一种基于碳纤维的防静电复合面料及其制备方法与流程

1.本发明涉及防静电面料技术领域，更具体地说，本发明涉及一种基于碳纤维的防静电复合面料及其制备方法。


背景技术：

2.防静电面料是经过防静电加工处理的面料，广泛用于石油工业；矿冶工业；化学工业；电子工业；特种工业。静电的产生在工业(相关产品)生产中是不可避免的，其造成的危害主要可归结为：(1)引起电子设备的故障或误动作，造成电磁干扰；(2)击穿集成电路和精密的电子元件，或者促使元件老化，降低生产成品率；(3)高压静电放电造成电击，危及人身安全；(4)在多易燃易爆品或粉尘、油雾的生产场所极易引起爆炸和火灾。面料的防静电加工方法通常有：
①
织物用抗静电整理剂作后整理；
②
以提高织物吸湿性为目的的纤维接枝改性、亲水性纤维的混纺和交织；
③
混纺或嵌织导电纤维；前二类方法的作用机理均属提高织物回潮率、降低绝缘性，加速静电泄漏。因此如果在干燥环境中或经过多次洗涤后，加工效果或不耐久、或不显著，通常在普通服装用织物上应用。唯有第三种方法可持久、高效地解决纺织品的静电问题，故被广泛应用于生产防静电工作服。织物用抗静电整理剂作后整理。复合面料是将一层或多层纺织材料、无纺材料及其他功能材料经粘结贴合而成的一种新型材料。碳纤维是由碳元素组成的一种特种纤维，具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物，由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向，因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量。
3.现有的防静电复合面料，在干燥大风环境中的防静电性能不佳，安全性能不佳。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种基于碳纤维的防静电复合面料及其制备方法。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于碳纤维的防静电复合面料，包括基层面料和复合基料，所述基层面料包括纯棉纤维和粘胶纤维；所述复合基料按照重量百分比计算包括：2.10～2.60％的防静电剂、0.56～0.84％的纳米氧化硅、0.42～0.64％的纳米石墨烯片、0.63～0.77％的纳米氮化硼、19.20～21.10％的碳纤维、34.20～35.30％的环氧树脂，其余为有机溶剂。
6.进一步的，所述复合基料按照重量百分比计算包括：2.10％的防静电剂、0.56％的纳米氧化硅、0.42％的纳米石墨烯片、0.63％的纳米氮化硼、19.20％的碳纤维、34.20％的环氧树脂、42.89％的有机溶剂。
7.进一步的，所述复合基料按照重量百分比计算包括：2.60％的防静电剂、0.84％的纳米氧化硅、0.64％的纳米石墨烯片、0.77％的纳米氮化硼、21.10％的碳纤维、35.30％的环氧树脂、38.75％的有机溶剂。
8.进一步的，所述复合基料按照重量百分比计算包括：2.35％的防静电剂、0.70％的
纳米氧化硅、0.53％的纳米石墨烯片、0.70％的纳米氮化硼、20.15％的碳纤维、34.75％的环氧树脂、40.82％的有机溶剂。
9.进一步的，所述基层面料中纯棉纤维和粘胶纤维按照重量份比为：1∶1复配织成。
10.本发明还提供了一种基于碳纤维的防静电复合面料的制备方法，具体制备步骤如下：
11.步骤一：按照上述重量百分比，称取防静电剂、纳米氧化硅、纳米石墨烯片、纳米氮化硼、碳纤维、环氧树脂和有机溶剂；
12.步骤二：将步骤一中的防静电剂与三分之一重量份的碳纤维、环氧树脂和有机溶剂进行加热搅拌混合，同时进行超声波振荡处理50～60min，得到混合基料；
13.步骤三：将步骤一中二分之一重量份的纳米氧化硅、纳米石墨烯片和纳米氮化硼与三分之一重量份的碳纤维、环氧树脂和有机溶剂进行加热搅拌混合，同时进行超声波振荡处理50～60min，得到复合改性基料；
14.步骤四：将步骤一中剩余的纳米氧化硅与九分之一重量份的碳纤维、环氧树脂和有机溶剂进行加热搅拌混合，同时进行超声波振荡处理20～30min，得到改性基料a；
15.步骤五：将步骤一中剩余的纳米石墨烯片与九分之一重量份的碳纤维、环氧树脂和有机溶剂进行加热搅拌混合，同时进行超声波振荡处理20～30min，得到改性基料b；
16.步骤六：将步骤一中剩余的纳米氮化硼与剩余的碳纤维、环氧树脂和有机溶剂进行加热搅拌混合，同时进行超声波振荡处理20～30min，得到改性基料c；
17.步骤七：将步骤二中制得的混合基料、步骤三中制得的复合改性基料、步骤四中制得的改性基料a、步骤五中制得的改性基料b和步骤六中制得的改性基料c进行加热高速搅拌混合处理，同时进行超声波振荡处理70～80min，得到复合基料；
18.步骤八：将步骤七中制得的复合基料喷涂复合在基层面料上，干燥冷却处理后，得到防静电复合面料。
19.进一步的，在步骤二中加热温度为60～70℃，在步骤三中加热温度为70～80℃，在步骤四、步骤五和步骤六中的加热温度为50～60℃，在步骤七中加热温度为90～100℃。
20.进一步的，在步骤二中加热温度为65℃，在步骤三中加热温度为75℃，在步骤四、步骤五和步骤六中的加热温度为55℃，在步骤七中加热温度为95℃。
21.进一步的，在步骤二中加热温度为60℃，在步骤三中加热温度为70℃，在步骤四、步骤五和步骤六中的加热温度为50℃，在步骤七中加热温度为90℃。
22.进一步的，在步骤二中加热温度为70℃，在步骤三中加热温度为80℃，在步骤四、步骤五和步骤六中的加热温度为60℃，在步骤七中加热温度为100℃。
23.本发明的技术效果和优点：
24.1、采用本发明的原料配方所制备出的基于碳纤维的防静电复合面料，可有效提高防静电复合面料中的防静电性能，提高防静电复合面料的安全性和稳定性，使得防静电复合面料在干燥大风环境下使用而保持正常的防静电性能；配方中的基层面料采用粘胶纤维可加强复合面料的防静电性能；纳米二氧化硅对纯棉纱浆纱表面性能和力学性能的改善效果好，进而有效提高复合面料的防静电性能；纳米石墨烯片具有优良的导电，润滑，耐腐，耐高温等特性，具有纳米厚度，容易与其它材料如聚合物材料均匀复合，并形成良好的复合界面，可有效纳米材料在复合面料中弥散，可提高复合面料的防静电性能；纳米氮化硼易吸
潮、质量轻，可有效加强复合面料的表面吸水性能，在复合面料表面形成微型水膜，可进一步加强复合面料的防静电性能；碳纤维可有效加强复合面料的导电性能，进而加强提高复合面料的防静电性能；纳米氧化硅、纳米石墨烯片、纳米氮化硼与碳纤维配合使用，可进一步提高复合面料的导电性能；
25.2、本发明在制备基于碳纤维的防静电复合面料的过程中，在步骤二中将防静电剂与部分碳纤维、环氧树脂和有机溶剂进行混合处理，制成混合基料，混合基料可提前将防静电剂在体系中分散开，保证防静电剂功效的正常发挥；步骤三中将部分纳米氧化硅、纳米石墨烯片、纳米氮化硼与碳纤维、环氧树脂和有机溶剂进行混合处理，制成复合改性基料，多种纳米材料同时作用到碳纤维、环氧树脂和有机溶剂中，可有效提高基料的性能；步骤四、步骤五和步骤六中分别使用纳米氧化硅、纳米石墨烯片和纳米氮化硼对基料进行改性处理，保证复合基料的多样性，提高纳米材料的利用率，加强对复合基料的改性处理效果；在步骤六中将上述材料混合处理，可在保证基料防静电性能的基础上提高防静电性能，可有效加强复合面料在干燥大风环境下使用时的防静电性能，安全性能更高。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.实施例1：
28.本发明提供了一种基于碳纤维的防静电复合面料，包括基层面料和复合基料，所述基层面料包括纯棉纤维和粘胶纤维；所述复合基料按照重量百分比计算包括：2.10％的防静电剂、0.56％的纳米氧化硅、0.42％的纳米石墨烯片、0.63％的纳米氮化硼、19.20％的碳纤维、34.20％的环氧树脂、42.89％的有机溶剂；
29.所述基层面料中纯棉纤维和粘胶纤维按照重量份比为：1∶1复配织成；
30.本发明还提供了一种基于碳纤维的防静电复合面料的制备方法，具体制备步骤如下：
31.步骤一：按照上述重量百分比，称取防静电剂、纳米氧化硅、纳米石墨烯片、纳米氮化硼、碳纤维、环氧树脂和有机溶剂；
32.步骤二：将步骤一中的防静电剂与三分之一重量份的碳纤维、环氧树脂和有机溶剂进行加热搅拌混合，同时进行超声波振荡处理55min，得到混合基料；
33.步骤三：将步骤一中二分之一重量份的纳米氧化硅、纳米石墨烯片和纳米氮化硼与三分之一重量份的碳纤维、环氧树脂和有机溶剂进行加热搅拌混合，同时进行超声波振荡处理55min，得到复合改性基料；
34.步骤四：将步骤一中剩余的纳米氧化硅与九分之一重量份的碳纤维、环氧树脂和有机溶剂进行加热搅拌混合，同时进行超声波振荡处理25min，得到改性基料a；
35.步骤五：将步骤一中剩余的纳米石墨烯片与九分之一重量份的碳纤维、环氧树脂和有机溶剂进行加热搅拌混合，同时进行超声波振荡处理25min，得到改性基料b；
36.步骤六：将步骤一中剩余的纳米氮化硼与剩余的碳纤维、环氧树脂和有机溶剂进
行加热搅拌混合，同时进行超声波振荡处理25min，得到改性基料c；
37.步骤七：将步骤二中制得的混合基料、步骤三中制得的复合改性基料、步骤四中制得的改性基料a、步骤五中制得的改性基料b和步骤六中制得的改性基料c进行加热高速搅拌混合处理，同时进行超声波振荡处理75min，得到复合基料；
38.步骤八：将步骤七中制得的复合基料喷涂复合在基层面料上，干燥冷却处理后，得到防静电复合面料。
39.在步骤二中加热温度为60℃，在步骤三中加热温度为70℃，在步骤四、步骤五和步骤六中的加热温度为50℃，在步骤七中加热温度为90℃。
40.实施例2：
41.与实施例1不同的是，所述复合基料按照重量百分比计算包括：2.60％的防静电剂、0.84％的纳米氧化硅、0.64％的纳米石墨烯片、0.77％的纳米氮化硼、21.10％的碳纤维、35.30％的环氧树脂、38.75％的有机溶剂。
42.实施例3：
43.与实施例1
‑
2均不同的是，所述复合基料按照重量百分比计算包括：2.35％的防静电剂、0.70％的纳米氧化硅、0.53％的纳米石墨烯片、0.70％的纳米氮化硼、20.15％的碳纤维、34.75％的环氧树脂、40.82％的有机溶剂。
44.分别取上述实施例1
‑
3所制得的基于碳纤维的防静电复合面料与对照组一的防静电复合面料、对照组二的防静电复合面料、对照组三的防静电复合面料、对照组四的防静电复合面料和对照组五的防静电复合面料，对照组一的防静电复合面料为市面上的普通的防静电复合面料，对照组二的防静电复合面料与实施例相比无纳米氧化硅，对照组三的防静电复合面料与实施例相比无纳米石墨烯片，对照组四的防静电复合面料与实施例相比无纳米氮化硼，对照组五的防静电复合面料与实施例相比无碳纤维，分八组分别测试三个实施例中制备的防静电复合面料以及五个对照组的防静电复合面料，每30个样品为一组，进行测试，测试结果如表一所示：
45.表一：
46.[0047][0048]
由表一可知，当基于碳纤维的防静电复合面料中的复合基料的配比为：按照重量百分比计算包括：2.35％的防静电剂、0.70％的纳米氧化硅、0.53％的纳米石墨烯片、0.70％的纳米氮化硼、20.15％的碳纤维、34.75％的环氧树脂、40.82％的有机溶剂，可有效提高防静电复合面料中的防静电性能，提高防静电复合面料的安全性和稳定性，使得防静电复合面料在干燥大风环境下使用而保持正常的防静电性能；故实施例3为本发明的较佳实施方式，配方中的基层面料采用粘胶纤维，吸湿性好，易于染色，不易起静电，可加强复合面料的防静电性能；复合基料中的防静电剂主要是一些导电金属粉，可有效加强复合面料防静电性能；纳米氧化硅，可有效增强浆液对纤维的粘附性，可有效改善纯棉纱和涤棉纱的浆纱性能；纱线中羟基的含量直接影响纳米二氧化硅对浆纱性能的改善程度，纳米二氧化硅对纯棉纱浆纱表面性能和力学性能的改善效果更好，进而有效提高复合面料的防静电性
能；纳米石墨烯片，具有超大的形状比(直径/厚度比)，具有优良的导电，润滑，耐腐，耐高温等特性，具有纳米厚度，容易与其它材料如聚合物材料均匀复合，并形成良好的复合界面，可有效纳米材料在复合面料中弥散，可提高复合面料的防静电性能；纳米氮化硼，粉体纯度高，粒径小，比表面积大，高表面活性，晶体结构具有类似石墨层状结构，呈现松散，润滑，易吸潮，质量轻等性状，可有效加强复合面料的表面吸水性能，在复合面料表面形成微型水膜，可进一步加强复合面料的防静电性能；碳纤维可有效加强复合面料的导电性能，进而加强提高复合面料的防静电性能；纳米氧化硅、纳米石墨烯片、纳米氮化硼与碳纤维配合使用，可进一步提高复合面料的导电性能。
[0049]
实施例4
[0050]
在上述优选的技术方案中，本发明提供了一种基于碳纤维的防静电复合面料，包括基层面料和复合基料，所述基层面料包括纯棉纤维和粘胶纤维；所述复合基料按照重量百分比计算包括：2.35％的防静电剂、0.70％的纳米氧化硅、0.53％的纳米石墨烯片、0.70％的纳米氮化硼、20.15％的碳纤维、34.75％的环氧树脂、40.82％的有机溶剂；
[0051]
所述基层面料中纯棉纤维和粘胶纤维按照重量份比为：1∶1复配织成；
[0052]
本发明还提供了一种基于碳纤维的防静电复合面料的制备方法，具体制备步骤如下：
[0053]
步骤一：按照上述重量百分比，称取防静电剂、纳米氧化硅、纳米石墨烯片、纳米氮化硼、碳纤维、环氧树脂和有机溶剂；
[0054]
步骤二：将步骤一中的防静电剂与三分之一重量份的碳纤维、环氧树脂和有机溶剂进行加热搅拌混合，同时进行超声波振荡处理55min，得到混合基料；
[0055]
步骤三：将步骤一中二分之一重量份的纳米氧化硅、纳米石墨烯片和纳米氮化硼与三分之一重量份的碳纤维、环氧树脂和有机溶剂进行加热搅拌混合，同时进行超声波振荡处理55min，得到复合改性基料；
[0056]
步骤四：将步骤一中剩余的纳米氧化硅与九分之一重量份的碳纤维、环氧树脂和有机溶剂进行加热搅拌混合，同时进行超声波振荡处理25min，得到改性基料a；
[0057]
步骤五：将步骤一中剩余的纳米石墨烯片与九分之一重量份的碳纤维、环氧树脂和有机溶剂进行加热搅拌混合，同时进行超声波振荡处理25min，得到改性基料b；
[0058]
步骤六：将步骤一中剩余的纳米氮化硼与剩余的碳纤维、环氧树脂和有机溶剂进行加热搅拌混合，同时进行超声波振荡处理25min，得到改性基料c；
[0059]
步骤七：将步骤二中制得的混合基料、步骤三中制得的复合改性基料、步骤四中制得的改性基料a、步骤五中制得的改性基料b和步骤六中制得的改性基料c进行加热高速搅拌混合处理，同时进行超声波振荡处理75min，得到复合基料；
[0060]
步骤八：将步骤七中制得的复合基料喷涂复合在基层面料上，干燥冷却处理后，得到防静电复合面料。
[0061]
在步骤二中加热温度为60℃，在步骤三中加热温度为70℃，在步骤四、步骤五和步骤六中的加热温度为50℃，在步骤七中加热温度为90℃。
[0062]
实施例5
[0063]
与实施例4不同的是，在步骤二中加热温度为70℃，在步骤三中加热温度为80℃，在步骤四、步骤五和步骤六中的加热温度为60℃，在步骤七中加热温度为100℃。
[0064]
实施例6
[0065]
与实施例4
‑
5均不同的是，在步骤二中加热温度为65℃，在步骤三中加热温度为75℃，在步骤四、步骤五和步骤六中的加热温度为55℃，在步骤七中加热温度为95℃。
[0066]
分别取上述实施例4
‑
6所制得的基于碳纤维的防静电复合面料与对照组六的防静电复合面料、对照组七的防静电复合面料和对照组八的防静电复合面料进行实验，对照组六的防静电复合面料与实施例相比直接将原料全部混合，对照组七的防静电复合面料与实施例相比没有步骤三中操作，对照组八的防静电复合面料与实施例相比没有步骤四、步骤五或步骤六中的操作；分六组分别测试三个实施例中制备的防静电复合面料以及三个对照组的防静电复合面料，每30个样品为一组，进行测试，测试结果如表二所示：
[0067]
表二：
[0068]
[0069][0070]
由表二可知，在制备基于碳纤维的防静电复合面料的过程中，当实施例六中的制备方法为本发明的优选方案，在步骤二中将防静电剂与部分碳纤维、环氧树脂和有机溶剂进行混合处理，制成混合基料，混合基料可提前将防静电剂在体系中分散开，保证防静电剂功效的正常发挥；步骤三中将部分纳米氧化硅、纳米石墨烯片、纳米氮化硼与碳纤维、环氧树脂和有机溶剂进行混合处理，制成复合改性基料，多种纳米材料同时作用到碳纤维、环氧树脂和有机溶剂中，可有效提高基料的性能；步骤四、步骤五和步骤六中分别使用纳米氧化硅、纳米石墨烯片和纳米氮化硼对基料进行改性处理，保证复合基料的多样性，提高纳米材料的利用率，加强对复合基料的改性处理效果；在步骤六中将上述材料混合处理，可在保证基料防静电性能的基础上提高防静电性能，可有效加强复合面料在干燥大风环境下使用时的防静电性能，安全性能更高。
[0071]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0072]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。