CN105780190A - 一种高分子复合抗静电纤维 - Google Patents

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Abstract

一种高分子复合抗静电纤维，其特征在于，所述纤维的复合结构为皮芯型，皮层的横截面为四叶型，芯层为十字型，且在纤维表层中芯层与皮层的交叉处会有芯层部分裸露，所述芯层含有复合抗静电剂。

Description

一种高分子复合抗静电纤维
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体地说是一种高分子复合抗静电纤维。
背景技术
高分子合成材料，它具有优良的理化性能和加工性能，而且成本低，因而在汽车、电子电气、家电、纤维等领域将具有广阔的应用前景。尤其在纤维领域，复合纤维在性能上综合了高分子树脂各自的优点，例如具有特别优异的柔软性、弹性回复性，加工性能、电气性能、机械性能和尺寸的稳定性特点，具有优良的抗皱性和耐化学性，抗日光性、耐污性、低静电性、易染色性、低吸水率等优点。但是高分子复合纤维在生产及使用过程中容易产生静电，将造成吸尘、放电危害等，影响其的使用效果。
抗静电纤维具有防静电、吸收电磁波等特性，是防静电防爆服、无尘无菌服、高档服装及家纺等高附加值产品的必需原料，应用于航空航天、国防军工、石化、采矿、微电子、生物医药、精密加工、纺织服装等众多领域，市场前景广阔。
抗静电纤维的制备一般通过在高分子基体中添加微米或纳米级功能填料，包括炭黑、金属及金属氧化物粉末、碳纳米管或纳米碳纤维等，然后经纺丝工艺制得。为实现抗静电功能，填料含量必须超过某一特定值时才能形成抗静电网络，该值通常被称为“逾渗阈值”。传统填料(如炭黑和金属粉末)的逾渗阈值较高，往往超过20﹪，由此带来可纺性变差、纤维强度下降、手感僵硬、纤度和密度增加等问题。
发明内容
本发明的第一个目的是针对上述技术现状，提供一种高分子复合抗静电纤维，所述纤维的复合结构为皮芯型，皮层的横截面为四叶型，芯层为十字型，且在纤维表层芯层与皮层的交叉处会有芯层部分裸露，所述芯层含有复合抗静电剂。
进一步，所述皮层为聚酯、聚酰胺及聚烯烃。
进一步，所述芯层为聚对苯二甲酸丁二酯、聚对苯二甲酸丙二酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚二氯乙烯及聚丙烯腈。
进一步，所述芯层优选为聚苯胺改性聚丙烯腈。
进一步，所述复合抗静电剂是由以下原料制备而成：十甲基环五硅氧烷、氧化石墨烯、HO(CH2CH2O)2H、丙三醇单硬脂酸酯与烷基磺酸钠复配物、分子量在5000～10000的聚己二酸异丁二酯、尿素、偏重亚硫酸钾、纳米级掺锑氧化锡、气相二氧化硅、水适量。
更进一步，所述复合抗静电剂是由以下重量份的原料制备而成：十甲基环五硅氧烷4-10份、氧化石墨烯2-3份、HO(CH2CH2O)2H5份、丙三醇单硬脂酸酯与烷基磺酸钠复配物2-3份、分子量在5000～10000的聚己二酸异丁二酯4-8份、尿素3份、偏重亚硫酸钾2份、纳米级掺锑氧化锡1-3份、气相二氧化硅2份、水适量。
进一步，皮芯至重量比为3:7，其中复合抗静电剂占芯层重量的2-4%。
本发明进一步提供一种上述纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）皮层用真空转鼓干燥设备，在真空度小于0.1KPa的条件下，分别在温度60℃和80℃的条件下连续干燥18小时，测得干切片水含量为88ppm；然后进入第一螺杆挤出机，经过第一螺杆挤出机熔融挤压成为可纺丝的熔体，熔融挤压过程分为4段，各段温度分别为280℃、290℃、295℃、290℃，将上述熔体传输到纺丝箱体中，并进一步分配到复合组件中；
（2）芯层与复合抗静电剂在高速剪切机中剪切、混合，然后进入第二螺杆挤出机，熔融挤压，传输到纺丝箱体中，并进一步分配到复合组件中；
（3）侧吹风风速0.6米/秒，风温20℃，经油轮上油，由导丝盘控制张力，纺速为4000m/min。
进一步，所述复合抗静电剂的制备方法包括如下步骤：将十甲基环五硅氧烷、分子量在5000～10000的聚己二酸异丁二酯、气相二氧化硅、水升温至60-70℃，用剪切式搅拌器搅拌10-15min，然后加入HO(CH2CH2O)2H、丙三醇单硬脂酸酯与烷基磺酸钠复配物、尿素、偏重亚硫酸钾，继续搅拌15-20min，接着加入氧化石墨烯、纳米级掺锑氧化锡，然后用球磨机进行研磨，研磨时间为6-16h，最后出料。
本发明的有益效果：
1、本发明通过将复合纤维截面制成四叶型，本身就具备一定的吸湿导汗性，有利于纤维抗静电性能的提高；
2、抗静电剂只加在芯层，既不影响纤维的整体力学性能，又可以在四叶型的四个叶端暴露，即纤维与外界直接接触的表面处是有抗静电效果的，这样相对于抗静电剂在整个纤维中使用的情况，抗静电效果影响不大，但是却可以获得高的纤维强度和低成本；
3、复合抗静电剂的配方是本发明人长期实验筛选所得，各种物质相辅相成，既有非常好的抗静电性能，又与纤维芯层树脂有非常好的相容性，所得纤维的力学性能得到保障；
4、复合抗静电剂是经过剪切式搅拌、研磨等工序制备得到，实验证明，仅仅共混搅拌是不能发挥其良好的抗静电性能的。
本申请中如无特殊说明，所述数值均与重量相关，即重量、重量份、重量比、重量百分比。
具体实施方式
实施例1
一种高分子复合抗静电纤维，所述纤维的复合结构为皮芯型，皮层的横截面为四叶型，芯层为十字型，且在纤维表层中芯层与皮层的交叉处会有芯层部分裸露，芯层含有复合抗静电剂：十甲基环五硅氧烷10份、氧化石墨烯3份、HO(CH2CH2O)2H5份、丙三醇单硬脂酸酯与烷基磺酸钠复配物2份、分子量在5000～10000的聚己二酸异丁二酯6份、尿素3份、偏重亚硫酸钾2份、纳米级掺锑氧化锡1份、气相二氧化硅2份、水适量；皮层为聚酯，芯层为聚苯胺改性聚丙烯腈，皮芯至重量比为3:7，其中复合抗静电剂占芯层重量的2%。其中，纤维的制备是（1）皮层用真空转鼓干燥设备，在真空度小于0.1KPa的条件下，分别在温度60℃和80℃的条件下连续干燥18小时，测得干切片水含量为88ppm；然后进入第一螺杆挤出机，经过第一螺杆挤出机熔融挤压成为可纺丝的熔体，熔融挤压过程分为4段，各段温度分别为280℃、290℃、295℃、290℃，将上述熔体传输到纺丝箱体中，并进一步分配到复合组件中；（2）芯层与复合抗静电剂在高速剪切机中剪切、混合，然后进入第二螺杆挤出机，熔融挤压，传输到纺丝箱体中，并进一步分配到复合组件中；（3）侧吹风风速0.6米/秒，风温20℃，经油轮上油，由导丝盘控制张力，纺速为4000m/min。复合抗静电剂的制备是将十甲基环五硅氧烷、分子量在5000～10000的聚己二酸异丁二酯、气相二氧化硅、水升温至60-70℃，用剪切式搅拌器搅拌15min，然后加入HO(CH2CH2O)2H、丙三醇单硬脂酸酯与烷基磺酸钠复配物、尿素、偏重亚硫酸钾，继续搅拌20min，接着加入氧化石墨烯、纳米级掺锑氧化锡，然后用球磨机进行研磨，研磨时间为6h，最后出料。
对比例1
一种高分子复合抗静电纤维，其特征在于，所述纤维的复合结构为皮芯型，皮层的横截面为四叶型，芯层为十字型，且在纤维表层中芯层与皮层的交叉处会有芯层部分裸露，皮芯和芯层都含有复合抗静电剂：十甲基环五硅氧烷10份、氧化石墨烯3份、HO(CH2CH2O)2H5份、丙三醇单硬脂酸酯与烷基磺酸钠复配物2份、分子量在5000～10000的聚己二酸异丁二酯6份、尿素3份、偏重亚硫酸钾2份、纳米级掺锑氧化锡1份、气相二氧化硅2份、水适量；皮层为聚酯，芯层为聚苯胺改性聚丙烯腈，皮芯至重量比为3:7，其中复合抗静电剂占纤维重量的2%。纤维的纺丝制备过程以及复合抗静电剂制备参考实施例1。
实施例1的纤维较低的单丝纤度3dtex、较高的强度≥2.4cN/dtex、和较低的电阻率≤109S/cm，满足抗静电需求。
相比，对比例1的纤维单纤纤度3dtex，强度为1.6cN/dtex，和较低的电阻率≤109S/cm，满足抗静电需求。
实施例1与对比例1相比可以发现，实施例1中复合抗静电剂的用量为对比例1的70%，然而二者均能满足常规行业内常规抗静电织物的标准，因此成本大大减低。而且实施例1中因为使用了较少的抗静电剂，因此获得较高的强度。可见，本申请具有有益的技术效果。
对比例2
一种高分子复合抗静电纤维，所述纤维的复合结构为皮芯型，皮层的横截面为四叶型，芯层为十字型，且在纤维表层中芯层与皮层的交叉处会有芯层部分裸露，芯层含有复合抗静电剂：十甲基环五硅氧烷10份、氧化石墨烯3份、HO(CH2CH2O)2H5份、丙三醇单硬脂酸酯与烷基磺酸钠复配物2份、分子量在5000～10000的聚己二酸异丁二酯6份、尿素3份、偏重亚硫酸钾2份、纳米级掺锑氧化锡1份、气相二氧化硅2份、水适量；皮层为聚酯，芯层为聚苯胺改性聚丙烯腈，皮芯至重量比为3:7，其中复合抗静电剂占芯层重量的2%。纤维制备参考实施例1，复合抗静电剂是将各组分同时加入升温至60-70℃，用剪切式搅拌器搅拌45min。
对比例2纤维单纤纤度3dtex，强度为0.8cN/dtex，和电阻率约1010S/cm，抗静电性能劣于实施例1。
实施例1与对比例2相比可以发现，复合抗静电剂通过本发明的搅拌、研磨等方法制备，会提高分散性以及与纤维的相容性，提高其抗静电性和纤维强度。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (5)

1.一种高分子复合抗静电纤维，其特征在于，所述纤维的复合结构为皮芯型，皮层的横截面为四叶型，芯层为十字型，且在纤维表层中芯层与皮层的交叉处会有芯层部分裸露，所述芯层含有复合抗静电剂。
2.根据权利要求1所述的纤维，其特征在于，所述皮层为聚酯、聚酰胺及聚烯烃。
3.根据权利要求1所述的纤维，其特征在于，所述芯层为聚对苯二甲酸丁二酯、聚对苯二甲酸丙二酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚二氯乙烯及聚丙烯腈。
4.根据权利要求3所述的纤维，其特征在于，所述芯层优选为聚苯胺改性聚丙烯腈。
5.根据权利要求1所述的纤维，其特征在于，所述复合抗静电剂是由以下原料制备而成：十甲基环五硅氧烷、氧化石墨烯、HO(CH2CH2O)2H、丙三醇单硬脂酸酯与烷基磺酸钠复配物、分子量在5000～10000的聚己二酸异丁二酯、尿素、偏重亚硫酸钾、纳米级掺锑氧化锡、气相二氧化硅、水适量。
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