專利名稱：含金屬氧化物的永久性防靜電纖維及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及紡織行業(yè)，具體地說(shuō)是一種制造永久性防靜電纖維的技術(shù)。
背景技術(shù)：
靜電的產(chǎn)生主要是因兩個(gè)物體進(jìn)行接觸和分離后，物體中的正(+)或負(fù)(-)電荷產(chǎn)生過(guò)剩而導(dǎo)致。在一般情況下，越是電導(dǎo)率小的非導(dǎo)體(絕緣體)及在干燥的環(huán)境中越容易帶電。靜電放電會(huì)產(chǎn)生對(duì)人體的靜電電擊、引燃可燃性物質(zhì)產(chǎn)生爆炸和燃燒等災(zāi)害，同時(shí)靜電的力學(xué)現(xiàn)象和放電現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)故障，如引起粉塵吸附，紡紗和織造困難，半導(dǎo)體等電子元件、電子儀器破壞和產(chǎn)生誤動(dòng)作等等。
隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，電子儀器和裝置越來(lái)越多以及空調(diào)的普及而使靜電容易產(chǎn)生的環(huán)境和場(chǎng)所增加，如何防止人體帶電，特別是人們穿著合成纖維制造的服裝的比例越來(lái)越高情況下，消除靜電對(duì)工作和生活的危害已成為世界各國(guó)紡織科技研究的重要課題。
紡織產(chǎn)品的表面固有電阻一般為1013Ω～1020Ω，如將電阻降到1010Ω以至108Ω以下，則具有良好的抗靜電性能。
在現(xiàn)有技術(shù)中，生產(chǎn)永久性防靜電纖維的技術(shù)主要有3種(1)纖維或紡織品在親水性聚合物的乳化分散液中浸漬，吸收處理(吸附)或者在乳液中浸漬后，再進(jìn)行固化處理。由于親水性聚合物只是附著于纖維或紡織品的表面，極易洗去，因此這種防靜電加工方法得到的防靜電效果只適用于一次性使用場(chǎng)合。同時(shí)，這種防靜電效果受環(huán)境濕度的影響很大，在低濕度的環(huán)境(＜30％相對(duì)濕度)下，沒(méi)有防靜電性能。
(2)纖維或紡織品接枝法是用親水性單體在纖維或紡織品表面進(jìn)行接枝聚合，使具有防靜電效果的親水性聚合物牢固地粘合在一起。由于親水性聚合物吸收水份，使纖維或紡織品上產(chǎn)生的靜電荷通過(guò)導(dǎo)體水份逸散。接枝方法是利用聚合引發(fā)劑如紫外線、放射線、等離子高能射線，在聚合物的一部分主鍵上形成游離基或離子，再與親水性單體反應(yīng)，作為接枝的單體有丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺等，經(jīng)這種方法處理的纖維的電導(dǎo)率有顯著的增加，但織物手感較差，設(shè)備投資費(fèi)用大，防靜電性能受環(huán)境濕度影響大，目前尚未工業(yè)化。
(3)紡絲法是在纖維內(nèi)部混入具有防靜電性能的親水性聚合物，使纖維本身具有抗靜電性，同時(shí)，在使用過(guò)程中，表面失去的親水性聚合物可由纖維內(nèi)部含有的親水性聚合物不斷地向外擴(kuò)散而得到補(bǔ)充，耐久性能得到一定程度的改善。在聚合物內(nèi)部添加的防靜電劑有磷酸酯、聚乙二醇、磺酸鹽、聚烷撐二醇等表面活性劑。但由于加入較多量的防靜電劑后，聚酯、聚丙烯、聚酰胺等高聚物的可紡性下降，纖維的機(jī)械強(qiáng)度降低，發(fā)生原纖化現(xiàn)象，染色性能變差(染深色困難、耐光色牢度變差、加熱變黃等)。另外，這類防靜電纖維的防靜電機(jī)理是通過(guò)水份來(lái)傳導(dǎo)電荷，使之逸散，因此，它的防靜電效果在一定程度上受環(huán)境的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于尋求一種含金屬氧化物的永久性防靜電纖維及其生產(chǎn)方法，由于本發(fā)明是通過(guò)電子流動(dòng)來(lái)消除靜電的，因而防靜電性能與環(huán)境濕度沒(méi)有關(guān)系，同時(shí)在纖維內(nèi)部均勻分布的無(wú)機(jī)材料，保證了防靜電性能的持續(xù)有效。
按照本發(fā)明所提供的技術(shù)方案，永久性防靜電纖維的組成為95％～99％的聚酯切片，1％～5％的金屬氧化物，單位為重量百分?jǐn)?shù)。
其中的金屬氧化物的組成為5％～15％的氧化銀粉末，95％～85％的氧化鋅粉末，單位為重量百分?jǐn)?shù)，粉末的半徑小于5μm。
其中的聚酯切片為聚對(duì)苯二甲酸乙二酯高聚物或以聚對(duì)苯二甲酸乙二酯為主要成分的聚酯類共聚高聚物。
氧化銀是良導(dǎo)體，其用量大于15％時(shí)，造成成本過(guò)高，且會(huì)造成纖維的色澤發(fā)黃，用量低于5％時(shí)，使粉末的體積電阻過(guò)大，因而紡得纖維的電阻也過(guò)大，達(dá)不到防靜電性能要求。氧化鋅是半導(dǎo)體類物質(zhì)，加入后，可在不影響纖維防靜電指標(biāo)的前提下，大大降低成本，當(dāng)粉末電阻大于5μm時(shí)，會(huì)影響到纖維的可紡絲性，造成堵孔、斷頭，得到纖維的最終物理性能指標(biāo)較差。
永久性防靜電纖維制造方法為a、共混干燥，先使95％～99％的聚酯切片與1％～5％的金屬氧化物混和均勻，單位為重量百分?jǐn)?shù)，再在140～160℃溫度下，干燥時(shí)間16～18小時(shí)；b、螺桿熔融擠壓，將聚酯切片熔融成熔體，使已和聚酯切片混和均勻的金屬氧化物粉末均勻混入聚酯熔體中；c、紡絲組件，使已均勻混和金屬氧化物粉末的熔體溫度維持在285～292℃，再?gòu)膰娊z孔擠出成型，經(jīng)卷繞拉伸制得永久性防靜電纖維。
所用的噴絲孔直徑為φ0.3毫米，噴絲孔孔數(shù)為600孔。
共混干燥的目的是使粉末和聚酯切片混和均勻，使粉末在纖維紡制過(guò)程中能在纖維中均勻分布。另外干燥工藝條件為140℃～160℃，時(shí)間16～18hr，要求干燥后滌綸切片的含水率小于100ppm。
螺桿熔融擠壓是將聚酯切片熔融，并將已和聚酯切片混和均勻的金屬氧化物粉末均勻混入聚酯熔體中，由于金屬氧化物的粒徑較小，在熔體中將成為結(jié)晶的成核劑，因此在紡絲時(shí)要適當(dāng)提高紡絲溫度，以提高熔體的流變性。合適的熔體溫度為285℃～292℃。
紡絲組件是將已均勻混和金屬氧化物粉末的熔體從噴絲孔擠出成型，經(jīng)卷繞拉伸制得永久性防靜電纖維。本發(fā)明所用噴絲孔徑為φ0.3毫米，孔數(shù)為600孔。
原來(lái)的防靜電添加材料有有機(jī)高分子抗靜電劑，如磷酸酯、聚乙二醇、聚烷撐二醇等由于所用的抗靜電劑是親水性聚合物，其防靜電的基本機(jī)理是吸收環(huán)境中的水份，使纖維的表面積聚一定量的水分，讓電荷通過(guò)水份泄漏，所以其抗靜電性能要依賴于環(huán)境濕度，即濕度為40％(RH)之間時(shí)纖維能保持良好的抗靜電性，但在40％(RH)以下，將失去抗靜電性，同時(shí)隨時(shí)間的延長(zhǎng)和洗滌次數(shù)的增加，防靜電效果逐漸變差。
由于在聚酯纖維中加入了金屬氧化物，聚酯纖維上產(chǎn)生的電荷可以由金屬氧化物中金屬元素(如Ag、Zn)中的電子流動(dòng)而逸散，因此聚酯纖維的防靜電性能不受環(huán)境濕度的影響，并且由于金屬氧化物加入量很少時(shí)就能達(dá)到防靜電效果，因此對(duì)纖維的可紡性和物理性能幾乎沒(méi)有什么影響，從纖維內(nèi)部到外部，金屬氧化物粉末的均勻分布，保證了纖維的防靜電性能不受洗滌次數(shù)多少的影響，具有永久性。
本發(fā)明所用的抗靜電劑是無(wú)機(jī)類材料，除上述氧化銀與氧化鋅外，還可以采用如二氧化鈦、氧化錫以及碳黑等，一定粒徑的上述無(wú)機(jī)類材料與高分子材料共混紡絲制得了永久性防靜電纖維，由于其是通過(guò)電子流動(dòng)來(lái)消除靜電的，因而防靜電性能與環(huán)境濕度沒(méi)有關(guān)系，同時(shí)在纖維內(nèi)部均勻分布的無(wú)機(jī)材料，保證了防靜電性能的持續(xù)有效。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明所用的無(wú)機(jī)抗靜電材料的基本物理性能如表1。
表1防靜電粉末性能

為使纖維內(nèi)抗靜電粉末均勻分布，采用母粒紡絲方法制造永久性防靜電纖維，首先以20％～30％含量的抗靜電粉末，制得防靜電母粒，然后與普通聚酯切片共混紡絲得到防靜電纖維。
由于防靜電粉末的粒徑較小，分散在聚酯熔體中，成為熔體結(jié)晶的成核劑，提高了纖維的結(jié)晶度，因此在紡絲時(shí)要適當(dāng)提高紡絲溫度，提高熔體的流變性，適當(dāng)減小拉伸倍數(shù)，減少毛絲的產(chǎn)生。從纖維的斷面中可看到，防靜電粉末均勻分布于纖維的截面上，從而保證了防靜電性能不會(huì)隨洗滌和磨擦而消失。
制得纖維的物理性能如表2所列。
表2防靜電纖維物理性能

從表中可看到，防靜電纖維的物理性能指標(biāo)(除電阻外)與常規(guī)滌綸纖維的性能指標(biāo)基本接近，因此其使用無(wú)特殊要求。
例1在真空轉(zhuǎn)鼓中加入95％聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯切片，5％金屬氧化物粉末(其中5％氧化銀粉末、95％氧化鋅粉末)進(jìn)行共混干燥，干燥溫度為160℃，干燥時(shí)間16小時(shí)，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯切片的含水率為55ppm，在VD406紡絲機(jī)設(shè)備上進(jìn)行紡絲，熔體溫度控制在292℃，卷繞速度800米/分鐘，拉伸倍數(shù)3.98倍，得到纖度為1.65dtex，長(zhǎng)度為38毫米的防靜電聚酯纖維，其拉伸強(qiáng)度為4.08cn/dtex，斷裂伸長(zhǎng)為28％，電阻值為1.20×108Ω，達(dá)到了防靜電纖維電阻值小于109Ω的要求。
例2在真空轉(zhuǎn)鼓中加入99％聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯切片，1％金屬氧化物粉末(其中15％氧化銀粉末，85％氧化鋅粉末)進(jìn)行共混干燥，干燥溫度為140℃，干燥時(shí)間18小時(shí)，干切片的含水率為67ppm，在VD406紡絲機(jī)設(shè)備上進(jìn)行紡絲，熔體溫度為288℃，卷繞速度800m/min，拉伸倍數(shù)4.01倍，得到纖度為1.65dtex，長(zhǎng)度38mm的防靜電聚酯纖維，其拉伸強(qiáng)度為4.21cn/dtex，斷裂伸長(zhǎng)32％，電阻值為1.86×108Ω，符合防靜電纖維電阻值的要求。
例3在真空轉(zhuǎn)鼓中加入97％聚對(duì)苯二甲酸-乙二醇酯切片，3％金屬氧化物粉末(其中10％氧化銀粉末、90％氧化鋅粉末)進(jìn)行共混干燥，干燥溫度為150℃，干燥時(shí)間17小時(shí)，干切片含水率62ppm，在VD406紡絲機(jī)設(shè)備上進(jìn)行紡絲，熔體溫度為290℃，卷繞速度800m/min，拉伸倍數(shù)3.98倍，得到纖度為1.65dtex，長(zhǎng)度38mm的防靜電聚酯纖維，其拉伸強(qiáng)度為4.11cn/dtex，斷裂伸長(zhǎng)35％，電阻值為1.55×108Ω，符合防靜電纖維電阻值的要求。
例4在真空轉(zhuǎn)鼓中加入95％聚對(duì)苯二甲酸-乙二醇酯切片，5％金屬氧化物粉末(其中12％氧化銀粉末、88％氧化鋅粉末)進(jìn)行共混干燥，干燥溫度為145℃，干燥時(shí)間17.5小時(shí)，干切片含水率89ppm，在VD406紡絲機(jī)設(shè)備上進(jìn)行紡絲，熔體溫度為291℃，卷繞速度800m/min，拉伸倍數(shù)3.98倍，得到纖度為1.67dtex，長(zhǎng)度38mm的防靜電聚酯纖維，其拉伸強(qiáng)度為3.98cn/dtex，斷裂伸長(zhǎng)37％，電阻值為0.98×108Ω，符合防靜電纖維電阻值的要求。
例5在真空轉(zhuǎn)鼓中加入95％聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯切片，5％金屬氧化物粉末(其中8％氧化銀粉末、92％氧化鋅粉末)進(jìn)行共混干燥，干燥溫度為155℃，干燥時(shí)間16.5小時(shí)，干切片含水率75ppm，在VD406紡絲機(jī)設(shè)備上進(jìn)行紡絲，熔體溫度為290℃，卷繞速度800m/min，拉伸倍數(shù)3.98倍，得到纖度為1.67dtex，長(zhǎng)度38mm的防靜電聚酯纖維，其拉伸強(qiáng)度為3.95cn/dtex，斷裂伸長(zhǎng)38％，電阻值為1.17×108Ω，符合防靜電纖維電阻值的要求。
例6采用40％例2紡得的抗靜電聚酯纖維，與60％棉纖維混紡，制得了32S防靜電滌/棉紗線，其斷裂強(qiáng)度為2.3cn/dtex，斷裂伸長(zhǎng)6.34％，電阻值為3.2×109Ω。
用上述紗線織造的防靜電面料，未洗時(shí)表面電阻為1.1×108Ω，摩擦帶電電壓為182V，摩擦電荷密度為1.2μc/m2，而加入導(dǎo)電纖維的同類織物表面電阻為1.7×108Ω，摩擦電荷密度為1.4μc/m2，經(jīng)50次洗滌后表面電阻為1.3×108Ω，摩擦帶電壓為535V，摩擦電荷密度為2.3μc/m2。而加入導(dǎo)電纖維的同類織物表面電阻為1.9×1010Ω，50次洗滌后摩擦帶電壓為1320V，摩擦電荷密度為3.5μc/m2。
上述測(cè)試是根據(jù)GB/T12703-1991標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的。
除了上述兩種實(shí)際應(yīng)用的例子外，本發(fā)明還可用來(lái)生產(chǎn)其它類型的永久性防靜電紡織產(chǎn)品，如防靜電非織造織物，目前非織造織物的用量越來(lái)越大，由于其原料大部份是合成纖維，在生產(chǎn)過(guò)程和最終用途中就不可避免地遇到靜電問(wèn)題，以前采用防靜電整理的方法來(lái)解決，但是在低濕度(＜30％RH)時(shí)不能解決靜電問(wèn)題的，因而采用ANTS永久性防靜電纖維是一個(gè)最佳的解決辦法，可開發(fā)防靜電針刺地毯、防靜電針刺過(guò)濾氈、用于易燃易爆場(chǎng)合的非織造織物、計(jì)算機(jī)軟盤內(nèi)襯等系列防靜電非織造產(chǎn)品。
此外，本發(fā)明還能用來(lái)制造高性能潔凈室工作服，集成電路等電子產(chǎn)品，要求在高潔凈度的空間中進(jìn)行制造，一個(gè)微弱的放電過(guò)程就會(huì)使產(chǎn)品報(bào)廢，因此對(duì)人體穿著的防護(hù)服裝要求具有截留人體產(chǎn)生的污染顆粒(高效的過(guò)濾率)、良好的防靜電性能(低磨擦電壓)，由于加入導(dǎo)電纖維的純滌綸織物的電暈放電起始電壓在2000V左右，因此不能滿足電子行業(yè)磨擦電壓小于50V的要求，為達(dá)到上述要求，電子行業(yè)潔凈室用防護(hù)服，一般同時(shí)采用導(dǎo)電纖維和防靜電整理或防靜電纖維二種防靜電措施，對(duì)于耐洗性和無(wú)濕度要求來(lái)看，ANTS防靜電纖維無(wú)疑是最佳選擇。
以金屬氧化物作為防靜電劑，采用共混法生產(chǎn)的ANTS防靜電纖維具有良好的物理性能，其電阻達(dá)到了防靜電性能要求；同時(shí)采用40％ANTS防靜電纖維與棉混紡的紗線，面料和服裝防靜電性能優(yōu)良，具有耐洗性并且不受環(huán)境濕度的影響，是一種理想的防靜電紡織產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種含金屬氧化物的永久性防靜電纖維，其特征在于，該永久性防靜電纖維的組成為95％～99％的聚酯切片，1％～5％的金屬氧化物，單位為重量百分?jǐn)?shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含金屬氧化物的永久性防靜電纖維，其特征在于，金屬氧化物的組成為5％～15％的氧化銀粉末，95％～85％的氧化鋅粉末，單位為重量百分?jǐn)?shù)，粉末的半徑小于5μm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含金屬氧化物的永久性防靜電纖維，其特征在于，聚酯切片為聚對(duì)苯二甲酸乙二酯。
4.一種含金屬氧化物的永久性防靜電纖維的生產(chǎn)方法，其特征在于，a、共混干燥，先使95％～99％的聚酯切片與1％～5％的金屬氧化物混和均勻，單位為重量百分?jǐn)?shù)，再在140～160℃溫度下，干燥時(shí)間16～18小時(shí)；b、螺桿熔融擠壓，將聚酯切片熔融成熔體，使已和聚酯切片混和均勻的金屬氧化物粉末均勻混入聚酯熔體中；c、紡絲組件，使已均勻混和金屬氧化物粉末的熔體溫度維持在285～292℃，再?gòu)膰娊z孔擠出成型，經(jīng)卷繞拉伸制得永久性防靜電纖維。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的含金屬氧化物的永久性防靜電纖維的生產(chǎn)方法，其特征在于，所用的噴絲孔直徑為φ0.3毫米，噴絲孔孔數(shù)為600孔。
全文摘要
本發(fā)明涉及紡織行業(yè)，具體地說(shuō)是一種制造永久性防靜電纖維的技術(shù)。按照本發(fā)明所提供的技術(shù)方案，永久性防靜電纖維的組成為95％～99％的聚酯切片，1％～5％的金屬氧化物。永久性防靜電纖維制造方法為a.共混干燥，先使95％～99％的聚酯切片與1％～5％的金屬氧化物混和均勻，再在140～160℃溫度下，干燥時(shí)間16～18小時(shí)；b.螺桿熔融擠壓，將聚酯切片熔融成熔體，使已和聚酯切片混和均勻的金屬氧化物粉末均勻混入聚酯熔體中；c.紡絲組件，使已均勻混和金屬氧化物粉末的熔體溫度維持在285～292℃，再?gòu)膰娊z孔擠出成型，經(jīng)卷繞拉伸制得永久性防靜電纖維。由于本發(fā)明是通過(guò)電子流動(dòng)來(lái)消除靜電的，因而防靜電性能與環(huán)境濕度沒(méi)有關(guān)系，保證了防靜電性能的持續(xù)有效。
文檔編號(hào)D01F1/02GK1560336SQ200410014288
公開日2005年1月5日 申請(qǐng)日期2004年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月10日
發(fā)明者華偉杰 申請(qǐng)人:江蘇省紡織研究所有限公司