CN113584708A - 一种超低密度的聚酰亚胺纤维网格布及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超低密度聚酰亚胺纤维网格布及制备方法。其特征在于采用超低旦数聚酰亚胺纤维进行经编织，具备聚酰亚胺纤维低密度、耐高温、阻燃、绝热的特性。本发明的网格布面密度可达到10g/m2以下，长期耐200～300℃温度，吸水率<1％，极限氧指数>40，在耐高温领域起到耐温隔热的功能，同时起到减重效果。本方法易实施，在特殊领域使用价值高，尤其在耐高温、隔热、阻燃、耐烧蚀、低吸水、减重等环境中。

Description

一种超低密度的聚酰亚胺纤维网格布及其制备方法
技术领域
本发明公开了一种超低密度、耐高温、阻燃绝热的聚酰亚胺纤维网格布及其制备方法，属于聚酰亚胺纤维领域。
背景技术
聚酰亚胺纤维是一种高性能有机纤维，具有优异的机械性能、耐高低温性能、自熄性能、耐辐射性能、介电性能、耐腐蚀性能、生物相容性、低密度性、低吸水率和热膨胀系数小等性能特点。被认定为航空航天、电子、军工、船舶、汽车、核电、消防等领域具有广阔发展前景而且不可或缺的高分子材料之一。可以用于制备防弹织物、高比强度绳索、宇航服、消防服等产品，还可作为增强材料制备高性能复合材料应用于先进武器装备以及新型卫星、飞船、飞机等国防高技术产品。在环保产业，耐高温聚酰亚胺纤维可以用作焚烧炉的除尘滤材。但是聚酰胺纤维存在不溶不熔，难定型、难裁剪、尺寸稳定性差等问题。
网格布具有化学稳定性好、高强度、重量轻、尺寸稳定性好、定位性佳、抗冲击性较好等特性，其既可以作为增强基材，也可以直接作为成品使用。但是现有的聚酰亚胺网格布制备过程中，仍然存在纤维容易起毛，毛球累积后造成编织破洞，影响品质，无法顺利编织成型的问题，制备网格布的过程中难以实现定型，或者即使实现定型，其制备的网格布的耐高温性和尺寸稳定性也较低，不能够满足特殊领域的高温、稳定性需求。
CN112779783A涉及一种聚酰亚胺网格布的制备方法，尤其涉及到网格布成型后定型的工艺。包括如下步骤：在纤维编织网格布之前对纤维表面进行处理；编织网格布；网格布编织之后进行PAA包覆、热压定型并裁剪；对定型的网格布进行高温处理。本发明制备的网格布解决了聚酰亚胺网格布易卷曲、难定型、裁剪过程易掉碎纤维的问题，提高了尺寸的稳定性和耐高温性能，降低了网格布的收缩率。
CN109762215A提供了一种高性能聚酰亚胺长纤维增强橡胶复合材料及其制备方法，属于橡胶复合材料制备技术领域，包括以下步骤：聚酰亚胺长纤维的表面改性、橡胶及配料混炼、聚酰亚胺长纤维与混炼胶共硫化。在高性能聚酰亚胺长纤维表面引入可参与橡胶硫化的活性基团，可显著提高其与橡胶的界面作用。
CN105344159A提供了一种超耐高温的复合过滤材料及其制备方法，属于材料技术领域。解决了现有滤材耐高温等特性不足的问题。本发明包括基布层，基布层的一侧贴覆有迎面层，另一侧贴覆有底层，基布层为长丝网格布，该长丝网格布采用玄武岩纤维编制；迎面层为迎面网格布，该迎面网格布采用轶纶短切纤维编制，底层为底面网格布，该底面网格布采用轶纶短切纤维编制，该轶纶短切纤维的重量为2.20dtex～2.24dtex,长度为60mm～68mm；基布层、迎面层及底层内均浸入浸渍剂，浸渍剂采用水性聚酰亚胺树脂复合溶液。本发明在耐高温性、耐高温水解性、高温强度保持性及耐高温氧化性等多方面具有更卓越的表现。
CN104095321A涉及一种用于制造保健护具的聚酰亚胺纤维保暖面料，其特征在于：所述的护具的面料由三层结构构成，里层为绒暖层，由重量份数占90～95％聚酰亚胺纤维和5～10％氨纶纤维混合编织制造；中间层为弹力提供层，系由高弹力的涤纶丝以菱形网状编织构成；外层为保暖面层，采用的100％的聚酰亚胺纤维编织制造。由于聚酰亚胺纤维比其他化学纤维具有更高的热阻值和原生性的远红外功能，这样人体各部散发的热量能够被反射并在护具各套体的纤维层中形成热环流而且热量损失少，因而其对人的各关节具有自温热的保暖效果，改善人体关节部位的微循环，达到了保健的目的。
虽然现有技术存在一些聚酰亚胺纤维网格布的研究和开发，但是目前的聚酰亚胺网格布还是存在一些不足：例如为了保持耐磨以及强度上的性能，编织的网格布密度过大，于是限制了其网格布的应用领域。因此亟需开发一种超低密度聚酰亚胺网格布。
发明内容
本发明旨在提供一种超低密度聚酰亚胺网格布，可达到以下效果：网格布面密度更低，在特殊领域减重效果更明显。
为了解决现有技术中的聚酰亚胺网格布密度过大，编织复杂的问题，本发明的侧重点在于超低密度聚酰亚胺网格布的开发和拓展，采用的是单根丝编织。优选的，采用经编机编织(本发明选用拉舍尔型经编机)，生产过程采用以下优选参数：网格布边1-10mm。本发明采用纤维表面处理的方法，解决了现有技术网格布在编织容易脱线，起毛边的问题。
本发明利用单丝编织在顺利完成编织的同时可大大减少毛羽量的产生，且编织的网格布成型性，平整光滑，不易起球。现有技术中为保证网格布的强度和耐磨性，通常使用多根单丝组成的束丝进行编织，虽然经过上浆把纤维集成束，但是上浆过程由于静电、污染等原因不能保证丝束之间完全的粘合，因此仍然有产生毛丝的问题；而单根纤维编织时起毛的概率很小，除非纤维表面微纤化或者发生断丝。而且单根纤维丝编织过程中，结合经编织方法时，能最大程度地发挥出经编方法编织快、产量高、织纹平整等优点。
本发明的获得的超低密度聚酰亚胺的网格布，相对于目前现有技术制备的网格布面密度在24-30g/m2(商业产品)，以及现有技术CN 112779783 A的聚酰亚胺网格布产品其面密度在15～20g/m2。本专利超低密度网格布可比现有技术密度降低50％，实际密度可低至5～10g/m2。值得一提的是，虽然本发明的超低密度聚酰亚胺的网格布轻密度，但是本发明并没降低超低密度聚酰亚胺的网格布防火隔热的性能。
本发明超低密度聚酰亚胺的网格布优选网格编织为六角形或菱形，上述两种网格编织形状节省面料，达到低面密度的双重作用。同时，兼具了织物的维型性，得到产品尺寸稳定，不易热胀冷缩，不易变形。
具体的，本发明提供一种超低密度聚酰亚胺纤维网格布，其特征在于：
对处理后的单根聚酰亚胺纤维使用经编织进行编织，得到聚酰亚胺纤维网格布，面密度为5-10g/m2，网孔边长为1-10mm，网格形状为六角形或菱形。
在一些优选的实施例中，纤维的规格为10-100D。
在一些优选的实施例中，所述的聚酰亚胺纤维网格布长期使用温度为200～300℃。
在一些优选的实施例中，所述的聚酰亚胺纤维网格布极限氧指数大于40。
在一些优选的实施例中，所述的聚酰亚胺纤维网格布吸水率<1％。
具体的，本发明还提供一种超低密度聚酰亚胺纤维网格布的制备方法，其包括如下步骤：
S1.选择单根聚酰亚胺纤维进行表面处理；
S2.将步骤1表面处理后的聚酰亚胺纤维采用经编织的方法编织成聚酰亚胺纤维网格布；
S3.将步骤2编织的聚酰亚胺纤维网格布进行裁剪即可。
在一些优选的实施例中，所述的步骤1)中，将聚酰亚胺纤维浸渍在水性浆液中，在聚酰亚胺纤维表面包覆一薄层水性浆液，所述水性浆液的浓度为1～10％，浸浆时间为5～60s。
在一些优选的实施例中，水性浆液包含环氧、氰酸酯、聚氨酯、有机硅、偶联剂浆液的一种。
在一些优选的实施例中，所述的步骤2)中，具体的编织方法包括如下步骤：使用具有至少前后成对的双针拉舍尔经编机，持续在拉舍尔经纺机的针头下交互编织，得到相互重叠的前侧针织物与后侧针织物，完成纤维线圈经向横列的编织。
在一些优选的实施例中，所述的步骤2)中，经编时一组沿着成布方向的经纱在左右绕结。
在一些优选的实施例中，所述的步骤2)中，双针拉舍尔经纺机在编织时，编织过程中前侧针织物与后侧针织物在边缘处形成环形扣。
在一些优选的实施例中，所述的步骤2)中，形成环形扣的具体步骤为：前侧针织物与后侧针织物交叠，同时在双针拉舍尔经纺机下方悬挂一单丝聚酰亚胺线头，形成环形扣时，线头与所述前侧针织物与后侧针织物的交叠部分进行自由端缠结，形成由三者挤压在一起的环形扣。
在一些优选的实施例中，所述的步骤2)中，经编机设置平幅排列织针，多排钩针每一只针分别带动一根纱线与左右邻近的纱线绕结成套。
在一些优选的实施例中，所述的步骤2)中，所述前侧针织物和后侧针织物的颜色可以不同或相同，形成不同的花纹。
在一些优选的实施例中，所述的步骤3)中，所述的裁剪包括：在双针拉舍尔经编机皮带轮出口的位置，采用高速旋转的裁刀将网格布裁剪出具有一定宽幅的网格布。
本发明的超低密度聚酰亚胺网格布编织及其制备方法，具有如下的效果。
1)本发明在制备网格布之前，先对聚酰亚胺纤维表面进行处理，在聚酰亚胺纤维，表面形成一薄层环氧浆膜，改善了纤维的耐磨性能和静电性能，且不影响网格布后续与其他材料之间的界面结合，提高了编织效率和成型率。
2)本发明在超低密度聚酰亚胺网格布编织时采用单根聚酰亚胺纤维经编织成型性好，平整，不会带来多根纤维丝束编织时起静电或毛边的问题。
3)本发明对超低密度聚酰亚胺的网格布相比现有技术的产品以及市场上商业的网格布，其面密度可降低50％左右。
4)本发明制备的网格布克服了聚酰亚胺网格布易卷曲、难定型、裁剪过程易掉碎纤维的问题，提高尺寸稳定性和高温稳定性。
5)本发明的超低密度聚酰亚胺网的耐火阻燃性良好，在300摄氏度高温条件下处理一个月后，其尺寸和平整性保持良好。本发明的聚酰亚胺纤维编织网格布的极限氧指数>40，表现出优异的耐高温和阻燃性能。能极大提高防火夹板的使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例1所提供的聚酰亚胺纤维六角网格布照片。
图2为本发明实施例2所提供的聚酰亚胺纤维菱形网格布照片。
图3为本发明实施例1聚酰亚胺纤维六角网格布的高温处理前后的对比照片。
图4为本发明实施例1聚酰亚胺纤维六角网格布的显微镜的成像照片。
图5为本发明实施例1聚酰亚胺纤维六角网格布单丝的显微镜的成像照片。
具体实施例
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的模块或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“另一个实施例”等的描述意指结合该实施例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
本发明使用聚酰亚胺纤维原料为江苏先诺新材料科技有限公司生产的聚酰亚胺纤维成品。规格在10-100D之间。
实施例1
S1将55D聚酰亚胺纤维浸渍在质量浓度为5％的环氧浆液中10s，在聚酰亚胺纤维表面包覆一薄层环氧浆液；
S2使用织幅8m，具有前后成对的MRSS32双针拉舍尔经编机，设定经编机转速为300m/min，持续在拉舍尔经纺机的针头下交互编织，编织形成相互重叠的前侧针织物与后侧针织物，经编时一组沿着成布方向的经纱在左右绕结，完成纤维线圈经向横列的编织，编织的形状为六角网状。双针拉舍尔经纺机在编织时，编织过程中前侧针织物与后侧针织物在边缘处形成环形扣。
S3在双针拉舍尔经编机皮带轮出口的位置，采用高速旋转的裁刀将网格布裁剪出具有一定宽幅的网格布。
本实施例采用江苏先诺新材料科技有限公司55D纤维进行针织六角网，得到聚酰亚胺纤维六角网格布面密度为8g/m2，网孔边长为6mm，此网格布可用于夹板的隔热防护层，能有效起到隔热作用，并大大减轻夹板的重量。
实施例2
S1将30D聚酰亚胺纤维浸渍在质量浓度为6％的有机硅浆液中15s，在聚酰亚胺纤维表面包覆一薄层环氧浆液；
S2使用织幅8m，具有前后成对的MRSS32双针拉舍尔经编机，设定经编机转速为300m/min，持续在拉舍尔经纺机的针头下交互编织，编织形成相互重叠的前侧针织物与后侧针织物，经编时一组沿着成布方向的经纱在左右绕结，完成纤维线圈经向横列的编织，编织的形状为菱形网状。双针拉舍尔经纺机在编织时，编织过程中前侧针织物与后侧针织物在边缘处形成环形扣。
S3在双针拉舍尔经编机皮带轮出口的位置，采用高速旋转的裁刀将网格布裁剪出具有一定宽幅的网格布。
本发明采用江苏先诺新材料科技有限公司30D纤维进行针织生产菱形网格布，得到聚酰亚胺纤维菱形网格布面密度为6g/m2，边长为3mm，此网格布可长期耐200～300℃使用，热分解温度600℃，可用于服装行业作为阻燃隔热层，尤其是在防火服方面的应用。
实施例3
S1将50D聚酰亚胺纤维浸渍在质量浓度为5％的聚氨酯浆液中30s，在聚酰亚胺纤维表面包覆一薄层环氧浆液；
S2使用织幅8m，具有前后成对的MRSS32双针拉舍尔经编机，设定经编机转速为300m/min，持续在拉舍尔经纺机的针头下交互编织，编织形成相互重叠的前侧针织物与后侧针织物，经编时一组沿着成布方向的经纱在左右绕结，完成纤维线圈经向横列的编织，编织的形状为菱形网状。双针拉舍尔经纺机在编织时，编织过程中前侧针织物与后侧针织物在边缘处形成环形扣。
S3在双针拉舍尔经编机皮带轮出口的位置，采用高速旋转的裁刀将网格布裁剪出具有一定宽幅的网格布。
本发明采用江苏先诺新材料科技有限公司50D纤维进行针织生产菱形网格布，得到聚酰亚胺纤维菱形网格布面密度为7g/m2，边长为4mm，此网格布可长期耐200～300℃使用，热分解温度600℃，可用于服装行业作为阻燃隔热层，尤其是在防火服方面的应用。
实施例4
S1将60D聚酰亚胺纤维浸渍在质量浓度为10％的偶联剂浆液中50s，在聚酰亚胺纤维表面包覆一薄层环氧浆液；
S2使用织幅8m，具有前后成对的MRSS32双针拉舍尔经编机，设定经编机转速为300m/min，持续在拉舍尔经纺机的针头下交互编织，编织形成相互重叠的前侧针织物与后侧针织物，经编时一组沿着成布方向的经纱在左右绕结，完成纤维线圈经向横列的编织，编织的形状为菱形网状。双针拉舍尔经纺机在编织时，编织过程中前侧针织物与后侧针织物在边缘处形成环形扣。
S3在双针拉舍尔经编机皮带轮出口的位置，采用高速旋转的裁刀将网格布裁剪出具有一定宽幅的网格布。
本发明采用江苏先诺新材料科技有限公司60D纤维进行针织生产菱形网格布，得到聚酰亚胺纤维菱形网格布面密度为9g/m2，边长为6mm，此网格布可长期耐200～300℃使用，热分解温度600℃，可用于服装行业作为阻燃隔热层，尤其是在防火服方面的应用。
实施例5
S1将30D聚酰亚胺纤维浸渍在质量浓度为8％的氰酸酯浆液中30s，在聚酰亚胺纤维表面包覆一薄层环氧浆液；
S2使用织幅8m，具有前后成对的MRSS32双针拉舍尔经编机，设定经编机转速为300m/min，持续在拉舍尔经纺机的针头下交互编织，编织形成相互重叠的前侧针织物与后侧针织物，经编时一组沿着成布方向的经纱在左右绕结，完成纤维线圈经向横列的编织，编织的形状为六角网状。双针拉舍尔经纺机在编织时，编织过程中前侧针织物与后侧针织物在边缘处形成环形扣。
S3在双针拉舍尔经编机皮带轮出口的位置，采用高速旋转的裁刀将网格布裁剪出具有一定宽幅的网格布。
本实施例采用江苏先诺新材料科技有限公司30D纤维进行针织六角网，得到聚酰亚胺纤维六角网格布面密度为10g/m2，网孔边长为4mm，此网格布可用于夹板的隔热防护层，能有效起到隔热作用，并大大减轻夹板的重量。
面密度
表1列出本发明实施例1-5超低密度聚酰亚胺网格布样品与商业网格布、对比例1(现有技术CN112779783 A)中的聚酰亚胺网格布的面密度测试比较。
表1
Figure BDA0003194987900000061
上述测试可以看出，现有技术制备的网格布面密度在24g/m2，申请人上一篇网格布专利(CN 112779783 A)样品面密度在10～20g/m2。而本发明专利超低密度网格布可比现有技术密度降低50％，实际密度可达到5～10g/m2。
极限氧指数测定
实验设备使用氧指数测定仪KS-653D。
测试样品准备：
材料：本发明实施例1-5的超低密度聚酰亚胺网格布的编织样品；试样尺寸：每个试样长宽高等于100mm×8mm×1mm；外观要求：试样表面清洁、平整光滑，无裂纹、飞边、毛刺，确定无干扰自然燃烧。
测试方法：试样夹于试样夹上垂直于燃烧筒内，在向上流动的氧氮气流中，点燃试样上端，观察其燃烧特性，并与规定的极限值比较其续燃时间或损毁长度。通过在不同氧浓度中一系列试样的试验，可以测得维持燃烧时氧气百分含量表示的最低氧浓度值，受试试样中要有40％-60％超过规定的续燃和阴燃时间或损毁长度。点火器火焰长度可调，试验时火焰长度为10mm。
实施例1-5的超低密度聚酰亚胺网格布与商业聚酰亚胺网格布、对比例1(现有技术CN112779783 A)中的聚酰亚胺网格布的耐火性能(极限氧浓度，OxygenIndex)的测试结果如下：
表2
样品 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 商业1 对比例1
OI 45 41 47 42 43 24 35
表2可以看出，本发明的超低密度聚酰亚胺网格布极限氧浓度指数明显高于市场上商用的聚酰亚胺产品，也比之前现有技术中的聚酰亚胺网格布的OI要高得多。
取本发明的实施例1中样品作更直观的耐火阻燃测试。将实施例1的网格布样品放置于鼓风烘箱中(空气)，温度设定在在300度，处理720h(一个月)后，外观形貌与处理前对比，如图3所示。可以看出，高温长时间处理后的样品，仍然保持原来的尺寸和平整度，无明显变形，说明本发明的超低密度聚酰亚胺网格布的耐高温性能优异。
图4，5为本发明实施例1的超低密度聚酰亚胺网格布及单丝的光学显微照片。照片表明了经本发明经编织方法编织的网格布的尺寸保持良好(六角形的维型性)，没有明显的紊纹及缠绕。单丝聚酰亚胺纤维也分离的比较彻底，精细均匀。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (11)

1.一种超低密度聚酰亚胺纤维网格布，其特征在于：
对处理后的单根聚酰亚胺纤维使用经编织进行编织，得到聚酰亚胺纤维网格布，面密度为5-10g/m2，网孔边长为1-10mm，网格形状为六角形或菱形。
2.根据权利要求1所述的超低密度聚酰亚胺纤维网格布，其特征在于，纤维的规格为10-100D。
3.根据权利要求1所述的超低密度聚酰亚胺纤维网格布，其特征在于，所述的聚酰亚胺纤维网格布使用温度为200～300℃，极限氧指数大于40，吸水率<1％。
4.如权利要求1-3之一的一种超低密度聚酰亚胺纤维网格布的制备方法，其包括如下步骤：
S1.选择单根聚酰亚胺纤维进行表面处理；
S2.将步骤1表面处理后的聚酰亚胺纤维采用经编织的方法编织成聚酰亚胺纤维网格布；
S3.将步骤2编织的聚酰亚胺纤维网格布进行裁剪即可。
5.根据权利要求4所述的超低密度聚酰亚胺纤维网格布的制备方法，其特征在于，所述的步骤1)中，对聚酰亚胺纤维表面进行处理的方法包括：将聚酰亚胺纤维浸渍在水性浆液中，在聚酰亚胺纤维表面包覆一薄层水性浆液，所述水性浆液的浓度为1～10％，浸浆时间为5～60s。
6.根据权利要求5所述的超低密度聚酰亚胺纤维网格布的制备方法，水性浆液包含环氧、氰酸酯、聚氨酯、有机硅、偶联剂浆液的一种。
7.根据权利要求4所述的超低密度聚酰亚胺纤维网格布的制备方法，其特征在于，所述的步骤2)中，具体的编织方法包括如下步骤：使用具有至少前后成对的双针拉舍尔经编机，持续在拉舍尔经纺机的针头下交互编织，得到相互重叠的前侧针织物与后侧针织物，完成纤维线圈经向横列的编织。
8.根据权利要求4所述的超低密度聚酰亚胺纤维网格布的制备方法，其特征在于，所述的步骤2)中，双针拉舍尔经纺机在编织时，编织过程中前侧针织物与后侧针织物在边缘处形成环形扣。
9.根据权利要求4所述的超低密度聚酰亚胺纤维网格布的制备方法，其特征在于，所述的步骤2)中，形成环形扣的具体步骤为：前侧针织物与后侧针织物交叠，同时在双针拉舍尔经纺机下方悬挂一单丝聚酰亚胺线头，形成环形扣时，线头与所述前侧针织物与后侧针织物的交叠部分进行自由端缠结，形成由三者挤压在一起的环形扣。
10.根据权利要求4所述的超低密度聚酰亚胺纤维网格布的制备方法，其特征在于，所述的步骤2)中，经编机设置平幅排列织针，多排钩针每一只针分别带动一根纱线与左右邻近的纱线绕结成套。
11.根据权利要求4所述的超低密度聚酰亚胺纤维网格布的制备方法，其特征在于，所述的步骤3)中，所述的裁剪包括：在双针拉舍尔经编机皮带轮出口的位置，采用高速旋转的裁刀将网格布裁剪出具有一定宽幅的网格布。
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