静电预防技术成果
摘要:
传统的抗静电产品主要为聚合物/碳黑(或金属氧化物)复合材料,其中导电填料的添加量很高(20-40WT%),导致材料的成型加工性和力学性能变差。碳纳米管的导电强度可达铜的10000倍以上;其机械强度是钢的100倍,但重量仅是钢的1/7,是一种新型纳米导电纤维。本研究采用机械共混和原位聚合的方法,通过优化加工工艺及选用特殊分散剂,在碳纳米管含量较低(<4wt%)的情况下,成功地制备了综合性能优良的聚酯/碳纳米管导电母粒及导电纤维。
关键词:聚酯、碳纳米管、机械共混、原位聚合、导电纤维
1. 导电、抗静电复合材料简介
化学纤维具有质量轻、综合性能好、成型加工性好、价格低廉等优点,在纺织工业发展中占重要地位[1]。在全国纺织工业原料中,化纤已占63%。近20年化纤产量年平均增长15%,1998年中国化纤产量首次超过美国跃居世界第一,已占世界总产量的24%。纺织品出口2000年达到524亿美元,占世界纺织品贸易额的13%。
多数化学纤维具有较高的体积电阻,在生产和使用中因摩擦和感应产生静电。例如,穿着普通服装在绝缘地面上行走时,人体静电电位可达到3000V以上,外衣静电电位可达到8000V以上。静电使衣物的穿著舒适性差,较高的静电压可对人体产生电击。静电是化纤等纺织行业加工过程中的质量及安全事故隐患[2,3]。化学纤维在纺织加工过程中,由于静电作用,易使棉卷成卷不良、粘卷;梳棉机输出的棉网成型不良,产生破边等现象;在并粗细等工序中,由于静电吸引而产生绕罗拉、缠皮辊现象,且在车间易产生飞花;在织造时易造成开口不清,并在使用中易吸附灰尘,产生缠绕、放电现象。静电放电是化工、石油、矿山及粉碎加工等行业引起火灾、爆炸等事故的诱发因素。另外,静电放电产生的电磁辐射会对各种电子设备、信息系统造成电磁干扰,这是在电子、通信、航空、航天以及其它应用电子仪器的场合导致设备运转故障、信号丢失、误码的直接原因之一。鉴于静电引起的巨大危害,从1996年4月起实施的日本劳动安全卫生规定就要求所有工作服必须具有抗静电性能,许多欧美国家也有类似的规定,在石油、化工、精密机械、煤矿、食品、医药等行业均对静电的防护有特殊的要求。
聚合物/碳黑复合纤维是应用最为广泛的导电纤维品种之一[4,5,6]。1974年美国Dupont公司率先开发了以含碳黑的PE为芯,PA66为鞘的皮芯复合导电纤维AntronⅢ;1978年日本东丽公司生产了以含碳黑的聚合物为岛PAN为海的海岛型导电纤维“SA 7”。此后各大化纤公司纷纷开始含碳黑复合导电纤维的研究与生产,到80年代末期,日本碳黑复合型导电纤维的年产量达到200t。
表1列出了文献报导的部分导电纤维的特点及导电性能:
表1 部分导电纤维的特点及导电性能
导电纤维名称
|
特点 |
体积电阻率
ρv(Ω•cm ) |
SA-7炭黑复合
导电腈纶短纤维
|
属海岛型复合纤维,炭黑高浓度集中于岛相,形成纤维纵向导电通路,具有聚丙烯腈纤维的优良物性。 |
7X103 |
Antron炭黑复合
导电锦纶66
|
是以含炭黑高聚物为芯,尼龙66为鞘的同心圆状芯鞘复合导电纤维,保持锦纶66纤维全部优良物理力学性能。 |
102-105 |
PAREL炭黑复合
导电锦纶6长丝 |
导电组分在中间的三层同心圆型复合纤维,炭黑含量少,导电性好,纤维力学性能符合要求。 |
102-105
|
皮芯复合导电涤纶
|
以涂SnO2的TiO2与PE、液态石蜡、硬脂酸为芯,以PET为皮,芯/皮比例为1:6 ,纤维保持优良物性。 |
5.5X107 |
在传统的聚合物/碳黑复合导电纤维中,导电填料的添加量很高(20-30WT%),导致材料的成型加工性和力学性能变差,急需寻找新的导电填料以制备综合性能优良的导电复合材料,国际学术界与知名公司均看好碳纳米管作为新一代导电填料的学术研究价值及巨大的商业价值。
2. 碳纳米管(CNT)的特性
碳纳米管直径一般为几纳米至几十纳米,长度可达数微米甚至数毫米。它是空心的管状纤维结构[7,8],具有很强的表面效应,量子尺寸效应,局域场效应和特殊的界面区等很多奇异的物理和化学现象。它的导电强度可达铜的10000倍以上;其强度是钢的100倍,但重量仅是钢的1/7。此外 ,碳纳米管具有的比表面积适中、充放电能力强等物理及电学特性 ,可用于汽车、机械、电子、军事等领域的超级电容器制造 ,并可与各种金属、非金属及高分子材料复合组成综合性能优异的高强度复合材料、导电材料、屏蔽材料及隐身材料等等。
碳纳米管作为一种新型材料被发现至今已十余年,但尚未得到工业应用。主要有两大制约因素:一是碳纳米管低成本大批量制备技术;另一个是深入的应用技术。本实验室已成功地实现了15公斤/小时碳纳米管大批量生产,图1显示了碳纳米管的聚集状态及微观结构。该项技术已于2001年11月通过了教育部组织的专家鉴定,并获中国专利授权(CN01118349.7)[9,10]。
图1 碳纳米管的聚团结构
另外,我们在碳纳米管表面修饰、高温纯化、高分子复合等应用技术的开发方面做了大量基础研究工作。
3. 机械共混制备聚酯/CNT导电纤维
机械共混具有低成本、高效率、工艺稳定等优点,是制备复合材料最为常用的方法。由于碳纳米管是以催化剂为中心放射性外延生长的,且具有很大的(102-103)长径比和高的表面能,一般以微米级的聚团存在。许多研究表明,碳纳米管在聚合物中极易团聚,产生分相,削弱了与高分子基体间的接口结合力,使其自身优异的性能不能在复合材料中反映出来。
本实验采用预混-挤出-切粒-纺丝加工过程,控制挤出温度在230-270℃,螺杆转速为40-150rpm。通过大量共混试验及微观分析,发现偶联剂对碳纳米管在聚酯基体中分散性有很大的影响,并且直接决定了复合材料的导电性。优化了共混工艺及分散剂以后,在CNT添加量(重量比)较低时制得的复合材料的体积电阻大幅度下降(降低1012以上),达到了导电纤维的标准(见表2)。
表2 聚酯/碳纳米管复合材料的体积电阻率
样品 |
分散剂 |
CNT(wt%) |
ρv (Ω·cm ) |
普通聚酯 |
\ |
\ |
1014 |
1 |
I |
0.5 |
>107 |
2 |
2 |
3 |
4 |
4 |
II |
0.5 |
>107 |
5 |
2 |
3.8×103 |
6 |
6 |
4.0×102 |
7 |
10 |
3.5×101 |
通过扫描电镜对碳纳米管在聚酯基体中的分散状态进行了分析,采用I号分散剂时,碳纳米管呈明显聚团状(如图2),未能形成导电通路,因而复合材料的体积电阻较高。采用II号分散剂时,碳纳米管聚团被打开(如图3),由于碳纳米管长径比很大,只需很小的用量就能形成导电网络,使材料具有良好的导电性。
图2 聚酯/CNT的扫描电镜照片(I号分散剂)(图中园形明亮区为CNT聚团)
图3 聚酯/CNT的扫描电镜照片(II号分散剂)-良好的分散性
4. 原位聚合制备聚酯/CNT导电纤维母粒
原位聚合是制备纳米复合材料的有效方法。由于碳纳米管的分子结构与聚合物有一定的相似性,且表面有少量的羟基、羧基等极性基团,通过原位聚合反应,可以使碳纳米管与高分子产生化学结合,从而改善两相间的相互作用,起到导电和增强的效果。
本实验过程为:碳纳米管预分散-单体酯化-缩聚反应。表2列出了原位聚合制备的聚酯/碳纳米管复合材料的体积电阻率。
表2 聚酯/碳纳米管复合材料的体积电阻率
样品 |
CNT(wt%) |
ρv (Ω·cm ) |
µ |
普通聚酯 |
\ |
1014 |
0.650 |
1 |
0.6 |
2.0×107 |
0.561 |
2 |
2 |
6.5×104 |
0.479 |
3 |
4 |
3.9×102 |
0.250 |
由表2可见,加入少量碳纳米管以后,复合材料的体积电阻大幅度下降。随着碳纳米管含量的逐步增加,聚酯的粘度有所降低,但能够满足后续纺丝工艺的要求。
通过扫描电镜对碳纳米管在聚酯基体中的分散状态进行了分析,发现碳纳米管的聚团大部分被打开,高分子渗透到了聚团内部。当碳纳米管含量达到4%时,在聚酯基体中形成了导电网络( 见图4)。
图4 原位聚合制备的聚酯/CNT(4WT%)的扫描电镜照片
5. 纺丝
采用复合纺丝的方法,制备了聚酯/CNT复合导电纤维,并用该纤维制成织物(见图4)。
图4 聚酯/CNT复合导电纤维及织物
6. 对电导率资料的理论分析
将采用II号分散剂机械共混和原位聚合两种不同方法得到的复合材料体积电阻率数据换算为标准单位的体积电导率数据,并在双对数坐标下对碳纳米管含量作图,得到较好的线性关系,如图5所示。由此说明,实验中制备的碳纳米管/聚酯复合材料导电性属于典型的渗流行为,满足渗流定律公式:
式中:σ为电导率,K为常数,ρ为碳纳米管含量,ρc为渗流阈值,t为渗流指数
由实验数据的拟合结果可知,两种方法制备的碳纳米管/聚酯复合材料渗流导电行为具有不同的常数K和渗流阀值ρc,但具有相同的渗流指数t值,约为5.5。该渗流指数值也与本实验室研究的其它碳纳米管/高分子复合材料的渗流导电指数吻合,可能与本实验室所产碳纳米管的团聚结构有关。两种方法的渗流阈值ρc均在0.01~0.1%之间,表明在聚酯基体中加入很少量的碳纳米管就可能达到导电阈值,使聚酯体积电阻率开始迅速下降。相关规律有待于进一步的理论分析和低含量碳纳米管复合材料的实验验证。
6. 小结
通过机械共混和原位聚合的方法,制备了聚酯/碳纳米管导电复合材料,并对其微观结构进行了深入分析。
采用机械共混的方法,通过控制挤出工艺及偶联剂,在碳纳米管含量较低(2WT%)的情况下,就能使复合材料导电。
采用原位聚合的方法,在碳纳米管含量达到4WT%时,复合材料具有较好的导电性。从试验结果及微观分析来看,需要进一步改善碳纳米管的分散状态,以降低其用量。
下一步还需要进一步完善复合纺丝的工艺,以制备导电性好的复合纤维。
参考文献:
1. 季国标,产业用纺织品,2002.1:1~5.
2. 管义夫,静电手册,北京:科学出版社,1981.3.
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9. 魏飞,罗国华,王垚,李志飞,汪展文,骞伟忠,金涌,“一种流化床连续化制备碳纳米管的方法及其反应装置”,CN01118349.7.
10.Yu Hao, Zhang Qunfeng, Wei Fei, Qian Weizhong, Luo Guohua, Carbon 2003(41):2855-2863.
导电纤维是采用共混融熔纺丝所制造的纤维,或采用金属纤维包覆、表面加工等使纤维具有优良的导电性。导电纤维在电子业、医药及精密仪器等领域应用非常广泛。 目前开发的导电纤维有: 1、新型聚酯高导电纤维MeganaE5 2003年日本Unitika纤维公司开发的新型聚酯高导电纤维MeganaE5,是一种含碳双组分长丝。该纤维采用与特殊的高导电纤维相配套的双组分纺丝工艺,最大限度地发挥该材料的优点,在织物表面涂上亲水树脂或纺入一部分其他纤维,弥补该材料回潮率低,疏水性高,容易产生静电的缺点,最大限度的满足该纤维的更高性能要求。同时为提高导电率,在聚合物中还加入具有导电性能的高浓度碳,从而获得较高的稳定性能。该纤维截面有呈三叶排列的碳粒子。该纤维导电率是常规导电纤维的2倍。它主要用于制作特殊环境下的制服,包括半导体厂清洁室内使用的清洁服、抗静电材料等。该纤维于2003年在日本销售50多万米。 2、调节温度的尼龙纤维 日本钟纺合纤公司日前与出光公司联合开发出了世界首款可调节温度的尼龙纤维。该纤维可以根据外界气温的急剧变化,将衣服里面的温度调节到人体感觉最舒服的程度。新的纤维里边安装有出光公司开发的可以随温度变化吸热和放热的“温度调节聚合物”。不管在热天还是冷天,都能够保持人体表面的温度。 3、导电纤维Belltron Belltron是将碳黑或白色金属化合物作为导电性微粒、按一定浓度配合制作成导电材料,再与普通高聚合物通过熔融复合纺丝而制得导电纤维。所以,在织物中只要少量混入Belltron,即可发挥充分的抗静电性能,因其作用并不依赖于水分,它在低湿度环境下仍能发挥稳定的抗静电性能。由于普通高聚物成分保持了一般合成纤维的物理性,因此Belltron对弯曲、摩擦、冲击等物理作用显示出优异的耐久性。而且经洗涤、干洗、紫外线照射、染色后整理等过程,其导电性能也不下降,有着极高的稳定性。 4、聚苯胺复合抗静电面料 中国采用合成纤维为导体,聚苯胺为导电剂,成功制成了具有优异导电性能的复合导电纤维。此纤维在服用方面可与普通合成纤维交织制成抗静电面料,制作抗静电工作服;为了孕妇、儿童的安全需要,也可作电磁波屏蔽的保护服。 复合导电纤维在导电材料和抗静电领域应用广泛,可制作半导体器件,电磁波屏蔽材料及抗静电材料。
本文来自《中华纺织网》
纺织品特别是化纤制品的静电问题已经越来越多的被人们重视。为了解决织物静电问题,主要采用了抗静电后整理法、吸湿性纤维混纺法、导电纤维混纺或交织法等,其中前两种方法由于耐久或受环境条件的限制,应用受到了限制;而导电纤维混纺法越来越多的得到广泛应用。在导电纤维类中,有机复合导电纤维由于与其他纤维性质类似,易于混纺或交织,易于染色等优点,应用更广泛。
有机复合导电纤维几乎可与各种纤维混纺或交织,但在纺织加工时应根据混纺纤维种类、加工过程、最终用途等选择适当的导电纤维。同时,在染整加工时应选择适当的工艺,以使导电纤维发挥更佳的效果。
含有机导电纤维织物的前处理
各种有机导电纤维由于基体(PA6、PA66、PET等)的不同、导电物质(炭黑、金属化合物等)的不同、截面形状(皮芯型、偏心小圆、中心小圆、薄片夹心等)的不同,对于染整加工前处理的表现也不同。
前处理根据混纺织物的不同而有不同的加工工艺。对于毛织物或毛涤织物,主要受到湿热、酸、还原剂等作用,以除杂、洗呢、缩呢、漂白等;对于涤棉或棉织物,主要受到湿热、碱、氧化剂等作用,以退浆、去杂、煮练、漂白等;对于涤纶长丝仿毛或仿丝绸等织物,主要受到湿热、碱等作用,以退浆、去除油剂、减量等;对于涤锦复合织物,主要受到湿热、碱等作用,以退浆、去除油剂、开纤等。所以,有机导电纤维在这些织物中,会承受不同的化学作用。所幸运的是,大多有机导电纤维对于湿热、酸、碱、氧化和还原等化学处理都具有一定的耐受能力。但是,有些剧烈条件如强酸或强碱会影响到导电纤维基体的性能,从而影响其使用。
表1是尼龙6织物在不同减量处理时的强力变化,处理温度为:130℃、30min。
表2和图1是涤纶长丝军港呢和涤锦(PA6)长丝织物在不同减量情况下的强力变化。从中可以看出,尼龙6在对碱是较敏感的,在热碱中由于降解,造成的强力下降较大,但随着碱浓度的增大,在一定时间内强力变化不大。这与涤纶的减量不同,涤纶随着碱浓度的增大,减量率增大,发生剥皮现象,纤维变细,从而使得强力降低。从表2和图1也可以看出,初始时涤锦复合织物的强力下降较快,随后变缓,而涤纶的强力一直下降。
表1 尼龙6织物在不同涤纶减量处理时的强力变化
织物及处理 |
经向强力,N |
纬向强力,N |
经向强力下降,% |
纬向强力下降,% |
锦纶6坯布 |
1080 |
966.7 |
0 |
0 |
军港呢碱量7.1%时锦纶溅布(15g/l) |
540 |
470 |
50 |
51.4 |
军港呢碱量13.7%时锦纶6布 |
526.7 |
470 |
51.2 |
51.4 |
军港呢碱量33% 时锦纶6布 |
503.3 |
430 |
53.4 |
55.5 |
军港呢碱量13.7% 时锦纶6经过前定型布 |
531.7 |
466.7 |
50.8 |
51.7 |
表2 不同织物不同减量对其强力的影响
涤纶长丝军港呢 |
涤锦(PA6)复合长丝织物 |
减量率,% |
强力,N |
强力下降,% |
减量率,% |
强力,N |
强力下降,% |
0 |
1130 |
0 |
0 |
1147 |
0 |
4.5 |
1115 |
1.3 |
3.5 |
995 |
13.2 |
5.6 |
1097.5 |
2.9 |
4.4 |
985 |
14.1 |
6.6 |
1002.5 |
11.2 |
5.6 |
975 |
14.9 |
7.2 |
965 |
14.6 |
6.5 |
915 |
20.2 |
8.4 |
940 |
16.8 |
7.6 |
907 |
20.9 |
10.8 |
920 |
18.6 |
8.4 |
890 |
22.4 |
12.6 |
897 |
20.7 |
12.2 |
880 |
23.3 |
15.2 |
830 |
26.5 |
14.0 |
850 |
25.9 |
16.5 |
798 |
29.4 |
18.1 |
810 |
29.4 |
21.5 |
725 |
35.8 |
24.8 |
780 |
32 |
27 |
560 |
50.4 |
28.4 |
705 |
38.5 |
36.8 |
430 |
61.9 |
34.1 |
700 |
38.9 |
41.8 |
320 |
71.6 |
|
|
|
53.4 |
235 |
79.2 |
|
|
|
另外,从锦纶6在纯碱中强力变化较小,这点从表3可以看出。在纯碱浴70℃下强力没有发生变化。
表3 锦纶6在热纯碱中的强力变化
1#锦纶6织物 |
5g/l 纯碱 |
70℃×40min |
强力(T) 1110N |
2#锦纶6织物 |
10g/l 纯碱 |
70℃×40min |
强力(T) 1100N |
3#锦纶6织物 |
15g/l 纯碱 |
70℃×40min |
强力(T) 1100N |
4#锦纶6织物 |
20g/l 纯碱 |
70℃×40min |
强力(T) 1080N |
注:1#~4#工艺流程: 180℃×40S—加纯碱处理—100℃×50S烘干
因此,在涤纶长丝类织物实际生产时,如需较大减量时,应尽量避免使用锦纶6为基体的导电纤维,而且选择涤纶或锦纶66为基体的导电纤维时也要避免使用表面涂碳的皮芯型。对于毛涤或毛织物类,可尽量使用尼龙为基体的导电纤维,因为尼龙比涤纶更耐酸,而且染色方便。通常热处理对织物混入的有机导电纤维的导电性能影响不大。
含有机导电纤维织物的染色
由于有机导电纤维通常在织物中,用量较小,所以一般不需要在染色时特别注意。但对于一些深色织物中,混入浅色导电丝时,应当对导电丝染色。
对于涤纶基的导电纤维,可以用分散染料染色,这在毛涤混纺、涤棉混纺及纯涤织物中应用起来很方便。对于尼龙基的导电纤维,可以采用酸性染料、中性染料、活性染料及分散染料染色,对于牢度要求较高时,应尽量采用中性染料染色,因此,尼龙基的导电纤维用于纯毛织物、毛涤织物、锦纶织物及涤锦复合织物都具有染色方便的特点;用于涤纶或涤棉混纺织物时,应对分散染料加以选择,否则有些分散染料会不上染尼龙或染色较浅,这时也可以采用酸性或中性染料补色的方法。
含有机导电纤维织物的后整理
通常来说,含有机导电纤维织物的后整理根据整个织物的最终用途来实施,勿需特别处理,尤其对于有机导电短纤混纺织物更是如此。有些织物需要柔软整理,可采用柔软剂;有的需要抗皱整理,可采用抗皱整理剂;有的需要吸湿舒适整理,可采用防静电剂整理;有的可能需要复合处理,以达到多种要求,如仿毛长丝军港呢等,既要柔软抗皱,又要防污吸湿。
对于有机导电长丝用于纯涤等化纤织物时,由于导电纤维的嵌入,使得织物摩擦产生的静电大多得以电晕放电或泄漏放电,不会出现主动吸灰的现象。但在干燥及空气灰尘较多时,沉落在织物表面的灰尘颗粒会因导电纤维周围的放电而集中于导电纤维周围,形成灰条。解决此问题的办法是利用高吸湿性整理剂处理织物,降低织物整个表面的比电阻,增强织物整个表面的静电泄漏能力,同时还能达到吸湿、舒适、防污和易去污等效果。这里重点介绍抗静电多功能整理剂JPTM-01(即PTM-01)在多异长丝仿毛凡立丁(军港呢)的应用情况。
含有机导电纤维军港呢后整理
试验材料及方法
①试验仪器:Mathis 自动程控LTE烘箱; 台湾亚矶小轧车;洗涤机;HANAU色牢度计;SYG7001色牢度计;SYG7001汗渍牢度计;HANAU绝缘氙灯色牢度计。
②试验材料:涤纶长丝仿毛军港呢 ; 试剂如下。
品名 有效成份 供应商
抗静电剂NX 15%
抗静电剂TS 15%
抗静电剂JPTM 15% 上海新纶
柔软剂JPBC(氨基硅类) 15% 上海新纶
柔软剂HWB(环氧硅类) 15% 上海新纶
柔软剂HWR(多醚键硅类) 15% 上海新纶
抗静电剂JPTM-01 13% 上海新纶
③测试方法:
易去污性能测试:滴一滴污油滴在织物表面上,并在其上加2公斤负荷,保持10分钟。将织物浸入蒸馏水中,观察尘污释放情况。
水洗色牢度测试:使用HANAU色牢度仪按照GB/T3921.3-1997 ISO 105-C03:1989 进行测试。
摩擦脱色色牢度试验:使用SYG7001色牢度计,按照GB/T3920-1997 ISO-X12: 1993 进行测试。
汗渍牢度试验(酸/碱):使用SYG7001汗渍牢度计,按照GB/T3922-1995 ISO 105-E04:1994 进行测试。
热处理色牢度试验 GB/T6152-1997 ISO 105-X 11:1994
光照色牢度试验(氙灯):使用HANAU绝缘氙灯色牢度计按照GB/T8427-1998 ISO 105-B02:1994进行测试。
折痕回复角:使用YG 541织物弹性仪按照BG/T3819-1997(=ISO 2313: 1972)进行测试。
织物静电测试(静电值/半衰期):使用LFY-4B静电仪按照FZ/T01042-1996(条件:20±2℃,40±3%)测试。
亲水性试验:按照AATCC 79方法进行试验。
耐水洗试验操作方法:本试样采用y(B)089全自动缩水率机,用2公斤试样布,将试样布全部放入机内,因样布重量不够,用备好的衬衣布凑足重量,每次用标准合成洗涤剂放25g。程序编号为采用4A:程序为加热洗涤及漂洗时的搅拌为缓和,温度为50℃±3,液面高度为10cm,该洗涤温度下洗涤8min冷却,加冷水到液面13cm,然后搅拌3min;脱水再进水至13cm,然后搅拌2min;脱水再进水至13cm,然后搅拌2min再脱水。完成以上程序为一次洗涤,试验耐30次或50次水洗则重复以上操作。
试验内容
①整理剂性能小样试验(试验1)
对织物单独用抗静电剂和柔软剂整理后,考察单一得抗静电剂或柔软剂对织物弹性、抗灰尘沾污性能、吸水性和易去污性能的影响。具体配方及工艺见表3-1。
表3-1 整理剂性能试验配方及工艺
|
1# |
2# |
3# |
4# |
5# |
6# |
7# |
助剂 |
TS |
NX |
JPTM |
JPTM-01 |
JPBC |
HWB |
HWR |
用量(g/L) |
25 |
25 |
25 |
20 |
20 |
20 |
20 |
PH值 |
5-6 |
NaHCO33g/L |
5-6 |
5-6 |
5-6 |
5-6 |
5-6 |
温度(℃) |
135 |
135 |
135 |
135 |
135 |
135 |
135 |
时间(s) |
50 |
50 |
50 |
50 |
50 |
50 |
50 |
轧液率(%) |
65 |
65 |
65 |
65 |
65 |
65 |
65 |
采用棕绿军港呢,在化验室中的小轧车上浸轧:浸轧:二浸二轧,试验用小轧车,在100°C条件下烘干,然后在135°C 焙烘50 秒。
②后整理工艺小样试验(试验2)
采用棕绿军港呢,在试验1中选出性能较好的抗静电剂和柔软剂,进行优化试验。在大机上浸轧:一浸一轧,在100°C条件下烘干,然后在135°C 焙烘50秒。具体配方及主要参数见表3-2。
表3-2 大样试验配方及主要工艺参数
方案 |
A |
B |
C |
D |
助剂
用量
(g/l) |
NX |
25 |
— |
— |
25 |
JPTM-01 |
— |
25 |
25 |
— |
JPBC |
20 |
20 |
|
|
HWR |
— |
— |
20 |
20 |
NaHCO3 |
3 |
— |
— |
3 |
PH值 |
|
5-6 |
5-6 |
|
温度(℃) |
135 |
135 |
135 |
135 |
时间(s) |
50 |
50 |
50 |
50 |
轧液率(%) |
65 |
65 |
65 |
65 |
试验结果及讨论
对试验一所选取的抗静电剂和柔软剂单独对织物进行整理,整理后的织物性能指标见表3-4~表3-7,从表3-4所列的折皱恢复度测试结果可以看出,经柔软剂JPBC处理的5#样表现出优异的弹性恢复性能,有机硅柔软整理后织物的急、缓弹性度,无论是轧焙后,还是洗15或30次以后均很好,都比单纯用抗静电剂整理的要好。从表3-5织物的色牢度测试数据来看,以经抗静电剂JPTM处理的3#样和经柔软剂HWR处理的5#样表现出优良的性能,用抗静电剂NX整理后熨烫色牢度中的干变色和潮变色以及耐皂洗色牢度中的变色项较差,其它方案各项性能相差无几。从表3-6吸灰试验结果来看,以经抗静电剂JPTM-01处理的4#样和抗静电剂NX处理的2#效果最好,吸灰最轻。根据以上试验数据,选择性能较佳的抗静电剂和柔软剂进行组合试验。
表3-4 各种处理织物的弹性恢复性能(试验一)
方案 |
1# |
2# |
3# |
4# |
5# |
6# |
7# |
轧焙后 |
急 |
304.0 |
306.0 |
305.8 |
303.8 |
305.4 |
311.6 |
299.2 |
缓 |
320.4 |
319.6 |
320.8 |
317.2 |
318.0 |
322.6 |
312.2 |
洗15次后 |
急 |
302.2 |
316.0 |
304.2 |
311.8 |
325.0 |
322.0 |
313.4 |
缓 |
313.6 |
327.6 |
314.2 |
321.2 |
330.2 |
330.2 |
325.4 |
洗30次后 |
急 |
316.2 |
326.6 |
320.2 |
307.6 |
330.0 |
323.4 |
314.0 |
缓 |
324.8 |
333.8 |
330.2 |
317.0 |
338.9 |
332.2 |
322.9 |
注:轧烘前军港呢急弹为297.4°,缓弹310.2°。
表3-5 色牢度测试结果
方案 |
耐烫色牢度 |
耐皂洗色牢度 |
耐摩擦色牢度 |
干变色 |
潮变色 |
潮棉沾色 |
湿变色 |
湿棉沾色 |
变色 |
涤沾色 |
棉沾色 |
干棉沾色 |
湿棉沾色 |
整理前 |
4-5 |
4-5 |
4-5 |
4-5 |
4-5 |
4-5 |
4-5 |
3 |
4-5 |
4-5 |
1# |
4-5 |
4 |
4-5 |
4-5 |
4-5 |
4-5 |
4-5 |
3 |
4 |
3-4 |
2# |
3 |
3-4 |
4-5 |
4 |
4-5 |
3 |
4-5 |
3 |
4-5 |
3-4 |
3# |
4 |
4 |
4-5 |
4 |
4-5 |
4 |
4-5 |
3 |
4-5 |
3-4 |
4# |
4 |
4 |
4-5 |
4 |
4-5 |
4 |
4-5 |
3 |
4-5 |
3-4 |
5# |
4 |
4 |
4-5 |
4 |
4-5 |
4-5 |
4-5 |
3-4 |
4-5 |
4 |
6# |
4 |
4 |
4-5 |
4 |
4-5 |
4 |
4-5 |
2-3 |
4 |
3 |
7# |
4-5 |
4-5 |
4-5 |
4-5 |
4-5 |
4-5 |
4-5 |
3 |
4-5 |
4-5 |
表3-6 吸灰试验
方案 |
1# |
2# |
3# |
4# |
5# |
6# |
7# |
轧焙后 |
— |
— |
— |
— |
+ |
— |
— |
洗15次后 |
+ |
— |
— |
— |
+ |
+ |
— |
洗30次后 |
+ |
— |
+(轻) |
— |
+ |
+ |
+ |
(吸灰:+ 不吸灰:—)
②生产设备进行的大试(试验二)的结果见表3-7~表3-14。从表3-7可以看出,抗静电剂NX与柔软剂JPBC一起使用的弹性回复性能明显差于其它方案,抗静电剂JPTM-01与柔软剂JPBC或HWR一起使用处理后的织物经多次洗涤后弹性回复性能明显差于其它方案;抗静电剂JPTM-01与柔软剂JPBC一起使用和抗静电剂NX与柔软剂HWR一起使用弹性回复性能出色。
从表3-8染色牢度可以看出,抗静电剂NX与柔软剂HWR处理后的织物耐烫色牢度中的湿变色性能、耐皂洗色牢度中的变色性能、棉沾色性能、耐摩擦牢度中的湿棉沾色性能均较其它方案为差;抗静电剂NX与柔软剂JPBC处理后的织物耐烫色牢度中湿棉沾色性能、耐皂洗牢度中的棉沾色、耐摩擦色牢度中湿棉沾色三项也较差;而抗静电剂JPTM-01整理后的各项牢度性能较为出色。这说明JPTM-01对织物的色牢度影响较小。
表3-7 弹性测试结果(试验2)
方案 |
A |
B |
C |
D |
整理后 |
急 |
295.8 |
311.8 |
311.6 |
313.0 |
缓 |
306.2 |
321.6 |
321.0 |
322.6 |
洗15次后 |
急 |
308.4 |
316.8 |
312.6 |
311.4 |
缓 |
318.4 |
326.4 |
322.4 |
320.2 |
洗30次后 |
急 |
298.6 |
314.4 |
317.0 |
297.9 |
缓 |
307.8 |
324.4 |
325.4 |
309.2 |
表3-8 色牢度测试结果
方案 |
耐烫色牢度 |
耐皂洗色牢度 |
耐摩擦色牢度 |
干变色 |
潮变色 |
潮棉沾色 |
湿变色 |
湿棉沾色 |
变色 |
涤沾色 |
棉沾色 |
干棉沾色 |
湿棉沾色 |
整理前 |
4-5 |
4-5 |
4-5 |
4-5 |
4-5 |
4-5 |
4-5 |
3 |
4-5 |
4-5 |
A |
3-4 |
3-4 |
4-5 |
2-3 |
4-5 |
2 |
3-4 |
2 |
3-4 |
2 |
B |
4 |
4 |
4 |
4 |
4-5 |
4 |
4-5 |
3 |
4-5 |
3-4 |
C |
4 |
4 |
4 |
4 |
4-5 |
3-4 |
4-5 |
3 |
|
3-4 |
D |
4 |
4-5 |
4-5 |
3 |
3-4 |
2-3 |
3-4 |
2 |
3-4 |
2 |
从表3-9来看,织物经整理后,其亲水性有较大提高,而且抗静电剂与亲水型有机硅混用比与氨基硅更好。
从表3-10织物整理前后的表面电阻来看,抗静电剂JPTM-01具有较好的电荷泄漏性能,并且具有良好的耐久性,它可使仿毛涤纶织物的表面电阻下降5个数量级。这从表3-11也可以发现类似的规律,说明JPTM-01具有较好的抗静电性能。
表3-9 整理后织物亲水性能测试结果(秒)
方案 |
A |
B |
C |
D |
整理前 |
>60 |
>60 |
>60 |
>60 |
整理后 |
3 |
6 |
<1 |
2 |
洗5次后 |
37 |
1 |
<1 |
<1 |
洗10次后 |
8 |
1 |
<1 |
<1 |
洗20次后 |
2 |
1 |
<1 |
<1 |
洗30次后 |
1 |
2 |
<1 |
<1 |
表3-10 织物表面电阻(Ω)
方案 |
A |
B |
C |
D |
整理前 |
1014 |
1014 |
1014 |
1014 |
整理后 |
1010 |
1010 |
109 |
109 |
洗15次后 |
1010 |
1010 |
109 |
109 |
洗30次后 |
109 |
1010 |
109 |
1010 |
测试仪器:日本SLD699表面电阻测试仪
表3-11 整理后织物半衰期测试(S)
方案 |
A |
B |
C |
D |
初始 |
2.0s |
1.8s |
1.5s |
2.0s |
790V |
575V |
500V |
700V |
洗5次后 |
3.0 s |
2.0s |
2.0s |
2.0s |
1000V |
750V |
670V |
910V |
洗10次后 |
2.5s |
2.0s |
2.0s |
2.0s |
1000V |
695V |
600V |
725V |
洗20次后 |
2.5s |
2.0s |
1.8s |
2.3s |
950V |
750V |
635V |
1000V |
洗30次后 |
2.3s |
2.0s |
1.8s |
2.0s |
865V |
640V |
575V |
710V |
测试条件:20℃、40%RH
从表3-12和3-13可以看出,经过整理后,织物具有较耐久的抗吸灰性能和抗粉尘沾污性能,尤其采用抗静电剂JPTM-01与亲水型有机硅混用时更明显。表3-14说明仿毛织物经JPTM-01整理后具有良好的易去污性能。
表3—12 织物整理后吸灰情况
方案 |
A |
B |
C |
D |
整理后 |
— |
— |
— |
— |
洗15次后 |
— |
— |
— |
— |
洗30次后 |
— |
— |
— |
— |
洗50次后 |
— |
— |
— |
— |
(吸灰:+ 不吸灰:—)
表3-13 抗有机粉尘沾污性能
方案 |
A |
B |
C |
D |
整理前 |
+++ |
+++ |
+++ |
+++ |
整理后 |
— |
— |
— |
— |
洗15次后 |
— |
— |
— |
— |
洗30次后 |
+ |
+ |
— |
— |
“+++”严重沾污“++”一般沾污 “ +”为轻微沾污 “—”为不沾污
试验方法:以聚乙烯细粉(化纤用聚乙烯腊分散剂)为污源,将沾污粉5克倒入布面上, 用手摩擦往复10次,然后,轻轻地把织物的一边拉起,若在织物上有集中沾污为有沾污,记为“+”;否则为无,记为“—”。
表3-14 易去污性能
方案 |
A |
B |
C |
D |
整理后 |
一般 |
较好 |
更好 |
较好 |
洗5次后 |
一般 |
较好 |
更好 |
较好 |
洗10次后 |
一般 |
较好 |
更好 |
较好 |
洗20次后 |
一般 |
较好 |
更好 |
较好 |
洗30次后 |
一般 |
较好 |
更好 |
较好 |
综上所述:
抗静电剂JPTM-01综合性能优于其他类型的抗静电剂,在同类型抗静电剂中,其耐久性更好;特别适应于化纤仿毛织物,能使织物面电阻下降5个数量级,赋予织物良好的防污性能和易去污性能以及亲水性能,使化纤织物具有良好的舒适性。可以有效解决有机导电纤维长丝局部沾污问题,同时对成品色牢度影响较小。
抗静电剂JPTM-01的结构、渗透及易去污原理见图2。
抗静电剂JPTM-01系非离子化合物可与大多数柔软剂、常规的后整理助剂、增白剂和其他纺织助剂(特别是渗透剂),以及某些系列染料具有相容性。
JPTM-01可根据需要与其他助剂复合使用,如需提高织物的柔软性能和弹性可与氨基硅混用;如需在保证易去污同时,增强弹性和柔软时,可与亲水型有机硅混用。
抗静电剂JPTM-01特别适用于涤纶及其混纺产品的耐久性抗静电舒适整理,如与导电纤维结合使用,可作洁净服装等。亦可用于其它材料的抗静电整理,如锦纶、丙纶纤维、醋酸纤维和与羊毛、真丝、棉、粘胶的混纺产品。
2004-09-20
近期,一款具有永久性抗静电性能的面料在江苏吴江研制成功并投放市场。
据了解,该面料是吴江新民纺织科技股份有限公司研发出的新品种,投放市场后,引起了商家们,特别是一些生产特种行业服饰的生产厂家们的极大关注。
根据新民纺织科技股份有限公司技术部负责人生向记者介绍,永久性抗静电面料属于功能性面料,是在喷气织机上交织而成的,以其特有的永久性抗静电性能,良好的服用性和优良的透气性,在很短时间内就被市场的大部分商家所接受。由于该产品适合多种特殊行业及通常的服饰用品,因此具有较大的市场潜力。
据悉,永久性抗静电面料的产品有涤纶/导电纤维/天丝、差别化涤纶/导电纤维/棉、涤纶/导电纤维/粘胶等。此类面料具有耐洗而不会降低抗静电的效果,不仅是制作军工、煤矿、采油等特种行业服装的理想面料,还是室内装饰、床上用品和高档服装的理想面料。
中国石油网/2002-03-07
中国石油网消息:由西安华捷科技发展有限公司研制生产的防微波、抗静电远红外多功能防护精纺面料最近通过有关了科技成果与新产品鉴定。随着通讯、广播电视、电脑、家电等行业的迅速发展,电磁环境日渐复杂,电磁危害也日趋严重。据介绍,西安华捷公司研制的这种多功能精纺面料,以粗纺毛纤维为基体,增加了高性能特种金属导电纤维与远红外纤维材料。用该面料制作的服装兼有屏蔽微波辐射、永久性防静电等多种防护功能,解决了金属纤维与毛纤维的混纺织造和染整工艺中的关键问题,主要技术性能达到了国内领先水平。
厦门商报/1999-06-28
新华社东京6月27日电(记者 张可喜)日本研究人员最近研制出一种仅有一个分子粗细的导电纤维,并将其称之为世界上最细的“电线”。 这种导电纤维是由日本工业技术院物质工程工业技术研究所研制出来的。它的直径仅3纳米,中心部分是具有良好导电性的丁二炔链,四周包裹着糖的衍生物,以作为绝缘层,防止漏电。据认为,这种纳米级“电线”可以应用在超小型的电子元件和微型机械上。
———让您舒适健康又无静电困扰
深圳晚报/2004-11-26 17:08
人们喜欢羊绒制品的轻薄柔软、手感滑糯的感觉以及其极佳的保暖作用。但却不喜欢它在穿着时带有静电的现象。如今,科技的进步却能使鱼与熊掌兼得。鄂尔多斯,采用独创专利技术,率先将高科技导电纤维应用于羊绒制品中,制成了永久抗静电的羊绒制品,并将这一成果奉献给了消费者。
鄂尔多斯,作为我国乃至世界规模最大的羊绒制品加工企业,其羊绒制品的生产营销量占到中国的40%和世界的30%。长期以来,优质的鄂尔多斯白山羊绒被誉为″纤维钻石″。目前,鄂尔多斯已将该高科技导电纤维技术成功运用于精纺、粗纺羊绒针织和羊绒机织产品上,并被国家专利局正式授予专利权。永久抗静电的羊绒高档产品成为鄂尔多斯一绝,已得到国内、国际市场的普遍认可和赞赏。该类羊绒制品,不仅具有永久性抗静电作用,彻底消除了静电对人体的侵扰、增加了绿色环保的新内涵,使穿着更舒适,而且能够有效防止粘身现象和灰尘附着,服用性能更趋完好,同时在一定程度上减少了电磁辐射污染对人体的侵害,有利于人身保健。实验结果表明,该类产品在50次洗涤的条件下,抗静电效果不变,随着洗涤次数的增加,抗静电效果还会进一步增强。
今年,永久抗静电的羊绒衫、羊绒裤、羊绒大衣、羊绒围巾、披肩、羊绒毯和各类羊绒制品将大批量(200万件以上)上市,出现在国内各大商场,消费者 将分享鄂尔多斯人的最新技术成果,感受鄂尔多斯人最直接的关爱。
链接
进入秋冬季节,我国,尤其是北方地区,天气变得干燥,衣物、毛发常常受到静电的困扰,因穿着时的摩擦而产生静电效应,使人常感不适。
经医学专家长期研究表明: 长期的静电干扰和侵袭,会影响人的身心健康,产生焦躁、头痛、胸闷、咳嗽等反应。短期静电干扰和侵袭,也会对皮肤产生刺激,引起皮肤瘙痒、严重的还会引发支气管哮喘和心率失常。静电危害,不容忽视。为从根本上解决羊绒制品摩擦起电的问题,有关科学家进行了长期的研究,但最终取得成果的是鄂尔多斯的科技人员。无静电羊绒制品可谓是对人类生活的一大贡献。
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