一种聚苯胺复合纱线及其制备方法和应用

本发明涉及纺织，涉及一种聚苯胺复合纱线及其制备方法和应用。背景技术：1、随着红外探测手段的发展，单兵作战的暴露风险提高，服用纺织品是人体实现红外隐身的重要中间介质，开发具备红外隐身功能的舒适服用纺织品变得尤为重要。2、聚苯胺是近年来被广泛研究的导电聚合物，通过引入掺杂剂，实现聚苯胺从绝缘体到导体的变化。充分掺杂后的导电聚合物，其分子链的结构特性使其在红外波段的反射率高，而在可见光波段的反射率却很低，聚苯胺还兼有电磁波屏蔽功能，因此，聚苯胺在红外隐身纺织品领域的应用前景广阔。3、目前，聚苯胺在红外隐身纺织品领域的应用主要是通过在纺织品表面刮涂聚苯胺或在织物表面原位聚合聚苯胺的方法赋予纺织品红外隐身功能，但通过刮涂方法整理所得的红外隐身织物往往表面变得很硬，因而表面的聚苯胺分子层强度和牢度降低，在穿着过程中因摩擦脱落，且涂料膜的存在会使纺织品失去其原有的柔软属性，透气性显著下降，穿戴舒适度不佳；而表面原位聚合方法则会出现聚苯胺负载量太低、负载量不可控等问题，难以实现较好的红外隐身能力。4、由于服用纺织品本身是由纱线织造而成，如果从纱线出发，开发出低红外发射率且不添加粘合剂的聚苯胺复合纱线，再由纱线织造成织物，有利于使织物具有优异的红外隐身能力。因此，研究将聚苯胺与纱线结合制备低红外发射率的复合纱线具有重要意义。5、文献(聚苯胺包缠纱应变传感器的制备及性能.印染,2024,50(03):42-44.)公开了以苯胺为单体、盐酸为酸性介质、过硫酸铵为氧化剂、锦纶和涤纶为基体材料，采用氧化聚合法制备了涤纶/聚苯胺和锦纶/聚苯胺复合导电纱线(这两种纱线的电镜图如图4所示)。但是，采用该方法获得的锦纶/聚苯胺复合导电纱线和涤纶/聚苯胺复合导电纱线的表面粗糙，聚苯胺负载不均匀。6、文献(高耐久性蚕丝/聚苯胺复合导电纱的制备与性能.丝绸,2021,58(04):1-5.)为提高聚苯胺导电层的耐久性，在蚕丝/聚苯胺复合导电纱线制备的反应液体系中添加不同质量分数的共混聚合物聚乙烯醇，以提高蚕丝/聚苯胺导电纱的力学性能和断裂强度。但是，采用该方法获得的蚕丝/聚苯胺导电纱的表面粗糙，存在许多不规则的凸起，聚苯胺负载不均匀，如图5所示。7、由此可知，现有技术的聚苯胺复合纱线存在聚苯胺负载不均匀的问题，而且现有技术将聚苯胺与纱线结合采用的是浸渍或浸轧法，难以实现聚苯胺与纱线的牢固结合，使牢度较差。8、因此，有必要开发一种制备聚苯胺复合纱线的新方法，以进一步提高聚苯胺负载均匀度以及聚苯胺与纱线的结合牢固度。技术实现思路1、本发明的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种聚苯胺复合纱线及其制备方法和应用。2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：3、一种聚苯胺复合纱线的制备方法，对纱线进行碱化处理后，将聚苯胺整理液通过循环浸轧处理或循环浸抽处理的方式整理到纱线上后，干燥，即得聚苯胺复合纱线；4、聚苯胺整理液中不含有粘合剂，按重量份数计，聚苯胺整理液包括1～3份樟脑磺酸掺杂的聚苯胺、70～75份的间甲酚；聚苯胺整理液的本征粘度为10～20pa/s，温度为30～40℃；5、循环浸抽处理即将纱线从带有针头的针管装置中穿过，针管装置中加入聚苯胺整理液，此过程通过牵引以及针头管壁挤压作用使得纱线受力均匀，纤维内部渗入聚苯胺分子，表面负载上致密的聚苯胺分子层，其中，针头的内径比纱线的直径大0.05～0.1mm，针头的内径范围会影响纱线的受力状态，过大会使聚苯胺负载不均匀，过小则导致牢度和结合度变差；6、本发明通过对浸渍过程中的聚苯胺整理液浓度、聚苯胺整理液粘度、聚苯胺整理液温度等工艺参数进行调整，使聚苯胺整理液中的聚苯胺分子处于最佳的溶解状态，当纱线经过碱化处理后，去除了纤维自身杂质和在制造过程中引入的油剂或者浆料等污渍，而且纱线的纤维表面粗化，纤维表面的活性吸附位点增多，纤维与纤维之间间隙增大，将碱化处理后的纱线浸渍聚苯胺整理液时，有利于聚苯胺高效、均匀、牢固地吸附于纱线表面；聚苯胺整理液由于粘度原因，会不均匀地以液珠和物理吸附层的形式存在于纱线表面，通过调整聚苯胺整理液粘度可以使聚苯胺整理液更均匀地吸附着于纱线的纤维表面；聚苯胺整理液被加热到一定温度，聚苯胺分子扩散更快更均匀且吸附速度和附着力增强；聚苯胺整理液浓度会影响聚苯胺整理液粘度和聚苯胺的分散状态，聚苯胺整理液粘度和聚苯胺整理液温度则会影响聚苯胺的溶解状态，聚苯胺整理液浓度、聚苯胺整理液粘度、聚苯胺整理液温度不宜过大或过小，否则会使聚苯胺的分子溶解性和扩散性变差；7、在循环浸轧处理或循环浸抽处理的过程中，聚苯胺分子会经历两个过程：首先，聚苯胺整理液经过加热后，少量的聚苯胺分子会更快地随着聚苯胺整理液在轧辊或针头管壁的压力挤压作用下渗透入纱线纤维交织的空隙及纤维间毛细管孔隙中，使得纱线不同部位的纤维均被聚苯胺整理液润湿且吸附聚苯胺分子，随后，大量的聚苯胺分子会在轧辊或针头管壁的压力作用下快速且均匀地吸附在纱线表面，直至达到吸附平衡，不会出现挂珠现象，最终形成牢固结合的聚苯胺分子层。8、作为优选的技术方案：9、如上所述的一种聚苯胺复合纱线的制备方法，纱线为棉纱线、芳纶纱线、涤纶纱线或腈纶纱线，纱线的直径为0.5～1.1mm，通过调节纱线直径参数来控制纱线上聚苯胺的附着量。10、如上所述的一种聚苯胺复合纱线的制备方法，碱化处理的过程为：将纱线在温度为60～80℃、质量浓度为5～10wt％的碱液(氢氧化钠水溶液或碳酸钠水溶液)中煮练0.5～1.0h；去除纤维自身杂质和在制造过程中引入的污渍(油剂或者浆料)，同时，粗化纤维表面，使其表面暴露更多的活性吸附位点；11、如上所述的一种聚苯胺复合纱线的制备方法，樟脑磺酸掺杂的聚苯胺的制备步骤如下：12、(1)将浓度为1mol/l的盐酸溶液与苯胺按照13～20:1的质量比混合后，将该体系置于冰水浴中，使体系温度降温至0～5℃；13、(2)将过硫酸铵和盐酸的混合水溶液恒流滴入步骤(1)得到的体系中，在0～5℃下搅拌反应6～8h后，依次进行过滤、洗涤(依次用一定量的浓度为1mol/l的盐酸溶液、无水乙醇和去离子水)滤饼直至滤液无色透明、干燥，得到盐酸掺杂的聚苯胺，其中，过硫酸铵和盐酸的混合水溶液中过硫酸铵的浓度为0.67～1mol/l，盐酸的浓度为0.8～1mol/l；过硫酸铵和盐酸的混合水溶液与步骤(1)得到的体系的体积比为1:1～1:1.5；14、(3)将盐酸掺杂的聚苯胺用氨水浸泡12～24h后，依次进行过滤、洗涤(用去离子水)直至滤液呈中性、干燥，得到本征态聚苯胺；15、(4)将本征态聚苯胺与樟脑磺酸按照0.2:1～1:1的质量比进行混合研磨，得到樟脑磺酸掺杂的聚苯胺。16、如上所述的一种聚苯胺复合纱线的制备方法，循环浸轧处理或循环浸抽处理的次数为1～5，通过调节处理次数来控制纱线上聚苯胺的附着量及沉积状态，当在吸附过聚苯胺的纱线上再次处理时，会进一步使聚苯胺吸附量增大，从而形成的聚苯胺分子层更加平滑连续，进一步降低红外发射率，提高纱线的红外隐身性能，实现红外发射率的可调控。17、如上所述的一种聚苯胺复合纱线的制备方法，循环浸轧处理中单次浸泡时间为3～5s，浸轧的压力为0.3～0.5kg/cm2，轧余率50％～100％，纱线的传动速度为60～500m/h。18、如上所述的一种聚苯胺复合纱线的制备方法，循环浸抽处理中纱线的抽拉速度为50～400m/h。19、如上所述的一种聚苯胺复合纱线的制备方法，循环浸轧处理或循环浸抽处理前后，纱线的强力不变。20、采用如前任一项所述的一种聚苯胺复合纱线的制备方法制得的聚苯胺复合纱线，包括纱线，纱线的表面负载有连续且均匀分布的聚苯胺分子层，纱线的内部纤维与纤维之间存在聚苯胺分子；将现有技术制得的聚苯胺复合纱线的sem图片(如图4、图5所示)与本发明制得的聚苯胺复合纱线的sem图片对比可以看出，本发明的聚苯胺复合纱线表面可以得到非常光滑的聚苯胺分子层，纤维间隙几乎被聚苯胺分子填满，由此可知本发明的方法由于纱线受力均匀，聚苯胺分子层的连续性和取向性较现有技术有大幅度提高。21、作为优选的技术方案：22、如上所述的聚苯胺复合纱线，聚苯胺复合纱线在30～40℃的水中浸泡4h后，聚苯胺分子层无脱落，仍旧牢固结合，由此可知本发明可实现聚苯胺与纱线的牢固结合。23、本发明还提供如上所述的聚苯胺复合纱线的应用，将聚苯胺复合纱线织造成柔性低发射率织物，使织物在保留原有柔软性和手感的同时，具备红外隐身功能。24、作为优选的技术方案：25、如上所述的应用，织造采用针织或机织的方法；柔性低发射率织物为平纹织物、斜纹织物或针织物；柔性低发射率织物的经密为9.8～11.5根/cm，纬密为9～11根/cm，经向紧度为90％～97％，纬向紧度为90％～95％，克重为0.064～0.076g/cm2。26、如上所述的应用，柔性低发射率织物的透气性为250～400mm/s，电阻为10～20ω，电导率为30～50s/cm，在8～14μm波段下的红外发射率为0.4～0.55。27、有益效果：28、1、本发明采用的聚苯胺整理液无需使用粘合剂，借助循环浸轧处理或者循环浸抽处理的均匀压力作用，并通过调节聚苯胺整理液浓度、聚苯胺整理液粘度和聚苯胺整理液温度，在纱线表面形成均匀且连续光滑的导电低红外发射率聚苯胺分子层，实现聚苯胺与纱线的高效牢固结合且保留一定的柔性以及通过改变处理次数实现红外发射率可调控。29、2、本发明操作简单，能够实现复合纱线的聚苯胺整理和干燥的连续操作，提高了效率，有利于工业化大规模生产。30、3、本发明适用的纱线种类多样，通过将聚苯胺复合纱线织造成多种类的柔性红外低发射率织物，从而应用于各种需要红外隐身的工作环境。