專利名稱：一種紅外隱身纖維及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有低發(fā)射率粉體的熔紡纖維及其制備方法，尤其涉及一種紅外 隱身纖維及其制備方法，屬于新型功能纖維領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隱身技術(shù)是指通過(guò)降低武器裝備的雷達(dá)、紅外、聲頻以及其他光、電、磁等特征信 號(hào)，使得武器裝備難以被發(fā)現(xiàn)、跟蹤、識(shí)別和攻擊，它可以有效地提高武器裝備的突防性能 和生存能力，是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中重要的先敵制勝技術(shù)和力量倍增技術(shù)。隱身技術(shù)應(yīng)用最廣泛的 有雷達(dá)隱身和紅外隱身。雷達(dá)隱身多用于大型武器裝備等軍事偽裝，而紅外隱身不僅可用 于武器裝備偽裝，還可以應(yīng)用于地面部隊(duì)的偽裝，如單兵的隱身服等。隨著紅外探測(cè)技術(shù)及紅外成像技術(shù)的飛速發(fā)展，紅外探測(cè)技術(shù)在軍事戰(zhàn)爭(zhēng)中的地 位越來(lái)越重要。為此，與之相抗衡的紅外隱身技術(shù)受到了各國(guó)的高度重視。紅外隱身技術(shù) 是一種改變目標(biāo)的紅外輻射特征，降低目標(biāo)被紅外探測(cè)器發(fā)現(xiàn)概率的有效手段，其關(guān)鍵在 于制備具有隱身性能的低紅外發(fā)射率材料。目前，紅外隱身材料大部分是以涂料形式涂覆在武器裝備表面。而紅外隱身涂料 主要由填料和粘合劑組成。填料是影響紅外隱身涂料性能的最重要因素，是對(duì)隱身材料性 能起重要調(diào)節(jié)作用的物質(zhì)。紅外隱身涂料主要是依靠其中填料的調(diào)節(jié)作用來(lái)得到低的發(fā)射 率。填料的組成、顆粒大小、形狀以及在涂料中的含量和分散狀態(tài)等因素都能影響涂層的輻 射效果。填料主要有金屬填料、著色填料和半導(dǎo)體填料三類。目前在填料方面的研究比較 多，如中國(guó)專利公開號(hào)CN 1552660A公開了一種低發(fā)射率的摻錫氧化銦的制備方法，用化 學(xué)共沉淀法制備了平均粒徑0. 5 2. 0 μ m，氧化錫含量為2. 0% 15. 0%，氧化銦含量為 85. 0% 98. 0%的氧化銦錫粉末，其遠(yuǎn)紅外波段(8 14μ m)的平均發(fā)射率為0. 60。中國(guó) 專利公開號(hào)CN1554713A公開了一種膠原基納米紅外低發(fā)射率著色顏料及其制備方法。其 在紅外波段的發(fā)射率為0. 45 0. 65。粘合劑是紅外隱身涂料的基本組成部分，除應(yīng)滿足力學(xué)性能和加工性能等一般要 求外，還應(yīng)具有在所選紅外波段輻射率低，和填料有較好的相容性，與底材有較好的粘接 性，工作條件下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，同時(shí)還應(yīng)對(duì)涂層紅外輻射有所貢獻(xiàn)?？晒┻x擇的粘合 劑主要分為有機(jī)和無(wú)機(jī)兩大類。中國(guó)專利公開號(hào)CN 101020805A通過(guò)選擇合適的軟、硬單 體和交聯(lián)單體，通過(guò)乳液聚合的方法合成了織物用水性熱紅外隱身涂料的粘合劑。由于紅外隱身技術(shù)涉及軍事機(jī)密，相關(guān)公開報(bào)導(dǎo)較少。目前，紅外隱身多采用涂層 技術(shù)，如中國(guó)專利公開號(hào)CN1831062A提供了一種具有紅外隱身性能和防腐性能的涂料及 其制備方法，該方法采用摻雜半導(dǎo)體材料銦錫氧化物作輔助填料，制備的涂料具有較低的 紅外發(fā)射率，具有較好的紅外隱身性能。中國(guó)專利公開號(hào)CN1837301A通過(guò)選擇具有不同發(fā) 射率的三種顏料混合而制成的一種遠(yuǎn)紅外偽裝涂料，具有較明顯的圖像分割效應(yīng)。如由上述涂層技術(shù)制成紅外隱身服則存在著涂層與織物結(jié)合牢度不好、涂層物易脫落、耐磨性差、手感差及透氣性差等缺點(diǎn)，使得單兵部隊(duì)在行軍打仗時(shí)多有不便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服以上技術(shù)的缺陷，采用熔融共混的方法，將低紅外發(fā)射 率粉體功能性地引入到纖維中，以解決涂層與織物結(jié)合牢度不好、涂層物易脫落、耐磨性 差、手感差及透氣性差等缺點(diǎn)，該纖維具有良好的力學(xué)、耐熱、耐磨性能，可應(yīng)用于軍事領(lǐng)域 中的紅外隱身戰(zhàn)服、紅外隱身網(wǎng)、紅外隱身帳篷、紅外隱身罩等。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種紅外隱身纖維，其特征在于，由 高分子基體材料、低紅外發(fā)射率粉體以及添加劑制成，高分子基體材料、低紅外發(fā)射率粉體 以及添加劑的重量比為100 5-30 0.5-5。所述高分子基體材料優(yōu)選為聚乙烯(PE)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯(PTT)或聚酰胺(PA6)。所述低紅外發(fā)射率粉體的紅外發(fā)射率為0. 55 0. 72。所述低紅外發(fā)射率粉體的粒徑為0. 5 μ m 150 μ m。所述低紅外發(fā)射率粉體優(yōu)選為金屬氧化物、金屬硫化物或金屬硒化物。所述金屬氧化物優(yōu)選為摻鋁氧化鋅、摻錫氧化銦或摻銻氧化鋅。所述金屬硫化物優(yōu)選為硫化鎘。所述金屬硒化物優(yōu)選為硒化鎘。所述添加劑為鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑或鋁鈦復(fù)合偶聯(lián)劑。本發(fā)明還提供了上述紅外隱身纖維的制作方法，具體步驟為按比例將干燥的高分子基體材料樹脂切片、低紅外發(fā)射率粉體以及添加劑混合攪 拌，用螺桿擠壓機(jī)將其熔融、過(guò)濾、紡絲、細(xì)流冷卻成型、拉伸、熱定型、切斷后制得紅外隱身 纖維。所述干燥溫度優(yōu)選為105 150°C，時(shí)間為5 12h。所述螺桿擠壓機(jī)的轉(zhuǎn)速優(yōu)選為35 70轉(zhuǎn)/分，壓力優(yōu)選為25 110公斤/cm2， 螺桿加溫區(qū)域中一區(qū)溫度優(yōu)選為230°C 280°C，二區(qū)溫度優(yōu)選為250°C 300°C，三區(qū)溫度 優(yōu)選為250°C 320°C，四區(qū)溫度優(yōu)選為255°C 320°C。所述過(guò)濾過(guò)程中過(guò)濾網(wǎng)密度優(yōu)選為50 300目。所述紡絲過(guò)程中紡絲速度優(yōu)選為450 1100米/分。所述拉伸溫度優(yōu)選熱盤為50 70°C，熱板為115 145°C ；拉伸倍率優(yōu)選為 2. 0 5. 5倍，拉伸速度優(yōu)選為80 250米/分。所述熱定型溫度優(yōu)選為95 165°C，時(shí)間為5 25分鐘。所述纖維切斷長(zhǎng)度為3 110mm。本發(fā)明的基本原理是由紅外物理學(xué)可知，物體紅外輻射參量由斯蒂芬_玻爾茲曼定律決定W= ε σ T4(1)式中W——物體的總輻射出射度；σ —玻耳茲曼常數(shù)；ε —物體的發(fā)射率；
T——物體的絕對(duì)溫度。物體輻射紅外能量不僅決定于物體的溫度，還決定于物體的發(fā)射率。溫度相同的 物體，由于發(fā)射率的不同，而在紅外探測(cè)器上顯示出不同的紅外圖像。鑒于一般軍事目標(biāo)的 輻射都強(qiáng)于背景，所以采用低發(fā)射率的材料可顯著降低目標(biāo)的紅外輻射能量，降低目標(biāo)和 背景的輻射對(duì)比度，減小目標(biāo)的被探測(cè)概率。
本發(fā)明的有益效果是1.將低發(fā)射率的粉體與基體聚合物共混熔融，使粉體均勻地引入進(jìn)纖維中，形成 功能持久、服用性能舒適的紅外隱身纖維，以解決現(xiàn)有技術(shù)中涂層與織物結(jié)合牢度不好、涂 層物易脫落、耐磨性差、手感差及透氣性差等缺點(diǎn)。2.添加劑的加入降低了微粒的表面活性，促使低發(fā)射率粉體不易團(tuán)聚，能更加均 勻地分散在基體聚合物中。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例，來(lái)具體說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)施例1用溶膠凝膠法制備出紅外發(fā)射率為0. 70、粒徑為0. 5 μ m的摻鋁氧化鋅(ZAO)粉 末，作為紡絲功能改性劑。紡絲原料聚乙烯(PE)切片，熔融指數(shù)20。ZAO粉體添加量為 聚丙烯切片重量的30.0%。添加劑為鋁酸酯偶聯(lián)劑(D-411型，泉州市鯉城區(qū)友利紙塑包裝 廠)，添加量為聚丙烯切片重量的0. 5 %。按比例將ZAO粉體以及添加劑加入到聚乙烯切片中，由加料攪拌釜中混合均勻， 進(jìn)入紡絲螺桿熔融，螺桿擠壓機(jī)50轉(zhuǎn)/分，壓力25公斤/cm2，螺桿加溫區(qū)域，一區(qū)230°C， 二區(qū)250°C，三區(qū)250°C，四區(qū)255°C。熔體過(guò)濾器過(guò)濾網(wǎng)密度50目，熔體計(jì)量泵1. 2cc/轉(zhuǎn)， 噴絲板Φ64πιπιΧ26孔，孔徑Φ0. 32mm，紡絲速度1100m/min。細(xì)流冷卻成型，拉伸溫度熱 盤50°C，熱板115°C，拉伸倍率5. 1倍，拉伸速度:90m/min，95°C熱定型5min，切斷成3mm, 測(cè)得纖維強(qiáng)度-.2. lOcN/dtex，伸長(zhǎng)45. 0%。將纖維制成織物后采用IR-II型紅外發(fā)射率測(cè) 試儀進(jìn)行檢測(cè)，紅外波段(波長(zhǎng)8 14 μ m)的平均發(fā)射率為0. 75。實(shí)施例2用溶膠凝膠法制備出紅外發(fā)射率為0. 55、粒徑為2. 0 μ m的硫化鎘(CdS)粉末，作 為紡絲功能改性劑。紡絲原料聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯(PTT)切片，特性粘度數(shù)0. 65。硫 化鎘粉體添加量為聚酯切片重量的20.0%。添加劑為鈦酸酯偶聯(lián)劑(NDZ-201，上海雅吉精 細(xì)化工有限公司)，添加量為聚酯切片重量的1.2%。先將聚酯(PTT)切片在150°C干燥7h，然后按比例在聚酯(PTT)切片中加入硫化 鎘粉體以及添加劑，由加料攪拌釜中混合均勻，進(jìn)入紡絲螺桿熔融，螺桿擠壓機(jī)65轉(zhuǎn)/分， 壓力70公斤/cm2，螺桿加溫區(qū)域，一區(qū)280°C，二區(qū)300°C，三區(qū)320°C，四區(qū)320°C。熔體 過(guò)濾器過(guò)濾網(wǎng)密度300目，熔體計(jì)量泵1.2cc/轉(zhuǎn)，噴絲板Φ 36mm X 20孔，孔徑Φ0. 30mm, 紡絲速度700m/min。細(xì)流冷卻成型，拉伸溫度熱盤70°C，熱板145°C，拉伸倍率2. 0倍， 拉伸速度80m/min，150°C熱定型15min，切斷成110mm，測(cè)得纖維強(qiáng)度3. 20cN/dteX，伸長(zhǎng) 31. 5%。將纖維制成織物后采用IR-II型紅外發(fā)射率測(cè)試儀進(jìn)行檢測(cè)，紅外波段(波長(zhǎng)8 14 μ m)的平均發(fā)射率為0.61。
實(shí)施例3用溶膠凝膠法制備出紅外發(fā)射率為0. 65、粒徑為5. 0 μ m的摻錫氧化銦(ITO)粉 末，作為紡絲功能改性劑。紡絲原料聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)切片，特性粘度數(shù) 0.62，ITO粉體添加量為聚酯切片重量的15.0%。鋁鈦復(fù)合偶聯(lián)劑(TM-A4，儀征市天揚(yáng)化 工廠)，添加量為聚酯切片重量的2. 8%。
先將聚酯(PET)切片在130°C干燥10h，然后按比例在PET切片中加入ITO粉體以 及添加劑，由加料攪拌釜中混合均勻，進(jìn)入紡絲螺桿熔融，螺桿擠壓機(jī)70轉(zhuǎn)/分，壓力85 公斤/cm2，螺桿加溫區(qū)域，一區(qū)260°C，二區(qū)290°C，三區(qū)300°C，四區(qū)310°C。熔體過(guò)濾器 過(guò)濾網(wǎng)密度250目，熔體計(jì)量泵2.4CC/轉(zhuǎn)，噴絲板Φ64mmX 48孔，孔徑0. 32mm，紡絲速度 800m/min。細(xì)流冷卻成型，拉伸溫度熱盤65°C，熱板140°C，拉伸倍率4. 6倍，拉伸速度 130m/min，165°C熱定型25min，切斷成76mm，測(cè)得纖維強(qiáng)度3. 50cN/dtex，伸長(zhǎng)28. 5%。將 纖維制成織物后采用IR-II型紅外發(fā)射率測(cè)試儀進(jìn)行檢測(cè)，紅外波段(波長(zhǎng)8 14 μ m)的 平均發(fā)射率為0. 70。實(shí)施例4用溶膠凝膠法制備出紅外發(fā)射率為0. 58、粒徑為3. 0 μ m的摻銻氧化鋅粉末，作為 紡絲功能改性劑。聚酰胺6(PA6)，分子量17500。摻銻氧化鋅粉體添加量為聚酰胺6重量 的20.0%。添加劑為鋁酸酯偶聯(lián)劑(D-411型，泉州市鯉城區(qū)友利紙塑包裝廠)，添加量為 聚酰胺6切片重量的3.6%。先將聚酰胺6切片在105°C下干燥5h，然后按比例在聚酰胺6切片中加入摻銻氧 化鋅粉體以及添加劑，由加料攪拌釜中混合均勻，進(jìn)入紡絲螺桿熔融，螺桿擠壓機(jī)35轉(zhuǎn)/ 分，壓力80公斤/cm2，螺桿加溫區(qū)域，一區(qū)250°C，二區(qū)265°C，三區(qū)275°C，四區(qū)285°C。熔 體過(guò)濾器過(guò)濾網(wǎng)密度280目，熔體計(jì)量泵2. 4CC/轉(zhuǎn)，噴絲板Φ 64mm X 50孔，孔徑Φ0. 3mm, 紡絲速度450m/min。細(xì)流冷卻成型，拉伸溫度熱盤50°C，熱板115°C，拉伸倍率5. 5倍， 拉伸速度250m/min，115°C熱定型15min，切斷成65mm，測(cè)得纖維強(qiáng)度4. 20cN/dteX，伸長(zhǎng) 23. 5%。將纖維制成織物后采用IR-II型紅外發(fā)射率測(cè)試儀進(jìn)行檢測(cè)，紅外波段(波長(zhǎng)8 14 μ m)的平均發(fā)射率為0.66。實(shí)施例5用溶膠凝膠法制備出紅外發(fā)射率為0. 63、粒徑為3. 5 μ m的硒化鎘粉末，作為紡絲 功能改性劑。紡絲原料聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)切片，特性粘度數(shù)1. 0。硒化鎘粉體 的添加量為聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯重量的20.0%。添加劑為鋁鈦復(fù)合偶聯(lián)劑(TM-A4，儀征 市天揚(yáng)化工廠)，添加量為聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯切片重量的5. 0%。先將聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)切片在120°C下干燥12h，然后按比例在聚對(duì) 苯二甲酸丁二醇酯切片中加入硒化鎘粉體以及添加劑，由加料攪拌釜中混合均勻，進(jìn)入紡 絲螺桿熔融，螺桿擠壓機(jī)55轉(zhuǎn)/分，壓力110公斤/cm2，螺桿加溫區(qū)域，一區(qū)270°C，二區(qū) 280°C，三區(qū)295°C，四區(qū)295°C。熔體過(guò)濾器過(guò)濾網(wǎng)密度220目，熔體計(jì)量泵2. 4CC/轉(zhuǎn)， 噴絲板Φ64πιπιΧ36孔，孔徑Φ0. 3mm，紡絲速度650m/min。細(xì)流冷卻成型，拉伸溫度熱 盤60°C，熱板:130°C，拉伸倍率:3.8倍，拉伸速度:100m/min，145°C熱定型18min，切斷成 51mm，測(cè)得纖維強(qiáng)度4. 20cN/dteX，伸長(zhǎng)23. 5%。將纖維制成織物后采用IR-II型紅外發(fā) 射率測(cè)試儀進(jìn)行檢測(cè)，紅外波段(波長(zhǎng)8 14 μ m)的平均發(fā)射率為0. 75。
權(quán)利要求
一種紅外隱身纖維，其特征在于，由高分子基體材料、低紅外發(fā)射率粉體以及添加劑制成，高分子基體材料、低紅外發(fā)射率粉體以及添加劑的重量比為100∶5-30∶0.5-5。
2.如權(quán)利要求1所述的紅外隱身纖維，其特征在于，所述高分子基體材料為聚乙烯、聚 對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯或聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯或聚酰胺。
3.如權(quán)利要求1所述的紅外隱身纖維，其特征在于，所述低紅外發(fā)射率粉體為金屬氧 化物、金屬硫化物或金屬硒化物，所述金屬氧化物為摻鋁氧化鋅、摻錫氧化銦或摻銻氧化 鋅，所述金屬硫化物為硫化鎘，所述金屬硒化物為硒化鎘；其紅外發(fā)射率為0. 55 0. 72 ；其 粒徑為 0. 5μπι 150μπι。
4.如權(quán)利要求1所述的紅外隱身纖維，其特征在于，所述添加劑為鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸 酯偶聯(lián)劑或鋁鈦復(fù)合偶聯(lián)劑。
5.權(quán)利要求1所述的紅外隱身纖維的制作方法，其特征在于，具體步驟為先將高分子基體材料在溫度為105 150°C、時(shí)間為5 12h下進(jìn)行干燥，然后按比例 將干燥的高分子基體材料、低紅外發(fā)射率粉體以及添加劑混合攪拌均勻，用螺桿擠壓機(jī)將 其熔融、過(guò)濾、紡絲，細(xì)流冷卻成型，拉伸，熱定型，切斷后制得紅外隱身纖維。
6.如權(quán)利要求5所述的紅外隱身纖維的制作方法，其特征在于，所述螺桿擠壓機(jī)的轉(zhuǎn) 速為35 70轉(zhuǎn)/分，壓力為25 110公斤/cm2，螺桿加溫區(qū)域中一區(qū)溫度為230°C 280°C，二區(qū)溫度為250°C 300°C，三區(qū)溫度為250°C 320°C，四區(qū)溫度為255°C 320°C。
7.如權(quán)利要求5所述的紅外隱身纖維的制作方法，其特征在于，所述過(guò)濾過(guò)程中過(guò)濾 網(wǎng)密度為50 300目；所述紡絲過(guò)程中紡絲速度為450 1100米/分。
8.如權(quán)利要求5所述的紅外隱身纖維的制作方法，其特征在于，所述拉伸溫度熱盤為 50 70°C，熱板為115 145°C ；拉伸倍率為2. 0 5. 5倍，拉伸速度為80 250m/min。
9.如權(quán)利要求5所述的紅外隱身纖維的制作方法，其特征在于，所述熱定型溫度為 95 165°C，時(shí)間為5 25min。
10.如權(quán)利要求5所述的紅外隱身纖維的制作方法，其特征在于，所述纖維切斷長(zhǎng)度為 3 IlOmm0
全文摘要
本發(fā)明涉及一種紅外隱身纖維及其制備方法。所述的紅外隱身纖維由高分子基體材料、低紅外發(fā)射率粉體以及添加劑制成。其制備方法是先將高分子基體材料在一定溫度下干燥，然后按比例將干燥的高分子基體材料、低紅外發(fā)射率粉體以及添加劑混合攪拌均勻，用螺桿擠壓機(jī)將其熔融、過(guò)濾、紡絲，細(xì)流冷卻成型，拉伸，熱定型，切斷后制得紅外隱身纖維。本發(fā)明將低發(fā)射率的粉體與基體聚合物共混熔融，使粉體均勻地引入進(jìn)纖維中，形成功能持久、服用性能舒適的紅外隱身纖維，以解決現(xiàn)有技術(shù)中涂層與織物結(jié)合牢度不好、涂層物易脫落、耐磨性差、手感差及透氣性差等缺點(diǎn)。同時(shí)，添加劑的加入降低了微粒的表面活性，使低發(fā)射率粉體能更均勻地分散在基體聚合物中。
文檔編號(hào)D01F1/10GK101871136SQ20101019857
公開日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2010年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月11日
發(fā)明者倪建華, 劉愛蓮, 李佳, 翁榮金, 鄒黎明, 郯志清, 鐘蕾 申請(qǐng)人:東華大學(xué);浙江浪莎內(nèi)衣有限公司