专利名称：一种抗静电型复合阻燃纤维及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种多功能纤维，具体地，涉及一种抗静电阻燃纤维及其制备方法。
背景技术：
涤纶是具有良好力学性能、耐磨等用途广泛纤维，但其自身的表面电阻小，易产生 静电，并且本身也没有阻燃性，使其应用受到限制。由于静电的存在，使其更易吸附尘埃，从 而严重影响到高精密仪器、生物制药、食品等行业的生产，同时静电的存在增加了易燃、易 爆场所出现火灾或爆炸的可能性。因此，对涤纶产品提出了更高的要求，使其除了具有很好 机械性能外，还具有抗静电、阻燃等性能，拓宽其使用范围。在专利申请20071017^71. 1中公开的阻燃抗静电尼龙6，其中包括如下成分和重 量百分比含量尼龙6切片45-60% ；玻璃纤维10-40% ；阻燃剂15-18% ；助阻燃剂2_4% ； 抗静电剂2-5% ；抗氧剂0. 1-0.5% ；润滑剂01.-1%。所述的抗静电剂为阴离子型和/或 非离子型抗静电剂，其中阴离子型抗静电剂包括羧酸盐、聚氧化乙烯附加物；所述的非离子 型抗静电剂包括乙二醇酯、脂肪酸酯、乙醇酰胺。专利申请200410072375. 5中公开了阻燃-抗静电聚酯纤维的制造方法，原料PTA 和EG进行酯化反应生成BHET单体，在该单体常压缩聚反应阶段向物料中首先加入预先调 制好的功能性添加剂无机抗静电EG浆液，然后在加入磷系阻燃剂单体EG溶液投入聚合釜 的物料，5分钟后开始进行减压反应，反应结束后将熔体以水冷的方式冷却后通过切粒机制 成阻燃-抗静电复合功能聚酯切片，然后将该切片纺制成具有阻燃-抗静电复合多功能的 涤纶纤维。在现有技术公开采用共混的方法制备的抗静电阻燃纤维中，由于功能性组分的加 入，使得纤维的力学能行降低，即可纺性能下降。鉴于现有技术的缺陷，特提出本发明。
发明内容
本发明的一个目的在于，提供一种抗静电阻燃纤维，该纤维具有良好的抗静电性 能，同时其可纺性能优异，强度达到常规纤维的水平，且在提高抗静电性能的同时，大幅度 的降低纤维的生产成本。本发明的另一个发明目的在于，提供一种抗静电阻燃纤维的制备方法，该方法工 艺简单。为实现本发明的第一目的，一种抗静电阻燃纤维，该纤维的横截面呈皮芯结构，皮 层含有导电粉体和无卤阻燃聚酰胺6，芯层为聚酯、聚酰胺6或聚酰胺66，其中皮层与芯层 的重量比为15 85 25 75，导电粉体占皮层总质量的质量百分比为5-70%。其优选，导电粉体占皮层总质量的质量百分比为15-55%。所述的导电粉体包括导电碳黑、纳米级ATO或ITO导电粉体。导电粉体的粒度为 小于lOOnm。
所述的无卤阻燃聚酰胺6的相对粘度为2. 4 3. 0，其优选2. 4。若使用相对粘数 过高的无卤阻燃聚酰胺6，其熔体的流动性能较差，纺丝加工性能不良，难于提高纺丝速度， 且导电粉体难于均勻分散其中，影响纤维的抗静电能力。而使用相对粘度过低的无卤阻燃 聚酰胺6，则会降低纤维的物理机械性能。芯层中聚酯特性黏数0. 6 IdL/g，聚酰胺6或聚酰胺66的相对粘度为2. 4 3. 0。所述的聚酯包括PET、PBT等。所述的纤维的横截面可以为内外层同心的圆形，也可以为外层为圆形，芯层为多 边形。本发明所述的皮芯结构的纤维是一种复合阻燃功能，其皮层为含导电粉体、无卤 阻燃聚酰胺6，无卤阻燃聚酰胺6树脂是一种本征阻燃聚合物，抗静电纳米粉体也可以起到 吸热、阻隔氧气、阻止热氧连锁反应等阻燃功能，因此可以起到协同增效的阻燃功能；另外 该纤维的阻燃组分是无卤素、无磷元素组分，加工或燃烧过程中不会释放有毒气体，是一种 环保阻燃组分；其芯层为聚酯、聚酰胺6或聚酰胺66。在皮层中，通过在本发明所述的无卤 阻燃聚酰胺6加入导电粉体，使得纤维具有很好的抗静电、阻燃性能。同时这种皮芯结构的 纤维仍然能够保持良好的力学性能及可纺性能。本发明所述的皮芯结构的抗静电阻燃纤维，由于功能性组份只需添加到皮层中， 其使用量大大减少，可大幅度降低纤维生产成本。当导电粉体、阻燃剂在纤维中的总量降低 的同时，其在皮层中的含量并不需减少，甚至还可在一定范围内提高，因此纤维的抗静电性 能在降低成本的同时不但不会降低，甚至还可提高。本发明的另一目的，一种抗静电阻燃纤维的制备方法，采用如下技术方案(1)将表面处理剂分散到溶剂中配成表面处理剂溶液；(2)将导电粉体与步骤(1)中配好的溶液进行混合；(3)步骤( 得到的经表面处理的导电粉体与无卤阻燃聚酰胺6共混造粒，制备抗 静电阻燃切片，所述的导电粉体占抗静电阻燃切片总质量的质量百分比为5-70% ；(4)抗静电阻燃切片与聚酯、聚酰胺6或聚酰胺66进行复合纺丝，制成皮芯结构的 抗静电阻燃纤维，其中抗静电阻燃组分为纤维的外层，聚酯、聚酰胺6或聚酰胺66为芯层。所述的表面处理剂与溶剂的配比为1 1 1 100所述的表面处理剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、双金属偶联剂、 木质素偶联剂或锡偶联剂等。所述的溶剂包括甲醇、乙醇、异丙醇、苯、甲苯、二甲苯、戊烷、己烷、辛烷、白油、醋 酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丙酯、水中的一种或者两种以上的混合物。步骤(1)中，在温度为25°C的条件下，表面处理剂分散于溶剂中，搅拌10 40mino所述的导电粉体包括导电碳黑、纳米级ATO或ITO导电粉体。所述的混合包括干法、湿法两种方式，其中干法混合是将表面处理剂浓度相对 较高的表面处理剂溶液体系以雾状喷入到导电粉体中，表面处理剂与导电粉体的比例为 0. 5-3%，高速搅拌5-15min，混合均勻后备用；湿法混合是采用表面处理剂浓度相对较低 的表面处理剂溶液体系，将导电粉体加入其中，在悬浮液体状态下充分搅拌均勻，然后经抽
4滤、洗涤、干燥后备用。在步骤(3)中，在导电粉体中需要加入润滑剂，润滑剂质量占抗静电阻燃切片总 质量的质量百分比为0. 5-10%。所述的润滑剂为酰胺类、硬脂酸及其衍生物或蜡类化合物。所述的纤维的横截面可以为内外层同心的圆形，也可以为外层为圆形，芯层为多 边形。本发明所述的复合纺丝的方法采用现有技术常规复合纺丝方法即可。本发明提供的抗静电阻燃纤维与现有技术相比，其优点如下本发明所述的皮芯型抗静电阻燃的纤维是由含有导电粉体及无卤阻燃聚酰胺6 层(皮层)与聚酯、聚酰胺6或聚酰胺66 (芯层)经双组份复合纺丝技术而制得，其截面呈 皮芯结构。在皮层中，通过在本发明所述的无卤阻燃聚酰胺6加入导电粉体，使得纤维具有 抗静电和阻燃双重功能，抗静电功能可以减少纤维静电吸附灰尘，保持纤维制品的清洁度 和良好可清洁性，最重要是可以减少静电火花起火，减少火灾几率，阻燃功能可以保证纤维 制品在另外起火的情况下，尽大程度阻止火情的扩大，尽大程度减少热、烟的排放量，从而 减少生命和财产的损失；同时这种皮芯结构的纤维仍然能够保持良好的力学性能及可纺性 能。即在保持更好的抗静电阻燃性能、力学性能的同时，降低了生产成本、提高了加工性能， 更有利于下游客户的使用。
图1为本发明抗静电阻燃纤维的一种横截面示意2为本发明抗静电阻燃纤维的另一种横截面示意图
具体实施例方式实施例1将钛酸酯溶解在甲苯溶剂中，钛酸酯与甲苯的质量比为1 2，将溶解好的溶液以 雾状加入到纳米级导电碳黑中，导电碳黑粉体与钛酸酯的质量比为98 2，在高速搅拌(约 1000r/min)下升温至约100°C，搅拌约0. 5h，将相对粘度为2. 4的无卤阻燃聚酰胺6树脂 (其中包含占总质量百分比为2%的硬脂酸单甘油酯)和处理好的纳米导电碳黑粉体进行 干燥，然后经计量加入到双螺杆挤出机混合、挤出、切粒，得到抗静电阻燃切片，纳米导电碳 黑粉体的质量含量为15% ；将制备好的抗静电阻燃切片和相对粘度为2. 4的聚酰胺6切片进行干燥，在双组 分复合纺丝机进行纺丝，复合比即抗静电阻燃切片(皮层)与聚酰胺6切片(芯层)的重 量比为20 80，复合形式为同心圆形皮芯型，经牵伸定型得到抗静电型复合阻燃纤维。所 得纤维的性能指标如下体积比电阻104Ω ^m,断裂强度3.0cN/dteX，断裂伸长率60%，极 限氧指数32。实施例2 在95 %的乙醇溶液中加入乙酸调节PH值在4左右，将硅烷加入到上述溶剂中，硅 烷的质量浓度为2 %，充分搅拌水解5-10分钟，然后加入纳米ATO导电粉，纳米ATO导电粉 和硅烷的质量比为98 2，继续搅拌10-30分钟，然后经抽滤、洗涤、干燥，在110°C-130°C加热15min，最后使用高速粉碎机将处理好的纳米ATO导电粉打散，将相对粘度为2. 4的无 卤阻燃聚酰胺6树脂(其中包含占总质量百分比为2%的硬脂酸单甘油酯)和处理好的纳 米ATO导电粉进行干燥，然后经计量加入到双螺杆挤出机混合、挤出、切粒，纳米ATO导电粉 体的质量含量为50%，得到抗静电阻燃切片；将制备好的抗静电阻燃切片和相对粘度为2. 4的聚酰胺6切片进行干燥，在双组 分复合纺丝机进行纺丝，复合比即抗静电阻燃切片(皮层)与聚酰胺6切片(芯层)的重 量比为20 80，复合形式为同心圆形皮芯型，经牵伸定型得到抗静电型复合阻燃纤维。所 得纤维的性能指标如下体积比电阻为107Ω ·_，断裂强度3.0cN/dteX，断裂伸长率60%， 极限氧指数32。实施例3将铝酸酯溶解在醋酸甲酯溶剂中，铝酸酯与醋酸甲酯的质量比为1 50，将溶解 好的溶液以雾状加入到纳米级ITO导电粉体中，导电粉体与铝酸酯的质量比为98 1，在 高速搅拌(约lOOOr/min)下升温至约100°C，搅拌约0. 5h，将相对粘度为3. O的无卤阻燃 聚酰胺6树脂(其中包含占总质量百分比为10%的硬脂酸单甘油酯)和处理好的纳米级 ITO导电粉体进行干燥，然后经计量加入到双螺杆挤出机混合、挤出、切粒，得到抗静电阻燃 切片，纳米级ITO导电粉体的质量含量为40% ；将制备好的抗静电阻燃切片和相对粘度为2. 4的聚酰胺66切片进行干燥，在双组 分复合纺丝机进行纺丝，复合比即抗静电阻燃切片(皮层)与聚酰胺66切片(芯层)的重 量比为15 85，复合形式为同心圆形皮芯型，经牵伸定型得到抗静电型复合阻燃纤维。所 得纤维的性能指标如下体积比电阻106Ω ^m,断裂强度3.5cN/dteX，断裂伸长率60%，极 限氧指数32。实施例4将钛酸酯溶解在醋酸甲酯溶剂中，钛酸酯与异丙醇的质量比为1 20，将溶解好 的溶液以雾状加入到纳米级ITO导电粉体中，导电粉体与钛酸酯的质量比为98 2. 9，在 高速搅拌(约lOOOr/min)下升温至约100°C，搅拌约40min，将相对粘度为2. 6的无卤阻 燃聚酰胺6树脂(其中包含占总质量百分比为5%的硬脂酸单甘油酯)和处理好的纳米级 ITO导电粉体进行干燥，然后经计量加入到双螺杆挤出机混合、挤出、切粒，得到抗静电阻燃 切片，纳米级ITO导电粉体的质量含量为5% ；将制备好的抗静电阻燃切片和特性粘数为0. 6dL/g的PET切片进行干燥，在双组 分复合纺丝机进行纺丝，复合比即抗静电阻燃切片(皮层)与PET切片(芯层)的重量比 为25 75，复合形式为同心圆形皮芯型，经牵伸定型得到抗静电型复合阻燃纤维。所得纤 维的性能指标如下体积比电阻106Ω ^m,断裂强度3.0cN/dteX，断裂伸长率60%，极限氧 指数32。实施例5将硅烷加入到戊烷和辛烷的混合溶剂中，硅烷的质量浓度为2%，充分搅拌水解 5-10分钟，然后加入纳米导电碳黑，纳米导电碳黑和硅烷的质量比为98 0.7，继续搅拌 30分钟，然后经抽滤、洗涤、干燥，在120°C加热20min，最后使用高速粉碎机将处理好的纳 米导电碳黑打散，将相对粘度为2.8的无卤阻燃聚酰胺6树脂(其中包含占总质量百分比 为4%的硬脂酸单甘油酯)和处理好的纳米导电碳黑进行干燥，然后经计量加入到双螺杆
6挤出机混合、挤出、切粒，纳米导电碳黑的质量含量为10%，得到抗静电阻燃切片；将制备好的抗静电阻燃切片和相对粘度为2. 4的聚酰胺66切片进行干燥，在双组 分复合纺丝机进行纺丝，复合比即抗静电阻燃切片(皮层)与聚酰胺66切片(芯层)的重 量比为22 78，复合形式为同心圆形皮芯型，经牵伸定型得到抗静电型复合阻燃纤维。所 得纤维的性能指标如下体积比电阻104Ω ^m,断裂强度3.0cN/dteX，断裂伸长率60%，极 限氧指数32。实施例6在95%的乙醇溶液中加入乙酸调节PH值在4左右，将硅烷加入到上述溶剂中，硅 烷的质量浓度为2%，充分搅拌水解10分钟，然后加入纳米ITO导电粉体，纳米ITO导电 粉体和硅烷的质量比为98 2. 5，继续搅拌10分钟，然后经抽滤、洗涤、干燥，在110°C加 热15min，最后使用高速粉碎机将处理好的ITO导电粉体打散，将相对粘度为2. 5的无卤阻 燃聚酰胺6树脂(其中包含占总质量百分比为0. 5%的硬脂酸单甘油酯)和处理好的纳米 ITO导电粉体进行干燥，然后经计量加入到双螺杆挤出机混合、挤出、切粒，纳米导电碳黑的 质量含量为5%，得到抗静电阻燃切片；将制备好的抗静电阻燃切片和特性粘数为0. 8dL/g的PBT切片进行干燥，在双组 分复合纺丝机进行纺丝，复合比即抗静电阻燃切片(皮层)与PBT切片(芯层)的重量比 为25 75，复合形式为同心圆形皮芯型，经牵伸定型得到抗静电型复合阻燃纤维。所得纤 维的性能指标如下体积比电阻106Ω ^m,断裂强度3.0cN/dteX，断裂伸长率60%，极限氧 指数32。比较例本比较例是对实施例1制备的抗静电阻燃纤维(A)与采用现有技术公开的方法得 到抗静电阻燃纤维(B)的性能进行比较。其中，在抗静电阻燃纤维(B)中，原料的种类以 及其用量如同实施例1中的组分，不同之处，是将这些组分共混后，采用常规的方法将其纺 丝，非皮芯结构，得到抗静电阻燃纤维(B)；两种纤维的性能参数如见下表
权利要求
1.一种抗静电阻燃纤维，该纤维的横截面呈皮芯结构，皮层含有导电粉体和无卤阻 燃聚酰胺6，芯层为聚酯、聚酰胺6或聚酰胺66，其中皮层与芯层的重量比为15 85 25 75，导电粉体占皮层总质量的质量百分比为5-70%。
2.根据权利要求1所述的纤维，其特征在于，所述的导电粉体包括导电碳黑、纳米级 ATO或ITO导电粉体。
3.根据权利要求1所述的纤维，其特征在于，所述的无卤阻燃聚酰胺6的相对粘度 2. 4 3. 0，其优选2. 4。
4.根据权利要求1-3任一项所述的纤维，其特征在于，所述的聚酯特性黏数0.6 IdL/g，其优选0. 6 ；聚酰胺6或聚酰胺66的相对粘度为2. 4 3. 0，其优选2. 4。
5.根据权利要求1所述的纤维，其特征在于，所述的聚酯包括PET或PBT。
6.根据权利要求1所述的纤维，其特征在于，所述导电粉体占皮层总质量的质量百分 比为 15-55% ο
7.—种权利要求1-6任一项所述的抗静电阻燃纤维的制备方法，包括如下步骤(1)将表面处理剂分散到溶剂中配成表面处理剂溶液；(2)将导电粉体与步骤(1)中配好的溶液进行混合；(3)步骤( 得到的经表面处理的导电粉体与无卤阻燃聚酰胺6共混造粒，制备抗静电 阻燃切片，所述的导电粉体占抗静电阻燃切片总质量的质量百分比为5-70% ；(4)抗静电阻燃切片与聚酯、聚酰胺6或聚酰胺66进行复合纺丝，制成皮芯结构的抗静 电阻燃纤维，其中抗静电阻燃组分为纤维的外层，聚酯、聚酰胺6或聚酰胺66为芯层。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述的表面处理剂与溶剂的配比为 1 1 1 100。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述的表面处理剂为硅烷偶联剂、钛 酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、双金属偶联剂、木质素偶联剂或锡偶联剂；所述的溶剂包括甲 醇、乙醇、异丙醇、苯、甲苯、二甲苯、戊烷、己烷、辛烷、白油、醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丙酯、 水中的一种或者两种以上的混合物。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，在温度为25°C的条件 下，表面处理剂分散于溶剂中，搅拌10 40min。
全文摘要
本发明提供一种抗静电阻燃纤维及其制备方法，该纤维的横截面呈皮芯结构，皮层含有导电粉体和无卤阻燃聚酰胺6，芯层为聚酯、聚酰胺6或聚酰胺66，其中皮层与芯层的重量比为15∶85～25∶75，导电粉体占皮层总质量的质量百分比为5-70％。通过在无卤阻燃聚酰胺6加入导电粉体，使得纤维具有抗静电和阻燃双重功能，抗静电功能可以减少纤维静电吸附灰尘，保持纤维制品的清洁度和良好可清洁性；同时这种皮芯结构的纤维仍然能够保持良好的力学性能及可纺性能。即在保持更好的抗静电阻燃性能、力学性能的同时，降低了生产成本、提高了加工性能，更有利于下游客户的使用。
文档编号D01F8/14GK102108566SQ20101060656
公开日2011年6月29日 申请日期2010年12月27日 优先权日2010年12月27日
发明者史贤宁, 吴鹏飞, 崔华帅, 崔宁, 李 杰, 黄庆 申请人:中国纺织科学研究院