CN101349007A - 一种导电纤维及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种导电纤维及其制备方法，先将纤维进行整经，然后在整好经的成排纤维上进行等离子体处理，再通过真空物理镀产生物理镀金属镀层，电阻率数量级为10⁷～10⁰Ω·cm。主要用于抗静电、杀菌服装。所述的物理镀金属镀层外再进行电镀金属层，电阻率数量级≤10⁰Ω·cm，主要用于电磁波屏蔽和吸收材料。所述的等离子体处理包括离子束处理或加负偏压。制备方法工艺简单，成本较低，大规模工业化生产可行性强。制得的导电纤维具有产品结合牢固，优良的染色性和导电性，耐化学性和耐洗性好，手感柔软的特点。

Description

一种导电纤维及其制备方法

技术领域：

本发明涉及一种导电纤维，同时还涉及该导电纤维的制备方法。

背景技术：

合成纤维在使用过程中易产生静电，对工业生产和人民生活都会带来危害。随着高科技的发展，静电危害所造成的后果已不仅仅限于安全问题，静电放电造成的频谱干扰危害，是在电子、通信、航空、航天以及一切应用现代电子设备、仪器的场合，导致设备运转故障、信号丢失、误码的直接原因之一。

在石油、化工、精密机械、煤矿、食品、医药等行业，均对静电防护有特殊的要求；随着微电子、精密加工、生化制药技术的突飞猛进，对无尘、净洁车间的要求也越来越高，因而高质量的无尘、无菌服异军突起。无尘服、无菌服对面料的要求很高，一般采用涤纶长丝与导电丝交织而成。

导电纤维广泛应用于纺织品、通用工程、耐热工程塑料、汽车制造、运动器材、航空及宇航等方面，目前可用于纺织加工的导电纤维的种类主要包括：炭黑系导电纤维、导电高分子型纤维、金属化合物型导电纤维、金属系导电纤维。

炭黑系导电纤维是一种比较古老的产品，是以炭黑为导电成分的，因此纤维通常为灰黑色，使应用范围受到限制。

导电高分子纤维是利用聚苯胺、聚吡咯导电性制备导电纤维，其产品特点是纤维的手感很好，但由于该方法工艺复杂，制造成本昂贵，某些导电聚合物的单体有毒且被怀疑是致癌物质而受到限制。

金属化合物型导电纤维主要利用铜、银、镍和镉的硫化物和碘化物的导电性能，使纤维具有导电性；此方法只能生产纤维上含CN，而对于无一CN的其他纤维，导电物质就无法与纤维发生络合，因此影响了纤维对金属化合物的吸附和吸附牢度，故无法制得导电性能优良的纤维。

金属系导电纤维，这类纤维是利用金属的导电性能而制得的。主要方法有直接拉丝法：即将金属线反复通过模具进行拉伸，制成直径4-16μm的纤维。主要的金属种类有不锈钢、铜和铝等。其他类似的方法还有切削法，即将金属直接切削成纤维状的细丝。此方法成本较高，而且很细的纤维很难操作。另一种方法是金属喷涂法：它是将普通纤维先进行表面处理，再用真空喷涂或化学电涂法将金属沉降在纤维表面，使纤维具有金属一样的导电性。金属系导电纤维的导电性能接近于纯金属，是导电性能最好的一种纤维，采用化学镀法，此方法对环境的污染比较严重，而且镀液的使用周期短，成本较高。另外，传统的真空喷涂法和沉降法制得的导电纤维牢度一般，用纤维的手感比较差，抱合困难，因而限制了它的进一步推广和使用。

发明内容：

本发明旨在克服现有技术的不足，目的之一是提供一种产品结合牢固，手感柔软，优良的染色性和导电性、耐化学性、耐洗性好的导电纤维。目的之二是提供制备工艺简单，成本低，可规模化生产的导电纤维的制备方法。

本发明的目的之一可通过如下技术措施来实现：

在经等离子体处理后的整好经的成排纤维外有厚度为0.005～0.5μm的真空物理镀金属镀层。

本发明的目的之一还可通过如下技术措施来实现：

所述的真空物理镀金属镀层外有厚度为0.5～3μm的电镀层；所述的电镀层选自锡、锌、金、银、镍、铜、铁或含该金属的化合物或组合物镀层；其中当电镀层厚度为0.5μm～1μm，效果更好。

所述的纤维选自聚酯纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维、聚氯乙烯纤维、聚氨酯纤维、涤纶纤维、腈纶纤维、维纶纤维、氨纶纤维或玻璃纤维中的一种或者多种混合，单丝纤度小于500D。

所述的真空物理镀是指离子镀、磁控溅射镀或蒸发镀；所述的物理镀金属镀层选自铝、镍、铜、铁、钴、锌、锡、银、金、钛、硅、铬、不锈钢或它们的合金镀层，厚度为0.05～0.1μm。

本发明的目的之二可通过如下技术措施来实现：

a.先将纤维进行整经；

b.然后在整好经的成排纤维上进行等离子体处理，控制表面达因值为55-75；

c.再在经等离子体处理后的成排纤维外通过真空物理镀产生物理镀金属镀层，电阻率数量级为10⁷-10⁰Ω·cm。

本发明的目的之二还可通过如下技术措施来实现：

在所述的物理镀金属镀层外再进行电镀金属层，电阻率数量级≤10⁰Ω·cm；所述的等离子体处理包括离子束处理或加负偏压。

本发明所述的真空物理镀工艺条件：

其中磁控溅射方法是非常可取的，真空度为100Pa或者更少，其中真空度选自10^-3-1Pa为优选方案，连续卷绕式镀速为0.4-8.0m/min。

本发明所述的金属电镀铜工艺条件：

焦磷酸铜：40-100g/L；焦磷酸钾：260-420g/L；柠檬酸铵：10-40g/L；氨水：2-3ml/L；pH值：8.2-8.8；温度：20-50℃；电流密度：0.5-10A/dm²；阴极移动速度：1-20m/h，采用空气搅拌，正常过滤，电压6V或者更少。

所述的电镀镍工艺条件如下：

硫酸镍：200-400g/L；氯化镍：20-50g/L；硼酸：20-60g/L；pH值：3.8-4.5；温度：20-50℃；电流密度：0.5-10A/dm²；阴极移动速度：1-20m/h，采用空气搅拌，正常过滤，电压6V或者更少。

所述的电镀锡工艺条件如下：

硫酸亚锡：20-70g/L；硫酸：120-170g/L；光亮剂：14-18ml/L；温度：20-50℃；电流密度：0.5-10A/dm²；阴极移动速度：1-20m/h，正常过滤，电压6V或者更少。

所述的电镀银工艺条件如下：

磺基水杨酸：100-120g/L；硝酸银：20-40g/L；咪唑：100-140ml/L；醋酸钾：20-50g/L；氢氧化钾：10-30g/L；pH：8-8.5；温度：10-28℃；电流密度：0.2-0.4A/dm²；阴极移动速度：1-5m/h，正常过滤，电压3V或者更少。

制备工艺之一：

首先将30-1000m长的若干根纤维进行整经；

将整经后的成排纤维用等离子体进行前处理，控制其表面达因值为55-75。

在经过等离子体处理的成排纤维表面真空物理镀均匀一致的薄层金属，该金属可以是金、银、白金、锌、铜、钴、镍、铁或铬等金属层，电阻率在10⁷Ω·cm-10⁰Ω·cm之间。

制备工艺之二：

在薄层金属上进行电镀银、锡、锌、铁、铜、镍等金属镀层，镀层电阻率数量级小于10⁰Ω·cm。

本发明采用等离子体处理与真空溅镀法和电镀法相结合，制得的导电纤维具有产品结合牢固，导电性持久，手感柔软；用此纱嵌织成织物，不仅具有优良的染色性和导电性，而且耐化学性、耐洗性好，可用于抗静电服装、抗菌服装及电磁波屏蔽和吸收材料；本发明的制备工艺简单，成本低，大规模工业化生产可行性强的特点。

本发明可以在所有单根纤维上形成镀层，制备方法通过具体实施方式简介如下：

具体实施方式：

为了更清楚地理解本发明，将以实例解释如下，但范围并不仅限于此。

实施例1：

将200米长涤纶纤维先进行整经，然后在成排涤纶纤维表面用离子束进行表面处理，控制表面达因值为55，然后在处理后的表面进行磁控溅射镀有厚度为0.5μm的不锈钢镀层，产品的电阻率为10⁷Ω·cm，可以用于抗静电屏蔽服装。

实施例2：

将200米涤纶纤维先进行整经，然后在成排涤纶纤维表面用离子束进行表面处理，控制表面达因值为75，然后在处理后的表面进行磁控溅射镀有厚度为0.005μm的不锈钢镀层，产品的电阻率为10⁵Ω·cm，然后嵌织纺纱可以用于高级抗菌服装。

实施例3：

将200米涤纶纤维先进行整经，然后在成排涤纶纤维表面用离子束进行表面处理，控制表面达因值为65，然后在处理后的表面进行磁控溅射镀有厚度为0.05μm的不锈钢镀层，产品的电阻率为10⁰Ω·cm，然后嵌织纺纱用于屏蔽低频波段的屏蔽材料，屏蔽效能达到60％以上。

实施例4：

将200米涤纶纤维先进行整经，然后在成排涤纶纤维表面用离子束进行表面处理，控制表面达因值为60，然后在处理后的表面进行磁控溅射镀有厚度为0.1μm的不锈钢镀层，产品的电阻率为10²Ω·cm，可以用于吸收材料。

实施例5：

分别同实施例1-4，不同的是在不锈钢镀层外再进行电镀有厚度为0.5μm的电镀镍层，产品的电阻率为10⁰Ω·cm。

实施例6：

分别同实施例1-4，不同的是在不锈钢镀层外再进行电镀有厚度为3μm的电镀镍层，产品的电阻率为10⁷Ω·cm。

实施例7：

用电镀锌镀层替换电镀镍层，其他分别同实施例5-6。

实施例8：

用电镀锡镀层替换电镀镍层，其他分别同实施例5-6。

实施例9：

用电镀金镀层替换电镀镍层，其他分别同实施例5-6。

实施例10：

用电镀银镀层替换电镀镍层，其他分别同实施例5-6。

实施例11：

用电镀铜镀层替换电镀镍层，其他分别同实施例5-6。

实施例12：

用电镀铁镀层替换电镀镍层，其他分别同实施例5-6。

实施例13：

用氧化锌镀层替换电镀镍层，其他分别同实施例5-6。

实施例14：

用氧化铝镀层替换电镀镍层，其他分别同实施例5-6。

实施例15：

分别同实施例1-14，不同的是在不锈钢镀层外再进行电镀有厚度为1μm的电镀镍层，产品的电阻率为10³Ω·cm。

实施例16：

用腈纶纤维替换涤纶纤维，其他分别同实施例1-15。

实施例17：

用维纶纤维替换涤纶纤维，其他分别同实施例1-15。

实施例18：

用氨纶纤维替换涤纶纤维，其他分别同实施例1-15。

实施例19：

用玻璃纤维替换涤纶纤维，其他分别同实施例1-15。

实施例20：

用聚酯纤维替换涤纶纤维，其他分别同实施例1-15。

实施例21：

用聚乙烯纤维替换涤纶纤维，其他分别同实施例1-15。

实施例22：

用聚丙烯纤维替换涤纶纤维，其他分别同实施例1-15。

实施例23：

用聚丙烯腈纤维替换涤纶纤维，其他分别同实施例1-15。

实施例24：

用聚乙烯醇纤维替换涤纶纤维，其他分别同实施例1-15。

实施例25：

用聚氯乙烯纤维替换涤纶纤维，其他分别同实施例1-15。

实施例26：

用聚氨酯纤维替换涤纶纤维，其他分别同实施例1-15。

实施例27：

用聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维和聚乙烯醇纤维混合替换涤纶纤维，其他分别同实施例1-15。

实施例28：

用聚酯纤维、聚氯乙烯纤维、腈纶纤维混合替换涤纶纤维，其他分别同实施例1-15。

实施例29：

用离子镀替换磁控溅射镀，其他分别同实施例1-28。

实施例30：

用蒸发镀替换磁控溅射镀，其他分别同实施例1-28。

实施例31：

用铝镀层替换不锈钢镀层，其他分别同实施例1-30。

实施例32：

用镍镀替换不锈钢镀层，其他分别同实施例1-30。

实施例33：

用铜镀层替换不锈钢镀层，其他分别同实施例1-30。

实施例34：

用铁镀层替换不锈钢镀层，其他分别同实施例1-30。

实施例35：

用锌镀层替换不锈钢镀层，其他分别同实施例1-30。

实施例36：

用钴镀层替换不锈钢镀层，其他分别同实施例1-30。

实施例37：

用锡镀层替换不锈钢镀层，其他分别同实施例1-30。

实施例38：

用银镀层替换不锈钢镀层，其他分别同实施例1-30。

实施例39：

用金镀层替换不锈钢镀层，其他分别同实施例1-30。

实施例40：

用钛镀层替换不锈钢镀层，其他分别同实施例1-30。

实施例41：

用硅镀层替换不锈钢镀层，其他分别同实施例1-30。

实施例42：

用铬镀层替换不锈钢镀层，其他分别同实施例1-30。

实施例43：

用铝合金镀层替换不锈钢镀层，其他分别同实施例1-30。

实施例44：

用锌合金镀层替换不锈钢镀层，其他分别同实施例1-30。

实施例45：

用蒙奈尔合金替换不锈钢镀层，其他分别同实施例1-30。

实施例46：

用加负偏压替换离子束处理，其他分别同实施例1-45。

Claims (9)

1、一种导电纤维，其特征是在经等离子体处理后的整好经的成排纤维外有厚度为0.005～0.5μm的真空物理镀金属镀层。

2、根据权利要求1所述的一种导电纤维，其特征是在所述的真空物理镀金属镀层外有厚度为0.5～3μm的电镀层。

3、根据权利要求1所述的一种导电纤维，其特征是所述的纤维选自聚酯纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维、聚氯乙烯纤维、聚氨酯纤维、涤纶纤维、腈纶纤维、维纶纤维、氨纶纤维或玻璃纤维中的一种或者多种混合，单丝纤度小于500D。

4、根据权利要求1所述的一种导电纤维，其特征是所述的真空物理镀是指离子镀、磁控溅射镀或蒸发镀。

5、根据权利要求1所述的一种导电纤维，其特征是所述的物理镀金属镀层选自铝、镍、铜、铁、钴、锌、锡、银、金、钛、硅、铬、不锈钢或它们的合金镀层，厚度为0.05～0.1μm。

6、根据权利要求2所述的一种导电纤维，其特征是所述的电镀镀层选自锡、锌、金、银、镍、铜、铁或含该金属的化合物或组合物镀层，厚度为0.5～1μm。

7、权利要求1所述导电纤维的制备方法，其特征是先将纤维进行整经，然后在整好经的成排纤维上进行等离子体处理，再通过真空物理镀产生物理镀金属镀层，电阻率数量级为10⁷～10⁰Ω·cm。

8、根据权利要求7所述的导电纤维的制备方法，其特征是在所述的物理镀金属镀层外再进行电镀金属层，电阻率数量级≤10⁰Ω·cm。

9、根据权利要求7所述的导电纤维的制备方法，其特征是所述的等离子体处理包括离子束处理或加负偏压。