一種磁性纖維及其製造方法
2023-05-19 14:32:51 1
專利名稱：一種磁性纖維及其製造方法
技術領域：
本發明涉及功能性化學纖維技術，具體為一種磁性纖維及其製造方法。
背景技術：
磁性纖維是一種具有一定磁性能的功能纖維。對於磁性纖維國內外已
有不少專利文獻報導，例如，日本專利平3-130413介紹了一種採用皮芯法 製造磁性纖維的方法。其纖維皮層是聚合物，芯層是聚合物和磁粉的混合 物，磁粉含量佔纖維芯層料的5—70%。中國專利文獻CN1252460號公開了 一種磁性保健纖維製造技術。它是將磁性微粒按比例與遠紅外微粒及載體樹 脂充分混合製成母粒，再按比例與原料樹脂混合紡絲而製得的磁性保健纖 維。該纖維硬磁材料佔母粒重量的10—50%，紡絲中該母粒添加量為15— 30%。該纖維雖然可以同時具有磁性和遠紅外功能，、但也存在著如下不足 一方面由於磁粉含量較低，纖維的磁性能不明顯；另一方面，遠紅外微粒是 通過吸收和發射遠紅外線來達到對人體的保健作用，磁性粉粒則是通過一定 強度的磁場對人體起保健作用，由於兩者的保健作用機理不同，將磁粉與遠 紅外混合使用並製成磁性遠紅外保健纖維，會使它們的功能作用相互幹擾， 導致功能下降，尤其影響其磁性能作用的發揮。中國專利文獻CN1388275A 號公開了一種遠紅外磁性纖維製造技術。該纖維的皮層具有遠紅粉，芯層含 有磁粉。由於皮層中的遠紅外粉不具有磁功能，因此該纖維的磁性能同樣受 到影響。
值得注意的是，上述的磁性纖維都不具有屏蔽電磁波的功能。隨著電子 科技發展，使用電磁波和微波的器具越來越多。有關電磁波、微波等對人體 的危害日益引起人們的關注。但在申請人檢索的範圍內，有關同時具有磁性 功能和吸收屏蔽電磁波功能(包括吸收屏蔽微波功能)的磁性纖維的文獻尚 未見公開報導。
發明內容
針對現有技術的不足，本發明擬解決的技術問題是，提供一種磁性纖維 及其製造方法。該纖維具有良好的磁性能，並具有一定屏蔽電磁波的功能， 可耐水洗，具有功能持久性，同時手感好，適於紡織和服用。該纖維製造方 法採用皮芯複合紡絲技術，可使纖維的兩種功能互補並得到加強，同時工藝 簡單，適於工業化實施推廣。 .
本發明解決所述纖維技術問題的技術方案是設計一種磁性纖維，具有
皮芯結構，皮、芯體積比為3:7—7: 3，其特徵在於該纖維皮層料的重量
百分比組成為皮層聚合物57—89.7%、磁粉10—40%、增容劑0. 3—3%; 所述的磁粉為三氧化二鐵、四氧化三鐵、鍶鐵氧體、鋇鐵氧體、釹鐵硼、鎳 鐵硼、衫鐵氮和釹鐵氮的一種或一種以上任意比例的混合物，磁粉的平均粒 徑為0.2-1.5um;所述的增容劑為三異硬脂醯基鈦酸異丙酯、三(十二烷 基苯磺醯基)鈦酸異丙酯、三(二辛磷醯氧基)鈦酸異丙酯、三(二辛基焦 磷醯氧基)鈦酸異丙酯、硬脂酸、硬脂酸鋅和聚乙烯蠟中的一種或任意比例 的兩種；該纖維芯層料的重量百分比組成為芯層聚合物80—97.5%、金屬 粉2 — 15%、偶聯劑0.5—5%;所述的金屬粉為鐵粉、鎳粉和鈷粉中的一 種，或任意比例混合的兩種，金屬粉的平均粒徑為20-200nm;所述偶聯劑 為Y-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷、Y—甲基丙烯醯氧基三甲氧基矽 烷，N-3-(氨基乙基)-Y氨基丙基三甲氧基矽烷和Y-氨基丙基三乙氧基 矽烷中的任意一種。
本發明解決所述製造方法技術問題的技術方案是設計一種磁性纖維制
造方法，其特徵在於該製造方法採用本發明所述的磁性纖維重量百分比組成
和下述工藝
l.製造磁性纖維皮層料按所述皮層料重量百分比組成，把所述皮層
聚合物、磁粉和增容劑均勻混合後，在180-29(TC溫度下，經雙螺杆機擠
出，造粒，獲得磁性纖維皮層料；2. 製造磁性纖維芯層料按所述芯層料重量百分比組成，把所述芯層
聚合物、金屬粉、偶聯劑均勻混合後，在170-27(TC溫度下，經雙螺杆機擠 出，造粒，獲得磁性纖維芯層料；
3. 製造皮芯複合磁性纖維將上述l、 2步所得的皮層料和芯層料，按 3:7—7:3的纖維皮、芯體積比，用皮芯複合紡絲機紡出巻繞絲，經拉伸 後，製成纖維長絲或短絲；
4. 纖維充磁處理將第3步所得的纖維長絲或短絲在磁場強度11000 高斯下，充磁0.05-2分鐘，即得到所述的磁性纖維。
與現有技術相比，本發明磁性纖維既具有良好的磁性能，又具有一定屏 蔽電磁波的功能。本發明設計的磁性纖維皮層是具有磁粉的聚合物，充磁 後，舎具有永久的磁場；而磁性纖維的芯層料中含有納米金屬粉，充磁時， 芯層料中的金屬粉也會得到充磁。充磁後，由於磁性纖維的皮層具有永久的 磁性，纖維的芯層金屬粉保留部分磁性，使纖維的磁性得到加強；由於纖維 皮層中的磁粉也是吸波材料，纖維芯層料中的納米金屬粉具有良好的導電性 和導磁性，因此纖維又具有屏蔽電磁波和微波的功能，實現本發明的主要目 的。另外，由於是各種粉體與聚合物熔融混合後紡制的纖維，且粉體粒徑主 要採用納米級的，因此，與塗層織物及採用微米級粉體共混紡制的纖維相 比，具有耐水洗和手感好的特點，更適於紡織和服用。本發明磁性纖維製造 方法是將兩種不同功能的混合料紡製成具有皮芯結構的纖維，使製造的纖維 具有磁性和屏蔽電磁波的雙重功能，實現兩種功能既獨立、互不幹擾，又互 補的特點，而所採用的複合紡絲技術，容易工業化生產，製造成本比較低。
具體實施例方式
下面結合實施例進一步敘述本發明
本發明設計的磁性纖維(簡稱纖維)，具有皮芯結構，皮、芯體積比為
3:7—7:3，其特徵在於該纖維皮層料的重量百分比組成為皮層聚合物
57—89.7%、磁粉10—40%、增容劑0. 3—3%;該纖維芯層料的重量百分比組 成為芯層聚合物80—97. 5%、金屬粉2_15%、偶聯劑0.5—5%。
6本發明纖維所述的皮層聚合物和芯層聚合物均為常規的成纖聚合物，包
括聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚己內醯胺(PA-6)、聚對苯二甲酸乙二 醇酯(PET)和聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)等中的任何一種。所述聚丙烯和 聚乙烯的融熔指數為30-50。所述皮層聚合物和芯層聚合物可以使用相同的 上述成纖聚合物，也可以使用不同的上述成纖聚合物。
本發明纖維所述皮層料中的磁粉為三氧化二鐵、四氧化三鐵、鍶鐵氧 體、鋇鐵氧體、釹鐵硼、鎳鐵硼、衫鐵氮和釹鐵氮的一種或一種以上任意比 例的混合物，磁粉的平均粒徑為0. 2-1. 5 u m。
本發明纖維所述皮層料中的增容劑為三異硬脂醯基鈦酸異丙酯、三(十 二烷基苯磺醯基)鈦酸異丙酯、三(二辛磷醯氧基)鈦酸異丙酯、三(二辛 基焦磷醯氧基)鈦酸異丙酯、硬脂酸、硬脂酸鋅和聚乙烯蠟中的一種，或者 任意比例混合的兩種。
本發明纖維所述芯層料中的金屬粉為鐵粉、鎳粉和鈷粉的一種，或者任 意比例混合的兩種；金屬粉的平均粒徑為20-200nm。
本發明纖維所述芯層料中的偶聯劑為Y-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽 烷、Y—甲基丙烯醯氧基三甲氧基矽烷，N-e-(氨基乙基)-Y氨基丙基三 甲氧基矽垸和Y-氨基丙基三乙氧基矽烷中的任意一種。
本發明同時設計了磁性纖維的製造方法，該製造方法採用本發明所述磁 性纖維重量百分比組成和下述工藝
1. 製造磁性纖維皮層料按所述皮層料重量百分比組成，把所述皮層 聚合物、磁粉和增容劑均勻混合後，在180-29(TC溫度下，經雙螺杆機擠 出，造粒，獲得所述磁性纖維皮層料；
2. 製造磁性纖維芯層料按所述芯層料重量百分比組成，把所述芯層
聚合物、金屬粉、偶聯劑均勻混合後，在170-27(TC溫度下，經雙螺杆機擠
出，造粒，獲得磁性纖維芯層料；
3. 製造皮芯複合磁性纖維將上述l、 2步所得的皮層料和芯層料，按
所述3 : 7—7 : 3的纖維皮、芯體積比，用皮芯複合紡絲機紡出巻繞絲，經 拉伸後，製成纖維長絲或短絲。所述的皮芯體積比關係到纖維的磁性能。如果纖維的皮層比例過大，芯層比例太小，纖維芯層金屬粉的導電、導磁作用
不明顯，影響纖維屏蔽電磁波的作用；反之，如果纖維的皮層比例過小，芯 層比例太大，這將會影響纖維的磁性能，因此要求皮芯層體積比控制在所述 的範圍內，但優選的皮芯體積比為4:6—6: 4。所述的拉伸為常規拉伸， 一般為拉伸2 — 5倍。
4.纖維充磁處理將第3步所得的纖維長絲或短絲在磁場強度11000 高斯下，充磁0.05-2分鐘，即得到本發明所述的磁性纖維。 本發明未述及之處適用於現有技術。
以下給出本發明的幾個具體實施例。具體實施例僅是對本發明技術方案 的進一步具體說明，不限制本發明的權利要求。
取乾燥後的聚對苯二甲酸乙二醇酯89. 7份(重量百分比，下同)，平均粒 徑為0.2um的三氧化二鐵10份，聚乙烯蠟O. l份，三異硬脂醯基鈦酸異丙 酯0.2份，經充分混合後，在28(TC下經雙螺杆機擠出，造粒，製造出纖維 皮層料；取聚對苯二甲酸乙二醇酯80份，平均粒徑為200mn的鐵粉15份， y—縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷5份，經充分混合後，在270。C下經雙 螺杆機擠出，造粒，製造出纖維芯層料；將所得皮芯料充分烘乾後，按7: 3的纖維皮、芯體積比用皮芯複合紡絲機紡制出巻繞絲，再將所得的巻繞絲 在14(TC溫度下拉伸3倍，得到磁性纖維長絲，然後在11000高斯下充磁2 分鐘，即得到成品磁性纖維長絲。
經檢測，該纖維的磁場強度均值為5高斯，微波反射衰減12db。 實施例2
取融熔指數50的聚丙烯57份，平均粒徑為1. 5 U m的鋇鐵氧體40份， 三(十二烷基苯磺醯基)鈦酸異丙酯3份,經充分混合後，在195。C下經雙 螺杆擠出，造粒，製造出纖維皮層料；取融熔指數30的聚乙烯97.5份，平 均粒徑為20nm鎳粉2份，Y —甲基丙烯醯氧基三甲氧基矽垸0. 5份,經充分 混合後，在19(TC下經雙螺杆擠出，造粒，製造出纖維芯層料；將皮芯料充 分烘乾後，按3:7的纖維皮、芯體積比在皮芯複合紡絲機上紡制出巻繞絲；再將所得巻繞絲在95。C溫度下拉伸4倍後，切斷為5Qcm的短纖維，然 後在11000高斯下充磁0. 05分鐘，得到成品磁性纖維短絲。
經檢測，該纖維的磁場強度均值為15高斯，微波反射衰減6db。 實施例3
取融熔指數30的聚乙烯68份，平均粒徑為1 u m的鍶鐵氧體粉25份， 釹鐵硼磁粉佔5份，三(十二烷基苯磺醯基)鈦酸異丙酯2份，經充分混合後， 在18(TC下經雙螺杆擠出，造粒，製造出纖維皮層料；取融熔指數30的聚 乙烯84份，平均粒徑為150nm鈷粉12份，N-P -(氨基乙基)-y氨基丙基 三甲氧基矽垸4份,經充分混合後，在170。C下經雙螺杆擠出，造粒，製造 出纖維芯層料；然後按4:6的纖維皮、芯體積比進行複合紡絲，再將所得 的巻繞絲在75"溫度下拉伸3倍，然後在11000高斯下充磁0.2分鐘，即 得到磁性纖維成品短絲。
經檢測，該纖維的磁場強度均值為12高斯，微波反射衰減lldb。 實施例4
取乾燥後的聚己內醯胺79份，平均粒徑為0. 8um鎳鐵硼粉料20份， 三(二辛基焦磷醯氧基)鈦酸異丙酯1份，份，經充分混合後，在25(TC下經 雙螺杆擠出，造粒，製造出纖維皮層料；取聚己內醯胺87.5份，平均粒徑 為lOOrnn的鐵粉佔7份，鎳粉2份，y -氨基丙基三乙氧基矽垸3. 5份，經 充分混合後，在25(TC下經雙螺杆擠出，造粒，製造出纖維芯層料；將皮芯 料充分烘乾後，按纖維皮、芯體積比為6:4的比例在皮芯複合紡絲機紡制 出巻繞絲，再將巻繞絲在12(TC溫度下拉伸2倍，然後在11000高斯下充磁 0.8分鐘，即得到磁性纖維成品長絲。
經檢測，纖維的磁場強度均值為10高斯，微波反射衰減9db。
實施例5:
取乾燥後的聚對苯二甲酸丁二醇酯89.5份，平均粒徑為0.6ixm的釹 鐵氮粉料10份，三異硬脂醯基鈦酸異丙酯0. 3份，硬脂酸鋅0. 2份,經充分 混合後，在25(TC下經雙螺杆擠出，造粒，製造出纖維皮層料；取聚對苯二 甲酸丁二醇酯91份，平均粒徑為60nm鐵粉7份，y—甲基丙烯醯氧基三甲氧基矽烷2份，經充分混合後，在26(TC下經雙螺杆擠出，造粒，製造出纖 維芯層料；然後按纖維的皮、芯體積比為5:5的比例進行複合紡絲，再將 所得的巻繞絲在85-C溫度下拉伸3倍，然後在11000高斯下充磁1分鐘， 即得到磁性纖維成品短絲。
經檢測，該纖維的磁場強度均值為7高斯，微波反射衰減8db。 實施例6
取乾燥後的聚對苯二甲酸丙二醇酯84.2份，平均粒徑為0.4um的釤鐵 氮粉料10份，平均粒徑為0.8um鎳鐵硼粉料5份，三異硬脂醯基鈦酸異丙 酯0.6份，硬脂酸0.2份，經充分混合後，在24(TC下經雙螺杆擠出，造 粒，製造出纖維皮層料；取乾燥後的聚對苯二甲酸乙二醇酯95份，平均粒 徑為40nm的鈷粉2份，鐵粉2份，Y -氨基丙基三乙氧基矽垸1份，經充分 混合後，在250'C下經雙螺杆擠出，造粒，製造出纖維芯層料；然後按實施 例5的方法進行紡絲和後處理，即得到磁性纖維成品短絲。
經檢測。該纖維的磁場強度均值為ll高斯，微波反射衰減7db。
權利要求
1.一種磁性纖維，具有皮芯結構，皮、芯體積比為3∶7-7∶3，其特徵在於該纖維皮層料的重量百分比組成為皮層聚合物57-89.7％、磁粉10-40％、增容劑0.3-3％；所述的磁粉為三氧化二鐵、四氧化三鐵、鍶鐵氧體、鋇鐵氧體、釹鐵硼、鎳鐵硼、釤鐵氮和釹鐵氮的一種或一種以上任意比例的混合物，磁粉的平均粒徑為0.2-1.5μm；所述的增容劑為三異硬脂醯基鈦酸異丙酯、三(十二烷基苯磺醯基)鈦酸異丙酯、三(二辛磷醯氧基)鈦酸異丙酯、三(二辛基焦磷醯氧基)鈦酸異丙酯、硬脂酸、硬脂酸鋅和聚乙烯蠟中的一種或任意比例的兩種；該纖維芯層料的重量百分比組成為芯層聚合物80-97.5％、金屬粉2-15％、偶聯劑0.5-5％；所述的金屬粉為鐵粉、鎳粉和鈷粉中的一種，或任意比例混合的兩種，金屬粉的平均粒徑為20-200nm；所述的偶聯劑為γ-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷、γ一甲基丙烯醯氧基三甲氧基矽烷，N-β-(氨基乙基)-γ氨基丙基三甲氧基矽烷和γ-氨基丙基三乙氧基矽烷中的任意一種。
2. 根據權利要求1所述的磁性纖維，其特徵在於所述的皮層聚合物和 芯層聚合物均為常規的成纖聚合物，包括聚丙烯、聚乙烯、聚己內醯胺、聚 對苯二甲酸乙二醇酯和聚對苯二甲酸丁二醇酯等中的任何一種；所述聚丙烯 和聚乙烯的融熔指數為30-50;皮層聚合物和芯層聚合物為相同的所述成纖聚合物，或者為不同的所述成纖聚合物。
3. —種權利要求1或2所述磁性纖維的製造方法，其特徵在於該製造 方法採用下述工藝(1) .製造磁性纖維皮層料按所述皮層料重量百分比組成，把所述皮層聚合物、磁粉和增容劑均勻混合後，在180-29(TC溫度下，經雙螺杆機擠 出，造粒，獲得磁性纖維皮層料；(2) .製造磁性纖維芯層料按所述芯層料重量百分比組成，把所述芯層聚合物、金屬粉、偶聯劑均勻混合後，在170-27(TC溫度下，經雙螺杆機 擠出，造粒，獲得磁性纖維芯層料；(3) .製造皮芯複合磁性纖維將上述(1) 、(2)步所得的皮層料和芯層料，按3 : 7—7 : 3的纖維皮、芯體積比，用皮芯複合紡絲機紡出巻繞絲，經拉伸後，製成纖維長絲或短絲；(4) .纖維充磁處理將第(3)步所得的纖維長絲或短絲在磁場強度 11000高斯下，充磁0.05-2分鐘，即得到所述的磁性纖維。
4.根據權利要求3所述磁性纖維的製造方法，其特徵在於所述的纖維 皮、芯體積比為4 : 6—6 : 4。
全文摘要
本發明公開一種磁性纖維及其製造方法。該磁性纖維具有皮芯結構，皮、芯體積比為3∶7-7∶3，其特徵在於該纖維皮層料的重量百分比組成為皮層聚合物57-89.7％、磁粉10-40％、增容劑0.3-3％；纖維芯層料的重量百分比組成為芯層聚合物80-97.5％、金屬粉2-15％、偶聯劑0.5-5％。該磁性纖維的製造方法採用本發明所述的磁性纖維重量百分比組成和下述工藝1.製造磁性纖維皮層料2.製造磁性纖維芯層料3.製造皮芯複合磁性纖維將上述1、2步所得的皮層料和芯層料，按3∶7-7∶3的纖維皮、芯體積比，紡絲製成纖維長絲或短絲；4.纖維充磁處理將第3步所得的纖維長絲或短絲在磁場強度11000高斯下充磁0.05-2分鐘即得。
文檔編號D01F8/00GK101649503SQ20091007041
公開日2010年2月17日 申請日期2009年9月11日 優先權日2009年9月11日
發明者葉建忠, 鄒建柱, 魯 齊 申請人:天津工業大學