一种抗静电腈纶纤维及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于抗静电纤维及其制备领域，特别涉及一种抗静电腈纶纤维及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 纺织品在生产加工和使用中易因摩擦和感应产生静电。回潮率普遍较低的合成纤 维制品的电荷积聚现象更加显著。生产中纺织材料的带电现象常会导致纤维缠绕或堵塞机 件、半制品或纱线发毛断头，织造时经纱开口不清，织物折叠不齐等现象，影响生产的顺利 进行；纺织品使用中，静电电荷的积聚易引起灰尘附着，服装纠缠肢体产生粘附不适感；并 可引起血液pH值上升，血液中钙含量降低、尿中钙含量增加，血糖升高、维生素 C含量下降。 较高的静电压可对人体产生电击，并引起电子元件损坏，甚至导致起火和爆炸。
[0003] 抗静电纤维的制备方法目前已形成三代。第一代制备方法是在纤维表面涂覆表 面活性剂类抗静电剂，这种方法操作简单，是目前抗静电纤维生产的主要方法，第二代制备 方法指在形成纤维的基体聚合物中加入表面活性剂类抗静电剂或高分子永久型抗静电剂， 再熔融纺丝。前者在纤维中有向表面迀移的倾向，可补充受损的表面抗静电层，是一种半永 久性的方法；后者与基体聚合物以共混或共聚的方式存在，在纤维内部形成亲水的"导电通 道"，是一种永久性的方法。第三代制备方法叫导电纤维法，是利用碳黑、金属或金属氧化物 与基体聚合物形成导电纤维。制造方法有添加导电微粉、无电电镀和配成涂饰剂。导电纤 维法性能稳定，效果优异，耐久性强，不受气候条件的限制，是最有发展前途的方法。
[0004] 抗静电腈纶可被用作医药、食品、电子、日用化工、计算机、精密机械等工业领域的 无绒毛防尘工作服；也可用作炼油、石油、冶炼、涂料制造工业的防爆工作服；还可用作医 院、轮船、车辆等防静电起火的装饰织物及通讯、输电等防静电干扰织物；在日常生活中则 可用作内衣、裙子和服装衬里等。制备长效或永久性抗静电腈纶，一般采用在聚合体中引入 亲水基团以提高吸湿性、用少量导电物质（碳黑或金属氧化物）与聚丙烯腈原液共混纺丝、 用铜盐溶液处理纤维表面、用导电物对湿法纺丝干燥致密化前的凝胶状态纤维进行浸渍处 理等方法制备。
[0005] 表1常用织物抗静电测试方法
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【发明内容】
[0008] 本发明所要解决的技术问题是提供一种抗静电腈纶纤维及其制备方法，本发明方 法操作简单，参数易于控制，使用的溶剂安全低毒，制备的纤维力学性能优异，抗静电性能 良好，可应用于抗静电织物中。
[0009] 本发明的一种抗静电腈纶纤维，将含氧化石墨烯、聚丙烯腈的纺丝液进行湿法纺 丝，得到抗静电腈纶纤维；其中纺丝液中聚丙烯腈的质量百分浓度为20%~22% ;氧化石 墨稀为聚丙稀臆质量的〇. 02%~0. 4%。
[0010] 本发明的一种抗静电腈纶纤维的制备方法，包括：
[0011] 本发明的一种抗静电腈纶纤维的制备方法，包括：
[0012] (1)将聚丙烯腈PAN烘干、筛选，得到处理后的聚丙烯腈PAN;
[0013] (2)将上述处理后的聚丙烯腈、氧化石墨稀、溶剂混合，得到纺丝溶液；
[0014] (3)将上述纺丝液进行真空抽滤脱泡、湿法纺丝、定型干燥，即得抗静电腈纶纤维。
[0015] 所述步骤（1)中聚丙烯腈PAN的分子量范围为：60000-80000 ;烘干为：分段升温 进行烘干或恒温烘干法；筛选为：400目筛网筛选。
[0016] 所述分段升温进行烘干：60°C保持lh，升温至70°C，保持lh，升温至90°C，保持 lh，升温至120°C，保持Ih ;恒温烘干法为：100°C保持6h。
[0017] 所述步骤⑵中溶剂为：N，N-二甲基乙酰胺DMAc、二甲基亚砜DMSO, N，N-二甲基 甲酰胺DMF、硫氰酸钠 NaSCN、丙酮、碳酸乙烯酯EC、硝酸HNO3、氯化锌ZnCl2中的一种或几 种。所述步骤（2)中处理后的聚丙烯腈、氧化石墨烯G0、溶剂混合方式为：先将处理后的聚 丙烯腈PAN加入溶剂中，膨胀后加热溶解再加入氧化石墨烯形成纺丝液；或先向溶剂中加 入氧化石墨烯，形成分散体系后再加入处理后的聚丙烯腈PAN加热溶解形成纺丝液；或同 时加入PAN粉末和氧化石墨烯进行溶解形成纺丝液；或处理后的聚丙烯腈PAN和氧化石墨 烯GO分别溶解于溶剂中，在将两种溶液混合形成纺丝液。
[0018] 氧化石墨烯溶解为：先将氧化石墨烯GO溶解于水中，再将水溶液进行冻干处理除 去水份，再将GO分散于溶剂体系中或直接将氧化石墨烯GO分散于溶剂体系中并进行30~ 60min超声处理。
[0019] 处理后的聚丙烯腈PAN在溶剂体系中充分膨化，具体为：将处理后的聚丙烯腈PAN 的分散体系在400~600转/分的搅拌转速下，边搅拌边膨化，处理2-10h。
[0020] 所述步骤（3)中湿法纺丝具体工艺为：见表2。
[0021] 表2:
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[0023] 所述步骤（3)中定型干燥的温度为90-100°C，处理时间为2-5min。
[0024] 本发明使用PAN作为原材料，基于湿法纺丝工艺，湿法纺丝的工序为：原料的筛选 干燥，制备纺丝液，纺丝液挤压出喷丝头形成细流，纺丝液细流凝固形成初生纤维，初生纤 维拉伸卷绕，纤维后处理。
[0025] 抗静电腈纶纤维的制备方法：
[0026] (I)PAN粉体烘干，筛网（400目）筛选分离。
[0027] 预先将PAN粉体筛选，该法比制备成纺丝液后再进行过滤具有更好的效果。PAN粉 体特征见表3。
[0028] 表3聚丙烯腈粉体的特性指标
[0030] (2)纺丝溶剂的选择。
[0031] 可用于PAN湿法纺丝的溶剂有：N, N-二甲基乙酰胺（DMAc)、二甲基亚砜（DMSO)， N，N-二甲基甲酰胺（DMF)、硫氰酸钠（NaSCN)、丙酮、碳酸乙烯酯（EC)、硝酸（HNO3)和氯化 锌（ZnCl2)等。根据具体需要选择合适的溶剂。
[0032] (3)PAN与氧化石墨烯含量的确定。
[0033] ① PAN质量浓度为20 %~22 % ;
[0034] ②氧化石墨烯含量（对PAN干重）为0· 02 %~0· 4 %。
[0035] (4)氧化石墨烯、PAN粉体及溶剂的混合方式。
[0036] 混合方式有四种，一是先将PAN粉末加入溶剂中，膨化后加热溶解再加入氧化石 墨烯形成纺丝液；二是先向溶剂中加入氧化石墨烯，形成分散体系后再加入PAN粉末膨化 加热溶解形成纺丝液；三是同时加入PAN粉末和氧化石墨烯进行溶解形成纺丝液；四是PAN 和GO分别溶解于溶剂中，在将两种溶液混合形成纺丝液；优选顺序为：（二）〉（四）〉（三）〉 (一）。
[0037] (5) PAN粉体在溶剂体系中的充分膨化。
[0038] 将PAN粉体的分散体系在400~600转/分的搅拌转速下，边搅拌边膨化，处理2h 以上。
[0039] (6) PAN粉体在溶剂体系中的充分溶解。
[0040] 使用旋转式粘度计测试不同温度下含GO纺丝液的旋转粘度性质，GO的加入对纺 丝液的粘度影响不大，温度对纺丝液的粘度有较大影响，列于表4中。高温时，纺丝液显示 出低粘度，利于纺丝液的流动，低温时，纺丝液显示出低粘度，利于纺丝成型。
[0041] 表4不同温度下纺丝液的粘度（G04%、PAN 20 % )
[0043] (7)过滤与脱泡处理。
[0044] 若纺丝液均匀、透明，可不进行过滤。若纺丝液中含有杂质则根据情况用100~ 200目不锈钢筛网进行过滤。
[0045] 将纺丝液转移至反应釜的过程中可能会有气泡产生。因此，在将纺丝液加入反应 釜后需静置过夜或者真空脱泡2h。
[0046] (8)纺丝。
[0047] 使用的喷丝孔规格为直径0.1 mmX 30圆孔，采用三道凝固浴进行纺丝。以表5所 列工艺参数条件作为优选方案。
[0048] 表5湿纺工艺过程的参数条件
[0050] (9)纤维干燥致密化及热定型处理。
[0051] 通过对纺丝纤维干燥致密化及热定型处理得到性质更为优良的ΡΑΝ/GO纤维丝 束。温度90~100°C，处理时间为2~5min。
[0052] (10)纤维性能测试。力学性能、抗静电性能均是按照国家标准或行业标准进行测 试。
[0053] 测纤维的抗静电性能是采用半自动织布机将纤维织成4. 5x4. 5cm大小的织物进 行测试。
[0054] 有益效果
[0055] 本发明所得纤维均一性：纤维长丝直径均一，表面光洁；力学性能：丝束平均单丝 纤维的直径为70± 10 μ m，拉伸强度为2. 0~3. OcN/dtex ;随着GO量的增加，纤维的强力有 上升，当PAN浓度20%，GO掺入量为wt % = 0. 02%时，30根单丝纤维的平均拉伸断裂强度 约为2. 3cN/dtex，能够满足织造需求；
[0056] 抗静电性：采用织物感应式静电测定仪对纤维织物进行静电测试，使用摩擦带 电衰减法对织物样本进行测定，当纺丝液中GO掺入量为wt%= 0.02%时，感应电压为 10. 620kV时，衰减电压为I.