防辐射保暖抗静电面料纤维及其制备方法和装置

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防辐射保暖抗静电面料纤维及其制备方法和装置\n技术领域\n[0001] 本发明涉及功能面料纤维，具体是指一种防辐射保暖抗静电面料纤维及其制备方法和装置。\n背景技术\n[0002] 面料防辐射技术主要有电耗和磁耗两种。电耗的原理就是利用导电性屏蔽层对电磁波的感生电流短路，以此来避免电磁波越过屏蔽层；磁耗的原理就是利用导磁性屏蔽层对电磁波产生吸收，以此来避免电磁波越过屏蔽层。两者的原理均是通过在面料或面料纤维上添加导电层和/或导磁层来实现对电磁波辐射的衰减。面料保暖技术是通过在面料或面料纤维上添加反射层，将来自于人体热量产生的红外线反射回去而不至于散失，类似于保暖瓶的镀银层，反射性面料可以通过对面料镀金属实现。面料抗静电技术是利用面料或面料纤维表面或整体一定程度的导电性来达到消除静电的目的，可以在面料或面料纤维里面混入导电成分、也可以在面料或面料纤维表面涂镀导电成分来达到面料抗静电的目的。\n[0003] 在本发明提出之前，申请号为87107697.7的中国发明专利申请公开了一种织物镀金属的方法，其通过在镀金属之前对织物进行涂层和轧光处理，以便堵塞织物组织孔隙，使织物达到光亮、防辐射和保暖的效果，但其缺点是堵塞织物组织孔隙会影响纺织品的透气性。另外，该方法增加了轧光处理工序，操作复杂。专利号为ZL200480044415.3的中国发明专利公开了一种金属涂膜纺织原料，其在纺织品上通过溅射的方法沉积一层金属涂层，使纺织品达到除臭、抗静电的功能，所涂金属是不锈钢、钛、银，但利用该方法沉积在纺织品上面的金属涂层也会堵塞纺织品纤维之间的间隙，影响纺织品的透气性，而且其成本偏高，纺织品柔然性不够，涂覆的金属层容易脱落或划伤。专利号为ZL97106422.9的中国发明专利公开了一种防辐射织物及其制造方法，其在普通织物上镀金属导电层，实现电耗型防辐射功能，然后再采用网印的方法涂覆一层由硅、碳、纳、铌、锂、铝、铁组成的印浆层，实现吸收型防辐射功能，其不足之处是在普通织物上镀金属导电层或涂覆一层印浆层仍会堵塞纺织品纤维之间的间隙，影响纺织品的透气性。\n发明内容\n[0004] 本发明的目的就是要提供一种防辐射保暖抗静电面料纤维及其制备方法和为实现该方法而专门设计装置，使得采用该面料纤维制作而成的面料不仅具有防辐射、保暖、抗静电的综合效果，而且具有柔然性优良、透气性良好的品质。\n[0005] 为实现上述目的，本发明所设计的防辐射保暖抗静电面料纤维，包括纤维基材，其特殊之处在于：所述纤维基材的表面复合有镀锡层，所述镀锡层的表面覆盖有纳米涂层；\n所述纳米涂层由纳米粒子与成膜物质混合而成，所述纳米粒子为锑掺杂的二氧化锡与氧化亚铁、三氧化二铁或四氧化三铁中的一种或一种以上的组合，所述成膜物质为水性聚氨酯、水性环氧树脂、有机硅乳液、聚丙烯酸酯、聚氯乙烯乳液中的一种；所述纳米涂层中，纳米粒子的重量百分含量为20~40%，成膜物质的重量百分含量为60~80%。\n[0006] 进一步地，所述纳米涂层中，纳米粒子的重量百分含量为25~35%，成膜物质的重量百分含量为65~75%。\n[0007] 再进一步地，所述纳米粒子为锑掺杂的二氧化锡与四氧化三铁的混合物；其中，锑掺杂的二氧化锡在纳米粒子中的重量百分比为60~80%，四氧化三铁在纳米粒子中的重量百分比为20~40%。\n[0008] 更进一步地，所述纳米粒子为锑掺杂的二氧化锡与四氧化三铁的混合物；其中，锑掺杂的二氧化锡在纳米粒子中的重量百分比为70~80%，四氧化三铁在纳米粒子中的重量百分比为20~30%。\n[0009] 还进一步地，所述镀锡层的厚度为0.02~0.10μm，所述纳米涂层的厚度为\n5~10μm。\n[0010] 又进一步地，所述纤维基材为涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、氨纶、维纶或氯纶中的一种。\n[0011] 本发明所述的防辐射保暖抗静电面料纤维的制备方法，包括以下步骤：\n[0012] 1）将单根或单束纤维基材排列成行，形成只有经向没有纬向的纤维帘；\n[0013] 2）对所形成的纤维帘进行镀锡处理，控制镀锡层的厚度留有加工余量；\n[0014] 3）对镀锡后的纤维帘进行抛光处理，直至将其上镀锡层减薄至设定的厚度；\n[0015] 4）在抛光后的镀锡纤维帘上涂覆纳米涂层。\n[0016] 进一步地，所述步骤2）中，控制镀锡层的厚度为1~3μm；所述步骤3）中，将镀锡层的厚度减薄至0.02~0.10μm。\n[0017] 更进一步地，所述步骤3）中，采用磨料悬浮液对镀锡后的纤维帘进行抛光处理，磨料悬浮液按重量百分比由8~20%的磨料、2~5%的乳化剂和75~90%的去离子水乳化而成，其中磨料选择粒径为400~2000目的碳化硅或三氧化二铝中的一种或两种任意比例的组合，乳化剂为硬脂酸聚氧乙烯酯或十二烷基苯磺酸钠中的一种，抛光时磨料悬浮液与纤维帘之间的相对流速为1.5~2.5m/s。\n[0018] 为实现本发明防辐射保暖抗静电面料纤维的制备方法而专门设计的纤维镀层抛光装置，包括储液槽，其特殊之处在于：所述储液槽上方设置有空心扁筒，所述空心扁筒两端开口处设置有纤维导向轮，所述空心扁筒筒身上设置有磨料悬浮液进口，所述磨料悬浮液进口与循环泵的输出端相连，所述循环泵的输入端与储液槽相连，开启循环泵即可实现磨料悬浮液对镀锡纤维的抛光处理。\n[0019] 本发明的防辐射保暖抗静电面料纤维及其制备方法，具有如下几方面的特点：\n[0020] 其一，通过将单根或单束纤维排列成行，形成只有经向没有纬向的纤维帘，有利于对纤维帘进行充分有效镀锡，镀锡时采用常规的真空镀锡或化学刷镀技术即可完成，镀锡层厚度为1~3微米，这样既保证了纤维帘镀锡完全，又为后期镀锡层减薄抛光预留了余量，同时锡与其他金属相比硬度和熔点极低，有效保证了镀层的柔软性能，并且锡具有优良的耐腐蚀性和抗氧化性能，可以防止镀层因被腐蚀或氧化造成反射性能下降。\n[0021] 其二，对镀锡纤维帘抛光至锡层厚度0.02~0.10微米，厚度太厚影响纤维的柔然性，厚度太薄则影响涂层的导电性和反射性。减薄抛光后可以在纤维上获得光亮的反射层，实现对红外线的反射，由此纤维制成的面料可以将人体散发的大部分红外线反射回去，实现反射型保暖效果。\n[0022] 其三，为保护好镀锡层，在镀锡纤维上涂覆一层功能性纳米涂层，纳米涂层采用纳米粒子与成膜物质混合而成。纳米粒子的小粒径可以方便实现超薄涂层，以免影响纤维面料的柔软性，而且，这些纳米涂层都是透明的，不会影响里面镀锡层的红外线反射保暖效果。锑掺杂的二氧化锡纳米粉具有阻挡红外线的效果，而对可见光是透明的，与反射性的镀锡层相结合则同时具有反射型和阻挡型双重保暖效果；锑掺杂的二氧化锡纳米粉还具有导电性，形成涂层后使纤维具有一定的抗静电性能。当纳米涂层中的纳米粒子为锑掺杂的二氧化锡与四氧化三铁混合物时，其中的四氧化三铁具有良好的铁磁性，可以实现导磁型防辐射，与导电性的镀锡层相结合则同时具有导电型和导磁型双重防辐射效果。\n[0023] 本发明的纤维镀层抛光装置选用磨料悬浮液对纤维帘进行减薄抛光。其工作时磨料悬浮液盛装于储液槽中，通过循环泵将磨料悬浮液高速运送至空心扁筒筒身上设置有磨料悬浮液进口，再从空心扁筒两端流出，待抛光的纤维帘从空心变筒中穿过时，与空心扁筒中高速运动的磨料悬浮液产生冲刷式摩擦，从而实现纤维镀层的减薄抛光处理。液储槽的宽度应当比空心扁筒体更宽，以便承接从两端开口流出的磨料悬浮液。空心扁筒的两端开口处设置有纤维导向轮，有益于快速运送纤维帘。\n[0024] 综上所述，利用本发明方法所制备的纤维面料柔软性和透气性良好，且具有导电型导磁型双重防辐射功能和反射型阻挡型双重保暖功能以及抗静电性能，同时其镀层和涂层的双层膜结构可有效提高面料的耐洗性能。\n附图说明\n[0025] 图1为本发明的纤维镀层抛光装置在使用状态下的结构示意图。\n具体实施方式\n[0026] 下面结合附图和具体实施例对本发明的防辐射保暖抗静电面料纤维及其制备方法和专用纤维镀层抛光装置作进一步的详细说明。\n[0027] 图1所示纤维镀层抛光装置是专门在本发明制备方法中的抛光处理步骤中使用的。该装置包括储液槽1，储液槽1上方固定有空心扁筒2，空心扁筒2两端开口处安装有纤维导向轮5，空心扁筒2筒身上开设有磨料悬浮液进口3，磨料悬浮液进口3与循环泵4的输出端相连，循环泵4的输入端伸入到储液槽1中，用于抽吸其中的磨料悬浮液。\n[0028] 该装置工作时，纤维帘6在纤维导向轮5的导向作用下，从空心扁筒2一端开口进入，并从空心扁筒2另一端开口穿出。与此同时，储液槽1中的磨料悬浮液在循环泵4的抽吸作用下，从磨料悬浮液进口3进入空心扁筒2，并从空心扁筒2两端开口流出。由于空心扁筒2狭窄的通道会对流体产生阻力，故从磨料悬浮液进口3流入的磨料悬浮液会在空心扁筒2中产生压力，通过磨料悬浮液与纤维帘6相对运动产生的摩擦，对纤维帘6进行冲刷式减薄抛光处理。空心扁筒2的尺寸应小于储液槽1，以便承接从两端开口流出的磨料悬浮液。调节磨料悬浮液的流体压力和流体流速、磨料悬浮液的磨料浓度、纤维帘6在空心扁筒\n2中的穿行速度均可以改变抛光力度。\n[0029] 实施例1\n[0030] 一种防辐射保暖抗静电面料纤维，包括涤纶基材，涤纶基材的表面复合有厚度为\n0.02μm的镀锡层，镀锡层的表面覆盖有厚度为5μm纳米涂层；该纳米涂层由纳米粒子与成膜物质混合而成，其中的纳米粒子为锑掺杂的二氧化锡与氧化亚铁按重量比计各占50%的比例组合而成，成膜物质为水性聚氨酯；纳米涂层中，纳米粒子的重量百分含量为25%，成膜物质的重量百分含量为75%。\n[0031] 该防辐射保暖抗静电面料纤维的制备方法，包括以下步骤：\n[0032] 1）将若干单根涤纶基材排列成行，形成只有经向没有纬向的纤维帘。\n[0033] 2）采用常规金属涂镀法对所形成的纤维帘进行镀锡处理，控制镀锡层的厚度为\n1μm。\n[0034] 3）采用磨料悬浮液在图1所示装置中对镀锡后的纤维帘进行抛光处理，磨料悬浮液按重量百分比由8%的磨料、2%的乳化剂和90%的去离子水乳化而成，其中磨料选择粒径为400~2000目的碳化硅，乳化剂为硬脂酸聚氧乙烯酯，抛光时磨料悬浮液与纤维帘之间的相对流速为1.5m/s，直至将其上镀锡层减薄至0.02μm。\n[0035] 4）利用机械涂布装置在抛光后的镀锡纤维帘上涂覆厚度为5μm的纳米涂层。\n[0036] 实施例2\n[0037] 一种防辐射保暖抗静电面料纤维，包括锦纶基材，锦纶基材的表面复合有厚度为\n0.10μm的镀锡层，镀锡层的表面覆盖有厚度为10μm的纳米涂层；纳米涂层由纳米粒子与成膜物质混合而成，该纳米粒子为锑掺杂的二氧化锡与四氧化三铁混合而成，其中，锑掺杂的二氧化锡在纳米粒子中的重量百分比为60%，四氧化三铁在纳米粒子中的重量百分比为\n40%，成膜物质为水性环氧树脂；纳米涂层中，纳米粒子的重量百分含量为35%，成膜物质的重量百分含量为65%。\n[0038] 该防辐射保暖抗静电面料纤维的制备方法，包括以下步骤：\n[0039] 1）将若干单束锦纶基材排列成行，形成只有经向没有纬向的纤维帘。\n[0040] 2）采用常规金属涂镀法对所形成的纤维帘进行镀锡处理，控制镀锡层的厚度为\n3μm。\n[0041] 3）采用磨料悬浮液在图1所示装置中对镀锡后的纤维帘进行抛光处理，磨料悬浮液按重量百分比由20%的磨料、5%的乳化剂和75%的去离子水乳化而成，其中磨料选择粒径为400~2000目的相等重量的碳化硅和三氧化二铝组合而成，乳化剂为十二烷基苯磺酸钠，抛光时磨料悬浮液与纤维帘之间的相对流速为2.5m/s，直至将其上镀锡层减薄至\n0.10μm。\n[0042] 4）利用机械涂布装置在抛光后的镀锡纤维帘上涂覆厚度为10μm的纳米涂层。\n[0043] 实施例3\n[0044] 一种防辐射保暖抗静电面料纤维，包括腈纶基材，腈纶基材的表面复合有厚度为\n0.05μm的镀锡层，镀锡层的表面覆盖有厚度为8μm的纳米涂层；该纳米涂层由纳米粒子与成膜物质混合而成，所述纳米粒子为锑掺杂的二氧化锡与四氧化三铁混合而成，其中，锑掺杂的二氧化锡在纳米粒子中的重量百分比为70%，四氧化三铁在纳米粒子中的重量百分比为30%，成膜物质为有机硅乳液；纳米涂层中，纳米粒子的重量百分含量为40%，成膜物质的重量百分含量为60%。\n[0045] 该防辐射保暖抗静电面料纤维的制备方法，包括以下步骤：\n[0046] 1）将若干单根腈纶基材排列成行，形成只有经向没有纬向的纤维帘。\n[0047] 2）采用常规金属涂镀法对所形成的纤维帘进行镀锡处理，控制镀锡层的厚度为\n2μm。\n[0048] 3）采用磨料悬浮液在图1所示装置中对镀锡后的纤维帘进行抛光处理，磨料悬浮液按重量百分比由10%的磨料、4%的乳化剂和86%的去离子水乳化而成，其中磨料选择粒径为400~2000目的三氧化二铝，乳化剂为硬脂酸聚氧乙烯酯，抛光时磨料悬浮液与纤维帘之间的相对流速为2.0m/s，直至将其上镀锡层减薄至0.05μm。\n[0049] 4）利用机械涂布装置在抛光后的镀锡纤维帘上涂覆厚度为8μm的纳米涂层。\n[0050] 实施例4\n[0051] 一种防辐射保暖抗静电面料纤维，包括氯纶基材，氯纶基材的表面复合有厚度为\n0.08μm的镀锡层，镀锡层的表面覆盖有厚度为6μm的纳米涂层；该纳米涂层由纳米粒子与成膜物质混合而成，所述纳米粒子为锑掺杂的二氧化锡与四氧化三铁混合而成，其中，锑掺杂的二氧化锡在纳米粒子中的重量百分比为80%，四氧化三铁在纳米粒子中的重量百分比为20%，成膜物质为聚丙烯酸酯；纳米涂层中，纳米粒子的重量百分含量为20%，成膜物质的重量百分含量为80%。\n[0052] 该防辐射保暖抗静电面料纤维的制备方法，包括以下步骤：\n[0053] 1）将若干单根氯纶基材排列成行，形成只有经向没有纬向的纤维帘。\n[0054] 2）采用常规金属涂镀法对所形成的纤维帘进行镀锡处理，控制镀锡层的厚度为\n2.5μm。\n[0055] 3）采用磨料悬浮液在图1所示装置中对镀锡后的纤维帘进行抛光处理，磨料悬浮液按重量百分比由17%的磨料、3%的乳化剂和80%的去离子水乳化而成，其中磨料选择粒径为400~2000目的三氧化二铝，乳化剂为十二烷基苯磺酸钠，抛光时磨料悬浮液与纤维帘之间的相对流速为1.8m/s，直至将其上镀锡层减薄至0.08μm。\n[0056] 4）利用机械涂布装置在抛光后的镀锡纤维帘上涂覆厚度为6μm的纳米涂层。\n[0057] 实施例5\n[0058] 一种防辐射保暖抗静电面料纤维，包括氨纶基材，氨纶基材的表面复合有厚度为\n0.06μm的镀锡层，镀锡层的表面覆盖有厚度为8μm的纳米涂层；该纳米涂层由纳米粒子与成膜物质混合而成，所述纳米粒子为锑掺杂的二氧化锡与三氧化二铁混合而成，其中，锑掺杂的二氧化锡在纳米粒子中的重量百分比为70%，三氧化二铁在纳米粒子中的重量百分比为30%，成膜物质为水性聚氨酯；纳米涂层中，纳米粒子的重量百分含量为30%，成膜物质的重量百分含量为70%。\n[0059] 该防辐射保暖抗静电面料纤维的制备方法，包括以下步骤：\n[0060] 1）将若干单根氨纶基材排列成行，形成只有经向没有纬向的纤维帘。\n[0061] 2）采用常规金属涂镀法对所形成的纤维帘进行镀锡处理，控制镀锡层的厚度为\n1.5μm。\n[0062] 3）采用磨料悬浮液在图1所示装置中对镀锡后的纤维帘进行抛光处理，磨料悬浮液按重量百分比由17%的磨料、3%的乳化剂和80%的去离子水乳化而成，其中磨料选择粒径为400~2000目的三氧化二铝，乳化剂为十二烷基苯磺酸钠，抛光时磨料悬浮液与纤维帘之间的相对流速为2.2m/s，直至将其上镀锡层减薄至0.05μm。\n[0063] 4）利用机械涂布装置在抛光后的镀锡纤维帘上涂覆厚度为7μm的纳米涂层。\n[0064] 实施例6\n[0065] 一种防辐射保暖抗静电面料纤维，包括氯纶基材，氯纶基材的表面复合有厚度为\n0.01μm的镀锡层，镀锡层的表面覆盖有厚度为8μm的纳米涂层；该纳米涂层由纳米粒子与成膜物质混合而成，所述纳米粒子为锑掺杂的二氧化锡、四氧化三铁和三氧化二铁混合而成，其中，锑掺杂的二氧化锡在纳米粒子中的重量百分比为60%，四氧化三铁在纳米粒子中的重量百分比为20%，三氧化二铁在纳米粒子中的重量百分比为20%，成膜物质为水性聚氨酯；纳米涂层中，纳米粒子的重量百分含量为35%，成膜物质的重量百分含量为65%。\n[0066] 该防辐射保暖抗静电面料纤维的制备方法，包括以下步骤：\n[0067] 1）将若干单根氯纶基材排列成行，形成只有经向没有纬向的纤维帘。\n[0068] 2）采用常规金属涂镀法对所形成的纤维帘进行镀锡处理，控制镀锡层的厚度为\n2.5μm。\n[0069] 3）采用磨料悬浮液在图1所示装置中对镀锡后的纤维帘进行抛光处理，磨料悬浮液按重量百分比由17%的磨料、3%的乳化剂和80%的去离子水乳化而成，其中磨料选择粒径为400~2000目的三氧化二铝，乳化剂为十二烷基苯磺酸钠，抛光时磨料悬浮液与纤维帘之间的相对流速为1.8m/s，直至将其上镀锡层减薄至0.10μm。\n[0070] 4）利用机械涂布装置在抛光后的镀锡纤维帘上涂覆厚度为8μm的纳米涂层。\n[0071] 对上述实施例1~6的防辐射保暖抗静电面料纤维产品的各项性能测试及结果为：\n[0072] 防辐射性能：30~1000MHz电磁波衰减40~65db；\n[0073] 保暖性能：红外线反射率达到89~93%；\n[0074] 抗静电性能：纤维的体积比电阻为107~1010欧姆·厘米，均表现出优良的防辐射性能、保暖性能和抗静电性能；\n[0075] 柔软性能与未镀锡及涂层的面料相比可达到后者的85%以上；\n[0076] 透气性与未镀锡及涂层的面料完全相同。