CN110484991A - 一种高性能阻燃混纺纤维的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高性能阻燃混纺纤维的制备方法，将纳米ATO和碳纳米管复配，纳米ATO和碳纳米管的质量比为1：1‑100，制成双组分纳米导电剂，备用：按重量份计，将4‑11份大豆蛋白质二甲亚砜溶液、1‑5份氢氧化镁溶液、1‑5份氢氧化铝溶液、50‑100份聚丙烯晴二甲亚砜溶液和4‑11份聚氨酯二甲亚砜溶液混合，得到纺丝浆液；本发明首先通过海绵进行除湿和除尘，通过第二弹簧的设置，使得海绵具有很好的缓冲性，可保护纤维，同时便于适用不同粗细的纤维，通过风扇将加热元件产生的热风吹到烘干箱中，加快空气流动，提高烘干效率，通过两交叉设置的挡板来延长热量在烘干箱的时间，使得纤维受热更加均匀，烘干效果好。

Description

一种高性能阻燃混纺纤维的制备方法
技术领域
本发明涉及混纺纤维制备技术领域，具体涉及一种高性能阻燃混纺纤维的制备方法。
背景技术
化学纤维自问世以来，以其许多天然纤维无法比拟的优良性能，得到了迅速发展，市场不断扩大。但同时，在生产和使用过程中也暴露出了它们存在的一个重要的共同特点，就是吸湿性差，在使用过程中易产生静电并由此给工业生产及人民生活带来危害，这使得对合成纤维的抗静电性能的研究越来越为人们所关注。
腈纶是一种应用广泛的化学纤维，质地蓬松，手感柔软，密度小，保暖性好，回弹性高，具有优异的耐光性、耐候性和较好的染色性，有人造羊毛之称，是羊毛的最佳替代品。目前其产量再合成纤维中仅次于聚酯纤维和聚酰胺纤维，位于第三位。但是由于它的疏水性和绝缘性，其静电现象严重。腈纶在加工过程中集束困难，与工件会发生缠绕，制成品易污染吸尘；穿着时因放电使人产生不舒适感。
在专利号为CN03115288.0中公布了植物蛋白-腈纶复合纤维及其制造方法，通过植物蛋白改性腈纶，使其具有良好的抗静电性，但是该方法中，仍然存在下述缺陷，1、无法利用聚氨酯纤维的高弹性提高大豆蛋白质与聚丙烯晴纤维共混复合纤维的回弹性；同时不具备通过不同形貌和性质的纳米ATO和碳纳米管之间合理的配比，来大幅度改善聚丙烯腈纤维的导电性能；2、在对纤维烘干的过程中，不能通过两交叉设置的挡板来延长热量在烘干箱的时间，使得纤维受热更加均匀，烘干效果好；并且不能将面料收卷的更加紧实、不松散。
发明内容
为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种高性能阻燃混纺纤维的制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种高性能阻燃混纺纤维的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将纳米ATO和碳纳米管复配，纳米ATO和碳纳米管的质量比为1：1-100，制成双组分纳米导电剂，备用：
步骤二、按重量份计，将4-11份大豆蛋白质二甲亚砜溶液、50-100份聚丙烯晴二甲亚砜溶液、1-5份氢氧化镁溶液、1-5份氢氧化铝溶液和4-11份聚氨酯二甲亚砜溶液混合，得到纺丝浆液；
步骤三、将上述双组分纳米导电剂与纺丝浆液及分散剂一起置于反应釜中充分搅拌，得到共混溶液，双组分纳米导电剂与纺丝浆液的质量比为1:4-200；然后在超声波分散设备中处理10min-150min，超声波分散功率为100W-1200W、分散频率为20kHz-120kHz，最后经减压过滤、真空脱泡，制得共混纺丝原液；
步骤四、将共混纺丝原液经过过滤、计量泵后，通过喷丝孔挤入凝固浴中，拉伸在水溶液中进行，拉伸倍数为3-8，得到纤维，在烘干设备中进行烘干，将成卷纤维放置在放卷辊上，一端穿过烘干箱缠绕在收卷辊上，首先通过海绵进行除湿和除尘，然后启动加热元件和风扇工作，风扇将加热元件产生的热风吹到烘干箱中，通过两交叉设置的挡板来延长热量在烘干箱时间，对纤维进行烘干，最后缠绕在收卷辊上，制成阻燃混纺纤维。
作为本发明进一步的方案：所述聚丙烯晴二甲亚砜溶液是由纤维级聚丙烯晴溶解于二甲亚砜中得到的，溶液中聚丙烯晴固体含量基于重量为12-20％；聚氨酯二甲亚砜溶液是由纤维级聚氨酯溶解于二甲亚砜中得到的，溶液中聚氨酯固体含量基于重量为15-35％；大豆蛋白质二甲亚砜溶液中大豆蛋白质的固体含量基于重量为9-15％。
作为本发明进一步的方案：所述凝固浴为重量浓度为50-60％的二甲亚砜水溶液，浴温为25-35℃，纺丝速度为5-10m/min。
作为本发明进一步的方案：所述碳纳米管为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的至少一种。
作为本发明进一步的方案：所述单壁碳纳米管、多壁碳纳米管经酸化处理。
作为本发明进一步的方案：步骤一中纳米ATO为灰白色-蓝色粉体，pH值为4.0-7.0，粒径为20-100nm。
作为本发明进一步的方案：步骤三中分散剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂，分散剂用量为双组分纳米导电剂质量的0.5-3％。
作为本发明进一步的方案：所述烘干设备的工作步骤为：将成卷纤维放置在放卷辊上，一端穿过烘干箱缠绕在收卷辊上，首先通过海绵进行除湿和除尘，然后启动加热元件和风扇工作，风扇将加热元件产生的热风吹到烘干箱中，通过两交叉设置的挡板来延长热量在烘干箱时间，对纤维进行烘干，最后缠绕在收卷辊上，制成阻燃混纺纤维。
作为本发明进一步的方案：烘干设备包括底座、放卷机构、烘干箱和收卷机构，所述纤维穿过烘干箱缠绕在收卷辊上；所述底座的顶部一端安装有放卷机构，所述放卷机构由放卷支架、转轴、放卷辊、滑轨和减速机构组成，所述转轴贯穿两放卷支架，且两放卷支架内侧转轴上套接有放卷辊，一放卷支架的一侧固定安装有滑轨，所述滑轨上设置有用于降低转轴转速的减速机构，所述减速机构包括机架、锁紧螺母、丝杆、刹车片、安装块和手轮，两机架底部与滑轨滑动连接，两机架内侧相对安装有安装块，两安装块内侧相对安装有刹车片，所述刹车片和安装块均为弧形结构，所述丝杆一端固定安装有手轮，所述丝杆的另一端贯穿两机架，且通过锁紧螺母锁紧；
所述底座的顶部中心处固定安装有烘干箱，所述烘干箱的顶部固定安装有加热箱，所述加热箱的内部固定安装有风扇，所述风扇的一侧固定安装有加热元件，所述加热箱通过管道与烘干箱连接，所述烘干箱的内部上端交叉安装有两挡板，所述烘干箱的底部内壁中心处固定安装有支撑架，所述支撑架上传动连接有支撑辊，所述烘干箱的内壁且靠近放卷辊的一侧对称安装有两除尘组件；
所述除尘组件包括安装板、斜杆、第二弹簧和海绵，所述安装板上铰链连接有斜杆，所述斜杆倾斜设置，所述斜杆远离的一端安装有海绵，所述海绵为楔块形，所述斜杆上三分之二处与安装板通过倾斜的第二弹簧连接；
所述烘干箱靠近收卷支架的一侧开设有滑槽，所述滑槽的内部固定安装有第一弹簧，所述第一弹簧上固定安装有滑块，所述滑块上铰链连接有支撑杆，支撑杆倾斜设置，所述支撑杆上传动连接有导向辊；
所述底座的顶部另一端设置有收卷机构，所述收卷机构包括收卷支架、收卷辊、压辊、第三弹簧、横梁、气缸和U型板，两收卷支架固定在底座上，两收卷支架之间传动连接有收卷辊，所述收卷辊由电机驱动，两收卷支架外侧均固定安装有气缸，所述气缸的伸缩杆上固定安装有横梁，所述横梁的底部通过多根第三弹簧与U型板连接，所述U型板内侧传动连接有压辊。
本发明的有益效果：
1、本发明利用蛋白质的酸性染料可染性，与人体的亲和性，改变聚丙烯腈纤维的染色性、抗静电性，利用聚氨酯纤维的高弹性提高大豆蛋白质与聚丙烯晴纤维共混复合纤维的回弹性；即保留了聚丙烯晴纤维原有的优点，又克服了聚丙烯晴纤维带静电以及人体亲和性差的缺点；并且通过不同形貌和性质的纳米ATO和碳纳米管之间合理的配比，在聚丙烯腈基体中形成导电通路，可以大幅度改善聚丙烯腈纤维的导电性能，用上述材料和制备方法得到的聚丙烯腈纤维具有良好的导电性能；同时通过氢氧化镁和氢氧化铝使其具有良好的阻燃性；
2、在对纤维进行烘干的步骤中，首先通过海绵进行除湿和除尘，通过第二弹簧的设置，使得海绵具有很好的缓冲性，可保护纤维，同时便于适用不同粗细的纤维，通过风扇将加热元件产生的热风吹到烘干箱中，加快空气流动，提高烘干效率，通过两交叉设置的挡板来延长热量在烘干箱的时间，使得纤维受热更加均匀，烘干效果好；
3、在对纤维进行收卷的步骤中，通过收卷机构的设置，使得但压辊与收卷辊始终相抵触，从而能够持续对纤维施加压紧力，使纤维始终被压紧至平整状态再缠绕在收卷辊上，保证了收卷纤维时纤维收卷紧实、不松散；通过放卷机构的设置，使纤维一直保持绷紧的状态，不松散。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明烘干设备内部结构示意图；
图2是本发明烘干设备整体结构示意图；
图3是本发明烘干箱侧视结构示意图；
图4是本发明除尘组件整体结构示意图；
图5是本发明收卷机构正视结构示意图；
图6是本发明放卷机构正视结构示意图；
图7是本发明减速机构整体结构示意图。
图中：1、底座；2、放卷辊；3、烘干箱；4、纤维；5、收卷支架；6、加热箱；7、除尘组件；8、支撑辊；9、支撑架；10、支撑杆；11、导向辊；12、收卷辊；13、压辊；14、加热元件；15、风扇；16、挡板；17、滑槽；18、第一弹簧；19、滑块；20、安装板；21、斜杆；22、第二弹簧；23、海绵；24、第三弹簧；25、横梁；26、气缸；27、U型板；28、转轴；29、滑轨；30、减速机构；301、机架；302、锁紧螺母；303、丝杆；304、刹车片；305、安装块；306、手轮；31、放卷支架。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-7所示，一种高性能阻燃混纺纤维的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将纳米ATO和碳纳米管复配，纳米ATO和碳纳米管的质量比为1：1-100，制成双组分纳米导电剂，备用：
步骤二、按重量份计，将4-11份大豆蛋白质二甲亚砜溶液、50-100份聚丙烯晴二甲亚砜溶液、1-5份氢氧化镁溶液、1-5份氢氧化铝溶液和4-11份聚氨酯二甲亚砜溶液混合，得到纺丝浆液；
步骤三、将上述双组分纳米导电剂与纺丝浆液及分散剂一起置于反应釜中充分搅拌，得到共混溶液，双组分纳米导电剂与纺丝浆液的质量比为1:4-200；然后在超声波分散设备中处理10min-150min，超声波分散功率为100W-1200W、分散频率为20kHz-120kHz，最后经减压过滤、真空脱泡，制得共混纺丝原液；
步骤四、将共混纺丝原液经过过滤、计量泵后，通过喷丝孔挤入凝固浴中，拉伸在水溶液中进行，拉伸倍数为3-8，得到纤维，在烘干设备中进行烘干，将成卷纤维放置在放卷辊上，一端穿过烘干箱缠绕在收卷辊上，首先通过海绵进行除湿和除尘，然后启动加热元件和风扇工作，风扇将加热元件产生的热风吹到烘干箱中，通过两交叉设置的挡板来延长热量在烘干箱时间，对纤维进行烘干，最后缠绕在收卷辊上，制成阻燃混纺纤维。
所述聚丙烯晴二甲亚砜溶液是由纤维级聚丙烯晴溶解于二甲亚砜中得到的，溶液中聚丙烯晴固体含量基于重量为12-20％；聚氨酯二甲亚砜溶液是由纤维级聚氨酯溶解于二甲亚砜中得到的，溶液中聚氨酯固体含量基于重量为15-35％；大豆蛋白质二甲亚砜溶液中大豆蛋白质的固体含量基于重量为9-15％。
所述凝固浴为重量浓度为50-60％的二甲亚砜水溶液，浴温为25-35℃，纺丝速度为5-10m/min。
所述碳纳米管为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的至少一种。
所述单壁碳纳米管、多壁碳纳米管经酸化处理。
步骤一中纳米ATO为灰白色-蓝色粉体，pH值为4.0-7.0，粒径为20-100nm。
步骤三中分散剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂，分散剂用量为双组分纳米导电剂质量的0.5-3％。
所述烘干设备的工作步骤为：将成卷纤维放置在放卷辊上，一端穿过烘干箱缠绕在收卷辊上，首先通过海绵进行除湿和除尘，然后启动加热元件和风扇工作，风扇将加热元件产生的热风吹到烘干箱中，通过两交叉设置的挡板来延长热量在烘干箱时间，对纤维进行烘干，最后缠绕在收卷辊上，制成阻燃混纺纤维。
烘干设备包括底座1、放卷机构、烘干箱3和收卷机构，所述纤维4穿过烘干箱3缠绕在收卷辊12上；所述底座1的顶部一端安装有放卷机构，所述放卷机构由放卷支架31、转轴29、放卷辊2、滑轨28和减速机构30组成，所述转轴29贯穿两放卷支架31，且两放卷支架31内侧转轴29上套接有放卷辊2，一放卷支架31的一侧固定安装有滑轨28，所述滑轨28上设置有用于降低转轴29转速的减速机构30，所述减速机构30包括机架301、锁紧螺母302、丝杆303、刹车片304、安装块305和手轮306，两机架301底部与滑轨28滑动连接，两机架301内侧相对安装有安装块305，两安装块305内侧相对安装有刹车片304，所述刹车片304和安装块305均为弧形结构，所述丝杆303一端固定安装有手轮306，所述丝杆303的另一端贯穿两机架301，且通过锁紧螺母302锁紧；
所述底座1的顶部中心处固定安装有烘干箱3，所述烘干箱3的顶部固定安装有加热箱6，所述加热箱6的内部固定安装有风扇15，所述风扇15的一侧固定安装有加热元件14，所述加热箱6通过管道与烘干箱3连接，所述烘干箱3的内部上端交叉安装有两挡板16，所述烘干箱3的底部内壁中心处固定安装有支撑架9，所述支撑架9上传动连接有支撑辊8，所述烘干箱3的内壁且靠近放卷辊2的一侧对称安装有两除尘组件7；
所述除尘组件7包括安装板20、斜杆21、第二弹簧22和海绵23，所述安装板20上铰链连接有斜杆21，所述斜杆21倾斜设置，所述斜杆21远离的一端安装有海绵23，所述海绵23为楔块形，所述斜杆21上三分之二处与安装板20通过倾斜的第二弹簧22连接；
所述烘干箱3靠近收卷支架5的一侧开设有滑槽17，所述滑槽17的内部固定安装有第一弹簧18，所述第一弹簧18上固定安装有滑块19，所述滑块19上铰链连接有支撑杆10，支撑杆10倾斜设置，所述支撑杆10上传动连接有导向辊11；导向辊11对纤维4进行导向，同时纤维4在受到热风时，会通过支撑杆10和滑块19压缩第一弹簧18，使得纤维4具有良好的缓冲作用，避免损坏了纤维4；
所述底座1的顶部另一端设置有收卷机构，所述收卷机构包括收卷支架5、收卷辊12、压辊13、第三弹簧24、横梁25、气缸26和U型板27，两收卷支架5固定在底座1上，两收卷支架5之间传动连接有收卷辊12，所述收卷辊12由电机驱动，两收卷支架5外侧均固定安装有气缸26，所述气缸26的伸缩杆上固定安装有横梁25，所述横梁25的底部通过多根第三弹簧24与U型板27连接，所述U型板27内侧传动连接有压辊13。
本发明的工作原理：将成卷纤维4放置在放卷辊2上，一端穿过烘干箱3缠绕在收卷辊12上，首先通过海绵23进行除湿和除尘，海绵23固定在斜杆21上，斜杆21上三分之二处通过第二弹簧22安装板20连接，第二弹簧22的设置，使得海绵23具有很好的缓冲性，可保护纤维4，同时便于适用不同粗细的纤维4，然后启动加热元件14和风扇15工作，风扇15将加热元件14产生的热风吹到烘干箱3中，通过两交叉设置的挡板16来延长热量在烘干箱3内的时间，使得纤维4受热更加均匀，烘干效果好；
通过驱动气缸26工作，通过伸缩杆带动横梁25上升与下降，使得第三弹簧24在自然状态下，压辊13与纤维4相抵触，纤维4在收卷的过程中，纤维4通过压辊13与收卷辊12之间的间隙被压紧至平整状态在缠绕在收卷辊12上，随着收卷工作的进行，收卷辊12上的纤维4厚度逐渐增加，但压辊13与收卷辊12始终相抵触，从而能够持续对纤维4施加压紧力，使纤维4始终被压紧至平整状态再缠绕在收卷辊12上，保证了收卷纤维4时纤维4收卷紧实、不松散；在收卷的过程中，由于收卷辊12上的纤维4厚度逐渐增加，第三弹簧24被压缩程度也逐渐增大，压辊13施加在纤维4上的压紧力也逐渐增大，为了防止压辊13对纤维4造成损伤，驱动气缸26工作，通过伸缩杆带动横梁25适当上升，从而降低第三弹簧24对纤维4被压缩程度，使压辊13施加在纤维4上的压紧力得到减小；
放卷辊2在放料的过程中，为了使纤维4一直保持绷紧的状态，不松散，可以适当降低放卷辊2的转速，通过旋转手轮306，带动丝杆303转动，从而带动两机架301相对运动，带动两刹车片304与转轴28接触，并通过锁紧螺母302锁紧丝杆303，从而降低放卷辊2转速。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高性能阻燃混纺纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将纳米ATO和碳纳米管复配，纳米ATO和碳纳米管的质量比为1：1-100，制成双组分纳米导电剂，备用：
步骤二、按重量份计，将4-11份大豆蛋白质二甲亚砜溶液、50-100份聚丙烯晴二甲亚砜溶液、1-5份氢氧化镁溶液、1-5份氢氧化铝溶液和4-11份聚氨酯二甲亚砜溶液混合，得到纺丝浆液；
步骤三、将上述双组分纳米导电剂与纺丝浆液及分散剂一起置于反应釜中充分搅拌，得到共混溶液，双组分纳米导电剂与纺丝浆液的质量比为1:4-200；然后在超声波分散设备中处理10min-150min，超声波分散功率为100W-1200W、分散频率为20kHz-120kHz，最后经减压过滤、真空脱泡，制得共混纺丝原液；
步骤四、将共混纺丝原液经过过滤、计量泵后，通过喷丝孔挤入凝固浴中，然后在水溶液中进行拉伸，拉伸倍数为3-8，得到纤维，在烘干设备中进行烘干，将成卷纤维放置在放卷辊上，一端穿过烘干箱缠绕在收卷辊上，首先通过海绵进行除湿和除尘，然后启动加热元件和风扇工作，风扇将加热元件产生的热风吹到烘干箱中，通过两交叉设置的挡板来延长热量在烘干箱时间，对纤维进行烘干，最后缠绕在收卷辊上，制成阻燃混纺纤维。
2.根据权利要求1所述的一种高性能阻燃混纺纤维的制备方法,其特征在于，所述聚丙烯晴二甲亚砜溶液是由纤维级聚丙烯晴溶解于二甲亚砜中得到的，溶液中聚丙烯晴固体含量基于重量为12-20％；聚氨酯二甲亚砜溶液是由纤维级聚氨酯溶解于二甲亚砜中得到的，溶液中聚氨酯固体含量基于重量为15-35％；大豆蛋白质二甲亚砜溶液中大豆蛋白质的固体含量基于重量为9-15％。
3.根据权利要求1所述的一种高性能阻燃混纺纤维的制备方法,其特征在于，所述凝固浴为重量浓度为50-60％的二甲亚砜水溶液，浴温为25-35℃，纺丝速度为5-10m/min。
4.根据权利要求1所述的一种高性能阻燃混纺纤维的制备方法,其特征在于，所述碳纳米管为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的一种高性能阻燃混纺纤维的制备方法,其特征在于，所述单壁碳纳米管、多壁碳纳米管经酸化处理。
6.根据权利要求1所述的一种高性能阻燃混纺纤维的制备方法,其特征在于，步骤一中纳米ATO为灰白色-蓝色粉体，pH值为4.0-7.0，粒径为20-100nm。
7.根据权利要求1所述的一种高性能阻燃混纺纤维的制备方法,其特征在于，步骤三中分散剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂，分散剂用量为双组分纳米导电剂质量的0.5-3％。
8.根据权利要求1所述的一种高性能阻燃混纺纤维的制备方法,其特征在于，所述烘干设备的工作步骤为：将成卷纤维放置在放卷辊上，一端穿过烘干箱缠绕在收卷辊上，首先通过海绵进行除湿和除尘，然后启动加热元件和风扇工作，风扇将加热元件产生的热风吹到烘干箱中，通过两交叉设置的挡板来延长热量在烘干箱时间，对纤维进行烘干，最后缠绕在收卷辊上，制成阻燃混纺纤维。
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