁屏蔽纤维生条与棉/功能纤维生条进行混并，并在混并后制得熟条，将熟条依次经过粗纱工艺、细纱工艺和络筒工艺操作后得到纱线成品。该成品纱线在制成织物后具有较佳的二次加工能行，以及极佳的亲肤性和抗菌抑菌效果，同时，其在30MHz辐射下屏蔽能效为26.38、在100MHz辐射下屏蔽能效为33.27、在500MHz辐射下屏蔽能效为38.92。可用于制备内衣、内裤等衣物。
在实施例七中：
选用电磁屏蔽纤维23wt％、棉纤维60wt％、功能纤维27wt％，其中功能纤维包含质量比3:1:1的涤纶、尼龙以及莫代尔，将电磁屏蔽纤维与棉纤维按照3:1的质量比比例混合后经过开清棉及梳棉工序后制得棉/电磁屏蔽纤维生条，然后将余量的棉纤维与功能纤维混合经开清棉及梳棉工序后制得棉/功能纤维生条；
然后将棉/电磁屏蔽纤维生条与棉/功能纤维生条进行混并，并在混并后制得熟条，将熟条依次经过粗纱工艺、细纱工艺和络筒工艺操作后得到纱线成品。该成品纱线在制成织物后具有具有较佳的二次加工能行，以及较佳的弹性、透气性以及速干性，同时，其在30MHz辐射下屏蔽能效为27.30、在100MHz辐射下屏蔽能效为33.92、在500MHz辐射下屏蔽能效为39.17。可用于制备训练服、瑜伽服等衣物。
在实施例八中：
选用电磁屏蔽纤维25wt％、棉纤维55wt％、功能纤维20wt％，其中功能纤维为涤纶，将电磁屏蔽纤维与棉纤维按照3:1的质量比比例混合后经过开清棉及梳棉工序后制得棉/电磁屏蔽纤维生条，然后将余量的棉纤维与功能纤维混合经开清棉及梳棉工序后制得棉/功能纤维生条；
然后将棉/电磁屏蔽纤维生条与棉/功能纤维生条进行混并，并在混并后制得熟条，将熟条依次经过粗纱工艺、细纱工艺和络筒工艺操作后得到纱线成品。该成品纱线在制成织物后具有具有较佳的二次加工能行，以及较佳的防护性以及速干性，同时，其在30MHz辐射下屏蔽能效为28.66、在100MHz辐射下屏蔽能效为35.22、在500MHz辐射下屏蔽能效为41.07。可用于制备外套、睡袋、冲锋衣等的内夹层。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种通过环锭纺制备抗辐射纱线的方法，其特征在于，具体包括以下操作步骤：
S1电磁屏蔽纤维的制备：以碳纤维作为原料，利用化学镀的方式在碳纤维表面成型一层镀银层，通过热氧化法化处理表面镀银层，以在碳纤维表面获得部分氧化的氧化银复合碳纳米纤维，将所述氧化银复合碳纳米纤维浸渍到含有巯基官能团的有机物溶液中进行超声辅助分散，通过巯基与银离子基底的键合提高银离子与碳纤维的结合紧密度，然后利用聚乙烯吡咯烷酮进行处理获得所述电磁屏蔽纤维；
S2以按重量百分比计选取步骤S1制备的电磁屏蔽纤维、棉纤维与功能纤维，其中，各组分的质量百分比用量为：电磁屏蔽纤维为18～25％，棉纤维为50～60％，余量为功能纤维；将电磁屏蔽纤维与棉纤维按照3:1～2:1的质量比比例混合后经过开清棉及梳棉工序后制得棉/电磁屏蔽纤维生条，然后将余量的棉纤维与功能纤维混合经开清棉及梳棉工序后制得棉/功能纤维生条；
S3将棉/电磁屏蔽纤维生条与棉/功能纤维生条进行混并，并在混并后制得熟条，将熟条依次经过粗纱工艺、细纱工艺和络筒工艺操作后得到环锭纺涤棉纱线。
2.根据权利要求1所述的通过环锭纺制备抗辐射纱线的方法，其特征在于，在步骤S1中碳纤维表面进行化学镀银处理时，镀银层的厚度为300～500nm。
3.根据权利要求1所述的通过环锭纺制备抗辐射纱线的方法，其特征在于，在步骤S1中利用热氧化法化处理表面镀银层时，控制热氧化温度为160～180℃，反应处理20～30min。
4.根据权利要求1所述的通过环锭纺制备抗辐射纱线的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述棉/电磁屏蔽纤维生条的细度为4.55-4.75dtex，而所述棉/功能纤维生条的细度为6.55-6.85dtex。
5.根据权利要求1所述的通过环锭纺制备抗辐射纱线的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述超声辅助分散时控制超声功率为200～300w，分散时间为40～60min；而所述聚乙烯吡咯烷酮处理的处理时长为60～90min。
6.根据权利要求1所述的通过环锭纺制备抗辐射纱线的方法，其特征在于，在步骤S1中采用的含有巯基官能团的有机物溶液为苯硫酚或者二硫代羧酸。
7.根据权利要求1所述的通过环锭纺制备抗辐射纱线的方法，其特征在于，在步骤S2中，所述功能纤维为棉纤维、麻纤维、涤纶、动植物蛋白纤维、尼龙、莫代尔中的一种或者组合。
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