CN117071134A - 一种弹性导电包芯纱及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种弹性导电包芯纱及其制备方法，弹性导电包芯纱包括芯层弹性长丝和包覆层短纤维，芯层弹性长丝为双组分卷曲结构长丝，一种组分含有导电材料，包覆层短纤维包覆在芯层弹性长丝的表面。本发明的弹性导电包芯纱具有成本低，弹性优异，导电稳定性好的优点，可用于制造有屏蔽静电感应功能的导电服或用于容易产生静电危险环境的工作服等。其一，以弹性聚烯烃切片为原料作为弹性包芯纱的芯层材料，可以有效的降低生产成本；其二，将导电材料原位添加到弹性长丝中，解决了涂覆、浸渍等方式制备的弹性导电包芯纱导电性能不稳定的问题；其三，通过以弹性的聚烯烃切片为原料制备并列型的弹性长丝，然后热处理获得弹性卷曲长丝，赋予芯层更优异的弹性性能。
Description
技术领域
本发明属于包芯纱技术领域，尤其是一种弹性导电包芯纱及其制备方法。
背景技术
随着人民生活水平的提高，弹性的纺织品越来越受到人们的青睐。弹性纺织品由弹性纤维原料制备而成，当前的弹性纤维有氨纶弹性纤维、聚酯弹性纤维和聚烯烃弹性纤维等。但弹性纤维存在易老化、手感差等缺陷，往往需要包覆使用，制备成包芯纱再应用于织造。此外，通过包芯结构可以获得功能性纱线，例如抗菌纱线、远红外纱线、导电纱线等。弹性导电包芯纱可以赋予原本弹性纱线防静电功能，减少静电放电和电磁干扰的危害，用于制造有屏蔽静电感应功能的导电服或用于容易产生静电危险环境的工作服。弹性导电纱线还可以制备智能纺织品，用于监测和传导人体健康信号。学者们也在这方面进行了一系列的研究，例如郭亚楠以氨纶包芯纱线作为一个弹性支架，通过原位聚合在纱线上包覆纳米聚苯胺作为导电组分，制备了可伸缩湿度传感器。南楠以涤纶长丝作为芯纱，利用静电纺丝技术获得掺杂有碳纳米管的聚氨酯纳米纤维包芯纱，最后在纱线表面涂覆一层带有导电铜丝的PDMS凝胶膜，制得压力传感器。佑晓露采用化学镀镍法制备了镀镍棉纱作为导电芯纱，通过共轭静电纺丝技术，制备出基于PU纳米纤维包芯纱的电容式压力传感器。专利CN113604923 A公开了一种石墨烯/银复合弹性纱线的制备方法及应用，通过将石墨烯/银/粗纱纤维混纺的方式包裹在弹性长丝表面得到。专利CN 112391712 A公开了一种碳纳米管弹性包芯纱及其制备方法与应用。通过两个同向转动的加捻辊轴制备具有螺旋结构的碳纳米管弹性包芯纱，具有良好的力学强度，纱线断裂伸长率提高，耐疲劳性能提高，同时碳纳米管纤维和短纤维实现功能互补。
然而当前的弹性导电包芯纱仍然存在制备工艺复杂、成本高、难以大批量制备的问题。导电材料通过涂覆的方式制备的包芯纱材料存在结合不牢固，使用一段时间以后导电性能不稳定的问题，最终会影响复合纱线的性能。因此，如何制备低成本、优异弹性和稳定导电性能的弹性导电包芯纱仍然是个挑战。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种弹性导电包芯纱及其制备方法，本发明解决当前的弹性导电包芯纱成本高，难以同时兼顾弹性和导电性能的问题。其一，以弹性聚烯烃切片为原料作为弹性包芯纱的芯层材料，可以有效的降低生产成本；其二，将导电材料原位添加到弹性长丝中，解决了涂覆、浸渍等方式制备的弹性导电包芯纱导电性能不稳定的问题；其三，通过以弹性的聚烯烃切片为原料制备并列型的弹性长丝，然后热处理获得弹性卷曲长丝，赋予芯层更优异的弹性性能。
技术方案：为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种弹性导电包芯纱，所述弹性导电包芯纱包括：芯层弹性长丝和包覆层短纤维，所述的芯层弹性长丝为卷曲结构长丝，所述的卷曲结构长丝为并列结构双组分长丝，所述的双组分长丝其中一种组分含有导电材料，所述的包覆层短纤维包覆在芯层弹性长丝的表面。
优选的，所述的弹性导电包芯纱的线密度为10～100dtex，弹性伸长率为100～400％，电阻率为102～105Ω/cm，拉伸循环10000次后电阻率衰减5～20％。
优选的，所述的弹性导电包芯纱芯层弹性长丝占包芯纱质量的比例为40～60％，芯层弹性长丝自然状态下卷曲数为1-5/cm，并列卷曲长丝的两种组分分别为弹性聚烯烃和常规聚烯烃，其中弹性聚烯烃为7050BF或7020BF，常规聚烯烃为PE、PP，弹性聚烯烃所占的比例分别为30～70％，弹性聚烯烃组分中含有导电材料为碳纳米管，占弹性聚烯烃质量比为1～5％。
优选的，所述的弹性导电包芯纱包覆层短纤维为棉纤维、PA6短纤维、PET短纤维或PP短纤维中的一种或几种，包覆层短纤维占包芯纱质量的比例为40～60％。
本发明一种弹性导电包芯纱制备方法，适用于上述一种弹性导电包芯纱，包括步骤：
(1)改性母粒的制备：将碳纳米管与弹性聚烯烃切片按照一定比例均匀混合后喂入双螺杆挤出造粒机喂料斗，在螺杆挤出机内加热熔融混合后从模口挤出熔体长条，在水槽内冷却后干燥切粒，制备含有碳纳米管的弹性聚烯烃改性切片；
(2)弹性并列双组分长丝的制备：以改性弹性聚烯烃切片和常规的聚烯烃切片为原料进行双组分纺丝，采用的纺丝模头喷丝孔为并列结构，改性弹性聚烯烃切片与常规弹性聚烯烃混合切片和常规聚合物切片分别喂入双组分纺丝机的两个原料喂入系统，熔融混合后再经过过滤、计量后达到特殊纺丝组件，从喷丝孔喷出并列型双组分长丝，冷却、牵伸后卷绕成筒。
(3)螺旋结构长丝的制备：将制备的弹性并列双组分长丝经过烘房整理，并列双组分长丝两种组分软化点不一致导致发生不同程度的收缩，形成螺旋结构的长丝；
(4)弹性导电包芯纱：采用纺纱机将包覆短纤维和弹性长丝从纺纱机钳口喂入并合，然后通过加捻形成弹性包芯纱，最后定捻和络筒。
优选的，所述步骤(1)中碳纳米管的管径为2～10nm，改性弹性聚烯烃切片中碳纳米管的添加比例为10％。
优选的，所述步骤(2)中改性弹性聚烯烃切片占混合弹性切片比例为10％～50％。弹性聚烯烃熔体系统计量泵与常规聚烯烃熔体系统计量泵转速比为3:7～7:3，牵伸倍数为5～20。
优选的，所述步骤(3)中长丝输送速度为2～5m/min，热风穿透速度1～5m/s，热风的温度为145～160℃。
优选的，所述步骤(4)中包覆纤维和弹性长丝输送的速度比例为4:6～6:4。
本发明的有益效果是：
1)本发明的一种弹性导电包芯纱，以弹性聚烯烃切片为原料作为弹性包芯纱的芯层材料，可以有效的降低生产成本；
2)本发明的一种弹性导电包芯纱，将导电材料原位添加到弹性长丝中，解决了涂覆、浸渍等方式制备的弹性导电包芯纱导电性能不稳定的问题；
3)本发明的一种弹性导电包芯纱，通过以弹性的聚烯烃切片为原料制备并列型的弹性长丝，然后热处理获得弹性卷曲长丝，赋予芯层更优异的弹性性能；
4)本发明的一种弹性导电包芯纱，工艺路线简单，工业化推广容易。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
改性母粒的制备：将碳纳米管与弹性聚烯烃切片按照一定比例均匀混合后喂入双螺杆挤出造粒机喂料斗，在螺杆挤出机内加热熔融混合后从模口挤出熔体长条，在水槽内冷却后干燥切粒，制备含有碳纳米管的弹性聚烯烃改性切片，采用的碳纳米管的管径为4nm，改性弹性聚烯烃切片中碳纳米管的添加比例为10％。
弹性并列双组分长丝的制备：以改性弹性聚烯烃切片和常规的聚烯烃切片为原料进行双组分纺丝，采用的纺丝模头喷丝孔为并列结构，改性弹性聚烯烃切片与常规弹性聚烯烃混合切片和常规聚合物切片分别喂入双组分纺丝机的两个原料喂入系统，熔融混合后再经过过滤、计量后达到特殊纺丝组件，从喷丝孔喷出并列型双组分长丝，冷却、牵伸后卷绕成筒。改性弹性聚烯烃切片占混合弹性切片比例为10％。弹性聚烯烃熔体系统计量泵与常规聚烯烃熔体系统计量泵转速比为3:7，牵伸倍数为15。
螺旋结构长丝的制备：将制备的弹性并列双组分长丝经过烘房整理，并列双组分长丝两种组分软化点不一致导致发生不同程度的收缩，形成螺旋结构的长丝，长丝输送速度为5m/min，热风穿透速度2m/s，热风的温度为145℃。
弹性导电包芯纱：采用纺纱机将包覆短纤维和弹性长丝从纺纱机钳口喂入并合，然后通过加捻形成弹性包芯纱，最后定捻和络筒。包覆纤维和弹性长丝输送的速度比例为6:4。
作为本发明优选的实施例，采用上述方法制备的弹性导电包芯纱的的线密度约为40dtex，弹性伸长率约为150％，电阻率为104～105Ω/cm，拉伸循环10000次后电阻率衰减小于20％。
实施例2
改性母粒的制备：将碳纳米管与弹性聚烯烃切片按照一定比例均匀混合后喂入双螺杆挤出造粒机喂料斗，在螺杆挤出机内加热熔融混合后从模口挤出熔体长条，在水槽内冷却后干燥切粒，制备含有碳纳米管的弹性聚烯烃改性切片，采用的碳纳米管的管径为8nm，改性弹性聚烯烃切片中碳纳米管的添加比例为10％。
弹性并列双组分长丝的制备：以改性弹性聚烯烃切片和常规的聚烯烃切片为原料进行双组分纺丝，采用的纺丝模头喷丝孔为并列结构，改性弹性聚烯烃切片与常规弹性聚烯烃混合切片和常规聚合物切片分别喂入双组分纺丝机的两个原料喂入系统，熔融混合后再经过过滤、计量后达到特殊纺丝组件，从喷丝孔喷出并列型双组分长丝，冷却、牵伸后卷绕成筒。改性弹性聚烯烃切片占混合弹性切片比例为30％。弹性聚烯烃熔体系统计量泵与常规聚烯烃熔体系统计量泵转速比为5:5，牵伸倍数为10。
螺旋结构长丝的制备：将制备的弹性并列双组分长丝经过烘房整理，并列双组分长丝两种组分软化点不一致导致发生不同程度的收缩，形成螺旋结构的长丝，长丝输送速度为4m/min，热风穿透速度3m/s，热风的温度为150℃。
弹性导电包芯纱：采用纺纱机将包覆短纤维和弹性长丝从纺纱机钳口喂入并合，然后通过加捻形成弹性包芯纱，最后定捻和络筒。包覆纤维和弹性长丝输送的速度比例为5:5。
作为本发明优选的实施例，采用上述方法制备的弹性导电包芯纱的的线密度约为60dtex，弹性伸长率约为200％，电阻率为103～105Ω/cm，拉伸循环10000次后电阻率衰减小于10％。
实施例3
改性母粒的制备：将碳纳米管与弹性聚烯烃切片按照一定比例均匀混合后喂入双螺杆挤出造粒机喂料斗，在螺杆挤出机内加热熔融混合后从模口挤出熔体长条，在水槽内冷却后干燥切粒，制备含有碳纳米管的弹性聚烯烃改性切片，采用的碳纳米管的管径为6nm，改性弹性聚烯烃切片中碳纳米管的添加比例为10％。
弹性并列双组分长丝的制备：以改性弹性聚烯烃切片和常规的聚烯烃切片为原料进行双组分纺丝，采用的纺丝模头喷丝孔为并列结构，改性弹性聚烯烃切片与常规弹性聚烯烃混合切片和常规聚合物切片分别喂入双组分纺丝机的两个原料喂入系统，熔融混合后再经过过滤、计量后达到特殊纺丝组件，从喷丝孔喷出并列型双组分长丝，冷却、牵伸后卷绕成筒。改性弹性聚烯烃切片占混合弹性切片比例为40％。弹性聚烯烃熔体系统计量泵与常规聚烯烃熔体系统计量泵转速比为7:3，牵伸倍数为8。
螺旋结构长丝的制备：将制备的弹性并列双组分长丝经过烘房整理，并列双组分长丝两种组分软化点不一致导致发生不同程度的收缩，形成螺旋结构的长丝，长丝输送速度为3m/min，热风穿透速度4m/s，热风的温度为155℃。
弹性导电包芯纱：采用纺纱机将包覆短纤维和弹性长丝从纺纱机钳口喂入并合，然后通过加捻形成弹性包芯纱，最后定捻和络筒。包覆纤维和弹性长丝输送的速度比例为3:7。
采用上述方法制备的弹性导电包芯纱的线密度约为80dtex，弹性伸长率约为300％，电阻率为102～103Ω/cm，拉伸循环10000次后电阻率衰减小于5％。
Claims (9)
1.一种弹性导电包芯纱，其特征在于：所述的弹性导电包芯纱包括：芯层弹性长丝和包覆层短纤维，所述的芯层弹性长丝为卷曲结构长丝，所述的卷曲结构长丝为并列结构双组分长丝，所述的双组分长丝其中一种组分含有导电材料，所述的包覆层短纤维包覆在芯层弹性长丝的表面。
2.根据权利要求1所述的弹性导电包芯纱，其特征在于：所述的弹性导电包芯纱的线密度为10-100dtex，弹性伸长率为100-400％，电阻率为102-105Ω/cm，拉伸循环10000次后电阻率衰减5-20％。
3.根据权利要求1所述的弹性导电包芯纱，其特征在于：所述的弹性导电包芯纱芯层弹性长丝占包芯纱质量的比例为40-60％，芯层弹性长丝自然状态下卷曲数为1-5/cm，并列卷曲长丝的两种组分分别为弹性聚烯烃和常规聚烯烃，其中弹性聚烯烃为7050BF或7020BF，常规聚烯烃为PE、PP，弹性聚烯烃所占的比例分别为30-70％，弹性聚烯烃组分中含有导电材料为碳纳米管，占弹性聚烯烃质量比为1～5％。
4.根据权利要求1所述的弹性导电包芯纱，其特征在于：所述的弹性导电包芯纱包覆层短纤维为棉纤维、PA6短纤维、PET短纤维或PP短纤维中的一种或几种，包覆层短纤维占包芯纱质量的比例为40-60％。
5.一种弹性导电包芯纱的制备方法，适用于如权利要求1-4任一项的弹性导电包芯纱，其特征在于：包括如下步骤：
步骤(1)、改性母粒的制备：将碳纳米管与弹性聚烯烃切片按照一定比例均匀混合后喂入双螺杆挤出造粒机喂料斗，在螺杆挤出机内加热熔融混合后从模口挤出熔体长条，在水槽内冷却后干燥切粒，制备含有碳纳米管的弹性聚烯烃改性切片；
步骤(2)、弹性并列双组分长丝的制备：以改性弹性聚烯烃切片和常规的聚烯烃切片为原料进行双组分纺丝，采用的纺丝模头喷丝孔为并列结构，改性弹性聚烯烃切片与常规弹性聚烯烃混合切片和常规聚合物切片分别喂入双组分纺丝机的两个原料喂入系统，熔融混合后再经过过滤、计量后达到特殊纺丝组件，从喷丝孔喷出并列型双组分长丝，冷却、牵伸后卷绕成筒。
步骤(3)、螺旋结构长丝的制备：将制备的弹性并列双组分长丝经过烘房整理，并列双组分长丝两种组分软化点不一致导致发生不同程度的收缩，形成螺旋结构的长丝；
步骤(4)、弹性导电包芯纱：采用纺纱机将包覆短纤维和弹性长丝从纺纱机钳口喂入并合，然后通过加捻形成弹性包芯纱，最后定捻和络筒。
6.根据权利要求5所述的弹性导电包芯纱的制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中碳纳米管的管径为2-10nm，改性弹性聚烯烃切片中碳纳米管的添加比例为10％。
7.根据权利要求5所述的弹性导电包芯纱的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中改性弹性聚烯烃切片占混合弹性切片比例为10％-50％；弹性聚烯烃熔体系统计量泵与常规聚烯烃熔体系统计量泵转速比为3:7-7:3，牵伸倍数为5-20。
8.根据权利要求5所述的弹性导电包芯纱的制备方法，其特征在于：所述的步骤(3)中长丝输送速度为2-5m/min，热风穿透速度为1-5m/s，热风的温度为145-160℃。
9.根据权利要求5所述的弹性导电包芯纱的制备方法，其特征在于：所述的步骤(4)中包覆纤维和弹性长丝输送的速度比例为4:6-6:4。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202310901543.XA CN117071134A (zh) | 2023-07-21 | 2023-07-21 | 一种弹性导电包芯纱及其制备方法 |
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| CN202310901543.XA CN117071134A (zh) | 2023-07-21 | 2023-07-21 | 一种弹性导电包芯纱及其制备方法 |
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| CN117071134A true CN117071134A (zh) | 2023-11-17 |
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| CN202310901543.XA Pending CN117071134A (zh) | 2023-07-21 | 2023-07-21 | 一种弹性导电包芯纱及其制备方法 |
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2023
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