CN116876210A - 一种多功能面料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种多功能面料的制备方法，属于聚丙烯腈纤维制造技术领域。将粘胶纤维浸渍于单宁酸整理液中，浸渍温度为30～50℃，浸渍10～30min后，烘干，烘焙，上油得到改性粘胶。将改性粘胶与聚丙烯腈基碳纤维按比例混纺，混纺比例为20～60:40～80，两纤维经混纺、织造得到成品面料。上述方法制备的面料具有优良阻燃、防紫外线、拒水的新型纺织面料，应用领域广。

Description

一种多功能面料的制备方法
技术领域
本申请涉及一种多功能面料的制备方法，属于聚丙烯腈纤维制造技术领域。
背景技术
随着人民生活水平的不断提高，以人为本的安全防护意识不断增强，集多种功能于一体的复合功能性面料需求越来越大。阻燃纺织品的制备方法主要分为两种方法，一种方法是利用阻燃整理剂进行后整理，在织物上形成阻燃层，从而使纺织面料达到阻燃的性能；第二种方法是制备阻燃纤维，通常采用在纺丝液中加入阻燃整理剂制备阻燃纤维，然后再制备成纺织面料，但该方法生产成本较高，并且很难同时满足阻燃、防紫外线和拒水多种功能。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种多功能面料的制备方法，该方法制备的纺织面料不仅具有稳定性高、耐高温高压、耐腐蚀疲劳等优点，而且赋予面料以优异的阻燃性、防紫外线、拒水性等优点。
具体地，本申请是通过以下方案实现的：
一种多功能面料的制备方法，包括以下步骤：
1)改性：将粘胶纤维浸渍于单宁酸整理液中，浸渍温度为30～50℃，浸渍10～30min后，烘干，烘焙，上油得到改性粘胶。
2)混纺：将改性粘胶与聚丙烯腈基碳纤维按比例混合均匀，混纺比例为20～60:40～80，混纺织造得到成品面料。
上述改性处理赋予粘胶以防紫外性能、拒水性能和耐腐蚀性能，聚丙烯腈基碳纤维具有优异的阻燃性能、耐高温高压和耐腐蚀性能，将其与聚丙烯腈基碳纤维混纺，可以赋予成品面料以阻燃性、防紫外性、拒水性、耐高温高压、耐腐蚀疲劳，且还具有稳定性高、相对密度小。改性粘胶、聚丙烯腈基碳纤维按比例混合均匀后，采用赛络纺纺纱后，织造成纺织面料，赋予面料以上述多功能。
进一步的，作为优选：
步骤1)中：
所述单宁酸整理液的质量浓度为50～90g/L。
所述单宁酸整理液的制备方法如下：取单宁酸与乙醇混合均匀后，加去离子水稀释后，加入十二水合硫酸铝钾，混匀即得单宁酸整理液。单宁酸在空气中能在纤维表面成膜，赋予纤维优良的拒水、防紫外线性能。
所述烘干温度为80～90℃，烘干时长为15～45min，以去除水分。
所述烘焙温度为130～150℃，烘焙时长为5～10min，以利于快速成膜。
步骤2)中：
所述聚丙烯腈基碳纤维的制备方法为：
(1)改性聚丙烯腈纤维制备：将四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、醋酸锌、硫酸铜和表面活性剂混合均匀后，加入热塑性聚丙烯腈，搅拌得到丙烯腈纺丝溶液，静电纺丝得到改性聚丙烯腈纤维，静电纺丝参数：溶液挤出速度0.5～0.6mL/h，电压20～25kV；
(2)预氧化：改性聚丙烯腈纤维置于管式电阻炉中，在空气介质下预氧化，以3℃/min从室温升至200～260℃，在该温度下处理1～2h，得到预氧化丝；
(3)炭化处理：预氧化丝在氮气介质中炭化，温度从预氧化温度升至800～900℃，高温处理20～30min得到聚丙烯腈基碳纤维。更优选的，所述预氧化温度先以5℃/min升至800℃，再以10℃/min升至900℃。
步骤(1)中，
所述醋酸锌的添加质量比为1～10％。
所述硫酸铜的添加质量比为1～5％。
所述丙烯腈纺丝溶液中，丙烯腈的质量百分比为5～10％。
所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、木质素磺酸钠、吐温80中的任一种。
上述方案中，将单宁酸改性得到的改性粘胶与聚丙烯腈基碳纤维进行混纺，配合相应的纺纱与织造工艺，得到的混纺织物的LOI值达到30以上，续燃时间小于3s，阴燃时间为0s，防紫外线指数达到65以上，同时还具有优异的拒水性能，公定回潮率10％左右，是一种性能优良的服用面料。
附图说明
图1为实施例1所制备的改性粘胶FTIR图；
图2为改性前后粘胶的SEM图，
a-改性前粘胶纤维，b-改性后粘胶纤维，放大倍数均为1000倍；
图3为未改性粘胶与不同混纺比的多功能面料的UPF值。
具体实施方式
以下实施例中，各参数的测试方法：
(1)单纱强力、伸长率、条干均匀性的测试：根据标准GB/T3916-1997《单根纱线断裂强力及断裂伸长的测定》测定纱线断裂强度及伸长率。条干均匀性在YG135G条干均匀度分析仪上测试。测试条件：温度20℃，相对湿度65％。
(2)公定回潮率的测试：纤维在标准状态(标准大气压下，温度20℃，相对湿度65％)下放置24h以上，按照GB/T 6503-2017《化学纤维回潮率试验方法》测定纤维的回潮率。
(3)拒水性的测试：将测试样品平整粘贴在玻璃片上，将带有测试样品的玻璃片放在JC-2000C1型静态接触角测量仪上，测试液滴在样品上的水接触角。
(4)阻燃性能的测试：测试标准为GBT5455-1997《纺织品燃烧性能试验垂直法》，在YG(B)815D-Ⅰ垂直燃烧仪上测试极限氧指数LOI值。
(5)防紫外线性能的测试：根据国标GB/T 18830-2009《纺织品防紫外线性能的评定》进行测定，使用UV-2000F纺织品紫外线透过率分析仪获取织物的UPF值。
实施例1
本实施例一种多功能面料的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备单宁酸整理液：取单宁酸粉末按照1:3溶解无水乙醇中并混合均匀，加入去离子水稀释至100mL，加入2g十二水合硫酸铝钾，配制得到单宁酸质量浓度为50g/L的单宁酸整理液。
(2)改性：将粘胶纤维浸渍在单宁酸整理液中，浸渍温度40℃，浸渍时间20min，浸渍完在80℃条件下烘干30min，然后在130℃焙烘15min，最后进行上油处理，制得改性粘胶纤维。
对改性前后的粘胶分别进行FTIR测试，结果如图1所示，改性后的粘胶纤维FTIR曲线中在1362cm-1出现酚羟基-OH键所对应的峰值。在1579cm-1和1097cm-1处出现的振动峰所代表为C＝O和C-O-C基团，说明单宁酸对粘胶纤维改性成功，而该结果在改性前后的粘胶SEM图(图2)上也得到印证。
(3)改性聚丙烯腈纤维的制备：分别称取5.7mL四氢呋喃、4.3mL N，N-二甲基甲酰胺、1.6g醋酸锌、1.4g硫酸铜以及2g十二烷基苯磺酸钠，混合均匀后，再加入热塑性聚丙烯腈，在磁力搅拌器上搅拌3h，得到丙烯腈纺丝溶液，采用高压静电纺丝机，制备改性聚丙烯腈纤维。静电纺丝工艺参数为：溶液挤出速度0.6mL/h，接收距离20cm，电压21kV。
(4)聚丙烯腈基碳纤维的制备：将制得的改性聚丙烯腈纤维在管式电阻炉中在空气介质中进行预氧化处理。以3℃/min从室温升温到200℃，然后在相应温度下处理2h，得到预氧化丝。将预氧化丝在氮气介质中再进行炭化处理，以5℃/min的从预氧化温度升至800℃，再以10℃/min升至900℃，高温处理30min后得到聚丙烯腈基碳纤维。
(5)混纺：将改性粘胶和聚丙烯腈基碳纤维按比例混合均匀，纤维经过开松、梳理、并条等工序后，采用赛络纺纺纱，喂入的粗纱细度为450tex，喂入的条子隔距为6mm，纱线细度为37tex，捻度为700捻/m。
(6)织造：分为穿综、穿筘、整经、开口、引纬、打纬、卷取、下机等步骤。使用的织机为SG598型半自动织样机。
对上述方案获得的混纺织物进行性能测试，具体如表1、2所示。
其中：
A-改性粘胶，B-聚丙烯腈基碳纤维，配比为质量比，A/B＝100:0表示改性粘胶以相同织造工艺得到的织物参数，A/B＝0:100表示聚丙烯腈基碳纤维以相同织造工艺得到的织物参数。
表1：纱线性能测试结果
。
表2：织物性能测试结果
对比表1、2可以看出：
1)与纯改性粘胶(即A/B＝100:0)和纯聚丙烯腈基碳纤维(即A/B＝0:100)相比，采用混纺方式得到的面料同时具有优良的阻燃、防紫外线和拒水性能。
2)随着改性粘胶比例的增加，单纱强力略有降低，伸长率和公定回潮率均有明显改善，织物的极限氧指数从35降至25，阴燃时间增大。
3)结合表2和图3可以看出：未改性粘胶的防紫外性能较弱，基本保持在20以下；纯改性粘胶的UPE可以达到100，而聚丙烯腈基碳纤维只有40左右，但混纺面料可以达到60以上。
本案还对其他影响纱线、面料性能的因素进行了实验，具体如实施例2～5所示。
实施例2
本实施例与实施例1的设置相同，但单宁酸的质量浓度不同，混纺比为A/B＝40:60。不同单宁酸质量浓度与相应对面料的影响结果如下：
表3：单宁酸浓度对面料性能的影响
对比表3可以看出：当单宁酸质量浓度达到10g/L时，极限氧指数即便保持在30以上，而随着单宁酸质量浓度的递增，所得面料的防紫外线性能和拒水性能显著提高。
实施例3
本实施例与实施例1的设置相同，但浸渍时间不同，混纺比为A/B＝40:60。浸渍时间对面料性能影响结果如下：
表4：浸渍时间对面料性能的影响
对比表4可以看出：当浸渍时间到1min时，极限氧指数已经达到30以上，且不再随着浸渍时间变化而变化，阴燃时间为0s；而随着浸渍时间的延长，所得面料的防紫外线性能和拒水性能有所提高。
实施例4
本实施例与实施例1的设置相同，但烘焙温度不同，混纺比为A/B＝40:60。焙烘温度对面料性能影响结果如下：
表5：烘焙温度对面料性能的影响
对比表5可以看出：当随着焙烘温度的升高，功能面料的防紫外线性能和拒水性能有所提高。
实施例5
本实施例与实施例1的设置相同，但纺丝溶液中硫酸铜的质量占比不同，不同硫酸铜质量占比对纱线性能影响结果如下：
表6：硫酸铜质量占比对聚丙烯腈碳纤维的影响
对比表6可以看出：随着硫酸铜的加入，聚丙烯腈碳纤维的单纱强力和条干均匀度有所改善，公定回潮率变化不大。

Claims (10)

1.一种多功能面料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）改性：将粘胶纤维浸渍于单宁酸整理液中，浸渍温度为30～50℃，浸渍10～30min后，烘干，烘焙，上油得到改性粘胶;
2）混纺：将改性粘胶与聚丙烯腈基碳纤维按比例混纺，混纺比例为20～60:40～80，
纤维经混纺、织造得到成品面料。
2.根据权利要求1所述的一种多功能面料的制备方法，其特征在于：步骤1）中，所述单宁酸整理液的质量浓度为50～90g/L。
3.根据权利要求1所述的一种多功能面料的制备方法，其特征在于：步骤1）中，所述单宁酸整理液的pH为6～8。
4.根据权利要求1所述的一种多功能面料的制备方法，其特征在于，步骤1）中，所述单宁酸整理液的制备方法如下：取单宁酸粉末与乙醇混合均匀后，加去离子水稀释后，加入十二水合硫酸铝钾，混匀即得单宁酸整理液。
5.根据权利要求1所述的一种多功能面料的制备方法，其特征在于：步骤1）中，所述烘干温度为80～90℃，烘干时长为15～45min。
6.根据权利要求1所述的一种多功能面料的制备方法，其特征在于：步骤1）中，所述烘焙温度为130～150℃，烘焙时长为5～10min。
7.根据权利要求1所述的一种多功能面料的制备方法，其特征在于，步骤2）中，所述聚丙烯腈基碳纤维的制备方法为：
（1）改性聚丙烯腈纤维制备：将四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、醋酸锌、硫酸铜和表面活性剂混合均匀后，加入热塑性聚丙烯腈，搅拌得到丙烯腈纺丝溶液，高压静电纺丝得到改性聚丙烯腈纤维，高压静电纺丝参数：溶液挤出速度0.5～0.6mL/h，电压20～25kV；
（2）预氧化：改性聚丙烯腈纤维置于管式电阻炉中，在空气介质下预氧化，首先以3℃/min从室温升至200～260℃，在该温度下处理1～2h，得到预氧化丝；
（3）炭化处理：将介质转为氮气介质，温度从预氧化温度升至800～900℃，高温处理20～30min得到聚丙烯腈基碳纤维。
8.根据权利要求7所述的一种多功能面料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述醋酸锌的添加质量比为1～10%。
9.根据权利要求7所述的一种多功能面料的制备方法，其特征在于：所述硫酸铜的添加质量比为1～5%。
10.根据权利要求7所述的一种多功能面料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述预氧化温度先以5℃/min升至800℃，再以10℃/min升至900℃。
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