CN1560336A - 含金属氧化物的永久性防静电纤维及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及纺织行业，具体地说是一种制造永久性防静电纤维的技术。按照本发明所提供的技术方案，永久性防静电纤维的组成为：95％～99％的聚酯切片，1％～5％的金属氧化物。永久性防静电纤维制造方法为：a.共混干燥，先使95％～99％的聚酯切片与1％～5％的金属氧化物混和均匀，再在140～160℃温度下，干燥时间16～18小时；b.螺杆熔融挤压，将聚酯切片熔融成熔体，使已和聚酯切片混和均匀的金属氧化物粉末均匀混入聚酯熔体中；c.纺丝组件，使已均匀混和金属氧化物粉末的熔体温度维持在285～292℃，再从喷丝孔挤出成型，经卷绕拉伸制得永久性防静电纤维。由于本发明是通过电子流动来消除静电的，因而防静电性能与环境湿度没有关系，保证了防静电性能的持续有效。

Description

含金属氧化物的永久性防静电纤维及其生产方法

技术领域

本发明涉及纺织行业，具体地说是一种制造永久性防静电纤维的技术。

背景技术

静电的产生主要是因两个物体进行接触和分离后，物体中的正(+)或负(-)电荷产生过剩而导致。在一般情况下，越是电导率小的非导体(绝缘体)及在干燥的环境中越容易带电。静电放电会产生对人体的静电电击、引燃可燃性物质产生爆炸和燃烧等灾害，同时静电的力学现象和放电现象会导致生产故障，如引起粉尘吸附，纺纱和织造困难，半导体等电子元件、电子仪器破坏和产生误动作等等。

随着现代工业的飞速发展，电子仪器和装置越来越多以及空调的普及而使静电容易产生的环境和场所增加，如何防止人体带电，特别是人们穿着合成纤维制造的服装的比例越来越高情况下，消除静电对工作和生活的危害已成为世界各国纺织科技研究的重要课题。

纺织产品的表面固有电阻一般为10¹³Ω～10²⁰Ω，如将电阻降到10¹⁰Ω以至10⁸Ω以下，则具有良好的抗静电性能。

在现有技术中，生产永久性防静电纤维的技术主要有3种：

(1)纤维或纺织品在亲水性聚合物的乳化分散液中浸渍，吸收处理(吸附)或者在乳液中浸渍后，再进行固化处理。由于亲水性聚合物只是附着于纤维或纺织品的表面，极易洗去，因此这种防静电加工方法得到的防静电效果只适用于一次性使用场合。同时，这种防静电效果受环境湿度的影响很大，在低湿度的环境(＜30％相对湿度)下，没有防静电性能。

(2)纤维或纺织品接枝法是用亲水性单体在纤维或纺织品表面进行接枝聚合，使具有防静电效果的亲水性聚合物牢固地粘合在一起。由于亲水性聚合物吸收水份，使纤维或纺织品上产生的静电荷通过导体水份逸散。接枝方法是利用聚合引发剂如紫外线、放射线、等离子高能射线，在聚合物的一部分主键上形成游离基或离子，再与亲水性单体反应，作为接枝的单体有丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺等，经这种方法处理的纤维的电导率有显著的增加，但织物手感较差，设备投资费用大，防静电性能受环境湿度影响大，目前尚未工业化。

(3)纺丝法是在纤维内部混入具有防静电性能的亲水性聚合物，使纤维本身具有抗静电性，同时，在使用过程中，表面失去的亲水性聚合物可由纤维内部含有的亲水性聚合物不断地向外扩散而得到补充，耐久性能得到一定程度的改善。在聚合物内部添加的防静电剂有磷酸酯、聚乙二醇、磺酸盐、聚烷撑二醇等表面活性剂。但由于加入较多量的防静电剂后，聚酯、聚丙烯、聚酰胺等高聚物的可纺性下降，纤维的机械强度降低，发生原纤化现象，染色性能变差(染深色困难、耐光色牢度变差、加热变黄等)。另外，这类防静电纤维的防静电机理是通过水份来传导电荷，使之逸散，因此，它的防静电效果在一定程度上受环境的影响。

发明内容

本发明的目的在于寻求一种含金属氧化物的永久性防静电纤维及其生产方法，由于本发明是通过电子流动来消除静电的，因而防静电性能与环境湿度没有关系，同时在纤维内部均匀分布的无机材料，保证了防静电性能的持续有效。

按照本发明所提供的技术方案，永久性防静电纤维的组成为：95％～99％的聚酯切片，1％～5％的金属氧化物，单位为重量百分数。

其中的金属氧化物的组成为5％～15％的氧化银粉末，95％～85％的氧化锌粉末，单位为重量百分数，粉末的半径小于5μm。

其中的聚酯切片为聚对苯二甲酸乙二酯高聚物或以聚对苯二甲酸乙二酯为主要成分的聚酯类共聚高聚物。

氧化银是良导体，其用量大于15％时，造成成本过高，且会造成纤维的色泽发黄，用量低于5％时，使粉末的体积电阻过大，因而纺得纤维的电阻也过大，达不到防静电性能要求。氧化锌是半导体类物质，加入后，可在不影响纤维防静电指标的前提下，大大降低成本，当粉末电阻大于5μm时，会影响到纤维的可纺丝性，造成堵孔、断头，得到纤维的最终物理性能指标较差。

永久性防静电纤维制造方法为：a、共混干燥，先使95％～99％的聚酯切片与1％～5％的金属氧化物混和均匀，单位为重量百分数，再在140～160℃温度下，干燥时间16～18小时；b、螺杆熔融挤压，将聚酯切片熔融成熔体，使已和聚酯切片混和均匀的金属氧化物粉末均匀混入聚酯熔体中；c、纺丝组件，使已均匀混和金属氧化物粉末的熔体温度维持在285～292℃，再从喷丝孔挤出成型，经卷绕拉伸制得永久性防静电纤维。

所用的喷丝孔直径为φ0.3毫米，喷丝孔孔数为600孔。

共混干燥的目的是使粉末和聚酯切片混和均匀，使粉末在纤维纺制过程中能在纤维中均匀分布。另外干燥工艺条件为140℃～160℃，时间16～18hr，要求干燥后涤纶切片的含水率小于100ppm。

螺杆熔融挤压是将聚酯切片熔融，并将已和聚酯切片混和均匀的金属氧化物粉末均匀混入聚酯熔体中，由于金属氧化物的粒径较小，在熔体中将成为结晶的成核剂，因此在纺丝时要适当提高纺丝温度，以提高熔体的流变性。合适的熔体温度为285℃～292℃。

纺丝组件是将已均匀混和金属氧化物粉末的熔体从喷丝孔挤出成型，经卷绕拉伸制得永久性防静电纤维。本发明所用喷丝孔径为φ0.3毫米，孔数为600孔。

原来的防静电添加材料有：有机高分子抗静电剂，如磷酸酯、聚乙二醇、聚烷撑二醇等由于所用的抗静电剂是亲水性聚合物，其防静电的基本机理是吸收环境中的水份，使纤维的表面积聚一定量的水分，让电荷通过水份泄漏，所以其抗静电性能要依赖于环境湿度，即湿度为40％(RH)之间时纤维能保持良好的抗静电性，但在40％(RH)以下，将失去抗静电性，同时随时间的延长和洗涤次数的增加，防静电效果逐渐变差。

由于在聚酯纤维中加入了金属氧化物，聚酯纤维上产生的电荷可以由金属氧化物中金属元素(如Ag、Zn)中的电子流动而逸散，因此聚酯纤维的防静电性能不受环境湿度的影响，并且由于金属氧化物加入量很少时就能达到防静电效果，因此对纤维的可纺性和物理性能几乎没有什么影响，从纤维内部到外部，金属氧化物粉末的均匀分布，保证了纤维的防静电性能不受洗涤次数多少的影响，具有永久性。

本发明所用的抗静电剂是无机类材料，除上述氧化银与氧化锌外，还可以采用如二氧化钛、氧化锡以及碳黑等，一定粒径的上述无机类材料与高分子材料共混纺丝制得了永久性防静电纤维，由于其是通过电子流动来消除静电的，因而防静电性能与环境湿度没有关系，同时在纤维内部均匀分布的无机材料，保证了防静电性能的持续有效。

具体实施方式

本发明所用的无机抗静电材料的基本物理性能如表1。

表1防静电粉末性能

外观	乳白色
		平均粒径	2.3μm
电阻	200μ·cm
		比重	4.2g/cm3

为使纤维内抗静电粉末均匀分布，采用母粒纺丝方法制造永久性防静电纤维，首先以20％～30％含量的抗静电粉末，制得防静电母粒，然后与普通聚酯切片共混纺丝得到防静电纤维。

由于防静电粉末的粒径较小，分散在聚酯熔体中，成为熔体结晶的成核剂，提高了纤维的结晶度，因此在纺丝时要适当提高纺丝温度，提高熔体的流变性，适当减小拉伸倍数，减少毛丝的产生。从纤维的断面中可看到，防静电粉末均匀分布于纤维的截面上，从而保证了防静电性能不会随洗涤和磨擦而消失。

制得纤维的物理性能如表2所列。

          表2防静电纤维物理性能

项目	指标
		纤度(dtex)	1.65
强度(cn/dtex)	4.20
		伸长(％)	32.0
倍长纤维(mg/100g)	8.0
		疵点(mg/100g)	12.0
电阻(Ω)	1.2×108

从表中可看到，防静电纤维的物理性能指标(除电阻外)与常规涤纶纤维的性能指标基本接近，因此其使用无特殊要求。

例1：在真空转鼓中加入95％聚对苯二甲酸乙二醇酯切片，5％金属氧化物粉末(其中5％氧化银粉末、95％氧化锌粉末)进行共混干燥，干燥温度为160℃，干燥时间16小时，聚对苯二甲酸乙二醇酯切片的含水率为55ppm，在VD406纺丝机设备上进行纺丝，熔体温度控制在292℃，卷绕速度800米/分钟，拉伸倍数3.98倍，得到纤度为1.65dtex，长度为38毫米的防静电聚酯纤维，其拉伸强度为4.08cn/dtex，断裂伸长为28％，电阻值为1.20×10⁸Ω，达到了防静电纤维电阻值小于10⁹Ω的要求。

例2：在真空转鼓中加入99％聚对苯二甲酸乙二醇酯切片，1％金属氧化物粉末(其中15％氧化银粉末，85％氧化锌粉末)进行共混干燥，干燥温度为140℃，干燥时间18小时，干切片的含水率为67ppm，在VD406纺丝机设备上进行纺丝，熔体温度为288℃，卷绕速度800m/min，拉伸倍数4.01倍，得到纤度为1.65dtex，长度38mm的防静电聚酯纤维，其拉伸强度为4.21cn/dtex，断裂伸长32％，电阻值为1.86×10⁸Ω，符合防静电纤维电阻值的要求。

例3：在真空转鼓中加入97％聚对苯二甲酸-乙二醇酯切片，3％金属氧化物粉末(其中10％氧化银粉末、90％氧化锌粉末)进行共混干燥，干燥温度为150℃，干燥时间17小时，干切片含水率62ppm，在VD406纺丝机设备上进行纺丝，熔体温度为290℃，卷绕速度800m/min，拉伸倍数3.98倍，得到纤度为1.65dtex，长度38mm的防静电聚酯纤维，其拉伸强度为4.11cn/dtex，断裂伸长35％，电阻值为1.55×10⁸Ω，符合防静电纤维电阻值的要求。

例4：在真空转鼓中加入95％聚对苯二甲酸-乙二醇酯切片，5％金属氧化物粉末(其中12％氧化银粉末、88％氧化锌粉末)进行共混干燥，干燥温度为145℃，干燥时间17.5小时，干切片含水率89ppm，在VD406纺丝机设备上进行纺丝，熔体温度为291℃，卷绕速度800m/min，拉伸倍数3.98倍，得到纤度为1.67dtex，长度38mm的防静电聚酯纤维，其拉伸强度为3.98cn/dtex，断裂伸长37％，电阻值为0.98×10⁸Ω，符合防静电纤维电阻值的要求。

例5：在真空转鼓中加入95％聚对苯二甲酸乙二醇酯切片，5％金属氧化物粉末(其中8％氧化银粉末、92％氧化锌粉末)进行共混干燥，干燥温度为155℃，干燥时间16.5小时，干切片含水率75ppm，在VD406纺丝机设备上进行纺丝，熔体温度为290℃，卷绕速度800m/min，拉伸倍数3.98倍，得到纤度为1.67dtex，长度38mm的防静电聚酯纤维，其拉伸强度为3.95cn/dtex，断裂伸长38％，电阻值为1.17×10⁸Ω，符合防静电纤维电阻值的要求。

例6：采用40％例2纺得的抗静电聚酯纤维，与60％棉纤维混纺，制得了32S防静电涤/棉纱线，其断裂强度为2.3cn/dtex，断裂伸长6.34％，电阻值为3.2×10⁹Ω。

用上述纱线织造的防静电面料，未洗时表面电阻为1.1×10⁸Ω，摩擦带电电压为182V，摩擦电荷密度为1.2μc/m²，而加入导电纤维的同类织物表面电阻为1.7×10⁸Ω，摩擦电荷密度为1.4μc/m²，经50次洗涤后表面电阻为1.3×10⁸Ω，摩擦带电压为535V，摩擦电荷密度为2.3μc/m²。而加入导电纤维的同类织物表面电阻为1.9×10¹⁰Ω，50次洗涤后摩擦带电压为1320V，摩擦电荷密度为3.5μc/m²。

上述测试是根据GB/T12703-1991标准进行的。

除了上述两种实际应用的例子外，本发明还可用来生产其它类型的永久性防静电纺织产品，如防静电非织造织物，目前非织造织物的用量越来越大，由于其原料大部份是合成纤维，在生产过程和最终用途中就不可避免地遇到静电问题，以前采用防静电整理的方法来解决，但是在低湿度(＜30％RH)时不能解决静电问题的，因而采用ANTS永久性防静电纤维是一个最佳的解决办法，可开发防静电针刺地毯、防静电针刺过滤毡、用于易燃易爆场合的非织造织物、计算机软盘内衬等系列防静电非织造产品。

此外，本发明还能用来制造高性能洁净室工作服，集成电路等电子产品，要求在高洁净度的空间中进行制造，一个微弱的放电过程就会使产品报废，因此对人体穿着的防护服装要求具有截留人体产生的污染颗粒(高效的过滤率)、良好的防静电性能(低磨擦电压)，由于加入导电纤维的纯涤纶织物的电晕放电起始电压在2000V左右，因此不能满足电子行业磨擦电压小于50V的要求，为达到上述要求，电子行业洁净室用防护服，一般同时采用导电纤维和防静电整理或防静电纤维二种防静电措施，对于耐洗性和无湿度要求来看，ANTS防静电纤维无疑是最佳选择。

以金属氧化物作为防静电剂，采用共混法生产的ANTS防静电纤维具有良好的物理性能，其电阻达到了防静电性能要求；同时采用40％ANTS防静电纤维与棉混纺的纱线，面料和服装防静电性能优良，具有耐洗性并且不受环境湿度的影响，是一种理想的防静电纺织产品。

Claims (5)

1、一种含金属氧化物的永久性防静电纤维，其特征在于，该永久性防静电纤维的组成为：95％～99％的聚酯切片，1％～5％的金属氧化物，单位为重量百分数。

2、根据权利要求1所述的含金属氧化物的永久性防静电纤维，其特征在于，金属氧化物的组成为5％～15％的氧化银粉末，95％～85％的氧化锌粉末，单位为重量百分数，粉末的半径小于5μm。

3、根据权利要求1所述的含金属氧化物的永久性防静电纤维，其特征在于，聚酯切片为聚对苯二甲酸乙二酯。

4、一种含金属氧化物的永久性防静电纤维的生产方法，其特征在于，a、共混干燥，先使95％～99％的聚酯切片与1％～5％的金属氧化物混和均匀，单位为重量百分数，再在140～160℃温度下，干燥时间16～18小时；b、螺杆熔融挤压，将聚酯切片熔融成熔体，使已和聚酯切片混和均匀的金属氧化物粉末均匀混入聚酯熔体中；c、纺丝组件，使已均匀混和金属氧化物粉末的熔体温度维持在285～292℃，再从喷丝孔挤出成型，经卷绕拉伸制得永久性防静电纤维。

5、根据权利要求4所述的含金属氧化物的永久性防静电纤维的生产方法，其特征在于，所用的喷丝孔直径为φ0.3毫米，喷丝孔孔数为600孔。