CN102660819B - 永久性抗静电、阻燃锦纶6膨体长丝花色地毯纱及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种永久性抗静电、阻燃锦纶6膨体长丝花色地毯纱及制备方法。一种永久性抗静电、阻燃锦纶6膨体长丝花色地毯纱，包括地毯纱本体，地毯纱本体是由两束颜色不同或相同的阻燃型锦纶6膨体变形长丝和一束抗静电型锦纶6膨体变形长丝构成，三束锦纶6膨体变形长丝中的单纤维为无规三维卷曲纤维，不同型纤维之间无规混合、相互缠绕，地毯纱本体的表面具有周期性的网络结。其制备方法是由三螺杆BCF纺丝机组一步完成。产品基本保持了锦纶6的耐磨性、耐污性、回弹性等特性，同时又具有永久性抗静电、阻燃性的复合功能。生产方法中利用了三螺杆BCF纺丝机组生产过程特性，达到了一步纺制锦纶6抗静电、阻燃、花色地毯纱的目的，生产过程简单、实用、高效。
Description
技术领域
本发明属于地毯纱加工技术领域，具体涉及一种永久性抗静电、阻燃锦纶6膨体长丝花色地毯纱及制备方法。
背景技术
地毯是一种历史悠久的室内装饰铺地材料，不仅可以美化环境、舒缓压力，使人感觉舒适，而且还有保温、吸附空气微尘、降噪吸音等作用，在全世界范围内得到广泛使用。据统计，欧美纤维铺地材料销费量占总铺地材料消费量的70%左右，其他硬质铺地材料如瓷砖、地板等只占约30%。在我国自上世纪80年代初机制地毯替代传统手工地毯的生产方式以后，更以产量大、花色多、质量稳定在商用、家居、汽车等领域得到广泛应用。
随着化纤科技的发展，化纤地毯所占的比例越来越大。化纤地毯与羊毛等其它天然纤维材质地毯相比，具有质量轻、耐磨、色彩鲜艳、防污、防虫蛀，易洗、快干、价格低等特性，近年来，已占整个地毯量的90%以上。但化纤地毯的另外两个特性常给使用带来不便，其一是电绝缘性，由走动磨擦而积聚的静电荷易引起灰尘附着，或使人体产生电击感，甚至产生的静电火花对电子设备、信息系统产生电磁干扰，或引发火灾事故；其二是易燃熔滴性，在使用过程中遇到火星会产生大面积燃烧，根据我国近年的火灾调查结果分析，因纺织品不具备阻燃性能被引燃并蔓延引起的火灾占火灾事故的20％以上。对室内发生火灾的情况测试也表明，阻燃织物则允许有更长的逃逸时间(增加10倍～15倍)，燃烧释放的热量只有未阻燃织物的25％，可使火灾造成的损失减少一半。
2008年以来，强制性国家标准GB 20286—2006《公共场所阻燃制品及组件燃烧性能要求和标识》的推行实施，对铺地材料的燃烧性能作出了明确的限定，不低于GB 8624-2006《建筑材料及制品燃烧性能分级》规定的Df1级，且产烟毒性等级不低于t1级，更加快了建筑物阻燃铺地材料的开发和应用进程。
在化纤地毯中，锦纶因具有良好的耐磨性、耐污性、回弹性和染色性能优良，已成为国内外公认的高挡地毯的理想材料，锦纶地毯必将成为地毯市场的消费主流，所以研制并生产多功能锦纶地毯必将成为地毯业目前的主攻方向。目前多功能锦纶地毯多以抗静电耐污为主，阻燃性的锦纶地毯虽有研究成功的报道，但未见工业化产品大量面市。而针对抗静电、阻燃双功能锦纶地毯，主要原因是锦纶的阻燃化难度较大，若同时实现抗静电和阻燃则难度更大。据文献报道，早期抗静电阻燃锦纶地毯的加工方法主要为织物的后处理法，其次是采用导电性纤维与阻燃纤维混合可制得具有抗静电阻燃性的锦纶地毯，后者的得到的地毯才具有抗静电阻燃的耐久性。近年来，锦纶地毯的抗静电阻燃双功能研究都倾向于共混添加法，但是所添加的助剂难以同时具有抗静电和阻燃两种性能，因此，要使锦纶同时具备阻燃和抗静电性，则分别在聚合体中加入抗静电剂和阻燃剂。有关文献表明，纤维或地毯织物经普通阻燃处理后，其电阻值都会明显增大，又增加了抗静电的难度。这样，选择合适的阻燃剂和抗静电剂以避免两种助剂的干扰抵制及相互反应、合理确定配方及纺丝工艺则将成为今后研究的重点和关键，阻燃抗静电锦纶地毯的商品化难度较大。
针对特种情况下对该类抗静电阻燃地毯的使用急需，和公共场所普遍推广的国家强制性标准的要求，有必要开发一种永久性抗静电、阻燃锦纶地毯纱，以及提供织造抗静电阻燃锦纶地毯的基本材料。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：基于上述问题，本发明的一个目的是提供一种能够满足公共场所铺地材料限定要求的比电阻小于1×1010Ω·cm的永久性抗静电、阻燃锦纶6膨体长丝花色地毯纱，以满足地毯行业的需要。
本发明的另一个目的是提供一种以锦纶6切片和经干燥的改性阻燃剂、改性抗静电剂、色母粒为原料，利用三螺杆BCF纺丝机组一步法生产永久性抗静电、阻燃锦纶6膨体长丝花色地毯纱的工业制备方法，一根纱线中有分别具有永久抗静电性和阻燃性的纤维以充分混合的形态构成一种整体体现出永久性抗静电阻燃性的锦纶6膨体长丝地毯纱，达到能够简单的工业生产抗静电、阻燃地毯纱的目的。
本发明解决其技术问题所采用的一个技术方案是：提供一种永久性抗静电、阻燃锦纶6膨体长丝花色地毯纱，包括地毯纱本体，所述的地毯纱本体是由两束颜色不同或相同的阻燃型锦纶6膨体变形长丝和一束抗静电型锦纶6膨体变形长丝构成，三束锦纶6膨体变形长丝中的单纤维为无规三维卷曲纤维，不同型纤维之间无规混合、相互缠绕，所述的地毯纱本体的表面具有周期性的网络结，地毯纱本体的线密度为1500dtex～3300dtex。
上述的三束三维卷曲的单纤维呈高度返混的充分混合状态，是指分别独立的通过喷丝板喷出两束阻燃丝和一束抗静电丝，各自经过喷丝板拉伸、侧吹风冷却、上油、经集束牵伸后，一同进入膨化器，在膨化器内经高压热空气的吹散、膨化过程，形成三束单纤维充分混合的高度蓬松的无规三维卷曲的膨化纤维。由于阻燃纤维与抗静电纤维的充分混合和每根单纤维的三维卷曲，加之网络结的作用，使之在织成地毯后，特别是在簇绒地毯情况下，整张毯中占1/3量的抗静电纤维中各纤维与相邻纤维之间将产生多次接触，该类纤维在整个地毯面纱中构成一个抗静电网；同时阻燃纤维之间，阻燃纤维与抗静电纤维之间也彼此接触，共同组成了一个两类纤维之间的彼此交织的网。
纤维网络产生的抗静电性机理：毯面与鞋底经摩擦产生的静电荷，一方带正电，另一方带负电，且电荷量相等。由于地毯上混有抗静电纤维，从纤维上带电部位发出的电力线，经静电感应而集中到抗静电纤维上，在抗静电纤维附近形成了一个强电场（常达到5000V以上），空气绝缘性遭到破坏，产生电晕放电，电晕放电使空气电离成正、负离子，地毯上的电荷与空气中的负离子通过电力线移动，产生中和而使电荷减少。同时鞋底与抗静电纤维之间也将产生强电场，亦会形成上述的绝缘破坏，鞋底上的电荷向导电纤维移动，从而经摩擦的鞋(人体)带电荷减少这一过程是随着鞋的移动而瞬间发生，且能量微弱，从而使人体带电电位保持在较低的水平上。
一般来说，纱线的体积比电阻小于1×1010Ω·cm，即具有较好的抗静电性，本发明地毯纱在地毯面纱形成的抗静电纤维网的情况下，只要抗静电纤维自身的体积比电阻小于1×1010Ω·cm，地毯面纱整体的比电阻也具有与之相近的数值，即产生良好的抗静电性。
由于两类纤维之间的彼此交织，和纱线上网络结的作用，在一旦引燃的情况下，使阻燃纤维的阻燃性得到最大的发挥。
所述的阻燃型锦纶6膨体变形长丝具有三叶形异型截面，所述的抗静电型锦纶6膨体变形长丝具有圆形截面，三束锦纶6膨体变形长丝的单纤线密度为5dpf～30dpf，优选线密度为10dpf～25dpf，热卷曲伸长率为10%-30%，优选热卷曲伸长率为15%-25%。
三叶型异型截面与圆形截面相比，在相同横截面积的情况下，异形截面纤维具有更大的挺度及抗褶皱性。另外，纤维间的接触面积明显减少而使得粘附力减小，使之表现出更大回弹和蓬松性，更适合于地毯的特性要求，纱线中2/3的阻燃纤维具备该种结构，成毯后原纱特性保持率较高；圆形截面的抗电纤维由于彼此之间的接触面积较大，保证了抗静电网的有效性。上述单纤线密度与纱线线密度范围，为常规地毯在不同场合、不同用途所需求的线密度范围。纱线的热卷曲伸长率，表征了纤维的三维卷曲程度，其数值越高，纤维三维卷曲变形的程度越高，所表现出的抗静性、阻燃性的效果越好，但由于阻燃剂的引入，使该类纤维的断裂伸长和强度受到影响，如果控制热卷曲伸长率高于30%，纺丝过程中的断头率明显增加，影响产品质量。如果低于10%，难以保证成毯后抗静电效果的有效性。
所述的抗静电型锦纶6膨体变形长丝的颜色与两束阻燃型锦纶6膨体变形长丝的颜色不同。
本发明解决其技术问题所采用的另一个技术方案是：提供一种永久性抗静电、阻燃锦纶6膨体长丝花色地毯纱的制备方法，包括如下步骤：
a.向三台螺杆挤出机的料斗中分别计量加入原料，其中两个料斗内加入锦纶6切片、经预干燥的改性复合阻燃剂母粒和色母粒，另一个料斗内加入锦纶6切片、经预干燥的改性抗静电剂和色母粒；
b.三份原料从三个料斗分别进入三台螺杆挤出机后被熔化成熔体，由螺杆推进经导管送入纺丝箱体，熔体在箱体中经计量泵计量、加压输送至纺丝组件，由喷丝板细孔喷出两束阻燃锦纶6纤维和一束抗静电纤维；
c.将步骤b中的两束阻燃锦纶6纤维和一束抗静电纤维各自经过喷丝板拉伸、侧吹风冷却、上油，然后将三束纤维汇集在一起形成纤维束，经拉伸辊拉伸后再进入膨化变形器，变形空气喷射压力为7.0bar～8.0bar、温度为180℃～210℃，膨化器中的纤维束在热和高压湍流气体的作用下发生变形，形成单纤维呈无规三维卷曲、纤维间相互交叉、缠绕、充分混合的膨体纱；再经冷却定型、网络，在纱线表面产生周期性束紧纱线的网络结；经卷绕机卷绕成筒纱，形成了永久性抗静电、阻燃锦纶6膨体长丝花色地毯纱。
所述的步骤a中的改性复合阻燃剂母粒由改性阻燃剂与锦纶6切片经高速分散混合、双螺杆熔融挤出形成，其中的改性阻燃剂为经偶联剂疏水化处理的三聚氰胺氰尿酸盐、三聚氰胺聚磷酸盐和钠米氧化锌的组合物，其中，三聚氰胺氰尿酸盐和三聚氰胺聚磷酸盐平均粒径为0.1μm～1μm，钠米氧化锌的平均粒径为15～50nm，偶联剂为硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂，优选的偶联剂为环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、异丙基三（二辛基焦磷酸酰氧基）钛酸酯、四异丙基二（二辛基亚磷酸酰氧基）钛酸酯。所述的改性阻燃剂中三聚氰胺氰尿酸盐的加入量为6%～12%，三聚氰胺聚磷酸盐的加入量为2%～3%，钠米氧化锌的加入量为0.2%～1%。
三聚氰胺氰尿酸盐是一种氮系阻燃剂，由于键合性质与锦纶6切片（聚酰胺6）相似，所以对该类高分子材料有良好的相容性和阻燃性。但由于三聚氰胺氰尿酸盐主要是气相阻燃，燃烧过程中材料凝聚相成炭量较低，炭层松散，不能形成致密的保护层，也限制了其阻燃效率的提高。三聚氰胺聚磷酸盐的引入，与聚酰胺6共同组成膨胀型阻燃剂复合体系（气源（三聚氰胺氰尿酸盐）、酸源（三聚氰胺聚磷酸盐）、碳源（聚酰胺6）），增强了凝聚相阻燃机理而使阻燃性提高。
加入量如果低于下限值阻燃效果不良，若高于上限值纤维的力学性能明显下降；平均粒径为0.1μm～1μm，有利于提高阻燃性和保持良好的可纺性。
所述的纳米氧化锌，是典型的高温路易氏酸催化剂，三聚氰胺聚磷酸盐的阻燃协效剂。其作用是一方面催化聚磷酸盐的交联，减少磷氧化物的裂解与挥发，使更多的磷能够参与成炭过程；另一方面可催化由磷酸盐产生的聚磷酸对于聚酰胺6脱水作用，使之形成碳化二亚胺交联成炭，充分发挥聚酰胺6的碳源作用，提高阻燃性。其加入量为0.2%～1%，如果＜0.2%，阻燃协效不明显；如果＞1%，形成过多的聚磷酸锌盐，减少了起脱水作用的聚磷酸的量，对阻燃增效不利。
所述改性抗静电剂，聚醚酯酰胺是由含锌离子的己二酸与分子量为10000～20000的聚乙二醇醚的酯化物，再与聚己内酰胺缩合形成的嵌段共聚物。其中的含锌盐的聚乙二醇醚酯链段提供了抗静电性，聚己内酰胺链段提供了与聚酰胺6的共晶性，保证了与聚酰胺6共混经熔融纺丝所形成纤维的抗静电永久性。加入量低于2%纤维的比电阻值较高，高于4%纤维的力学性能影响明显。
所述的膨化变形工序，以热压缩空气为纤维变形介质，空气压力为7.0bar～8.0bar、温度为180℃～210℃，最佳的温度范围为190℃～200℃。纤维的变形效果影响地毯纱成毯后的抗静电和阻燃作用的发挥，变形效果越好，所产生抗静电阻燃作用越高。纤维的变形效果是压力和温度综合作用的结果，如果低于下限，抗静电效果不佳。又由于三束纤维中为产生不同特性而添加的粉料性质不同，其拉伸特性不同，过高的拉伸和弯曲形变，将产生过多的毛丝甚至断头，所以高于上限，可纺性不良。
采用本发明提出的方法，利用三螺杆BCF纺丝机组通过分别纺制达到阻燃标准性能指标的2/3量阻燃纤维，和达到抗静电性能要求的1/3量的抗静电纤维，经过统一膨化变形工序使纤维三卷曲和充分混合，一步法生产出具有永久性抗静电、阻燃锦纶6膨体长丝花色地毯纱。
本发明的有益效果是：1.本发明产品，基本保持了锦纶6的耐磨性、耐污性、回弹性等特性，同时又具有永久性抗静电、阻燃性的复合功能，不仅可用于商用、家居、汽车等的高挡场所的地毯面纱，还可用于计算机或精密电子仪器等控制的工业生产过程、科学研究、交通通讯过程等的有特种技术要求场合的地毯面纱，是一种功能性地毯纱。
2.本发明的生产方法是巧妙地利用了三螺杆BCF纺丝机组生产过程特性，三螺杆挤出使阻燃、抗静电、有色三种物性的纱分别同时纺丝；膨化过程能使之充分混合和形成高度的三维卷曲，其混合和卷曲效果为形成地毯面纱的抗静电、阻燃纤维网提供了必要的条件；网络过程产生了纤维延长方向的局部紧密接触节，构成了抗静电阻燃的协同作用点，达到了一步纺制锦纶6抗静电、阻燃、花色地毯纱的目的，生产过程简单、实用、高效。
具体实施方式
现在结合具体实施例对本发明作进一步说明，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。
实施例1
设备及原料：三螺杆BCF纺丝机组，聚酰胺6切片，PA6BCF油剂，PA6色母粒（黑：PA005、绿：PA609），含锌盐的聚醚酯酰胺抗静电剂，含经偶联剂疏水化处理的三聚氰胺氰尿酸盐（MCA）和三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)阻燃剂、纳米氧化锌的改性复合阻燃剂母粒，上述三种物料均经预干燥。
阻燃纤维喷丝板：43孔/三叶形、叶宽0.32mm、叶长0.85mm；抗静电纤维喷丝板：43孔/圆形、直径0.6mm。
纺丝条件：
工艺过程：
将分别计量的锦纶6切片和经预干燥的改性阻燃剂、改性抗静电剂、色母粒按上表中规定要求分别加入三螺杆BCF纺丝机组三个进料斗，按上表中纺丝条件分别经三台螺杆挤出机挤出、计量泵计量、喷丝、侧吹风冷却、上油，然后将三束纤维汇集在一起，经过牵伸、膨化变形、冷却定型、输出、网络，再经过卷绕机卷绕在筒管上完成纺丝过程，形成永久性抗静电、阻燃锦纶6膨体长丝花色地毯纱。
其中：计量泵转速：16.0r/min；侧吹风冷却：风温20℃，风速：0.55m/s，风湿：70%；上油：上油率1.2%；牵伸：第一牵伸辊速度640m/min，第二牵伸辊速度660m/min，温度67℃；主牵伸辊速度1850m/min，温度175℃；膨化变形：压力7.5bar，温度198℃；冷却定型：冷却鼓速度20r/min；第一输出辊速度1500m/min，第二输出辊速度1550m/min；缠结网络：缠结网络压力5.0bar；卷绕：卷绕速度1590m/min，卷绕时间580s。
产品物性：纤度2600dtex/129f，断裂强度1.8cN/dtex，断裂伸长率38.2%，沸水收缩率6.2%，热卷曲率15.5%，每米有28个网络结。
本实施例产品经双剑杆地毯织机织造地毯。测得抗静电、阻燃性能指标如下：
抗静电性能测试结果：
阻燃性能测试结果：
实施例2
设备及原料：三螺杆BCF纺丝机组，聚酰胺6切片，PA6BCF油剂，PA6色母粒（黑：PA005、鲜红：PA348，绿：PA609），含锌盐的聚醚酯酰胺抗静电剂，含经偶联剂疏水化处理的三聚氰胺氰尿酸盐（MCA）和三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)阻燃剂、纳米氧化锌的改性复合阻燃剂母粒，上述三种物料均经预干燥。
阻燃纤维喷丝板：23孔/三叶型、叶宽0.3mm、叶长0.8mm；抗静电纤维喷丝板：23孔/圆形、直径0.6mm。
纺丝条件：
工艺过程：
将分别计量的锦纶6切片和经预干燥的改性阻燃剂、改性抗静电剂、色母粒按上表中规定要求分别加入三螺杆BCF纺丝机组三个进料斗，上表中纺丝条件分别经三台螺杆挤出机挤出、计量泵计量、喷丝、侧吹风冷却、上油，然后将三束纤维汇集在一起，经过牵伸、膨化变形、冷却定型、输出、网络，再经过卷绕机卷绕在筒管上完成纺丝过程，形成永久性抗静电、阻燃锦纶6膨体长丝花色地毯纱。
其中：计量泵转速：13.2r/min；侧吹风冷却：风温20℃，风速0.48m/s，风湿：70%；上油：上油率1.2%，牵伸：第一牵伸辊速度870m/min；第二牵伸辊速度890m/min，温度65℃；主牵伸辊速度2400m/min，温度175℃，膨化变形：压力7bar，温度195℃，冷却定型：冷却鼓速度25r/min，第一输出辊速度1950m/min，第二输出辊速度1970m/min；缠结网络：缠结网络压力4.8bar；卷绕：卷绕速度1980m/min，卷绕时间830s。
产品物性：纤度1450dtex/69f，断裂强度1.9cN/dtex,断裂伸长率41.0%，沸水收缩率6.0%，热卷曲率20.5%，每米有30个网络结。
本实施例产品经威尔顿双剑杆织机织造地毯。测得抗静电、阻燃性能指标如下：
抗静电性能测试结果：
阻燃性能测试结果：
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (5)
1.一种永久性抗静电、阻燃锦纶6膨体长丝花色地毯纱的制备方法，包括地毯纱本体，所述的地毯纱本体是由两束颜色不同或相同的阻燃型锦纶6膨体变形长丝和一束抗静电型锦纶6膨体变形长丝构成，三束锦纶6膨体变形长丝中的单纤维为无规三维卷曲纤维，不同型纤维之间无规混合、相互缠绕，所述的地毯纱本体的表面具有周期性的网络结，地毯纱本体的线密度为1500dtex～3300dtex，其特征在于：包括如下步骤：
a.向三台螺杆挤出机的料斗中分别计量加入原料，其中两个料斗内加入锦纶6切片、经预干燥的改性复合阻燃剂母粒和色母粒，另一个料斗内加入锦纶6切片、经预干燥的改性抗静电剂和色母粒；
b.三份原料从三个料斗分别进入三台螺杆挤出机后被熔化成熔体，由螺杆推进经导管送入纺丝箱体，熔体在箱体中经计量泵计量、加压输送至纺丝组件，由喷丝板细孔喷出两束阻燃锦纶6纤维和一束抗静电纤维；
c.将步骤b中的两束阻燃锦纶6纤维和一束抗静电纤维各自经过喷丝板拉伸、侧吹风冷却、上油，然后将三束纤维汇集在一起形成纤维束，经拉伸辊拉伸后再进入膨化变形器，变形空气喷射压力为7.0bar～8.0bar、温度为180℃～210℃，膨化器中的纤维束在热和高压湍流气体的作用下发生变形，形成单纤维呈无规三维卷曲、纤维间相互交叉、缠绕、充分混合的膨体纱；再经冷却定型、网络，在纱线表面产生周期性束紧纱线的网络结；经卷绕机卷绕成筒纱，形成了永久性抗静电、阻燃锦纶6膨体长丝花色地毯纱。
2.根据权利要求1所述的永久性抗静电、阻燃锦纶6膨体长丝花色地毯纱的制备方法，其特征在于：所述的步骤a中的改性复合阻燃剂母粒由改性阻燃剂与锦纶6切片经高速分散混合、双螺杆熔融挤出形成，其中的改性阻燃剂为经偶联剂疏水化处理的三聚氰胺氰尿酸盐、三聚氰胺聚磷酸盐和钠米氧化锌的组合物，其中，三聚氰胺氰尿酸盐和三聚氰胺聚磷酸盐平均粒径为0.1μm～1μm，钠米氧化锌的平均粒径为15～50nm，偶联剂为硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂。
3.根据权利要求2所述的永久性抗静电、阻燃锦纶6膨体长丝花色地毯纱的制备方法，其特征在于：所述的改性阻燃剂中三聚氰胺氰尿酸盐的加入量为6%～12%，三聚氰胺聚磷酸盐的加入量为2%～3%，钠米氧化锌的加入量为0.2%～1%。
4.根据权利要求1所述的永久性抗静电、阻燃锦纶6膨体长丝花色地毯纱的制备方法，其特征在于：所述的步骤a中改性抗静电剂为含锌盐的聚醚酯酰胺，加入量为2%～4%。
5.根据权利要求1所述的永久性抗静电、阻燃锦纶6膨体长丝花色地毯纱的制备方法，其特征在于：所述的步骤c中膨化变形工序是以热压缩空气为纤维的变形介质，最佳的温度范围为190℃～200℃。
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