一种柔性导电抗菌纤维及其制备方法
阅读说明：本技术 一种柔性导电抗菌纤维及其制备方法 (Flexible conductive antibacterial fiber and preparation method thereof ) 是由 刘春梅 于 2020-06-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种柔性导电抗菌纤维的制备方法,包括以下步骤：(1)切片制备,选择聚酯原料,在双螺杆挤出机中进行熔融造粒,在造粒过程中加入发泡剂,得到纺丝原料切片；(2)纤维制备,之后使用步骤(1)得到的切片制备纺丝液,通过熔融纺丝得到初生纤维,经过牵伸,过水,得到表面及内部形成微型孔洞的合成纤维。(3)去油处理。(4)基材前处理；(5)真空溅射步骤,得到柔性导电抗菌纤维。所得到的柔性导电纤维可作为柔性电缆、医用防护纺织品、电磁屏蔽材料和日常抗菌材料。(The invention discloses a preparation method of flexible conductive antibacterial fiber, which comprises the following steps: (1) preparing slices, namely selecting a polyester raw material, carrying out melt granulation in a double-screw extruder, and adding a foaming agent in the granulation process to obtain spinning raw material slices; (2) preparing fibers, preparing spinning solution by using the slices obtained in the step (1), obtaining nascent fibers through melt spinning, and obtaining synthetic fibers with micro holes formed on the surfaces and inside through drafting and rinsing. (3) And (6) deoiling treatment. (4) Pretreatment of a base material; (5) and (3) performing vacuum sputtering to obtain the flexible conductive antibacterial fiber. The obtained flexible conductive fiber can be used as a flexible cable, a medical protective textile, an electromagnetic shielding material and a daily antibacterial material.)
技术领域
本发明涉及纺织材料领域，尤其是涉及一种柔性导电抗菌纤维及其制备方法。
背景技术
细菌的生存能力极强，在生活中无处不在，而这一类生物对我们人体健康也会产生较大的影响，有的细菌容易引发我们人体的感染。皮肤是我们人体最大的能够抵御这些病毒和细菌的一个屏障，但是假如皮肤出现问题，我们则很容易受到细菌和病毒的侵扰。
纺织品作为日程生活中人们接触较多的一类材料，其能有效的阻止病毒细菌以及污物对我们人体皮肤屏障的侵扰。但是较早的纺织材料并没有多少引入功能化，因此，其隔离病毒和细菌主要是通过物理隔绝，物理隔绝的方式存在一个弊端就是病毒和细菌虽然在第一时间难以接触上我们皮肤，但是这类纺织面料也难以事细菌或病毒失活，因此，此类纺织品很容易成为二次污染源而侵扰人类健康。之后人们发现无功能化的纺织面料存在二次污染的情况后，对纺织面料进行了抗菌功能性整理，包括通过后整理的方式向纤维负载抗菌剂使纤维具有抗菌性能，另外一种方式就是针对合成纤维的，在纺丝前段，将抗菌剂加入到纺丝原液中，之后经过纺丝得到的纤维中含有抗菌剂进而具备抗菌性。相对于两种赋予纤维的抗菌方法而言，后处理的方式相对而言操作简单，但是抗菌剂的固着牢度差，耐久性不能得到保证，而在纺丝过程中添加抗菌剂，虽然能够提高抗菌耐久性，但是主要针对合成纤维，以及对纺丝的要求会较高，操作会相对复杂。
而对于金属溅射工艺，指电子在电场E的作用下，在飞向基片过程中与氩原子发生碰撞，使其电离产生出Ar正离子和新的电子；新电子飞向基片，Ar离子在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。在溅射粒子中，中性的靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜。现有技术中已经有利用金属溅射工艺，将金属原子溅射到织物基材上，这种在织物或纤维表面溅射的金属薄膜可以有效的赋予织物正电荷的能力，进而赋予织物优异持久的抗菌性。另外，对于磁溅射后的基材，由于基层是以金属薄膜形式存在，其电阻率急剧下降，具有优良的导电性，也扩展了纤维的应用领域。
现有技术中，如公开号为CN110106474A的发明专利公开了以芳纶纤维为基材，***除油处理：将芳纶纤维置于丙酮中超声波15min进行除油，除油后取出用蒸馏水清洗多次，直至无刺激性气味，置于70℃烘箱中干燥备用；和表面处理：将待处理纤维置于低温等离子体改性设备中，抽真空至6Pa，充入氧气至30Pa，处理功率30W，处理时间10min。之后通过磁控溅射镀银：采用99.99％高纯银靶材，将表面处理后的芳纶纤维置于样品架，样品架以10r/min的卷绕速度旋转，真空溅射室的真空度控制在4×10-3Pa，在磁控溅射镀银沉积过程中，通入高纯氩气作为轰击气体，氩气流量为20sccm，压力保持在3.3×10-1Pa，溅射电流2.4A，溅射电压580V，溅射时间8min，获得芳纶纤维导电织物。该方法主要是针对现有技术中没有大面积的针对芳纶类特殊基材进行的金属镀层，并且采用了低温等离子体对芳纶的表观进行修饰，使得附着的镀膜能够更加牢固的固着在纤维表面。
从现有技术所公开的信息来看，现有技术中已经存在对合成纤维进行磁溅射附着金属膜的技术方案，但是对于由于溅射过程属于一个物理的附着过程，而对于合成纤维而言，其表面较为光滑，溅射过程存在一个难以附着的难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种镀层均匀无杂质、附着力好，成本低且具有良好抗菌抑菌和导电性能优异的合成纤维及其制备方法。
本发明的目的可通过如下技术措施来实现：使用真空溅射的方法向纤维基材表面镀上金属薄膜。
进一步的，对纤维基材进行合适的选择，所述的纤维基材为合成纤维，优选为涤纶、锦纶、芳纶、氨纶中的一种或多种。
进一步的，所述的纤维基材经过去油处理。
合成纤维在进行纺丝过程中，由于合成纤维的导电性和吸湿性较小，在高速的纺丝过程中由于纤维之间的摩擦容易产生静电，产生的静电对纺丝过程会带来一定的影响，因为，为了解决这个问题，我们在纺丝过程中会对纤维进行上油步骤，但是在进行真空溅射过程中，纤维表层存在的部分油脂存在溅射的金属薄膜与纤维之间，进而使得金属薄膜在纤维基材上的附着力，因此，我们在对基材进行真空溅射前会对基材进行前处理，使得纤维表面不存在杂质。
进一步的，所述基材还经过前处理，所述的前处理主要是使纤维表面形状发生变化，使纤维表面变得粗糙。
进一步的，所述的前处理包括化学前处理和物理前处理方法。
具体的，化学前处理的方法包括使用浓碱液对纤维进行前处理，所述的碱液浓度为20-200g/L。
具体的，物理前处理方法为等离子刻蚀。
具体的，等离子体处理是在现有介质阻挡放电低温等离子体机上进行，工艺条件为：低温等离子体处理时间：0.5～5min，气体温度：200～350K。
对于纤维的选择，合成纤维相对于天然纤维而言，其机械性能明显的优于天然纤维，而真空溅射金属镀层纤维的成本较高，使用领域也较为高端，因此，选择机械性能更加优异的合成纤维是普遍需求，另外，对于天然纤维，其结构不易控制，存在粗细不均一的问题，在进行真空溅射镀层是，得到的镀层不均一，最终得到的产品性能差异大，因此本发明所针对的基材为合成纤维。
对于合成纤维，主要是高分子原料进行熔融纺丝获得，纺丝液会经过喷丝板，因此得到的纤维表面光滑，规格也统一，但是光滑的表面并不有利于真空溅射的金属镀层稳定的附着，因此，本发明提出了对纤维表面进行刻蚀的构思，主要是使用物理和/或化学的方法改变纤维的表面，使其表面粗糙，有利于镀层的附着，如，使用浓碱液可以使得纤维高分子发生水解，进而达到刻蚀的效果，而等离子体技术主要是使用离子的轰击，使得纤维表面结构变化。
更进一步的，所述的所述的基材纤维为一种具有多孔结构的纤维。
具体的，选择制备合成纤维的原料；然后，在双螺杆挤出机中进行熔融造粒，在造粒过程中加入发泡剂，得到纺丝原料切片；之后只用含有前步得到的切片制备纺丝液，通过熔融纺丝得到初生纤维，经过牵伸，过水，得到表面及内部形成微型孔洞的合成纤维。
更进一步，发泡剂为发泡剂AC(偶氮二甲酰胺)、发泡剂DPT(N，N-二亚硝基五次甲基四胺)、发泡剂ABIN(偶氮二异丁腈)、发泡剂OBSH(4，4-二磺酰肼二苯醚)、发泡剂NTA(N，N-二甲基-N，N-二亚对苯二甲酰胺)中的一种或多种组合。
优选为发泡剂DPT。
所述发泡剂的用量为0.05-0.2％(wt)。
本发明的另外一个构思是在纺丝原液中，加入发泡剂，利用发泡剂的性能，使制备得到的纤维表面具有微孔结构，而这种微孔结构为溅射金属的原子提供更多的锚点，进而得到的溅射金属薄膜与基材之间有更好的牢度，同时能够显著的提高基材的导电性能。对于多孔纤维，相对于传统的纤维而言，其具有更多的微孔结构，在真空溅射时候，金属原子能够进入到纤维内部，而不仅仅是停留在纤维的表面，进一步的使得纤维具有更优异的导电性能。
进一步的，对纤维基材进行真空溅射步骤。
真空溅射金属银的步骤时，激发气体：氩气；溅射镀银时间：5min；工作真空度：1.2×10-2Pa。
真空溅射的靶材金属为金属银或金属铜。
具体的，本发明提供了一种柔性导电抗菌纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)切片制备，选择聚酯原料，在双螺杆挤出机中进行熔融造粒，在造粒过程中加入发泡剂，得到纺丝原料切片；
(2)纤维制备，之后使用步骤(1)得到的切片制备纺丝液，通过熔融纺丝得到初生纤维，经过牵伸，过水，得到表面及内部形成微型孔洞的合成纤维。
(3)去油处理，步骤(2)得到的纤维经过氢氧化钠溶液，所述氢氧化钠的用量为60g/L。
(4)基材前处理，等离子处理，等离子体处理时间：0.5～5min，气体温度：200～350K。
(5)真空溅射步骤，真空溅射金属银的步骤时，激发气体：氩气；基材运行速度为0.5-2米/分钟；工作真空度：1.2×10-2Pa。真空溅射的靶材金属为金属银，得到柔性导电抗菌纤维
其中步骤(4)和步骤(5)可以选择其中一项进行。
另外，本发明提供了一种使用前述方法所制备的柔性导电抗菌纤维。
对于本发明提供的柔性导电抗菌纤维，其抗菌主要是由于含有银单质，这些金属物质具有优良的抗菌性能，并且抗菌性能持久，而且是在多孔的基材表面溅射，基材对银单质的固着更加的优异，水洗效果也得到了明显的提升，主要原因可能是在溅射金属时，由于存在多孔结构，其锚点较多，相对于光滑的合成纤维而言，在使用或水洗的时候，能够有效的避免银单质的大面积剥落。
更进一步的，本发明还提供了一种使用前述柔性导电抗菌纤维制备得到的纺织品。
本发明所制备得到的真空溅射镀金属纤维，具有良好的导电、导热和电磁屏蔽性能，还具有抗菌抑菌的功能，由于基材纤维是一种多孔纤维，因此，真空溅射可以使纤维具有更加优异的导电、抗拒性能的同时，还具有优异的耐洗性能，可以广泛用于的医疗卫生、电学通信等领域，如可以制备用所溅射得到的纤维制备成带状，得到柔性导电线缆，所得到的柔性导电纤维可作为柔性电缆、医用防护纺织品、电磁屏蔽材料和日常抗菌材料。
附图说明
图1实施例1经过步骤2制备和步骤3处理后纤维的截断图；
图2实施例1经过步骤2制备和步骤3处理后纤维的表观图；
图3实施例1经过步骤4真空溅射后纤维的表观图；
图4实施例1经过步骤4真空溅射后纤维大倍率的表观图；
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种柔性导电抗菌纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)切片制备，选择聚酯原料，在双螺杆挤出机中进行熔融造粒，在造粒过程中加入发泡剂DPT(N，N-二亚硝基五次甲基四胺)，得到纺丝原料切片，其中发泡剂的用量是聚酯用量的0.2％(wt)；
(2)纤维制备，之后使用步骤(1)得到的切片制备纺丝液，通过熔融纺丝得到初生纤维，经过牵伸，过水，得到表面及内部形成微型孔洞的聚酯纤维。
(3)去油处理，步骤(2)得到的纤维经过经过清洗剂处理，之后清洗干燥。
(4)真空溅射步骤，真空溅射金属银的步骤时，激发气体：氩气；溅射镀银时间：5min；工作真空度：1.2×10-2Pa。真空溅射的靶材金属为金属银，得到柔性导电抗菌纤维。
实施例2
一种柔性导电抗菌纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)切片制备，选择聚酯原料，在双螺杆挤出机中进行熔融造粒，在造粒过程中加入发泡剂DPT(N，N-二亚硝基五次甲基四胺)，得到纺丝原料切片，其中发泡剂的用量是聚酯用量的0.2％(wt)。
(2)纤维制备，之后使用步骤(1)得到的切片制备纺丝液，通过熔融纺丝得到初生纤维，经过牵伸，过水，得到表面及内部形成微型孔洞的聚酯纤维。
(3)去油处理，步骤(2)得到的纤维经过经过清洗剂处理，之后清洗干燥。
(4)前处理，等离子处理，等离子体处理时间：5min，气体温度：20℃。
(5)真空溅射步骤，真空溅射金属银的步骤时，激发气体：氩气；溅射镀银时间：5min；工作真空度：1.2×10-2Pa。真空溅射的靶材金属为金属银，得到柔性导电抗菌纤维
实施例3
一种柔性导电抗菌纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)切片制备，选择聚酯原料，在双螺杆挤出机中进行熔融造粒，在造粒过程中加入发泡剂DPT(N，N-二亚硝基五次甲基四胺)，得到纺丝原料切片，其中发泡剂的用量是聚酯用量的0.2％(wt)。
(2)纤维制备，之后使用步骤(1)得到的切片制备纺丝液，通过熔融纺丝得到初生纤维，经过牵伸，过水，得到表面及内部形成微型孔洞的聚酯纤维。
(3)去油处理，步骤(2)得到的纤维经过经过清洗剂处理，之后清洗干燥。
(4)前处理，化学处理，氢氧化钠溶液60g/L，处理20min。
(5)真空溅射步骤，真空溅射金属银的步骤时，激发气体：氩气；溅射镀银时间：5min；工作真空度：1.2×10-2Pa。真空溅射的靶材金属为金属银，得到柔性导电抗菌纤维。
实施例4
一种柔性导电抗菌纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)切片制备，选择聚酯原料，在双螺杆挤出机中进行熔融造粒，在造粒过程中加入发泡剂OBSH(4，4-二磺酰肼二苯醚)，得到纺丝原料切片，其中发泡剂的用量是聚酯用量的0.2％(wt)。
(2)纤维制备，之后使用步骤(1)得到的切片制备纺丝液，通过熔融纺丝得到初生纤维，经过牵伸，过水，得到表面及内部形成微型孔洞的聚酯纤维。
(3)去油处理，步骤(2)得到的纤维经过经过清洗剂处理，之后清洗干燥。
(4)前处理，化学处理，氢氧化钠溶液60g/L，处理20min。
(5)真空溅射步骤，真空溅射金属银的步骤时，激发气体：氩气；溅射镀银时间：5min；工作真空度：1.2×10-2Pa。真空溅射的靶材金属为金属银，得到柔性导电抗菌纤维。
实施例5
一种柔性导电抗菌纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)准备市售涤纶纤维。
(3)去油处理，步骤(2)得到的纤维经过经过清洗剂处理，之后清洗干燥。
(4)前处理，化学处理，氢氧化钠溶液60g/L，处理20min。
(5)真空溅射步骤，真空溅射金属银的步骤时，激发气体：氩气；溅射镀银时间：5min；工作真空度：1.2×10-2Pa。真空溅射的靶材金属为金属银，得到柔性导电抗菌纤维。
使用实施例1获得的纤维与实施例5的纤维进行性能对比，测试纤维的导电性能和耐久性能。
电阻率测试：使用纤维比电阻测试仪器对纤维进行电阻测试。
耐久性测试：使用多功能纱线耐磨测试仪匀速摩擦一定长度的镀银纤维，摩擦长度为100mm，摩擦频次为80次/分钟，张力砝码200cN，摩擦次数为200次，测试纤维的导电性能。
通过摩擦次数来判断纤维的性能变化
从上述实验可以看出，采用本发明所制备得到的导电纤维，在导电性能的耐久性上有显著的提高，主要是归根于纤维原料的多孔结构，采用真空溅射镀银后，不仅仅能填充纤维的空洞，并且孔洞有作为锚点，有助于银在纤维上的附着，提高纤维的导电性能，尤其是耐磨性能。由于银膜的耐久性能提高，也有助于纤维的抗菌、抗辐射等一些列的性能提升。
以上对本发明进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。