CN113089148B - 一种阻燃抗静电包覆纱及其应用 - Google Patents

一种阻燃抗静电包覆纱及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种阻燃抗静电包覆纱及其应用，包括芯层及包覆在芯层上的包覆层，芯层的材料为碳纤维长丝，包覆层的材料为聚酰亚胺短纤纱；制备方法包括：将聚酰亚胺短纤纱进行预处理以润湿表面；对多束碳纤维长丝进行加捻处理以形成捻系数为40‑140的碳纤维丝束；以碳纤维丝束作为芯层，将经过预处理的聚酰亚胺短纤纱采用包覆纱包覆工艺包覆在芯层上，制成；包覆工艺采用的包覆角为20‑30°，控制芯层的横截面面积占阻燃抗静电包覆纱的15‑65％；及该阻燃抗静电包覆纱在阻燃抗静电织物面料中的应用；本发明的阻燃抗静电包覆纱兼具优异的抗静电性能和阻燃性能，同时还具有较佳的断裂伸长率、断裂强度等性能。

Description

一种阻燃抗静电包覆纱及其应用
技术领域
本发明属于纱线生产领域，尤其涉及抗静电阻燃织物领域，具体涉及一种阻燃抗静电包覆纱及其应用。
背景技术
随着社会的发展和科学技术的进步，各行各业对于织物面料的抗静电性能和阻燃性能的同时兼备的要求在逐步增加。目前的抗静电和阻燃面料主要是通过在面料表面进行涂层处理，从而使面料具有抗静电和阻燃性能，但是由于面料的涂层在使用过程中会出现不同程度的损坏，这将会极大影响面料在使用过程中的抗静电和阻燃性能。同时在面料表面进行涂层处理，也会对面料的透气舒适性造成影响。
中国发明专利CN105755623A，公开了一种阻燃抗静电蚕丝包覆纱，包括由内而外依次设有的导电纤维主芯、纤维混纺层和的蚕丝包覆层，纤维混纺层为棉纤维和竹炭纤维，蚕丝包覆层为蚕丝纤维。中国发明专利CN111394844A，公开了一种阻燃抗静电包芯纱及加工方法，包括芯丝及包覆在芯丝外周的包覆层，芯丝为锦纶长丝，包覆层包括芳纶纤维、阻燃粘胶纤维和导电纤维。中国发明专利CN110725036A，公开了一种快干阻燃防电弧包芯纱线，包括芯层和皮层，芯层由阻燃长丝纤维或者阻燃不吸湿短纤纱构成，皮层由阻燃聚酰亚胺纤维、阻燃粘胶纤维、阻燃腈纶纤维、羊毛纤维混纺组成。
上述纱线都采用了包覆工艺使纱线具有特定功能，然而，此些包覆纱或多或少地存在着：抗静电性能不佳，或阻燃效果有待提高，或机械力学性能例如断裂强度、断裂伸长率、柔性和韧性等性能较差，使用性能受影响较大，不适合在某些特殊环境中使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，提供一种兼具优异的抗静电性能和阻燃性能，同时还能够具有较佳的断裂伸长率、断裂强度等机械力学性能的阻燃抗静电包覆纱。
本发明同时还提供了一种上述阻燃抗静电包覆纱在阻燃抗静电织物面料中的应用。
为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案如下：
一种阻燃抗静电包覆纱，包括芯层及包覆在所述芯层上的包覆层，所述芯层的材料为碳纤维长丝，所述包覆层的材料为聚酰亚胺短纤纱；所述阻燃抗静电包覆纱的制备方法包括：将聚酰亚胺短纤纱进行预处理以润湿表面；对多束碳纤维长丝进行加捻处理以形成捻系数为40-140的碳纤维丝束；以所述碳纤维丝束作为芯层，将经过所述预处理的聚酰亚胺短纤纱采用包覆纱包覆工艺包覆在所述芯层上，制成；其中，所述包覆纱包覆工艺采用的包覆角为20-30°，且控制所述芯层的横截面面积占所述阻燃抗静电包覆纱的横截面面积的15-65％。
根据本发明的一些优选方面，所述碳纤维丝束的捻系数为80-140。
根据本发明的一些优选方面，所述预处理采用润湿组合物进行浸润，所述润湿组合物由柔软剂、甘油和水组成，所述柔软剂包括脂肪醇聚氧乙烯醚。
根据本发明的一些优选方面，所述柔软剂、所述甘油和所述水的投料质量比为2-3∶1∶10-15。
根据本发明的一些优选方面，所述芯层的张力为0.3CN-1.5CN，预牵伸倍数为1.5-3.5倍。
根据本发明的一些优选方面，所述聚酰亚胺短纤纱的电阻率为200-296Ω·m，所述碳纤维长丝的电阻率为1.10-1.42Ω·m。
根据本发明的一些优选方面，所述碳纤维长丝包含10-10000根碳纤维，所述聚酰亚胺短纤纱的规格为棉型或毛型，长度为35-85mm。
根据本发明的一些优选方面，所述聚酰亚胺短纤纱的热膨胀系数为2×10-5～3×10-5/℃、导热系数为0.1～0.35W/m·K。
根据本发明的一些优选方面，所述碳纤维长丝的热膨胀系数为-0.7×10-6～-0.5×10-6/℃，导热系数为1.2～1.7W/m·K。
本发明提供的又一技术方案：一种上述所述的阻燃抗静电包覆纱在阻燃抗静电织物面料中的应用。
由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明创新地采用碳纤维长丝为芯丝，聚酰亚胺短纤纱作为包覆层，在对碳纤维长丝进行特定的加捻处理、对聚酰亚胺短纤纱进行均匀给湿处理后，采用包覆纱包覆工艺制成阻燃抗静电包覆纱，并控制包覆角度以及芯层的横截面面积占所述阻燃抗静电包覆纱的横截面面积的大小，进而使得制成的包覆纱具有较强的抗静电和阻燃性能，同时还兼具优异的机械性能；而且本发明的包覆纱中，聚酰亚胺短纤纱作为包覆层，还可以有效降低碳纤维的氧化，保证碳纤维导电性能的稳定，而且采用助剂对聚酰亚胺短纤纱进行给湿处理，极大改善了包覆纱的柔软性和保证包覆工艺的顺利进行，进一步保证了包覆纱兼具优异的抗静电性能、阻燃性能以及较佳的断裂伸长率、断裂强度、柔性和韧性等机械力学性能。
附图说明
图1为本发明实施例制成的阻燃抗静电包覆纱的横截面示意图；
图2为本发明实施例制备阻燃抗静电包覆纱的工艺流程示意图；
图3为本发明实施例制成的阻燃抗静电包覆纱的结构示意图；
其中，1、碳纤维丝束；2、聚酰亚胺短纤纱；3、导纱架；4、喇叭口；5、牵伸罗拉；6、导丝管；7、导丝轮；8、集合器；9、导纱钩；10、阻燃抗静电包覆纱；11、包覆角。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明；应理解，这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点，而本发明不受以下实施例的范围限制；实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
下述中，如无特殊说明，所有的原料基本来自于商购或者通过本领域的常规方法制备而得。
实施例1
本例提供一种阻燃抗静电包覆纱，横截面如图1所示，结构如图3所示，包括芯层、包覆在芯层外表面的包覆层，芯层为碳纤维丝束1(包含3束碳纤维长丝，每束碳纤维长丝的产品规格为2K，碳纤维长丝的热膨胀系数为-0.6×10-6/℃，导热系数为1.3W/m·K，电阻率为1.20Ω·m)；包覆层为聚酰亚胺短纤纱2(热膨胀系数为2.1×10-5/℃，导热系数为0.15W/m·K，电阻率为210Ω·m)，产品规格为棉型，长度为35mm，细度为30s；所述芯层的横截面面积占阻燃抗静电包覆纱截面的15％。
阻燃抗静电包覆纱采用包覆纱包覆工艺进行，可以参见如图2所示的示意图，首先聚酰亚胺短纤纱2通过导纱架3、喇叭口4与碳纤维丝束1通过导丝管6、导丝轮7在前罗拉5处汇合，为了控制聚酰亚胺短纤纱2与碳纤维丝束1在汇合处不发生分离现象，在汇合处使用集合器8对碳纤维丝束1和聚酰亚胺短纤纱2进行路线固定，最终通过前罗拉5、导纱钩9、钢丝圈完成包覆，制成阻燃抗静电包覆纱10。
具体地，本例的阻燃抗静电包覆纱的制备方法包括如下步骤：
(1)使用助剂对聚酰亚胺短纤纱2进行均匀给湿处理0.5小时；本例所使用的助剂由以下重量份的原料混合制成：脂肪醇聚氧乙烯醚2份、甘油1份、水10份；
(2)将3束碳纤维长丝进行适当的加捻处理，加捻后形成的碳纤维丝束1的捻系数为100；
(3)将均匀给湿处理后的聚酰亚胺短纤纱2和加捻后形成的碳纤维丝束1分别安装在相应位置上，锭子转速为2000r/min，碳纤维丝束1的张力为0.8CN，预牵伸倍数为2.0倍，然后碳纤维丝束1通过导丝管6送往前罗拉5处和聚酰亚胺短纤纱2汇合，在汇合处使用集合器8对碳纤维丝束1和聚酰亚胺短纤纱2进行路线固定，聚酰亚胺短纤纱2在碳纤维丝束1表面的包覆角11为20°，最终通过前罗拉5、导纱钩9、钢丝圈完成包覆，钢丝圈的截面为圆背扁脚形，号数为4号，制成的阻燃抗静电包覆纱10的捻度为1000捻/m。
该阻燃抗静电包覆纱的细度为40.8tex，可以用于阻燃抗静电织物的开发，拥有较好的抗静电性能，并且阻燃性能和机械性能也较好，柔软性也极佳。
实施例2
本例提供一种阻燃抗静电包覆纱，包括芯层、包覆在芯层外表面的包覆层，芯层为碳纤维丝束(包含5束碳纤维长丝，每束碳纤维长丝的产品规格为2K，碳纤维长丝的热膨胀系数为-0.6×10-6/℃，导热系数为1.3W/m·K，电阻率为1.20Ω·m)；包覆层为聚酰亚胺短纤纱(热膨胀系数为2.1×10-5/℃，导热系数为0.15W/m·K，电阻率为210Ω·m)，产品规格为棉型，长度为35mm，细度为30s；所述芯层的横截面面积占阻燃抗静电包覆纱截面的18％。
具体地，本例的阻燃抗静电包覆纱的制备方法包括如下步骤：
(1)使用助剂对聚酰亚胺短纤纱进行均匀给湿处理0.5小时；本例所使用的助剂由以下重量份的原料混合制成：脂肪醇聚氧乙烯醚3份、甘油1份、水15份；
(2)将5束碳纤维长丝进行适当的加捻处理，加捻后形成的碳纤维丝束的捻系数为110；
(3)将均匀给湿处理后的聚酰亚胺短纤纱和加捻后形成的碳纤维丝束分别安装在相应位置上，锭子转速为2500r/min，碳纤维丝束的张力为1.0CN，预牵伸倍数为2.5倍，然后碳纤维丝束通过导丝管送往前罗拉处和聚酰亚胺短纤纱汇合，在汇合处使用集合器对碳纤维丝束和聚酰亚胺短纤纱进行路线固定，聚酰亚胺短纤纱在碳纤维丝束表面的包覆角11为25°，最终通过前罗拉、导纱钩、钢丝圈完成包覆，钢丝圈的截面为圆背扁脚形，号数为5号，制成的阻燃抗静电包覆纱的捻度为1100捻/m。
该阻燃抗静电包覆纱的细度为56.67tex，可以用于阻燃抗静电织物的开发，拥有较好的抗静电性能，并且阻燃性能和机械性能也较好，柔软性也极佳。
实施例3
本例提供一种阻燃抗静电包覆纱，包括芯层、包覆在芯层外表面的包覆层，芯层为碳纤维丝束(包含7束碳纤维长丝，每束碳纤维长丝的产品规格为2K，碳纤维长丝的热膨胀系数为-0.6×10-6/℃，导热系数为1.3W/m·K，电阻率为1.20Ω·m)；包覆层为聚酰亚胺短纤纱(热膨胀系数为2.1×10-5/℃，导热系数为0.15W/m·K，电阻率为210Ω·m)，产品规格为棉型，长度为35mm，细度为30s；所述芯层的横截面面积占阻燃抗静电包覆纱截面的20％。
具体地，本例的阻燃抗静电包覆纱的制备方法包括如下步骤：
(1)使用助剂对聚酰亚胺短纤纱进行均匀给湿处理0.5小时；本例所使用的助剂由以下重量份的原料混合制成：脂肪醇聚氧乙烯醚4份、甘油1.5份、水20份；
(2)将7束碳纤维长丝进行适当的加捻处理，形成的碳纤维丝束的捻系数为120；
(3)将均匀给湿处理后的聚酰亚胺短纤纱和加捻后形成的碳纤维丝束分别安装在相应位置上，锭子转速为3000r/min，碳纤维丝束的张力为1.2CN，预牵伸倍数为2.8倍，然后碳纤维丝束通过导丝管送往前罗拉处和聚酰亚胺短纤纱汇合，在汇合处使用集合器对碳纤维丝束和聚酰亚胺短纤纱进行路线固定，聚酰亚胺短纤纱在碳纤维丝束表面的包覆角11为30°，最终通过前罗拉、导纱钩、钢丝圈完成包覆，钢丝圈的截面为圆背扁脚形，号数为6号，制成的阻燃抗静电包覆纱的捻度为1200捻/m。
该阻燃抗静电包覆纱的细度为71.4tex，可以用于阻燃抗静电织物的开发，拥有较好的抗静电性能，并且阻燃性能和机械性能也较好，柔软性也极佳。
性能测试
包覆纱的包覆均匀性测试
将上述实施例所制成的阻燃抗静电包覆纱取1米，然后切割成等长的十份，分别进行称重，最后计算每份的细度，具体结果见表1。
表1
单位：tex 第1份 第2份 第3份 第4份 第5份 第6份 第7份 第8份 第9份 第10份
实施例1 40.12 41.03 39.76 40.77 41.43 39.96 41.24 40.5 41.22 41.97
实施例2 55.95 56.24 56.56 57.42 56.43 56.82 56.15 56.89 56.69 57.55
实施例3 71.28 70.89 71.21 71.56 71.89 72.08 70.96 71.32 71.45 71.36
包覆纱的细度、包覆度与机械性能的关系
将上述实施例所制成的阻燃抗静电包覆纱进行细度、包覆度和一些机械性能测试，具体结果见表2。
表2
实施例1 实施例2 实施例3
断裂伸长率(％) 18.1 20.2 21.5
断裂强度(MPa) 2349.6 2430.2 2356.4
细度(tex) 40.8 56.67 71.4
包覆度(圈/m) 500 548 594
对比例1
基本同实施例1，其区别仅在于：芯层为市售的锦纶长丝，包覆层为市售的芳纶短纤纱。
对比例2
基本同实施例1，其区别仅在于：芯丝为市售的锦纶长丝。
将上述实施例1-3、对比例1和对比例2所制得的包覆纱进行如下一些性能测试，具体结果参见表3。
表3
实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2
断裂伸长率(％) 18.1 20.2 21.5 12.5 16.3
断裂强度(MPa) 2349.6 2430.2 2356.4 354.7 683.5
静电半衰期(s) 7.5 7.1 6.8 9.8 7.9
极限氧指数(％) 51.5 53.4 54.2 30.3 46.7
上述的各性能测试标准如下：
断裂伸长率、断裂强度：GB/T 14337-2008
静电半衰期：GB/T 12703-1991
极限氧指数：GB/T 5454-1997
由以上实施例可知，本发明的包覆纱采用碳纤维长丝为芯丝，采用聚酰亚胺短纤纱为包覆层，制成的阻燃抗静电包覆纱有着良好的阻燃和抗静电性能，并且柔性和机械性能也较好。而且由于采用了聚酰亚胺短纤纱作为包覆层，可以有效降低碳纤维的氧化，保证碳纤维导电性能的稳定，而且采用助剂对聚酰亚胺短纤纱进行给湿处理，极大地改善了包覆纱的柔软性，同时结合包覆工艺，也保证了所制成的阻燃抗静电包覆纱的包覆效果良好，包覆较为均匀。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种阻燃抗静电包覆纱，包括芯层及包覆在所述芯层上的包覆层，其特征在于，所述芯层的材料为碳纤维长丝，所述包覆层的材料为聚酰亚胺短纤纱；
所述阻燃抗静电包覆纱的制备方法包括：将聚酰亚胺短纤纱进行预处理以润湿表面；对多束碳纤维长丝进行加捻处理以形成捻系数为40-140的碳纤维丝束；以所述碳纤维丝束作为芯层，所述芯层的张力为0.3CN-1.5CN，预牵伸倍数为1.5-3.5倍，将经过所述预处理的聚酰亚胺短纤纱采用包覆纱包覆工艺包覆在所述芯层上，制成，所述碳纤维长丝包含10-10000根碳纤维，所述聚酰亚胺短纤纱的规格为棉型或毛型，长度为35-85mm，所述聚酰亚胺短纤纱的电阻率为200-296Ω·m，所述碳纤维长丝的电阻率为1.10-1.42Ω·m，所述聚酰亚胺短纤纱的热膨胀系数为2×10-5～3×10-5/℃、导热系数为0.1～0.35W/m·K，所述碳纤维长丝的热膨胀系数为-0.7×10-6～-0.5×10-6/℃，导热系数为1.2～1.7W/m·K；
其中，所述包覆纱包覆工艺采用的包覆角为20-30°，且控制所述芯层的横截面面积占所述阻燃抗静电包覆纱的横截面面积的15-20％，所述预处理采用润湿组合物进行浸润，所述润湿组合物由柔软剂、甘油和水组成，所述柔软剂包括脂肪醇聚氧乙烯醚。
2.根据权利要求1所述的阻燃抗静电包覆纱，其特征在于，所述碳纤维丝束的捻系数为80-140。
3.根据权利要求1所述的阻燃抗静电包覆纱，其特征在于，所述柔软剂、所述甘油和所述水的投料质量比为2-3∶1∶10-15。
4.一种权利要求1-3中任一项所述的阻燃抗静电包覆纱在阻燃抗静电织物面料中的应用。
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