專利名稱：導(dǎo)電單絲及織物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種導(dǎo)電紗線和靜電耗散織物結(jié)構(gòu)，特別涉及 一種能夠有效耗散靜電荷同時(shí)還具有理想物理性能的導(dǎo)電紗線和靜 電耗散織物結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
迄今為止，可供用以例如靜電耗散的導(dǎo)電織物，以大量的 導(dǎo)電材料諸如碳黑或金屬顆粒的填料與單絲結(jié)合。典型地，這些導(dǎo)電 材料或者分散于基質(zhì)聚合物(諸如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯及聚酰胺) 之中，或者結(jié)合在涂覆于定位單絲(oriented monofilaments)上的聚 合物涂層中。這些現(xiàn)有技術(shù)方法存在某些局限。第一，添加填充料制成 的單絲的電導(dǎo)率只在10—4-l(T7S/Cm范圍內(nèi)，這是有效耗散靜電荷的 最低要求。不利之處在于，此缺點(diǎn)限制了織物設(shè)計(jì)的選擇，而且還降 低織物性能。第二個(gè)缺點(diǎn)是，在產(chǎn)品充分添加填充料的情形下，有損 單絲物理性能，諸如模量、韌性及伸展性。這是由于超過20%的導(dǎo) 電填料的混入造成較高摻雜程度而導(dǎo)致的。這種物理性能缺陷會(huì)進(jìn)一
步限制織物設(shè)計(jì)的選擇，并且負(fù)面影響織物性能。其它現(xiàn)有技術(shù)的導(dǎo)電織物包括導(dǎo)電涂層、金屬線結(jié)構(gòu)物、或在合成結(jié)構(gòu)物中摻有金屬纖維的組合設(shè)計(jì)。然而，這些織物也有相 關(guān)的缺點(diǎn)。例如盡管這些現(xiàn)有設(shè)計(jì)能夠耗散靜電荷，但應(yīng)當(dāng)注意到， 帶有金屬線的結(jié)構(gòu)物很難制造。另一缺點(diǎn)是，以金屬為主的織物易于 受損，特別是在使用期間會(huì)產(chǎn)生不期望的凹痕及折痕。另一方面，現(xiàn) 有技術(shù)的涂層設(shè)計(jì)耐用性不足，而且，涂層還會(huì)降低開放網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的 滲透性。

發(fā)明內(nèi)容
所以，本發(fā)明的主要目的是提供一種紗線，其適合于在工 業(yè)織物中使用并防止出現(xiàn)上述問題，工業(yè)織物諸如適合于例如在氣流 成網(wǎng)、熔噴、紡粘生產(chǎn)中使用的工程織物、以及造紙過程中使用的干 燥織物、以及需要或期望靜電耗散的其他工業(yè)織物。本發(fā)明的另一目的是提供靜電耗散紗線，其適合于在諸如 油井線纜、大功率輸電線等電力電纜的建設(shè)中用作接地介質(zhì)，以防止 在電纜建設(shè)期間電荷累積，否則這種電荷累積有可能放電而導(dǎo)致設(shè)備 損壞、人員嚴(yán)重傷害和/或死亡。本發(fā)明的又一目的是提供靜電耗散紗線，其適合于在由各 種熱塑性單絲構(gòu)成的編織套管的構(gòu)造中使用，以在高壓領(lǐng)域、在航空 航天應(yīng)用方面如飛行器控制、照明及娛樂、以及機(jī)動(dòng)車應(yīng)用方面，對(duì) 多用途電線束提供保護(hù)、接地和電磁干擾(EMI)屏蔽。本發(fā)明的又一目的是，提供靜電耗散紗線，其適合于在室 內(nèi)清潔應(yīng)用方面所用的針織和/或織造織物中使用。本發(fā)明提供此目的和其他目的及優(yōu)點(diǎn)。基于此，本發(fā)明涉 及一種在織物結(jié)構(gòu)中使用的耐用的高電導(dǎo)率聚合物單絲或捻合單絲 紗線。有利的是，本發(fā)明涉及使用含有特定導(dǎo)電材料的涂層或膜層的 功能性單絲或捻合單絲，導(dǎo)電材料包括金屬顆粒和粘合料。在一種實(shí) 施例中，單絲包括一個(gè)或多個(gè)縱向凹槽，涂層或膜層主要位于凹槽中。
在紗線或單絲磨損時(shí)，導(dǎo)電材料保持在凹槽中并免遭磨損。結(jié)果，該
織物具備了此前僅可由以金屬為主的織物提供的靜電耗散性能，同時(shí) 還具有與常規(guī)工業(yè)織物相當(dāng)?shù)奈锢硇阅芎蜔嵝阅堋Ｒ虼?，本發(fā)明的織
6物結(jié)構(gòu)克服了與金屬織物設(shè)計(jì)相關(guān)的凹痕及折痕，并且能夠提供理想 的靜電耗散。然而，靜電耗散量，其取決于涂層厚度、所使用的涂層 材料的電導(dǎo)率等級(jí)、結(jié)構(gòu)內(nèi)(表面、內(nèi)部等)的涂層的面積、單絲網(wǎng) 格的間隔、以及其他幾個(gè)因素，這些在本發(fā)明中都予以考慮。


根據(jù)下文結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述，本發(fā)明的這些以及其它的 目的和優(yōu)點(diǎn)將更為明了，其中
圖1是根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的單絲的橫截面圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的織物的平面圖3a是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的單絲的橫截面圖3b是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的單絲的橫截面圖；以及
圖4是壓模涂覆方法(die coating application method)的概略圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，以工程織物諸如以氣流成網(wǎng)、熔噴、 和/或紡粘加工等制造非織造織物中所使用的織物來進(jìn)行說明，其中 當(dāng)非織造產(chǎn)品在織物上形成，通過消除累積的靜電，使非織造產(chǎn)品的 釋放得以改善。然而，應(yīng)當(dāng)注意到，本發(fā)明也可以應(yīng)用于其它工業(yè)織 物，諸如在造紙過程中使用的干燥織物、以及在要求靜電耗散(如通 過織物介質(zhì))的任何一種"干式"加工中使用的其它織物。此外，由于 導(dǎo)電材料也是良好的熱導(dǎo)體，在其他需要熱傳導(dǎo)的應(yīng)用中也是可行 的?？梢允褂盟查g導(dǎo)電(instant conductive)紗線或靜電耗散紗線的 一些示例是在諸如油井線纜、大功率輸電線等電力電纜的建設(shè)中作為 接地介質(zhì)，以避免電纜建設(shè)期間電荷累積，否則這種電荷累積可能放 電而導(dǎo)致設(shè)備損壞、人員嚴(yán)重傷害和/或死亡。另一示例用在由各種 熱塑性單絲構(gòu)成的不同編織套管的構(gòu)造中，以在高壓領(lǐng)域、在航空航 天應(yīng)用方面如飛行器控制、照明及娛樂、以及機(jī)動(dòng)車應(yīng)用方面，對(duì)多 用途電線束提供保護(hù)、接地和電磁干擾(EMI)屏蔽。瞬間靜電耗散 紗線的又一應(yīng)用是，用于在室內(nèi)清潔應(yīng)用方面所用的針織和/或織造說明書第4/6頁
織物?？椢锝Y(jié)構(gòu)可以包括織造、機(jī)器方向(MD)或機(jī)器橫向(CD)
紗線陣列、針織物、螺旋連接組件、薄膜或膜狀結(jié)構(gòu)、擠出網(wǎng)、以及 上述結(jié)構(gòu)材料構(gòu)成的螺旋纏繞條帶。應(yīng)當(dāng)注意到，這些工業(yè)織物相對(duì) 較大，而且經(jīng)常遭遇嚴(yán)酷環(huán)境。這些織物可以由單絲、捻合單絲、復(fù) 絲或捻合復(fù)絲合成紗線構(gòu)成，并且可以是單層、多層、多層織造或疊 層?，F(xiàn)在更具體地參照附圖，如圖1 (橫截面圖)所示，本發(fā) 明提供的織物由含有導(dǎo)電材料12的功能性單絲或紗線10構(gòu)成。因此， 鑒于導(dǎo)電材料自身強(qiáng)度不足而難以形成為承載負(fù)荷的單絲10，本發(fā) 明的優(yōu)選實(shí)施例將這些導(dǎo)電材料12主要結(jié)合在沿單絲10的縱向長度 的凹槽14中。有益的是，由這樣的單絲IO構(gòu)成的織物，具有此前僅 可由金屬織物才具有的靜電耗散性能，同時(shí)又具有與常規(guī)工業(yè)織物相 當(dāng)?shù)奈锢硇阅?。此外，帶有這些單絲10的織物可避免出現(xiàn)之前金屬 絲織物易產(chǎn)生的凹痕及折痕。特別地，本發(fā)明在粘合料中加入導(dǎo)電材料12。所用材料 優(yōu)選為導(dǎo)電墨水(ink)或粘合劑，這些可從俄亥俄州43015特拉華 市Johnson Drive路132號(hào)的Engineered Conductive Materials、 LLC、 或Engineered Material System有限公司購買。該公司提供許多種導(dǎo)電 墨水及粘合劑。特別有用的一種是使用銀粒和粘合料制成的導(dǎo)電墨 水。優(yōu)選具有標(biāo)號(hào)CI-1020的產(chǎn)品。帶有其他金屬顆粒如銅、鎳、鋅 或它們的組合的其他導(dǎo)電墨水也適用于本目的。粘合料可以是環(huán)氧樹 脂、丙烯酸樹脂、偏二氯乙烯、它們的共聚物或其他任何一種適用于 本目的的粘合料。導(dǎo)電材料12裝填于凹槽14內(nèi)，但無需將凹槽14填滿。 然而，導(dǎo)電材料12需要在凹槽14中沿縱向連續(xù)構(gòu)成，以使其有效。 圖3a圖示優(yōu)選實(shí)施例的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像，其中將導(dǎo)電 材料12以涂層或膜層形式施加于單絲10。該技術(shù)包括例如蘸涂或浸 泡涂覆、噴涂(spraying)、噴射(jetting)或其它適用于本目的的方法。 例如，如圖4所示，可以使用壓模涂覆方法(die coating application method),其中在涂層壓模(coating die)內(nèi)周與單絲外周大致相同的情況下，可以控制導(dǎo)電材料12和粘合料的用量，從而在單絲的表面
上尤其在凹槽區(qū)域中建立膜層。圖4特別示出在此工藝中涂覆導(dǎo)電涂 層的示例，其中來自供給巻軸18的未涂覆的單絲經(jīng)過涂層壓模 (coating die) 16，同時(shí)將來自導(dǎo)電涂層室22的導(dǎo)電材料12的涂層 施加于單絲上。由涂層壓模16的尺寸控制用量，而單絲10上的涂層 則使用可控的加熱墊24進(jìn)行干燥，該加熱墊24設(shè)置于干燥室內(nèi)，使 用熱風(fēng)鼓風(fēng)機(jī)26進(jìn)行加熱。隨后將單絲IO巻繞在輸出組件(圖中未 示出)上。應(yīng)當(dāng)注意到，基本為圓形的有槽單絲是優(yōu)選的，但也可設(shè) 想使用其他形狀，諸如扁平(亦即矩形)、多邊形或其它非圓形。然 而，這些當(dāng)中優(yōu)選的是，成形的單絲帶有一個(gè)或多個(gè)凹槽，以使涂層 位于凹槽內(nèi)。在有槽單絲中，帶有粘合料的導(dǎo)電材料均勻地涂覆凹槽 14，這樣在凹槽14中提供了導(dǎo)電涂層或膜層的連續(xù)通道。圖l中示 出的三個(gè)凹槽僅僅用于說明，也可以使用一個(gè)或多個(gè)凹槽。應(yīng)當(dāng)注意到，在染料施加過程中，將壓模大小調(diào)整為單絲 的尺寸。這樣帶來的益處是由于只需要較少量的材料，所以只需較 低的涂層重量和較低的成本。由于導(dǎo)電材料位于可能出現(xiàn)磨損的纖維 絲的磨損面之下，因此使凹槽14具有保護(hù)導(dǎo)電材料12的增加的功能。
在其他應(yīng)用中，涂層可以位于外表面上。結(jié)果是，由穩(wěn)定結(jié)合的、耐撓曲的、薄層、低成本且受保 護(hù)的導(dǎo)電涂層構(gòu)成的單絲，具有與金屬紗線相當(dāng)?shù)碾妼?dǎo)率。根據(jù)所 需最終用途，該單絲可以作為單股使用，或者可以使其捻合或纏繞 以形成捻合單絲結(jié)構(gòu)。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例在橫機(jī)器 方向具有單絲10的織物20。應(yīng)當(dāng)注意到，在織物中結(jié)合這些單絲，不需要使構(gòu)成織物 的所有紗線具有這些單絲，而只是部分紗線具有這些單絲。對(duì)于不 同應(yīng)用，為了耗散靜電，可以將它們用在機(jī)器方向和/或橫機(jī)器方向 以及任意一種編織圖案中。在圖3b的SEM圖像中橫截面方式示出的實(shí)施例，示出了 使用導(dǎo)電材料12涂覆帶有凹槽的單絲10。有利的是，這樣提高了單絲的電導(dǎo)率，同時(shí)保持了單絲的物理特性和功能特性。導(dǎo)電材料 12沿單絲外周且至少在凹槽的周邊之內(nèi)結(jié)合于單絲的表面。即使在 單絲IO磨損時(shí)，這種有槽紗線的布置方式也能夠起到保護(hù)導(dǎo)電材料
12的作用，同時(shí)也能夠遮蔽并保護(hù)導(dǎo)電材料12。如果涂層的耐磨性 比單絲自身的耐磨性低，則導(dǎo)電材料12所處的這種保護(hù)位置減少了 電導(dǎo)率隨時(shí)間的流失。應(yīng)當(dāng)注意到，單絲可以由任何一種適用于本目的的材料制 成，包括聚合物諸如聚酯或聚酰胺或本領(lǐng)域技術(shù)人員周知的其他材 料。還應(yīng)當(dāng)注意到，具有接近或相當(dāng)于金屬紗線的電導(dǎo)率的導(dǎo)電材 料可以反復(fù)撓曲，同時(shí)保持所需的電導(dǎo)率(靜電耗散)，并且具有 對(duì)聚合物的良好的附著力，這些聚合物為諸如聚酯、尼龍、聚苯硫 醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)等。因此，通過本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)其目的及優(yōu)點(diǎn)，雖然本文詳細(xì)披 露描述了優(yōu)選實(shí)施例，但本發(fā)明的范圍和目的并不受限于此；本發(fā) 明范圍應(yīng)由所附權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種靜電耗散織物，其包含多根聚合物單絲，其中所述單絲包括含有金屬顆粒的導(dǎo)電材料和粘合料，所述導(dǎo)電材料和所述粘合料結(jié)合在所述單絲上作為涂層或膜層，所述單絲具有靜電耗散性能。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的織物，其中所述單絲包括一個(gè)或多個(gè)縱向凹槽，所述導(dǎo)電材料和所述粘合料以連續(xù)涂層或膜層位于所述凹 槽中。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的織物，其中所述粘合料是環(huán)氧樹脂、 丙烯酸樹脂、偏二氯乙烯、或其共聚物。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的織物，其中所述金屬顆粒是銀、銅、 鎳、鋅或其組合。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的織物，其中所述單絲為圓形或非圓形。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的織物，其中通過蘸涂或浸泡涂覆、噴 涂、噴射或壓模涂覆方法中的一種來施加所述導(dǎo)電材料和所述粘合 料。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的織物，其中所述織物是織造織物、機(jī) 器方向或機(jī)器橫向紗線陣列、針織物、螺旋連接組件、擠出網(wǎng)、或上 述結(jié)構(gòu)物構(gòu)成的螺旋纏繞條帶。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的織物，其中所述單絲由聚酯、聚酰胺、 聚苯硫醚(PPS)或聚醚醚酮(PEEK)制成。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的織物，其中所述織物是工程織物、是 以氣流成網(wǎng)、熔噴或紡粘加工制造非織造織物中使用的織物、或是造 紙織物。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的織物，其中所述織物是單層、多層、 多層織造或疊層。
11. 一種聚合物單絲，其上具有導(dǎo)電材料的連續(xù)涂層或膜層，所 述導(dǎo)電材料由金屬顆粒和粘合料組成，所述聚合物單絲具有靜電耗散 性能。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的單絲，具有一個(gè)或多個(gè)縱向凹槽， 所述導(dǎo)電材料和所述粘合料以連續(xù)涂層或膜層位于所述凹槽中。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的單絲，其中所述粘合料是環(huán)氧樹脂、 丙烯酸樹脂、偏二氯乙烯、或其共聚物。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的單絲，其中所述金屬顆粒是銀、銅、 鎳、鋅或其組合。
15. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的單絲，其中通過蘸涂或浸泡涂覆、 噴涂、噴射或壓模涂覆方法中的一種來施加所述導(dǎo)電材料和所述粘合 料。
16. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的單絲，其中所述單絲為圓形或非圓形。
17. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的單絲，其中所述單絲由聚酯、聚酰 胺、聚苯硫醚(PPS)或聚醚醚酮(PEEK)制成。
18. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的單絲，其中所述單絲用于形成工程 織物、用于形成以氣流成網(wǎng)、熔噴或紡粘加工制造非織造織物中使用 的織物、或用于形成造紙織物。
19. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的單絲，其中所述織物是單層或多層、 多層織造或疊層。
20. —種工程織物，包括多根聚合物單絲，其中所述單絲含有導(dǎo)電材料和粘合料， 其中以涂層方式施加所述導(dǎo)電材料，所述涂層含有具備靜電耗 散性能的金屬顆粒。
21. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的單絲，其中所述單絲用于形成電力電纜、油井線纜、大功率輸電線、接地介質(zhì)、編織套管、電磁干擾(EMI)屏蔽、高壓、航空航天應(yīng)用、機(jī)動(dòng)車應(yīng)用、或者在室內(nèi)清潔應(yīng)用中使 用的針織或織造織物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種導(dǎo)電單絲和具有導(dǎo)電單絲的靜電耗散織物，其中單絲包括導(dǎo)電材料和粘合料，并具有靜電耗散性能。
文檔編號(hào)D01F8/00GK101680130SQ200880019114
公開日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月7日
發(fā)明者喬納森·S·巴里什, 約瑟夫·G·奧康納, 約瑟夫·薩利特斯凱, 莫里斯·R·帕昆 申請(qǐng)人:阿爾巴尼國際公司