CN102978744A

CN102978744A - 一种导电聚酯纤维的制造方法

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Publication number: CN102978744A
Application number: CN2012104914510A
Authority: CN
Inventors: 凌荣根; 韩晨; 凌晓龙; 姜萌; 齐庆莹
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: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2032-11-26
Also published as: CN102978744B

Abstract

一种导电聚酯纤维的制造方法，该方法是在聚酯中添加包括ATO导电粉，超导电炭黑，氧化锌晶须，钛酸钾晶须等导电材料，制成导电聚酯；将导电聚酯为皮层与其它聚酯经复合纺丝技术制成聚酯导电纤维，使纤维的皮层部分含有导电物质，这样使纤维在具有导电特性的同时，又兼有合成纤维优异物理和加工性能，获得既能大幅度降低聚酯纤维的电阻率；还能提高纤维的断裂强度。

Description

一种导电聚酯纤维的制造方法

技术领域

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

背景技术

聚酯纤维是用聚对苯二甲酸乙二醇酯制成的，中国的商品名为涤纶，是当前合成纤维的第一大品种。聚酯纤维是一种比较理想的纺织原料，因纤维大分子链的刚性较大，弹性模量高，纤维不易变形，其加工的织物洗后不皱，可以不熨烫、坚牢挺刮、易洗易干；还有良好的耐热、耐晒和耐磨性，能在-70～170℃内使用；在工业上高强度涤纶可用作轮胎帘子线、运输带、消防水管、缆绳、渔网等，也可用作电绝缘材料、耐酸过滤布和造纸毛毯等；但聚酯纤维吸湿性稍差，电阻率很高。

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。导电纤维的抗静电机理是使导电纤维之间产生电晕放电，当静电压达到一定值后，即产生无火花的电晕放电使静电消除。高分子材料通常被认为是绝缘体，目前，用来开发抗静电织物多采用有机导电纤维，有机导电纤维是以普通成纤高分子聚合物为基体，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，成为具有可纺性的功能性纤维；当电阻率小于10⁸Ω·cm时，产生静电荷会很快导走逸散掉；在民用方面，静电会导致纺织品的使用过程中吸尘沾污，服装纠缠人体产生粘附不适感，而且静电刺激会对人体健康产生不利影响。在产业应用方面，静电是火工、化工、石油、煤炭等行业引起火灾、爆炸等事故的主要诱发因素之一，也是化纤、纺织行业中的质量及安全事故隐患之一。随着高科技的发展，静电所造成的后果已突破了安全问题的界限。因此目前抗静电纺织品的需求量越来越大，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；聚酯中加入少量晶须，如氧化锌晶须、碳酸钙晶须、硫酸钙晶须、硼酸铝晶须、钛酸钾晶须等，便能既增强又增韧，还可提高导电等其它性能。

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；用ZnO晶须添加到具有良好绝缘性能的高分子材料中，便能获得导电的高分子材料产品。导电性钛酸钾晶须（PTW）是一种新型针状的短纤维复合物，由于它的尺寸细小，结晶完整，具有良好的导电等物理机械性能。

高分子聚酯纤维常温体积电阻率高达10¹³Ω.cm,通常被认为是绝缘体纤维，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的导电聚酯纤维的制造方法。本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种导电聚酯纤维的制造方法，其特征在于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；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4-8份，掺锑氧化锡导电粉2-4份，纳米级超导电炭黑6-8份，钛酸酯偶联剂0.1-0.2份，铝酸酯偶联剂0.1-0.2份，聚乙烯蜡1.5-2.0份，在60-70℃条件下混合机250-400转/min密闭搅拌反应45-60min；得到改性晶须导电共混物；

C）将质量份数为4-8份的改性晶须导电共混物在微量六偏磷酸钠存在的条件下与2-6份乙二醇配成晶须导电乙二醇液，温度控制在50-60℃条件下超声波分散2.5-5h，得到晶须导电乙二醇；

D）在聚对苯二甲酸乙二酯聚合反应过程中，酯化率达到85-90%时，按质量分数取30-40份的晶须导电乙二醇添加到有70-60份对苯二甲酸乙二醇的缩聚釜内，直至酯化、聚合制成共聚酯导电聚酯；所述共聚酯导电聚酯为皮层与其它聚酯（如PET、PTT等），按皮芯质量比25-35﹕75-65经复合纺丝技术制成导电聚酯纤维；

或E）取步骤B）得到的改性晶须导电共混物与常规聚酯按质量比25-35﹕75-65共混熔融制成共混导电聚酯；所述共混导电聚酯为皮层与其它聚酯（如PET、PTT等），按皮芯质量比25-35﹕75-65经复合纺丝技术制成导电聚酯纤维。

所述的导电聚酯纤维的制造方法，所述步骤中的优选方案是：

A）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5h；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15min；然后用65℃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4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，纳米级超导电炭黑7份，钛酸酯偶联剂0.15份，铝酸酯偶联剂0.15份，聚乙烯蜡1.7份，在65℃条件下混合机320转/min密闭搅拌反应52min；得到改性晶须导电共混物；

C）将质量份数为6份的改性晶须导电共混物在微量六偏磷酸钠存在的条件下与4份乙二醇配成晶须导电乙二醇液，温度控制在55℃条件下超声波分散3.5h，得到晶须导电乙二醇；

D）在聚对苯二甲酸乙二酯聚合反应过程中，酯化率达到90%时，按质量分数取35份的晶须导电乙二醇添加到有65份对苯二甲酸乙二醇的缩聚釜内，直至酯化、聚合制成共聚酯导电聚酯；所述共聚酯导电聚酯为皮层与PET或PTT聚酯，按皮芯质量比30﹕70经复合纺丝技术制成导电聚酯纤维。

所述的导电聚酯纤维的制造方法，所述步骤中的另一种优选方案是：

E）取步骤B）得到的改性晶须导电共混物与常规聚酯按质量比30﹕70共混熔融制成共混导电聚酯；所述共混导电聚酯为皮层与PET或PTT聚酯，按皮芯质量比30﹕70经复合纺丝技术制成导电聚酯纤维。

所述的导电聚酯纤维包括导电聚酯长丝、短纤维、POY、FDY、DTY、BCF聚酯类纤维。

本发明是在聚酯中添加包括ATO导电粉，超导电炭黑，氧化锌晶须，钛酸钾晶须等导电材料，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，获得既能大幅度降低聚酯纤维的电阻率；还能提高纤维的断裂强度的优质导电聚酯纤维；它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酯纤维的制造方法，它采用如下步骤：

B）按质量份数取步骤A）得到的改性晶须混合物4-8份，掺锑氧化锡导电粉2-4份，纳米级超导电炭黑6-8份，钛酸酯偶联剂0.1-0.2份，铝酸酯偶联剂0.1-0.2份，聚乙烯蜡1.5-2.0份，在60-70℃条件下混合机250-400转/min4密闭搅拌反应5-60min；得到改性晶须导电共混物；

D）在聚对苯二甲酸乙二酯聚合反应过程中，酯化率达到85-90%时，按质量分数取30-40份的晶须导电乙二醇添加到有70-60份对苯二甲酸乙二醇的缩聚釜内，直至酯化、聚合制成共聚酯导电聚酯；所述共聚酯导电聚酯为皮层与PET或PTT聚酯，按皮芯质量比25-35﹕75-65经复合纺丝技术制成导电聚酯纤维；

或E）取步骤B）得到的改性晶须导电共混物与常规聚酯按质量比25-35﹕75-65共混熔融制成共混导电聚酯；所述共混导电聚酯为皮层与PET或PTT聚酯，按皮芯质量比25-35﹕75-65经复合纺丝技术制成导电聚酯纤维。

本发明所述的实施例可以在上述各数值范围内进行任意选择获得，并不限于以下几个实施例公开的技术方案，或者通过对以下实施例的数值替换得到无数个具体实施例。

实施例1：

本发明所述的导电聚酯纤维的制造方法，其特征在于所述的步骤中：

A）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5h；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15min；然后用65℃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目目过滤，取改性晶须混合液，并重复操作4次直至滤清；滤清后在真空烘箱烘干，得到改性晶须混合物；

实施例2：

本发明所述的导电聚酯纤维的制造方法，所述的步骤中：

A）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5h；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15min；然后用65℃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，取改性晶须混合液，并重复操作4次直至滤清；滤清后在真空烘箱烘干，得到改性晶须混合物；

实施例3：

本发明所述的导电聚酯纤维的制造方法，它采用如下步骤：

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，常压等离子处理10min；然后用60℃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4份，掺锑氧化锡导电粉2份，纳米级超导电炭黑6份，钛酸酯偶联剂0.1份，铝酸酯偶联剂0.1份，聚乙烯蜡1.5份，在60℃条件下混合机250转/min密闭搅拌反应45min；得到改性晶须导电共混物；

C）将质量份数为4份的改性晶须导电共混物在微量六偏磷酸钠存在的条件下与2份乙二醇配成晶须导电乙二醇液，温度控制在50℃条件下超声波分散2.5h，得到晶须导电乙二醇；

D）在聚对苯二甲酸乙二酯聚合反应过程中，酯化率达到85%时，按质量分数取30份的晶须导电乙二醇添加到有70份对苯二甲酸乙二醇的缩聚釜内，直至酯化、聚合制成共聚酯导电聚酯；所述共聚酯导电聚酯为皮层与PET或PTT聚酯，按皮芯质量比25﹕75经复合纺丝技术制成导电聚酯纤维；

或E）取步骤B）得到的改性晶须导电共混物与常规聚酯按质量比25﹕75共混熔融制成共混导电聚酯；所述共混导电聚酯为皮层与PET或PTT聚酯，按皮芯质量比25﹕75经复合纺丝技术制成导电聚酯纤维。

实施例4：

本发明所涉一种导电聚酯纤维的制造方法，它采用如下步骤：

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，常压等离子处理20min；然后用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8份，掺锑氧化锡导电粉4份，纳米级超导电炭黑8份，钛酸酯偶联剂0.2份，铝酸酯偶联剂0.2份，聚乙烯蜡2.0份，在70℃条件下混合机400转/min密闭搅拌反应60min；得到改性晶须导电共混物；

C）将质量份数为8份的改性晶须导电共混物在微量六偏磷酸钠存在的条件下与6份乙二醇配成晶须导电乙二醇液，温度控制在60℃条件下超声波分散5h，得到晶须导电乙二醇；

D）在聚对苯二甲酸乙二酯聚合反应过程中，酯化率达到85%时，按质量分数取40份的晶须导电乙二醇添加到有60份对苯二甲酸乙二醇的缩聚釜内，直至酯化、聚合制成共聚酯导电聚酯；所述共聚酯导电聚酯为皮层与PET或PTT聚酯，按皮芯质量比35﹕65经复合纺丝技术制成导电聚酯纤维；

或E）取步骤B）得到的改性晶须导电共混物与常规聚酯按质量比35﹕65共混熔融制成共混导电聚酯；所述共混导电聚酯为皮层与PET或PTT聚酯，按皮芯质量比35﹕65经复合纺丝技术制成导电聚酯纤维。

Claims

1.一种导电聚酯纤维的制造方法，其特征在于该制造方法采用如下步骤：

2.根据权利要求1所述的导电聚酯纤维的制造方法，其特征在于所述的步骤中：

D）在聚对苯二甲酸乙二酯聚合反应过程中，酯化率达到85-90%时，按质量分数取35份的晶须导电乙二醇添加到有65份对苯二甲酸乙二醇的缩聚釜内，直至酯化、聚合制成共聚酯导电聚酯；所述共聚酯导电聚酯为皮层与PET或PTT聚酯，按皮芯质量比30﹕70经复合纺丝技术制成导电聚酯纤维。

3.根据权利要求1所述的导电聚酯纤维的制造方法，其特征在于所述的步骤中：

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，纳米级超导电炭黑7份，钛酸酯偶联剂0.15份，铝酸酯偶联剂0.15份，聚乙烯蜡1.7份，在65℃条件下混合机320转/min5密闭搅拌反应2min；得到改性晶须导电共混物；

4.根据权利要求1或2或3所述的导电聚酯纤维的制造方法，其特征在于所述的导电聚酯纤维包括导电聚酯长丝、短纤维、POY、FDY、DTY、BCF聚酯类纤维。