多功能電磁輻射屏蔽纖維及其制造方法技術

本發明專利技術涉及一種電磁輻射屏蔽纖維及其制造技術。其特征是成纖聚合物（Ａ）和（Ｂ）與其各自的功能性添加物，Ｘ－射線屏蔽物質和導電物質及紫外線吸收劑，以及改善兩者之間混溶性的助劑，分別均勻混合，經熔融混煉和復合紡絲制成皮芯重量比為３：７－２：８的復合纖維。它具有Ｘ－射線、射電和紫外線輻射屏蔽功能，且有較好的可紡和服用性及屏蔽耐久性。本發明專利技術纖維的制成品，可廣泛用于電子產品周圍特別是計算機或電視機熒光屏及Ｘ－射線ＣＴ機前人員的身心保護。（*該技術在2012年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種電磁輻射屏蔽纖維及其制造方法。隨著電子電器設備或產品在工農業生產及人們日常生活中越來越廣泛的應用，人們對于這些電氣產品產生的電磁輻射所引起的相互干擾、事故，甚至災害越來越注重研究;對由電磁輻射所引起的電子產品使用人員或周圍工作人員的身心不適，以及工作環境的污染也越來越關注解決。研究解決的方案基本有兩種，一種是增強對輻射源本身的屏蔽，如使用導電塑料作為電子產品的外殼，或在電視機的熒光屏前使用X-射線防護玻璃等，以減少輻射;另一種則是加強對使用人員的身體防護，這一點對電子產品用戶尤為重要。電磁輻射屏蔽纖維就屬于后者的范圍。現有的屏蔽纖維制造技術中，纖維一般只具有某一波段電磁波的屏蔽功能，如特開昭61-102411報道了一種含有40-80%平均粒徑在1μm以下的硫酸鋇，經濕法紡絲工藝制成的粘膠纖維。它具有較好的0.01-100A°電磁輻射，即X-射線屏蔽功能。眾多的研究結果表明，以比電阻為10-10-3Ω·cm的纖維加工成的織物具有良好的1mm-500m波，即射電輻射的屏蔽功能，這種纖維即金屬涂層纖維。其制造方法是采用離子噴鍍、化學(浸漬)或真空沉積等方法在纖維表面形成一個0.05～1μm的金屬或導電金屬化合物層。當金屬層的重量為纖維重量的10～50%時，即可使纖維的比電阻由1013Ω·cm降到10-3～10-4Ω·cm，但由于在纖維表面覆蓋金屬層后會影響纖維的柔軟性和手感，降低服用性能，而且金屬覆蓋層在纖維被洗滌和使用后會逐漸脫落，而導致纖維屏蔽性能的劣化。為改善這一缺陷，又開發出了在纖維表面鍍金屬合金和采用特殊的纖維基材的方法，如特開昭61-132667所示。但這些方法都不同程度地加大了射電輻射屏蔽纖維的制取難度，使這種金屬化的纖維的制備工藝越來越復雜，成本也隨之提高。特開昭55-3470中公開的技術較為簡單它是在芯成分同熔點比芯成分低至少30℃的熱粘性皮成分進行皮芯復合紡絲時，使纖維表面粘附上金屬粉末或金屬箔，粘附時或粘附后再在高于皮成分熔點和低于芯成分熔點30℃的溫度下進行熱處理制得金屬化纖維，但顯然采用這種工藝制成的纖維其屏蔽性能是不理想的，也是不穩定的，服用性能也太差。更需進一步指出的是，有的研究已證實，電子產品周圍的電磁輻射有時并不是單一波段的，因而屏蔽纖維僅具有某一波段的電磁輻射屏蔽功能是不夠的。如曾對從事高壓電子設備的裝配、測試、抽真空女工的健康狀況進行調查，這些女工的工作環境中同時存在不同頻率的電磁場和一定劑量當量率的X-射線，結果表明，多數病癥的發生是由于X-射線照射，然而發生率較高的神經系統功能紊亂則是由于微波引起的。可見，微波與X-射線同時存在時，其傷害成度是疊加的。對X-射線和紫外線的研究，也顯示了這種傷害疊加效應。有資料表明，目前廣泛使用的電子計算機顯示器和電視接收機熒光屏前就同時存在射電輻射、X-射線輻射和紫外線輻射。但在已有專利技術中，具有多波段電磁輻射屏蔽功能的纖維及其制造技術尚未見報導。本專利技術的目的是提供一種同時具有射電輻射、X-射線輻射和紫外線輻射屏蔽功能，且具有較好的可紡性和服用性能，以及在使用中屏蔽功能無明顯降低的纖維及其較為簡單和成本低廉的制造技術。本專利技術的目的是如下實現的由成纖聚合物(A)和X-射線屏蔽物質的均勻混合物為芯層，由成纖聚合物(B)和導電物質及紫外線屏蔽物質的均勻混合物為皮層，芯層和皮層中均添加可改善功能性添加物與成纖聚合物間混溶性的助劑，并且成纖聚合物(A)與(B)之間具有粘合性，在纖維的皮層與芯層重量比為3∶7～2∶8時，經復合紡絲工藝制造多功能電磁輻射屏蔽纖維。這種多功能屏蔽纖維的制造方法是先用助劑對功能性添加物進行預處理，以增加其與成纖聚合物間的混溶性;使用雙螺桿混煉機熔融混煉，使功能性添加物與成纖聚合物間均勻混合;采用皮芯復合紡絲工藝紡制復合纖維短絲;紡絲后經濕法多級牽伸;牽伸后纖維經預熱卷曲處理;經干燥定型后切成需要的長度。所說的復合紡絲是指熔融法紡絲。其工藝條件是在高于成纖聚合物(A)或(B)中較高熔點者的熔融溫度20～150℃，特別是30～100℃的紡絲溫度下，熔體壓力為50～80×105Pa，卷繞速度為300～600米/分，采用常規皮芯復合熔法紡絲設備，制取本專利技術纖維的卷繞絲。卷繞絲經集束后，在70～130℃下，經二級或二級以上的濕法牽伸共3～10倍后，經80～100℃預熱卷曲得到卷曲數為3～8個/cm的纖維，干燥定型后切斷成需要的長度。本專利技術的纖維或/和按本專利技術方法或工藝制成的纖維，可按傳統或非傳統方法紡紗、織造，或直接制成非織造物，以及進一步把制成品按需加工成各種屏蔽服或屏蔽用品。本專利技術的成纖聚合物(A)和聚合物(B)，可以是高密度聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺和聚酯等通用的成纖聚合物，聚合物(A)和聚合物(B)既可以是同一物質，也可以是具有粘合性的非同一物質，這將根據用途去設計。本專利技術所述的X-射線屏蔽物質是指含有鉛、鉍、釓和鋇等金屬元素原子的具有良好的X-射線吸收和消散作用的物質，如氧化鉛、辛酸鉛、醋酸鉛、氧化鉍、氯化鉍、氫氧化鉍、五氧化二鉍、氧化釓、碳酸釓、氫氧化釓、硫酸釓和硫酸鋇等。這些屏蔽物質粒子的平均直徑應在0.1～20μm之間選擇，粒徑過大或過小都會影響其在成纖聚合物中的均勻分散。此外，粒徑過小，可能會因含有大量吸附小分子，在紡絲時放出氣體，影響可紡性;而粒徑過大，則有可能在紡絲中阻塞濾網，影響紡絲過程的正常進行。還應特別說明的是，為了保證X-射線的屏蔽效果，同時又具有好的可紡性和服用性，所述填加物質的含量應控制在20～80%(占芯層重量百分比，下同)，特別是30～70%。本專利技術所述的導電物質是指銅、鋁、鎳和鈦等金屬的細絲或微粉，金屬細絲的規格是，直徑為5～20μm，長度為0.05～1mm;而使用金屬微粉時的平均粒徑應在0.1～20μm之間選擇以免引起分散不勻或堵塞噴絲板。更為重要的是，導電物質的含量(占皮層重量百分比，下同)應高于10%，以使其有較好的導電性能，而低于40%，以保持纖維的應有強度。紫外線吸收物質是指UV-0、UV-9、UV-531、UV-328、UV-327和UV-326等可有效吸收200～380納米紫外線，防止其透過織物的物質粉末，當其含量為2～5%(占皮層重量百分比，下同)時較宜，含量為2～3%時則可更好地實現本專利技術屏蔽紫外線的目的。本專利技術為獲得高品質的屏蔽纖維，特別重視功能性添加物與成纖聚合物間的均勻混合，在配方上，加入了可改善混溶性的助劑，如鈦酸酯系列偶聯劑，硅烷系列偶聯劑和甘油高級脂肪酸酯等中的至少一種，其中以含有長鏈烴基的鈦酸酯效果最好，助劑的添加量為添加物質重量的1-2%為宜;在制造方法上是通過雙螺桿混煉機經熔融混煉實現的。具體作法是，首先將助劑加入到功能性添加物的粉末中，在密閉容器內高速攪拌，混合均勻，然后將成纖聚合物切粒加入到上述混合物中，進一步攪拌混合均勻后，在高于成纖聚合物熔點20-100℃，較好為30-80℃條件下熔融擠出一次，制成切粒，干燥后供紡絲使用。本專利技術還特別重視紡絲工藝中的纖維后加工處理，如多級濕法牽伸及適度牽伸倍數的設計;纖維卷曲溫度及卷曲數目的設計等。這些工藝設計都將有利于改善或提高纖維的加工性能(如強度、伸長、抱和力等)和該纖維制本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電磁波屏蔽復合纖維，其由成纖聚合物（Ａ）及其功能性添加物作芯層，由成纖聚合物（Ｂ）及其功能性添加物作皮層，經熔融混煉、復合紡絲工藝而制成的，其特征是：（１）成纖聚合物（Ａ）中的功能性添加物是ｘ－射線屏蔽物質；（２）成纖聚合物（Ｂ ）中的功能性添加物是導電物質及紫外線吸收劑；（３）還添加有可改善功能性添加物與各自添加主體間混溶性的助劑；（４）皮層與芯層的重量比為３∶７～２∶８；（５）成纖聚合物（Ａ）與（Ｂ）間具有粘結性。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：段謹源，齊魯，張興祥，牛建津，張華，
申請(專利權)人：天津紡織工學院，
類型：發明
國別省市：12[中國|天津]