CN102978738B

CN102978738B - 一种导电聚丙烯纤维的制造方法

Info

Publication number: CN102978738B
Application number: CN201210491379.1A
Authority: CN
Inventors: 汪进前; 郑荣福; 凌荣根
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2012-11-26
Filing date: 2012-11-26
Publication date: 2014-08-06
Anticipated expiration: 2032-11-26
Also published as: CN102978738A

Abstract

一种导电聚丙烯纤维的制造方法，它如下步骤：A）将四针状氧化锌晶须和导电性钛酸钾晶须混合均匀后，在真空炉中焙烧；冷却后用六偏磷酸钠在无水乙醇中搅拌分散，然后常压等离子处理；再用含硬脂酸钙分散液的去离子水中超声波分散、清洗、滤清、烘干，得到改性晶须混合物；B）将改性晶须混合物、掺锑氧化锡导电粉、超导电炭黑、铝酸酯偶联剂、聚乙烯蜡、PP-g-MAH增容剂混合搅拌；再加入等规聚丙烯粉后搅拌，得到导电等规聚丙烯共混物；C）将导电等规聚丙烯共混物与其它有相容性的PP或PE经复合纺丝制成导电聚丙烯为皮层的聚丙烯导电纤维。

Description

一种导电聚丙烯纤维的制造方法

技术领域

本发明涉及一种导电聚丙烯纤维的制造方法，包括氧化锌晶须（ZnO），导电性钛酸钾晶须(PTW),ATO导电粉，超导电炭黑等纤维的制造方法，属于功能纤维制造技术。

背景技术

聚丙烯纤维，也被称PP纤维或丙纶，是一种用等规聚丙烯熔融纺制的纤维，它最大优点是质轻，其密度为0.91/cm³，比一般化学纤维轻20-30%，是所有纺织纤维中比重最小的一种，它强度高，伸长大，初始模量较高，弹性优良。聚丙烯纤维耐磨性仅次于聚酰胺纤维；耐腐蚀性良好，尤其是对无机酸、碱稳定性很好；不发霉,不腐烂,不怕虫蛀等；但聚丙烯纤维不吸水，静电很大，常温体积电阻率高达10¹⁷Ω.cm,，在应用上受到很大限制。

导电纤维通常是指在标准状态下(20℃、65%相对湿度)、比电阻在10⁷Ω·cm以下的纤维。这类纤维具有良好的导电性和耐久性，特别是在低湿度下仍具有良好的耐久导电性，因此在工业、民用等领域有着很大的用途。目前，导电纤维大多以普通成纤高聚物为基体，以被覆或复合方式添加导电物质的导电纤维，通过复合纺丝技术使纤维的一部分含有导电物质，这样使纤维在具有导电特性的同时，又兼有普通合成纤维优异的加工性能，成为具有可纺性的导电纤维。随着高科技的发展，在民用和产业用方面，导电纤维的需求量越来越大，要求也起来越高。

晶须是以单晶形式生长而成的直径非常小(0.1～10um)、原子排列高度有序、强度接近完整晶体的理论值、有一定长径比(5～1000)的纤维材料，具有高强度、高模量、高硬度、耐高温、耐腐蚀等特性；等规聚丙烯中加入少量晶须，如氧化锌晶须、碳酸钙晶须、钛酸钾晶须等，便能既增强又增韧，还可提高导电性。

在这众多种类的晶须中，四针状氧化锌晶须(ZnO)以其独特的立体四针状结构赋予其突出的导电性；ZnO本身是n型半导体，加之四脚针状的晶须三维伸展结构，将其分散在基体中时，邻近各针状部位相互搭接形成导电通路，使电荷得以传导，从而赋予材料导电性。导电性钛酸钾晶须（PTW）是一种针状短纤维复合物，由于它的尺寸细小，结晶完整，具有导电等物理机械性能。

多年来科技工作者以普通成纤高分子聚合物为基体，以添加导电物质方式开发高分子材料导电纤维，这样使纤维在具有导电特性的同时，又兼有普通合成纤维优异的加工性能，成为具有可纺性的功能性纤维，但高分子基质导电纤维的导电性、纤维强度都不如金属导电纤维，而金属导电纤维又太硬，缺乏弹性，在使用中受到很大限制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，，提供一种具有良好的导电性和耐久性，特别是在低湿度下仍具有良好的耐久的自生性导电性的导电聚丙烯纤维的制造方法。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种导电聚丙烯纤维的制造方法，该制造方法包括如下步骤：

A）按质量份数取12-18份表征参数直径为0.2-1um，长度为5-15um的四针状氧化锌晶须；3-8份表征参数直径为0.2-0.6um，长度为5-12um的导电性钛酸钾晶须；将上述材料混合均匀后，在300-400℃真空炉中焙烧4-6h；冷却后用六偏磷酸钠在无水乙醇中搅拌分散，然后常压等离子处理10-20min；用60-70℃含硬脂酸钙分散液的去离子水中超声波分散、清洗25-35min，取溶液上层悬浮晶须经100目～150目过滤，取改性晶须混合液，并重复操作3-5次直至滤清；滤清后在真空烘箱烘干，得到改性晶须混合物；

B）按质量份数取步骤A）得到的改性晶须混合物6-10份，掺锑氧化锡导电粉3-5份，超导电炭黑7-17份，铝酸酯偶联剂0.2-0.4份，聚乙烯蜡1.7-3.0份，PP-g-MAH增容剂1.2-2.5份，在60-70℃条件下混合机250-400转/min密闭搅拌反应45-60min；然后再加入等规聚丙烯粉100-120份，300-400转/min搅拌30-45min，得到导电等规聚丙烯共混物；

C）将步骤B）得到的导电等规聚丙烯共混物在动态真空烘箱干燥至含水率≤35ppm，在同向双螺杆熔融混练挤出机直接挤出，按皮芯质量比20-30﹕80-70与其它有相容性的PP或PE经复合纺丝制成导电等规聚丙烯共混物为皮层的聚丙烯导电纤维。

本发明优选的技术方案是：所述的制造方法，其中：

步骤A）中按质量份数取15份表征参数直径为0.2-1um，长度为5-15um的四针状氧化锌晶须；5份表征参数直径为0.2-0.6um，长度为5-12um的导电性钛酸钾晶须；将上述材料混合均匀后，在350℃真空炉中焙烧4-6h；冷却后用六偏磷酸钠在无水乙醇中搅拌分散，常压等离子处理10-20min；然后用60-70℃含硬脂酸钙分散液的去离子水中超声波分散、清洗30min，取溶液上层悬浮晶须经120目过滤，取改性晶须混合液，并重复操作3-5次直至滤清；滤清后在真空烘箱烘干，得到改性晶须混合物；

步骤B）中，按质量份数取步骤A）得到的改性晶须混合物8份，掺锑氧化锡导电粉4份，超导电炭黑10份，铝酸酯偶联剂0.3份，聚乙烯蜡2.0份，PP-g-MAH增容剂2.0份，在65℃条件下混合机320转/min密闭搅拌反应50min；然后再加入等规聚丙烯粉100份，350转/min搅拌38min，得到导电等规聚丙烯共混物。

本发明制成的导电聚丙烯纤维，是在聚丙烯中添加包括ATO导电粉，超导电炭黑，氧化锌晶须，钛酸钾晶须等导电材料，既能大幅度降低聚丙烯纤维的电阻率；还能提高纤维的断裂强度，具有良好的导电性和耐久性，特别是在低湿度下仍具有良好的耐久的自生性导电性，因此在工业、民用等领域有着很大的用途。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明作详细的介绍：本发明所述的导电聚丙烯纤维的制造方法，该制造方法采用如下步骤：

A）按质量份数取12-18份表征参数直径为0.2-1um，长度为5-15um的四针状氧化锌晶须；3-8份表征参数直径为0.2-0.6um，长度为5-12um的导电性钛酸钾晶须；将上述材料混合均匀后，在300-400℃真空炉中焙烧4-6h；冷却后用六偏磷酸钠在无水乙醇中搅拌分散，常压等离子处理10-20min；用60-70℃含硬脂酸钙分散液的去离子水中超声波分散、清洗25-35min，取溶液上层悬浮晶须经100目～150目过滤，取改性晶须混合液，并重复操作3-5次直至滤清；滤清后在真空烘箱烘干，得到改性晶须混合物；

本发明所述的实施例可以在上述公开的数据范围内进行任意的数据替换，以便构成无数个实施方案，以下实施例仅仅是个案，并不对本发明的实施方式作出任何限定。

实施例1：

本发明所述的导电聚丙烯纤维的制造方法，该制造方法采用如下步骤：

C）将步骤B）得到的导电等规聚丙烯共混物在动态真空烘箱干燥至含水率≤35ppm，在同向双螺杆熔融混练挤出机直接挤出，按皮芯质量比25﹕75与其它有相容性的PP或PE经复合纺丝制成导电等规聚丙烯共混物为皮层的聚丙烯导电纤维。

实施例2：

A）按质量份数取12份表征参数直径为0.2-1um，长度为5-15um的四针状氧化锌晶须；3份表征参数直径为0.2-0.6um，长度为5-12um的导电性钛酸钾晶须；将上述材料混合均匀后，在300℃真空炉中焙烧4h；冷却后用六偏磷酸钠在无水乙醇中搅拌分散，然后常压等离子处理10min；用60℃含硬脂酸钙分散液的去离子水中超声波分散、清洗25min，取溶液上层悬浮晶须经100目过滤，取改性晶须混合液，并重复操作3次直至滤清；滤清后在真空烘箱烘干，得到改性晶须混合物；

B）按质量份数取步骤A）得到的改性晶须混合物6份，掺锑氧化锡导电粉3份，超导电炭黑7份，铝酸酯偶联剂0.2份，聚乙烯蜡1.7份，PP-g-MAH增容剂1.2份，在60℃条件下混合机250转/min密闭搅拌反应45min；然后再加入等规聚丙烯粉100份，300转/min搅拌30min，得到导电等规聚丙烯共混物；

C）将步骤B）得到的导电等规聚丙烯共混物在动态真空烘箱干燥至含水率≤35ppm，在同向双螺杆熔融混练挤出机直接挤出，按皮芯质量比20﹕80与其它有相容性的PP或PE经复合纺丝制成导电等规聚丙烯共混物为皮层的聚丙烯导电纤维。

实施例3：

A）按质量份数取18份表征参数直径为0.2-1um，长度为5-15um的四针状氧化锌晶须；8份表征参数直径为0.2-0.6um，长度为5-12um的导电性钛酸钾晶须；将上述材料混合均匀后，在400℃真空炉中焙烧6h；冷却后用六偏磷酸钠在无水乙醇中搅拌分散，然后常压等离子处理20min；用70℃含硬脂酸钙分散液的去离子水中超声波分散、清洗35min，取溶液上层悬浮晶须经150目过滤，取改性晶须混合液，并重复操作5次直至滤清；滤清后在真空烘箱烘干，得到改性晶须混合物；

B）按质量份数取步骤A）得到的改性晶须混合物10份，掺锑氧化锡导电粉5份，超导电炭黑17份，铝酸酯偶联剂0.4份，聚乙烯蜡3.0份，PP-g-MAH增容剂2.5份，在70℃条件下混合机400转/min密闭搅拌反应60min；然后再加入等规聚丙烯粉120份，400转/min搅拌45min，得到导电等规聚丙烯共混物；

C）将步骤B）得到的导电等规聚丙烯共混物在动态真空烘箱干燥至含水率≤35ppm，在同向双螺杆熔融混练挤出机直接挤出，按皮芯质量比30﹕70与其它有相容性的PP或PE经复合纺丝制成导电等规聚丙烯共混物为皮层的聚丙烯导电纤维。

Claims

1.一种导电聚丙烯纤维的制造方法，其特征在于该制造方法包括如下步骤：

A）按质量份数取12-18 份表征参数直径为0.2-1μm，长度为5-15μm 的四针状氧化锌晶须；3-8 份表征参数直径为0.2-0.6 μm，长度为5-12μm 的导电性钛酸钾晶须；将上述材料混合均匀后，在300-400℃真空炉中焙烧4-6h；冷却后用六偏磷酸钠在无水乙醇中搅拌分散，然后常压等离子处理10-20min；在60-70℃温度、含硬脂酸钙分散液的去离子水中进行超声波分散、清洗25-35min，取溶液上层悬浮晶须经100 目～150 目过滤，取改性晶须混合液，并重复操作3-5 次直至滤清；滤清后在真空烘箱烘干，得到改性晶须混合物；

B）按质量份数取步骤A）得到的改性晶须混合物6-10 份，掺锑氧化锡导电粉3-5 份，超导电炭黑7-17 份，铝酸酯偶联剂0.2-0.4 份，聚乙烯蜡1.7-3.0 份，PP-g-MAH 增容剂1.2-2.5 份，在60-70℃条件下混合机250-400 转/ min 密闭搅拌反应45-60min；然后再加入等规聚丙烯粉100-120 份，300-400 转/ min 搅拌30-45min，得到导电等规聚丙烯共混物；

C）将步骤B）得到的导电等规聚丙烯共混物在动态真空烘箱干燥至含水率≤35ppm，在同向双螺杆熔融混练挤出机直接挤出，按皮芯质量比20-30﹕80-70 与其它有相容性的PP 或PE 经复合纺丝制成导电等规聚丙烯共混物为皮层的聚丙烯导电纤维。

2.根据权利要求1 所述的导电聚丙烯纤维的制造方法，其特征在于所述的制造方法，其中：

步骤A）中按质量份数取15 份表征参数直径为0.2-1μm，长度为5-15μm 的四针状氧化锌晶须；5 份表征参数直径为0.2-0.6 μm，长度为5-12μm 的导电性钛酸钾晶须；将上述材料混合均匀后，在350℃真空炉中焙烧4-6h；冷却后用六偏磷酸钠在无水乙醇中搅拌分散，常压等离子处理10-20min；然后在60-70℃含硬脂酸钙分散液的去离子水中超声波分散、清洗30min，取溶液上层悬浮晶须经120 目过滤，取改性晶须混合液，并重复操作3-5 次直至滤清；滤清后在真空烘箱烘干，得到改性晶须混合物；

步骤B）中，按质量份数取步骤A）得到的改性晶须混合物8 份，掺锑氧化锡导电粉4份，超导电炭黑10 份，铝酸酯偶联剂0.3 份，聚乙烯蜡2.0 份，PP-g-MAH 增容剂2.0 份，在65℃条件下混合机320 转/ min 密闭搅拌反应50min；然后再加入等规聚丙烯粉100 份，350 转/ min 搅拌38min，得到导电等规聚丙烯共混物。