Конструкция из долговечной высокопроводящей синтетической ткани

Конструкция из долговечной высокопроводящей синтетической ткани

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к конструкции из проводящей ткани, в частности к конструкции, которая эффективно рассеивает статический заряд и в то же время имеет желаемые физические свойства.

Уровень техники

До недавнего времени для получения проводящих тканей, применяемых, например, для рассеивания статического электричества, использовали моноволокна с высоким содержанием проводящих материалов, таких как углеродная сажа или металлические порошки. При этом, как правило, указанные проводящие материалы были либо диспергированы в полимере основы, таком как полиэтилентерефталат и полиамид, либо входили в состав полимерных покрытий, нанесенных поверх ориентированных моноволокон.

Указанные традиционные способы имеют ряд ограничений. Во-первых, проводимость волокон, содержащих наполнители, находится лишь в диапазоне от 10^-4 до 10^-7 См/см, т.е. составляет самую минимальную величину, необходимую для эффективного рассеивания статического заряда. К сожалению, этот недостаток ограничивает выбор конструкции ткани, а также ухудшает рабочие характеристики ткани. Второй недостаток состоит в том, что в случае полностью наполненных изделий происходит ухудшение физических свойств моноволокна, таких как модуль Юнга, сопротивление разрыву и относительное удлинение. Причина этого состоит в том, что при концентрации наполнителей, превышающей 20% проводящего наполнителя, возникает сильное загрязнение материала. Указанное ухудшение физических свойств также ограничивает выбор конструкции ткани и плохо влияет на ее рабочие характеристики. Еще одним недостатком традиционно изготавливаемых проводящих тканей является то, что покрытия, содержащие слишком высокую концентрацию добавок, полученных на основе углерода, проявляют пониженную стойкость к абразивному износу и имеют пониженную адгезионную способность. Таким образом, происходит ухудшение как долговечности ткани, так и ее рассеивающих свойств.

Другие изготавливаемые традиционными способами ткани включают проводящие покрытия, конструкции из металлической проволоки или комбинированные конструкции, включающие добавочные металлические волокна внутри синтетической структуры. Однако такие ткани также имеют свои недостатки. Например, несмотря на то, что такие изготавливаемые традиционными способами конструкции способны рассеивать статический заряд, следует отметить, что изготовление структур, включающих металлическую проволоку, затруднено. Еще одним недостатком тканей, включающих металлические детали, является то, что они легко подвергаются повреждениям, и, в частности, в процессе эксплуатации подвергаются нежелательному смятию и образуют складки. С другой стороны, конструкции с покрытиями, изготавливаемые традиционными способами, не обладают достаточной износостойкостью, и при этом имеют низкую проницаемость по сравнению с ячеистыми конструкциями с открытыми ячейками.

Потенциальным решением указанных проблем может служить введение в ткани электропроводящих полимеров. При этом проводящие полимеры могут использоваться как сами по себе, так и в легированной форме в виде сопряженных полимеров. Кроме того, применение таких полимеров позволило получить значения проводимости, составляющие 30-35×10³ См/см, что лишь на порядок ниже проводимости меди. Однако полимер должен не только обладать достаточной проводимостью, но также быть устойчивым на воздухе при температуре эксплуатации и сохранять свою проводимость в течение длительного периода времени. Кроме того, проводящий полимерный материал должен обладать необходимыми технологическими характеристиками и механическими свойствами, пригодными для определенных областей применения.

Краткое описание изобретения

Таким образом, главной задачей настоящего изобретения является введение проводящих полимеров в форме, удобной для изготовления долговечных тканевых конструкций.

Эта и другие задачи настоящего изобретения решены при помощи настоящего изобретения. В этом отношении настоящее изобретение направлено на создание конструкции из долговечной, высокопроводящей синтетической ткани. Преимущественно настоящее изобретение включает использование функциональных волокон, содержащих проводящий полимерный материал. В результате, способность указанной синтетической ткани, включающей такие проводящие волокна, к рассеиванию статического электричества близка к аналогичной способности доступных ранее металлосодержащих тканей, а физические свойства при этом сравнимы со свойствами непроводящих тканей. Таким образом, конструкция предложенной согласно изобретению ткани позволяет избежать смятия и образования заломов, свойственных конструкциям из металлосодержащих тканей.

Краткое описание чертежа

Для лучшего понимания настоящего изобретения, его задач и преимуществ описание изобретения будет сопровождаться ссылками на следующий чертеж, на котором изображено поперечное сечение многолепесткового моноволокна, покрытого электропроводящим полимером, в соответствии с настоящим изобретением.

Подробное описание предпочтительных примеров реализации.

Предпочтительный пример реализации настоящего изобретения будет описан в контексте сконструированных тканей с заданными свойствами, например, таких как ткани, применяемые для изготовления нетканого текстиля аэродинамическим холстоформованием, аэродинамическим способом из расплава и/или способом формования с эжектированием высокоскоростным потоком воздуха (фильерным способом). Однако следует отметить, что настоящее изобретение также может быть применено к другим промышленным тканям, применяемым в условиях «сухого» производства, в которых требуется рассеивание статического электричества, например, через ременную передачу (belting media). Конструкции тканей включают тканые, нетканые, спирально соединенные (spiral-link) ткани, ткани с расположением нитей в MD и CD направлениях, трикотажные ткани, экструдированные сетки и спирально намотанные полосы тканых и нетканых материалов. Указанные ткани могут содержать моноволокно, скрученные в несколько сложений нити из моноволокна, нити из комплексных нитей или скрученные в несколько сложений нити из синтетической комплексной пряжи; они также могут быть однослойными, многослойными или ламинированными.

Из подробного рассмотрения чертежа видно, что изобретение предусматривает изготовление тканей, включающих, как показано на чертеже (поперечный разрез), рабочее (функциональное) волокно (волокна) 10, содержащее электропроводящий полимерный материал 14. Таким образом, несмотря на то, что сами проводящие полимеры обычно не отличаются прочностью, достаточной для того, чтобы сформировать из них несущие нагрузку волокна 10, настоящее изобретение включает использование указанных проводящих материалов 14 либо в виде смесей, либо в виде покрытий, наряду с полимерными материалами, которые могут быть ориентированы для обеспечения физических свойств, необходимых для формирования долговечных тканевых структур. Преимущественно рассеивающие свойства тканей, содержащих по меньшей мере 5% указанных электропроводящих волокон 10, эквивалентны рассеивающим свойствам, которые ранее могли быть получены только для металлосодержащих тканей, в то время как их физические свойства эквивалентны свойствам непроводящих тканей. Вследствие этого ткани, содержащие указанные волокна 10, позволяют избежать смятия и образования заломов, свойственных конструкциям из металлосодержащих тканей.

В частности, изобретение включает введение проводящего полимера 14 в виде смеси в моноволокно 12, обладающее достаточной термической устойчивостью. В другом варианте настоящее изобретение предусматривает использование двухкомпонентного волокна, содержащего проводящий полимер 14 и изготовленного экструзией расплава. В качестве еще одного примера на Фиг.1 показан предпочтительный пример реализации, в котором проводящий полимер 14 наносят на моноволокно 12 в виде покрытия. Методики нанесения покрытия включают, например, нанесение покрытия погружением, напылением из раствора, диспергированием на ориентированные моноволокна, термическое напыление или другие способы, пригодные для указанной цели. Следует отметить, что существует по меньшей мере один класс проводящих полимеров, а именно полианилинов, из которых получены волокна с высокой электрической проводимостью и физическими свойствами, сравнимыми с физическими свойствами полиамидов. Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением предусмотрено использование указанных проводящих волокон непосредственно для изготовления тканей.

На чертеже представлен поперечный разрез полученного согласно примеру реализации покрытия из проводящего полимерного материала 14 на многолепестковое моноволокно 12. Преимущественно такой способ повышает электрическую проводимость волокна до значений, превышающих 10^-3 См/см (предпочтительно превышающих 10³ См/см), но позволяет при этом сохранять физические и трибологические свойства моноволокна. Еще одном преимуществом является то, что поверхность 16 моноволокна 12 включает множество С-образных желобков 18, проходящих вдоль всей длины волокна; при этом указанные желобки могут быть изготовлены в процессе экструзии моноволокна 12. Вследствие этого между моноволокном 12 и полимерным материалом 14, заполняющим желобки 18, образуется механическое сцепление. Таким образом, указанная конфигурация позволяет использовать полимер 14 с более низкой адгезией к моноволокну 12. Еще одно преимущество указанной конфигурации состоит в том, что высокопроводящий полимер 14 постоянно доступен на поверхности 16 моноволокна, и даже если моноволокно 12 подвергается износу, оно все равно продолжает закрывать и защищать полимерный материал 14. Кроме того, такое защищенное расположение проводящего полимера 14 делает менее критичным такие его недостатки, как пониженное сопротивление истиранию и менее удовлетворительные физические свойства. В этой связи очевидно, что кроме круглого сечения, изображенного на чертеже, моноволокно 12 может также иметь поперечное сечение некруглой формы, а, например, прямоугольной, квадратной, трапециевидной, продолговатой, овальной, конической, звездообразной или другой некруглой формы, пригодной для указанной цели.

Еще одно преимущество настоящего изобретения состоит в том, что процентная массовая доля проводящего полимера 14 в волокне 10 может составлять всего лишь 10 мас.% или менее. Это позволяет не увеличивать стоимость производства ткани, которая в то же время позволяет эффективно рассеивать статический заряд. В этой связи классы проводящих полимеров 14, которые могут быть использованы, включают: полиацетилен (РА), политиофен (РТ), поли-3-алкилтиофен (Р3АТ), полипиррол (Рру), полиизотионафталин (PITN), поли(этилендиокситиофен) (PEDOT), алкокси-замещенный поли(пара-фениленвинилен) (PPV), поли(пара-фениленвинилен) (PPV), поли(2,5-диалкокси-пара-фенилен, поли(пара-фенилен) (РРР), многозвенный поли(пара-фенилен) (LPPP), поли(пара-фенилен)сульфид (PPS), полигептадиин (РНТ), поли(3-гексилтиофен) (Р3НТ), полианилин (PANI).

Таким образом, цели и преимущества настоящего изобретения достигнуты, и, несмотря на то, что в настоящем описании были описаны и подробно рассмотрены предпочтительные примеры его реализации, область применения настоящего изобретения не ограничена указанными примерами; напротив, область применения настоящего изобретения определена в нижеследующей Формуле изобретения.

1. Полимерное волокно, которое предназначено для применения в промышленных тканях, которое имеет желобчатое поперечное сечение, желобки которого по существу заполнены электропроводящим полимерным материалом, механически закрепленным на месте, и которое представляет собой многолепестковое моноволокно, причем на это моноволокно нанесено покрытие из проводящего полимерного материала и поверхность этого моноволокна включает один или более С-образных желобков, проходящих вдоль всей длины волокна так, что между моноволокном и проводящим полимером, заполняющим желобки, образуется механическое сцепление с взаимным соединением.

2. Волокно по п.1, причем указанное волокно включает проводящий полимерный материал, смешанный с полимерными материалами, которые могут быть ориентированы.

3. Волокно по п.1, причем указанное волокно представляет собой двухкомпонентное волокно, содержащее проводящий полимерный материал и изготовленное экструзией из расплава.

4. Волокно по п.1, причем указанное волокно включает ориентированную структуру, покрытую проводящим полимерным материалом.

5. Волокно по п.1, на которое проводящий полимер наносят одним из следующих способов: нанесение покрытия погружением, напыление из раствора, диспергирование на моноволокно и термическое напыление.

6. Волокно по п.1, причем указанное волокно включает сто процентов проводящего полимерного материала, выбранного из класса полианилинов.

7. Волокно по п.6, причем указанное полианилиновое волокно имеет физические свойства, сравнимые с физическими свойствами полиамидного волокна.

8. Волокно по п.1, в котором минимальная электрическая проводимость покрытия составляет более 10^-3 Сименс/см, предпочтительно более 10^-3 Сименс/см при сохранении физических и трибологических свойств моноволокна сердцевины.

9. Волокно по п.1, в котором указанное сцепление достататочно для того, чтобы использовать проводящий полимер с более низкой адгезией к моноволокну.

10. Волокно по п.1, в котором указанная конфигурация такова, что по мере износа моноволокна проводящий полимер остается постоянно доступен на поверхности моноволокна, так что волокно сохраняет проводимость.

11. Волокно по п.1, в котором присутствие проводящего полимера в желобках защищает указанный полимер и делает менее критичным действие пониженного сопротивления истиранию и других физических свойств.

12. Волокно по п.1, в котором массовая доля проводящего материала составляет 10 мас.% или менее, от общей массы волокна с покрытием.

13. Волокно по п.1, в котором проводящий полимер выбран из полиацетилена (РА), политиофена (РТ), поли-3-алкилтиофена (Р3АТ), полипиррола (Рру), полиизотионафталина (PITN), поли(этилендиокситиофена) (PEDOT), алкокси-замещенного поли(пара-фениленвинилена) (PPV), поли(2,5-диалкокси-пара-фенилена, поли(пара-фенилена) (РРР), многозвенного поли(пара-фенилена) (LPPP), поли(пара-фенилен)сульфида (PPS), полигептадиина (РНТ) и поли(3-гексилтиофена) (Р3НТ).

14. Проводящая ткань, включающая множество ориентированных полимерных волокон, причем каждое из указанных волокон включает электропроводящий полимерный материал, введенный в указанное волокно либо в виде смеси, либо в виде покрытия; а поверхность моноволокна включает один или более С-образных желобков, проходящих вдоль всей длины волокна, так что между моноволокном и проводящим полимером, заполняющим желобки, образуется механическое сцепление с взаимным соединением, при этом указанная проводящая ткань обладает способностью рассеивать статическое электричество, которое сравнимо с аналогичной способностью металлсодержащих тканей, а также обладает устойчивостью к сминанию и образованию складок.

15. Ткань по п.14, в которой содержание функциональных волокон составляет от пяти до ста процентов от массы ткани.

16. Ткань по п.14, для которой способность рассеивать статическое электричество близка к аналогичной способности металлсодержащих тканей, а физические свойства сравнимы со свойствами непроводящих синтетических тканей.

17. Ткань по п.16, для которой указанные физические свойства включают одно из следующих свойств: модуль Юнга, сопротивление разрыву, прочность, адгезионную способность, сопротивление истиранию и износостойкость.

18. Ткань по п.14, в которой волокно представляет собой волокно по пп.1-13.

19. Ткань по п.14, в которой указанный состав позволяет не увеличивать стоимость производства ткани, вместе с тем ткань позволяет эффективно рассеивать статический заряд.

20. Ткань по п.14, причем указанная ткань является однослойной, многослойной или ламинированной.

21. Ткань по п.14, причем указанная ткань представляет собой тканый материал, нетканый материал, спирально соединенную ткань, ткань с расположением нитей в MD и CD направлениях, трикотажную ткань, экструдированную сетку или спирально намотанную полосу из тканых и нетканых материалов, включающих нити, содержащие моноволокно, скрученные в несколько сложений нити из моноволокна, нити из комплексных нитей, скрученные в несколько сложений нити из комплексной пряжи и штапельное волокно.

22. Ткань по п.14, причем указанная ткань является сконструированной тканью, применяемой для производства нетканого текстиля аэродинамическим холстоформованием, аэродинамическим способом из расплава и/или способом формования с эжектированием высокоскоростным потоком воздуха (фильерным способом).

23. Ткань по п.14, причем указанную ткань применяют в сухих производствах, в которых требуется рассеивание статического электричества через ременную передачу.