一种煤矿工业用阻燃抗静电面料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种煤矿工业用阻燃抗静电面料及其制备方法 (Flame-retardant antistatic fabric for coal mine industry and preparation method thereof ) 是由 张东 于 2019-10-23 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种煤矿工业用阻燃抗静电面料及其制备方法,属于面料制备技术领域。本发明首先以聚丙烯为原料,将其加热熔融,并向聚丙烯熔融液中加入聚磷酸铵和甘油,混合后经熔融喷丝装置喷丝制备得到阻燃改性聚丙烯纤维,接着本发明将棉纤维用植酸溶液超声振荡浸渍处理后,再放入硝酸银溶液中浸渍活化,再将活化后的棉纤维在丙烯氛围下热处理,制得改性棉纤维,最终将阻燃改性聚丙烯纤维和改性棉纤维混纺后即得煤矿工业用阻燃抗静电面料,本发明制得的煤矿工业用阻燃抗静电面料的阻燃性高,抗静电能力强,具有广阔的使用前景。(The invention relates to a flame-retardant antistatic fabric for coal mine industry and a preparation method thereof, and belongs to the technical field of fabric preparation. The invention firstly uses polypropylene as raw material, heats and melts the polypropylene, adds ammonium polyphosphate and glycerol into polypropylene melt, mixes and sprays by a melting and spraying device to prepare the flame-retardant modified polypropylene fiber, then the invention uses phytic acid solution to carry out ultrasonic oscillation dipping treatment on cotton fiber, then puts the cotton fiber into silver nitrate solution to carry out dipping activation, then carries out heat treatment on the activated cotton fiber under propylene atmosphere to prepare modified cotton fiber, and finally blends the flame-retardant modified polypropylene fiber and the modified cotton fiber to obtain the flame-retardant antistatic fabric for coal mine industry.)
技术领域
本发明涉及一种煤矿工业用阻燃抗静电面料及其制备方法，属于面料制备技术领域。
背景技术
化学纤维（如涤纶）因具有良好的耐磨性、挺括性、弹性、耐化学腐蚀等优点，在服装、装饰、产业等领域得到了广泛应用。
与天然棉等纤维相比，化学纤维强度高、布面质感好、色泽光亮、价格适宜、易处理加工，深受广大消费者的喜爱。但是，由于化学纤维属于疏水性纤维，分子中缺少亲水性基团，导致其吸湿性很差，易起球，产生静电，在低湿度的环境下更易积聚静电荷，使得化学纤维在纺纱、加捻、织造和针织、染色和整理等每一生产工序中都会有一定的困难，甚至造成品质问题；在穿着时，使人产生不舒服感，织物易吸附灰尘。特别是在某些特殊领域（如煤矿工人服装），化学纤维服装产生的静电甚至会引起重大事故，造成人员伤亡。
伴随着日益增长的煤炭产量，中国煤矿的安全生产事故状况越来越受世人瞩目。近年来，由于人们对环保、消防、安全意识的加强，防火阻燃材料（服装）越来越被重视，其中产业用纺织品的防火阻燃已成为研究的热点。因近年来煤矿事故时有发生，因此国内市场对矿用产品的需求量非常大。耐火型吊装绳、安全带、阻燃型矿用带芯、耐火篷盖布等产品，特别是矿用服装在市场十分畅销。但是由于矿用服装面料对产品的功能性要求极高，因此生产矿服面料的技术要求较高，导致其生产难度大，国内外许多企业对生产矿服面料“望而却步”，市场内的矿服面料较少，且价格较高。
因此，研制具有阻燃和抗静电功能的纺织面料对矿用面料制备技术领域具有十分重要的意义。
发明内容
本发明主要解决的技术问题，针对目前常见的矿用面料其本身阻燃性能和抗静电性能较差，容易造成煤矿安全事故的缺陷，提供了一种煤矿工业用阻燃抗静电面料及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种煤矿工业用阻燃抗静电面料，包括阻燃改性聚丙烯纤维和改性棉纤维。
一种煤矿工业用阻燃抗静电面料，按重量份数计，包括30～40份阻燃改性聚丙烯纤维、60～70份改性棉纤维。
一种煤矿工业用阻燃抗静电面料，所述阻燃改性聚丙烯纤维是由聚丙烯，氮气，聚磷酸铵和甘油制成。
一种煤矿工业用阻燃抗静电面料，所述改性棉纤维是由棉纤维，植酸溶液，硝酸银溶液和丙烯制成。
一种煤矿工业用阻燃抗静电面料的制备方法，具体制备步骤为：
（1）阻燃改性聚丙烯纤维的制备；
（2）改性棉纤维的制备；
（3）煤矿工业用阻燃抗静电面料的制备。
一种煤矿工业用阻燃抗静电面料的制备方法，具体制备步骤为：
（1）阻燃改性聚丙烯纤维的制备：
称取聚丙烯放入反应釜中，加热升温，在氮气保护下熔化，熔化后向反应釜中依次加入聚磷酸铵和甘油，继续保温混合搅拌，得到预制聚丙烯熔融液；
将上述得到的预制聚丙烯熔融液倒入金属筛网中过滤，分离去除滤渣，得到滤液，将滤液装入熔融喷丝装置中，将滤液经喷丝孔挤出成型，自然冷却至室温，干燥，得到阻燃改性聚丙烯纤维，备用，通过聚磷酸铵和甘油的加入，在遇到高温燃烧分解过程中，聚磷酸铵会受热分解生成磷酸和氨气，磷酸和甘油二者发生酯化反应脱水成炭，反应中脱去的水蒸气和氨气使面料炭层膨胀发泡，形成的多孔炭层隔绝了热量和氧气与面料材料的接触，延缓面料的热降解，同时膨胀炭层可减少可燃性气体的溢出，中断燃烧进程；
（2）改性棉纤维的制备：
将棉纤维和植酸溶液混合后放入超声振荡仪中，超声振荡浸渍，浸渍结束后取出得到预改性棉纤维；
将上述预改性棉纤维再浸入硝酸银溶液中，静置浸渍后取出，得到活化棉纤维，经过植酸浸泡后，棉纤维表面出现酸蚀微孔，使得植酸可以牢固附着在棉纤维表面，而植酸具有极佳的金属离子螯合性，在其和硝酸银溶液接触时，棉纤维表面的植酸能够螯合固着银离子，并在棉纤维表面形成一层致密的单分子保护膜，能有效地阻止氧等进入棉纤维表面，处理后的棉纤维表面由于形成的单分子的空穴电子导电层，因此具备极佳的抗静电性能；将活化棉纤维悬挂于炭化炉中，在丙烯气体气氛下对炭化炉加热升温，保温反应，取出，得到改性棉纤维，活化棉织物在改性过程中，丙烯气体在高温下会在活化棉织物表面沉积碳纳米管，而活化棉纤维孔隙中的银对碳纳米管沉积反应有催化作用，使改性棉织物纤维孔隙沉积得到高密度的碳纳米管，由于碳纳米管具有特殊的管道结构、导电子能力和高比表面积，因此能够进一步提高本发明面料的抗静电性能；
（3）煤矿工业用阻燃抗静电面料的制备：
称取阻燃改性聚丙烯纤维、改性棉纤维，将一路阻燃改性聚丙烯纤维与一路改性棉纤维交替排列各路纬纱，织造得到煤矿工业用阻燃抗静电面料。
一种煤矿工业用阻燃抗静电面料的制备方法，具体制备步骤为：
（1）阻燃改性聚丙烯纤维的制备：
称取聚丙烯放入反应釜中，加热升温至150～180℃，在氮气保护下熔化40～50min，熔化后向反应釜中依次加入聚丙烯质量8～10%的聚磷酸铵和聚丙烯质量10～15%的甘油，继续保温混合搅拌1～2h，得到预制聚丙烯熔融液；
将上述得到的预制聚丙烯熔融液倒入金属筛网中过滤，分离去除滤渣，得到滤液，将滤液装入熔融喷丝装置中，在螺杆压力为0.5～0.7MPa的作用下，将滤液经喷丝孔挤出成型，自然冷却至室温，干燥，得到阻燃改性聚丙烯纤维，备用；
（2）改性棉纤维的制备：
按质量比为1:10将棉纤维和质量分数为60%的植酸溶液混合后放入超声振荡仪中，在超声频率为30～40kHz的条件下超声振荡浸渍10～12h，浸渍结束后取出得到预改性棉纤维；
将上述预改性棉纤维再浸入质量分数为20%的硝酸银溶液中，静置浸渍1～2h后取出，得到活化棉纤维，将活化棉纤维悬挂于炭化炉中，在丙烯气体气氛下对炭化炉加热升温至200～300℃，保温反应4～5h，取出，得到改性棉纤维；
（3）煤矿工业用阻燃抗静电面料的制备：
按重量份数计，称取30～40份备用的阻燃改性聚丙烯纤维、60～70份改性棉纤维，将一路阻燃改性聚丙烯纤维与一路改性棉纤维交替排列各路纬纱，各纱线的喂入长度为 ：阻燃改性聚丙烯纤维260～300mm/100N，改性棉纤维280～300mm/100N，织造得到煤矿工业用阻燃抗静电面料。
本发明的有益技术效果是：
（1）本发明首先以聚丙烯为原料，将其加热熔融，并向聚丙烯熔融液中加入聚磷酸铵和甘油，混合后经熔融喷丝装置喷丝制备得到阻燃改性聚丙烯纤维，接着本发明将棉纤维用植酸溶液超声振荡浸渍处理后，再放入硝酸银溶液中浸渍活化，再将活化后的棉纤维在丙烯氛围下热处理，制得改性棉纤维，最终将阻燃改性聚丙烯纤维和改性棉纤维混纺后即得煤矿工业用阻燃抗静电面料，本发明制备的阻燃改性聚丙烯纤维中含有聚磷酸铵和甘油，在遇到高温燃烧分解过程中，聚磷酸铵会受热分解生成磷酸和氨气，磷酸和甘油二者发生酯化反应脱水成炭，反应中脱去的水蒸气和氨气使面料炭层膨胀发泡，形成的多孔炭层隔绝了热量和氧气与面料材料的接触，延缓面料的热降解，同时膨胀炭层可减少可燃性气体的溢出，中断燃烧进程，因而本发明的煤矿工业用面料具有极佳的阻燃性；
（2）本发明的改性棉纤维由于被植酸浸泡后，表面出现酸蚀微孔，使得植酸可以牢固附着在棉纤维表面，而植酸具有极佳的金属离子螯合性，在其和硝酸银溶液接触时，棉纤维表面的植酸能够螯合固着银离子，并在棉纤维表面形成一层致密的单分子保护膜，能有效地阻止氧等进入棉纤维表面，处理后的棉纤维表面由于形成的单分子的空穴电子导电层，因此具备极佳的抗静电性能，此外本发明活化棉织物在改性过程中，丙烯气体在高温下会在活化棉织物表面沉积碳纳米管，而活化棉纤维孔隙中的银对碳纳米管沉积反应有催化作用，使改性棉织物纤维孔隙沉积得到高密度的碳纳米管，由于碳纳米管具有特殊的管道结构、导电子能力和高比表面积，因此能够进一步提高本发明面料的抗静电性能，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
（1）预制聚丙烯熔融液的制备：
称取聚丙烯放入反应釜中，加热升温至150～180℃，在氮气保护下熔化40～50min，熔化后向反应釜中依次加入聚丙烯质量8～10%的聚磷酸铵和聚丙烯质量10～15%的甘油，继续保温混合搅拌1～2h，得到预制聚丙烯熔融液；
（2）阻燃改性聚丙烯纤维的制备：
将上述得到的预制聚丙烯熔融液倒入金属筛网中过滤，分离去除滤渣，得到滤液，将滤液装入熔融喷丝装置中，在螺杆压力为0.5～0.7MPa的作用下，将滤液经喷丝孔挤出成型，自然冷却至室温，干燥，得到阻燃改性聚丙烯纤维，备用；
（3）预改性棉纤维的制备：
按质量比为1:10将棉纤维和质量分数为60%的植酸溶液混合后放入超声振荡仪中，在超声频率为30～40kHz的条件下超声振荡浸渍10～12h，浸渍结束后取出得到预改性棉纤维；
（4）改性棉纤维的制备：
将上述预改性棉纤维再浸入质量分数为20%的硝酸银溶液中，静置浸渍1～2h后取出，得到活化棉纤维，将活化棉纤维悬挂于炭化炉中，在丙烯气体气氛下对炭化炉加热升温至200～300℃，保温反应4～5h，取出，得到改性棉纤维；
（5）煤矿工业用阻燃抗静电面料的制备：
按重量份数计，称取30～40份备用的阻燃改性聚丙烯纤维、60～70份改性棉纤维，将一路阻燃改性聚丙烯纤维与一路改性棉纤维交替排列各路纬纱，各纱线的喂入长度为 ：阻燃改性聚丙烯纤维260～300mm/100N，改性棉纤维280～300mm/100N，织造得到煤矿工业用阻燃抗静电面料。
实例1
（1）预制聚丙烯熔融液的制备：
称取聚丙烯放入反应釜中，加热升温至150℃，在氮气保护下熔化40min，熔化后向反应釜中依次加入聚丙烯质量8%的聚磷酸铵和聚丙烯质量10%的甘油，继续保温混合搅拌1h，得到预制聚丙烯熔融液；
（2）阻燃改性聚丙烯纤维的制备：
将上述得到的预制聚丙烯熔融液倒入金属筛网中过滤，分离去除滤渣，得到滤液，将滤液装入熔融喷丝装置中，在螺杆压力为0.5MPa的作用下，将滤液经喷丝孔挤出成型，自然冷却至室温，干燥，得到阻燃改性聚丙烯纤维，备用；
（3）预改性棉纤维的制备：
按质量比为1:10将棉纤维和质量分数为60%的植酸溶液混合后放入超声振荡仪中，在超声频率为30kHz的条件下超声振荡浸渍10h，浸渍结束后取出得到预改性棉纤维；
（4）改性棉纤维的制备：
将上述预改性棉纤维再浸入质量分数为20%的硝酸银溶液中，静置浸渍1h后取出，得到活化棉纤维，将活化棉纤维悬挂于炭化炉中，在丙烯气体气氛下对炭化炉加热升温至200℃，保温反应4h，取出，得到改性棉纤维；
（5）煤矿工业用阻燃抗静电面料的制备：
按重量份数计，称取30份备用的阻燃改性聚丙烯纤维、60份改性棉纤维，将一路阻燃改性聚丙烯纤维与一路改性棉纤维交替排列各路纬纱，各纱线的喂入长度为 ：阻燃改性聚丙烯纤维260mm/100N，改性棉纤维280mm/100N，织造得到煤矿工业用阻燃抗静电面料。
实例2
（1）预制聚丙烯熔融液的制备：
称取聚丙烯放入反应釜中，加热升温至165℃，在氮气保护下熔化45min，熔化后向反应釜中依次加入聚丙烯质量9%的聚磷酸铵和聚丙烯质量13%的甘油，继续保温混合搅拌1h，得到预制聚丙烯熔融液；
（2）阻燃改性聚丙烯纤维的制备：
将上述得到的预制聚丙烯熔融液倒入金属筛网中过滤，分离去除滤渣，得到滤液，将滤液装入熔融喷丝装置中，在螺杆压力为0.6MPa的作用下，将滤液经喷丝孔挤出成型，自然冷却至室温，干燥，得到阻燃改性聚丙烯纤维，备用；
（3）预改性棉纤维的制备：
按质量比为1:10将棉纤维和质量分数为60%的植酸溶液混合后放入超声振荡仪中，在超声频率为35kHz的条件下超声振荡浸渍11h，浸渍结束后取出得到预改性棉纤维；
（4）改性棉纤维的制备：
将上述预改性棉纤维再浸入质量分数为20%的硝酸银溶液中，静置浸渍2h后取出，得到活化棉纤维，将活化棉纤维悬挂于炭化炉中，在丙烯气体气氛下对炭化炉加热升温至250℃，保温反应4h，取出，得到改性棉纤维；
（5）煤矿工业用阻燃抗静电面料的制备：
按重量份数计，称取35份备用的阻燃改性聚丙烯纤维、65份改性棉纤维，将一路阻燃改性聚丙烯纤维与一路改性棉纤维交替排列各路纬纱，各纱线的喂入长度为 ：阻燃改性聚丙烯纤维280mm/100N，改性棉纤维290mm/100N，织造得到煤矿工业用阻燃抗静电面料。
实例3
（1）预制聚丙烯熔融液的制备：
称取聚丙烯放入反应釜中，加热升温至180℃，在氮气保护下熔化50min，熔化后向反应釜中依次加入聚丙烯质量10%的聚磷酸铵和聚丙烯质量15%的甘油，继续保温混合搅拌2h，得到预制聚丙烯熔融液；
（2）阻燃改性聚丙烯纤维的制备：
将上述得到的预制聚丙烯熔融液倒入金属筛网中过滤，分离去除滤渣，得到滤液，将滤液装入熔融喷丝装置中，在螺杆压力为0.7MPa的作用下，将滤液经喷丝孔挤出成型，自然冷却至室温，干燥，得到阻燃改性聚丙烯纤维，备用；
（3）预改性棉纤维的制备：
按质量比为1:10将棉纤维和质量分数为60%的植酸溶液混合后放入超声振荡仪中，在超声频率为40kHz的条件下超声振荡浸渍12h，浸渍结束后取出得到预改性棉纤维；
（4）改性棉纤维的制备：
将上述预改性棉纤维再浸入质量分数为20%的硝酸银溶液中，静置浸渍2h后取出，得到活化棉纤维，将活化棉纤维悬挂于炭化炉中，在丙烯气体气氛下对炭化炉加热升温至300℃，保温反应5h，取出，得到改性棉纤维；
（5）煤矿工业用阻燃抗静电面料的制备：
按重量份数计，称取40份备用的阻燃改性聚丙烯纤维、70份改性棉纤维，将一路阻燃改性聚丙烯纤维与一路改性棉纤维交替排列各路纬纱，各纱线的喂入长度为 ：阻燃改性聚丙烯纤维300mm/100N，改性棉纤维300mm/100N，织造得到煤矿工业用阻燃抗静电面料。
对比例1：制备方法和本发明的对比文件1相同，唯有不同的是用普通聚丙烯纤维代替本发明的阻燃改性聚丙烯纤维；
对比例2：制备方法和本发明的对比文件1相同，唯有不同的是用普通棉纤维代替本发明的改性棉纤维；
分别对本发明制得的煤矿工业用阻燃抗静电面料和对比例中的煤矿工业用阻燃抗静电面料进行检测，检测结果如表1所示： 1、测试方法
燃烧性能测试按GB/T2408-2008的规定进行检测。
水平燃烧测试按GB2408-80的规定进行检测。
垂直燃烧测试按GB2409-84的规定进行检测。
电阻测试采用表面电阻测试仪进行测试。
表1
根据表1中数据可知，对比例1由于用普通聚丙烯纤维代替本发明的阻燃改性聚丙烯纤维，其水平燃烧长度变大和垂直燃烧时间变长，可见其阻燃性能显著降低，因此本发明阻燃改性聚丙烯纤维的加入的确提高了面料的阻燃性能，对比例2由于用普通棉纤维代替本发明的改性棉纤维，其电阻显著提高，导电性降低，抗静电性能下降，由此可见本发明的改性棉纤维加入后的确提高了面料的抗静电性能，因此本发明制得的煤矿工业用阻燃抗静电面料的阻燃性高，抗静电能力强，具有广阔的使用前景。