本發(fā)明屬于紡織，具體涉及一種具有良好阻燃抑煙性的摩擦納米發(fā)電紗線及織物的制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、可穿戴智能傳感材料作為智能材料的重要分支，在人體感應(yīng)、人工智能、醫(yī)用仿生等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力，將為人類的運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、健康檢測(cè)等方面提供無(wú)限可能，因此得到了國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。智能可穿戴織物具有輕質(zhì)、低模量、高柔高彈、結(jié)構(gòu)多元多維化、成本低廉、高親膚性等特點(diǎn)，相較于智能手環(huán)、智能眼鏡、智能皮膚等傳感設(shè)備，在智能可穿戴領(lǐng)域體現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。開發(fā)不需要外界電源的自供電傳感織物，是現(xiàn)如今智能可穿戴織物的重要發(fā)展方向之一，不僅有利于能源的節(jié)約，并且會(huì)大大提升設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中的便攜性、舒適性與長(zhǎng)期使用性，具有重要的研究意義。

2、利用摩擦起電(接觸起電)效應(yīng)，王中林教授提出了摩擦納米發(fā)電機(jī)(teng)的理念。teng可在外界壓力作用下產(chǎn)生電信號(hào)，從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。將teng與傳統(tǒng)紡織品相結(jié)合，研究者開發(fā)出摩擦納米發(fā)電織物(tteng)。tteng集合了teng的壓電效應(yīng)及紡織品柔軟、透氣、舒適等性能，在智能紡織品與智能穿戴領(lǐng)域體現(xiàn)出突出的應(yīng)用前景，受到了國(guó)內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。如專利cn114836873a公開了一種具有自清潔、自供電功能的壁虎仿生納米纖維絨摩擦發(fā)電織物及其制備方法，該方法包括：首先配制聚間苯二甲酰間苯二胺和pva溶液，隨后以聚間苯二甲酰間苯二胺為島，pva為海，以一定海島比例通過(guò)復(fù)合紡絲得到復(fù)合絲；以復(fù)合絲為經(jīng)紗、導(dǎo)電紗為緯紗將其織成平紋織物，對(duì)織物進(jìn)行反復(fù)揉抓，得到穩(wěn)定致密的絨毛；然后浸入水中，使pva在水中充分分散后，升溫使pva溶解，得到具有海島結(jié)構(gòu)的納米纖維絨織物；最后置于硅烷偶聯(lián)劑中處理獲得超疏水自清潔織物。利用納米芳綸纖維絨類似壁虎腳掌絨毛的高接觸面積特性，實(shí)現(xiàn)摩擦面積最大化，同時(shí)觸壓過(guò)程同時(shí)會(huì)產(chǎn)品壓電效應(yīng)，從而提高摩擦發(fā)電功率和觸壓感應(yīng)電壓的靈敏性。專利cn109123854a公開了一種摩擦納米發(fā)電織物，包括第一導(dǎo)電紗線電極、第二導(dǎo)電紗線電極、第一導(dǎo)電織物、第二導(dǎo)電織物和非導(dǎo)電紗線織物，具有良好的服用性能如透氣性和透濕性等，可以完全與服裝結(jié)合，可以為小型電子設(shè)備供電，還可以用于構(gòu)建自驅(qū)動(dòng)的傳感器用于人體運(yùn)動(dòng)模式識(shí)別等用途。

3、但是由于紡織材料的易燃性，目前大多數(shù)tteng不具備阻燃性能，容易在火災(zāi)中受到破壞，喪失供電能力，甚至進(jìn)一步誘發(fā)火災(zāi)蔓延，造成人員傷害。因此，設(shè)計(jì)、制造具有高阻燃、抑煙性能的tteng至關(guān)重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有良好阻燃抑煙性的摩擦納米發(fā)電紗線及織物的制備方法及應(yīng)用。該方法簡(jiǎn)單，所得摩擦納米發(fā)電織物的阻燃性能和電輸出性能優(yōu)異，且表現(xiàn)出優(yōu)良的循環(huán)工作穩(wěn)定性和耐水洗性，透氣透濕性高，舒適性好，可用于智能防護(hù)服和智能逃生毯中。

2、一種復(fù)合紗線，具有皮芯結(jié)構(gòu)，所述皮芯結(jié)構(gòu)由內(nèi)芯和外摩擦層組成，所述內(nèi)芯為鍍銀尼龍長(zhǎng)絲，所述外摩擦層包括阻燃聚酯長(zhǎng)絲和聚四氟乙烯長(zhǎng)絲。

3、進(jìn)一步地，一根所述復(fù)合紗線中，所述阻燃聚酯長(zhǎng)絲和所述聚四氟乙烯長(zhǎng)絲總量為8根，所述阻燃聚酯長(zhǎng)絲和所述聚四氟乙烯長(zhǎng)絲分別選自1-7根。優(yōu)選地，所述阻燃聚酯長(zhǎng)絲為4根、所述聚四氟乙烯長(zhǎng)絲為4根，或所述阻燃聚酯長(zhǎng)絲為3根、所述聚四氟乙烯長(zhǎng)絲為5根。

4、所述鍍銀尼龍長(zhǎng)絲的纖度為20-200d，優(yōu)選為20-100d。

5、所述阻燃聚酯長(zhǎng)絲的纖度為50-200d，優(yōu)選為100-150d。

6、所述聚四氟乙烯長(zhǎng)絲的纖度為300-600d，優(yōu)選為450-550d。

7、所述阻燃聚酯長(zhǎng)絲包含聚合單體、mofs和阻燃劑。

8、其中，所述mofs是金屬有機(jī)骨架材料(metal?organic?frameworks)的英文縮寫。

9、進(jìn)一步地，所述阻燃聚酯長(zhǎng)絲中，所述mofs的用量為所述聚合單體的質(zhì)量的1-5％，所述阻燃劑用量為所述聚合單體的質(zhì)量的0.5-5％；優(yōu)選地，所述mofs的用量為所述聚合單體的質(zhì)量的1.5-3％，所述阻燃劑用量為所述聚合單體的質(zhì)量的2-3％。

10、進(jìn)一步地，所述聚合單體包含芳香族二元羧酸或其酯類衍生物和脂肪族二元醇。所述芳香族二元羧酸或其酯類衍生物和脂肪族二元醇的摩爾比為1.3-1.8:1，優(yōu)選摩爾比為1.4-1.55:1。

11、更進(jìn)一步地，所述芳香族二元羧酸或其酯類衍生物是指具有8到12個(gè)碳原子的芳香族二羧酸或其芳香族二羧酸的烷基酯類，選自對(duì)苯二甲酸、鄰苯二甲酸、間苯二甲酸、1,4-萘二甲酸、2,5-萘二甲酸、2,6-萘二甲酸和2,7-萘二甲酸中的任一種或一種以上；優(yōu)選為對(duì)苯二甲酸、鄰苯二甲酸和間苯二甲酸中的任一種或一種以上。

12、更進(jìn)一步地，所述脂肪族二元醇是指具有2到6個(gè)碳原子的脂肪族二元醇，選自乙二醇、1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、二乙二醇、二丙二醇、三乙二醇和三丙二醇中的任一種或一種以上；優(yōu)選為乙二醇、1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、二乙二醇和二丙二醇中的任一種或一種以上。

13、進(jìn)一步地，所述mofs選自鐵基mofs、鎂基mofs、鋅基mofs、鈷基mofs、銅基mofs、鉿基mofs和鑭系金屬基mofs中的任一種或一種以上，優(yōu)選為鈷基mofs。作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例，mofs為zif-67(2-甲基咪唑鈷)。

14、進(jìn)一步地，所述阻燃劑選自碳基阻燃劑、磷系阻燃劑和納米無(wú)機(jī)阻燃劑中的任一種或一種以上。

15、更進(jìn)一步地，所述磷系阻燃劑是指阻燃劑中含有一個(gè)或多個(gè)羥基或羧基或羧酸酯基團(tuán)或磷酸基團(tuán)，選自磷酸三苯酯、磷酸三芳基酯、芳香族磷酸酯、2-乙基己基二苯基磷酸酯、三甲苯基磷酸酯、2-羧乙基苯基次磷酸、9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物、10-(2,5-二羥基苯基)-10-氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物和6-氧-6h-二苯并-c,e-1,2-氧磷雜己環(huán)-6-酮甲基-丁二酸中的任一種或幾種的混合；優(yōu)選為2-乙基己基二苯基磷酸酯、三甲苯基磷酸酯和2-羧乙基苯基次磷酸中的任一種或一種以上。

16、更進(jìn)一步地，所述碳基阻燃劑是基于碳化合物或含碳大分子材料的阻燃劑，優(yōu)選為納米石墨烯和/或碳納米管。

17、更進(jìn)一步地，所述納米無(wú)機(jī)阻燃劑選自納米氫氧化鋁、納米氫氧化鎂、納米蒙脫土、納米硼酸鋅、納米滑石粉和納米硫酸鈣中的任一種或一種以上，優(yōu)選為納米滑石粉和/或納米氫氧化鎂。

18、優(yōu)選地，所述阻燃劑為質(zhì)量比1:0.5-1:0.2-0.5的碳基阻燃劑、磷系阻燃劑和納米無(wú)機(jī)阻燃劑，更優(yōu)選為質(zhì)量比為1:0.6-0.8:0.3-0.4的三甲苯基磷酸酯、碳納米管和納米滑石粉。

19、上述所述阻燃聚酯長(zhǎng)絲由下述方法制備：

20、聚合單體酯化反應(yīng)后，按照比例加入mofs和阻燃劑，然后加入縮聚催化劑進(jìn)行縮聚反應(yīng)得到聚酯；最后進(jìn)行紡絲得到阻燃聚酯長(zhǎng)絲。

21、進(jìn)一步地，所述酯化溫度反應(yīng)的溫度為230-260℃，時(shí)間為1-4h；優(yōu)選地，所述酯化溫度反應(yīng)的溫度為240-250℃，時(shí)間為2-3h。

22、進(jìn)一步地，所述縮聚催化劑為銻系、鍺系、鈦系和錫系催化劑中的任一種或一種以上，優(yōu)選為銻系催化劑。

23、進(jìn)一步地，所述催化劑的用量為聚合物單體質(zhì)量的0.01-0.5％，優(yōu)選為聚合物單體質(zhì)量的0.1-0.2％。

24、進(jìn)一步地，所述紡絲過(guò)程中，紡絲溫度為260-275℃，紡絲速度1000-3000m/min，牽伸溫度60-80℃，牽伸倍數(shù)1.5-3.4倍，定型溫度170-190℃。優(yōu)選地，所述紡絲過(guò)程中，紡絲溫度為270-275℃，紡絲速度1800-2000m/min，牽伸溫度70-75℃，牽伸倍數(shù)2-3倍，定型溫度175-185℃。

25、另一方面，上述所述復(fù)合紗線的制備方法，包括下述步驟：

26、將上述阻燃聚酯長(zhǎng)絲和ptfe長(zhǎng)絲預(yù)先纏繞在紗管上，將鍍銀尼龍長(zhǎng)絲纏繞在高速編織機(jī)中間的特殊線軸上，從軌道盤下方沿軸向喂入，設(shè)置齒輪傳動(dòng)比，然后開啟機(jī)器進(jìn)行紡紗，即得到具有皮芯結(jié)構(gòu)的復(fù)合紗線。

27、進(jìn)一步地，所述齒輪傳動(dòng)比為0.3-0.5，優(yōu)選為0.3-0.35。

28、再一方面，一種具有良好阻燃抑煙性的摩擦納米發(fā)電織物，由上述復(fù)合紗線編織而成。

29、再一方面，所述復(fù)合紗線或具有良好阻燃抑煙性的摩擦納米發(fā)電織物在智能消防服、智能逃生地毯中的應(yīng)用。

30、有益效果：

31、(1)本發(fā)明通過(guò)高速編織技術(shù)，將阻燃聚酯長(zhǎng)絲和聚四氟乙烯長(zhǎng)絲編織于鍍銀尼龍紗線外側(cè)構(gòu)筑外摩擦層，形成內(nèi)含導(dǎo)電內(nèi)芯的皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合紗線，然后通過(guò)機(jī)織得到具有良好阻燃抑煙性的摩擦納米發(fā)電織物，所得織物的阻燃性能和電輸出性能優(yōu)異，且表現(xiàn)出優(yōu)良的循環(huán)工作穩(wěn)定性和耐水洗性，透氣透濕性高，舒適性好。

32、(2)相比單純以阻燃聚酯長(zhǎng)絲為外摩擦層制得的復(fù)合紗線，本發(fā)明以阻燃聚酯長(zhǎng)絲與聚四氟乙烯長(zhǎng)絲為外摩擦層制得的復(fù)合紗線，具有更高的電輸出性能和阻燃性能，且循環(huán)工作穩(wěn)定性和耐水洗性優(yōu)異，透氣透濕性高；控制阻燃聚酯長(zhǎng)絲與聚四氟乙烯長(zhǎng)絲的比例，可進(jìn)一步提高復(fù)合紗線的阻燃性能。

33、(3)本發(fā)明以含芳香族二元羧酸或其酯類衍生物和脂肪族二元醇為聚合單體，加入mofs、阻燃劑制備阻燃聚酯長(zhǎng)絲，調(diào)控各組分的用量，可使阻燃聚酯長(zhǎng)絲獲得優(yōu)異的吸濕透氣性和阻燃性能；通過(guò)mofs和特定的阻燃劑協(xié)同使用，可使阻燃聚酯長(zhǎng)絲的電負(fù)性提升，有益于提升復(fù)合紗線的電輸出性能，此外，對(duì)復(fù)合紗線的阻燃性能和力學(xué)性能也有明顯的增益作用，有助于提升織物的整體性能。

34、(4)本發(fā)明在制備復(fù)合紗線過(guò)程中，通過(guò)調(diào)控高速編織機(jī)的齒輪比，有助于提高復(fù)合紗線的力學(xué)性能。

35、(5)本發(fā)明所得的復(fù)合紗線或摩擦納米發(fā)電織物，佩戴于人體上，可對(duì)人體肢體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而滿足智能消防服上的自供電傳感需求；還可作為阻燃自供電壓力傳感織物，應(yīng)用于智能逃生地毯中。