CN103498212B

CN103498212B - 增韧型导电聚乳酸纤维及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN103498212B
Application number: CN201310434510.5A
Authority: CN
Inventors: 李旭明
Original assignee: University of Shaoxing
Current assignee: University of Shaoxing
Priority date: 2013-09-23
Filing date: 2013-09-23
Publication date: 2016-06-01
Anticipated expiration: 2033-09-23
Also published as: CN103498212A

Abstract

本发明公开了一种增韧型导电聚乳酸纤维及其制备方法和应用，属于高分子材料领域，该增韧型导电聚乳酸纤维的原料质量配比为：聚乳酸：60~90份；聚酰胺弹性体：10~40份；导电料：0.1~9份；本发明通过在增韧型导电聚乳酸纤维中引入聚酰胺弹性体，并且其质量配比为10~40份，同时采用该发明提供的制备方法进行制备，从而克服了现有技术中制得的导电纤维的断裂强度和断裂伸长率较低，导致制品质量较差的问题，进而提高了导电聚乳酸纤维的断裂强度和断裂伸长率，保证了应用该导电聚乳酸纤维的制品质量，扩大了增韧型导电聚乳酸纤维的应用范围。

Description

增韧型导电聚乳酸纤维及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种导电纤维及其制备方法和应用，尤其涉及一种增韧型导电聚乳酸纤维及其制备方法和应用。

背景技术

我国是纤维生产大国，合成纤维产量已经连续十三年位居世界第一，纤维及其纺织品的生产总值占我国GDP的10%左右，出口创汇占1/4，在国民经济中占有十分重要的地位。然而，目前我国合成纤维的发展存在以下问题：首先，合成纤维的发展受到资源短缺的制约，合成纤维的原料90%以上都依赖于石油，而石油的总量一定但其消耗速度却愈剧加快，最终将会导致石油的枯竭，合成纤维也将处于无米之炊的状况；其次，合成纤维的发展还受到环境污染的制约，石油基化学纤维在自然界中不能降解，会带来非常严重的白色污染，严重影响人们的生活环境。然而，我国化纤生产仍以常规纤维为主，高新技术纤维开发滞后，合成纤维产量占世界总量的2/3，但功能化比例不足10%，远低于发达国家的30%以上的水平。因此，实现化学纤维的功能化和高性能化以提高纤维的附加值，增强市场竞争力是符合我国化学纤维发展的需要。

聚乳酸（PLA）资源可再生、生物可降解、生物相容性好，同时它是一种热塑性高分子材料，可采用普通的熔融加工方法（如熔融纺丝、纺粘合熔喷等）将其加工成纤维或纤维制品。目前，PLA的熔融纺丝技术已成熟，PLA可望替代石油基高分子材料成为化学纤维的原料，以解决合成纤维的发展所面临的资源短缺和环境污染等问题。然而，PLA纤维功能化的研究和开发工作却很少，纤维的导电功能化是产业界和学术界的开发和研究的重点，因此，实现PLA纤维的导电功能有一定的必要，而目前仅德国德累斯顿高分子研究院用熔融纺丝的方法制得了PCL/PLA/MWNTs导电纤维，但所得的导电纤维的力学性能较差，所得初生纤维的断裂强度和断裂伸长率分别为22MPa和6.2%，该断裂强度和断裂伸长率在纺织领域并不具有实际应用价值。

中国专利公开了一种PLA导电纤维及其制备方法，该纤维的原料配比为：PLA为50~80份，聚醋酸乙烯酯-co-乙烯醇P(VAc-co-VA)为20~50份，导电填料为0.05~8份。PLA导电纤维的制备方法包括：（1）按上述配比称取干燥的PLA、聚醋酸乙烯酯-co-乙烯醇和导电填料预混后共混造粒，得PLA的导电母粒；或者先按上述配比称取聚醋酸乙烯酯-co-乙烯醇和导电填料预混后共混造粒，得到P(VAc-co-VA)导电母粒，然后取PLA与其共混得到PLA导电母粒；（2）将PLA的导电母粒进行熔融纺丝—牵伸得PLA导电纤维。

但是该专利所制得的PLA导电纤维的断裂强度和断裂伸长率仍然较低，应用该PLA导电纤维的产品，其质量较差，因而，在实际的纺织生产领域中并不具有实际应用价值。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供一种增韧型导电聚乳酸纤维及其制备方法和应用，以克服现有技术中制得的导电纤维的断裂强度和断裂伸长率较低，导致制品质量较差的问题，从而提高了导电聚乳酸纤维的断裂强度和断裂伸长率，保证了应用该导电聚乳酸纤维的制品质量，进而扩大了增韧型导电聚乳酸纤维的应用范围。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种增韧型导电聚乳酸纤维，其中，所述增韧型导电聚乳酸纤维的质量配比为：聚乳酸：60~90份；聚酰胺弹性体：10~40份；导电料：0.1~9份。

上述的增韧型导电聚乳酸纤维，其中，所述聚乳酸的粘均分子量为：5×10⁴~2×10⁵。

上述的增韧型导电聚乳酸纤维，其中，所述导电料为炭黑、碳纳米管或者石墨烯。

一种如上述的增韧型导电聚乳酸纤维的制备方法，其中，包括以下步骤：

1）提供60~90份的聚乳酸、10~40份的聚酰胺弹性体和0.1~9份的导电料。

2）将所述聚乳酸、所述聚酰胺弹性体和所述导电料放置于真空干燥箱中进行干燥工艺10~48小时；

3）将所述聚酰胺弹性体和所述导电料投入到高速混合器中进行混合操作3~8分钟，而后在双螺杆共混机中进行共混造粒工艺，得到聚酰胺弹性体导电母粒；

4）将所述聚乳酸和所述聚酰胺弹性体导电母粒投入到高速混合器中进行混合操作3~8分钟，而后在双螺杆共混机中进行共混造粒工艺，得到导电母粒；

5）将所述导电母粒在熔融纺丝机上进行纺丝，得到导电聚乳酸初生纤维；6）对所述导电聚乳酸初生纤维进行牵伸，得到所述增韧型导电聚乳酸纤维。

上述制备方法，其中，步骤2）中所述聚乳酸的干燥温度为60~100℃（如60℃、65℃、78℃、95℃、99℃、100℃等），所述聚酰胺弹性体的干燥温度为30~70℃（如30℃、35℃、48℃、55℃、69℃、70℃等），所述导电料的干燥温度为60~110℃（如60℃、65℃、78℃、95℃、105℃、110℃等）。

上述的制备方法，其中，步骤3）和步骤4）中所述共混造粒工艺的造粒温度为170~230℃（如170℃、175℃、185℃、200℃、215℃、230℃等），转速为30~140rmp（如30rmp、35rmp、45rmp、65rmp、78rmp、98rmp、125rmp、135rmp、140rmp等），熔融共混时间为5~12分钟（如5分钟、6分钟、9分钟、11分钟、12分钟等）。

上述的制备方法，其中，步骤5）中进行纺丝的温度为170~230℃（如170℃、175℃、188℃、205℃、225℃、230℃等）。

上述的制备方法，其中，步骤6）中进行牵伸的温度为100~125℃（如100℃、105℃、108℃、115℃、123℃、125℃等），牵伸倍数为1~5倍（如1倍、2倍、3倍、4倍、5倍等）。

1）提供60~90份的聚乳酸、10~40份的聚酰胺弹性体和0.1~9份的导电料

3）将所述聚乳酸、所述聚酰胺弹性体和所述导电料投入到高速混合器中进行混合操作3~8分钟，而后在双螺杆共混机中共混造粒，得到导电母粒；

4）将所述导电母粒在熔融纺丝机上进行纺丝，得到导电聚乳酸初生纤维；5）对所述导电聚乳酸初生纤维进行牵伸，得到所述增韧型导电聚乳酸纤维。

一种如上述的增韧型导电聚乳酸纤维的应用，其中，所述增韧型导电聚乳酸纤维应用于纺织品、通用工程、耐热工程塑料、汽车制造、运动器材。

上述技术方案具有如下优点或者有益效果：

本发明提供的一种增韧型导电聚乳酸纤维及其制备方法和应用，通过在增韧型导电聚乳酸纤维中引入聚酰胺弹性体，并且其质量配比为10~40份，同时采用该发明提供的制备方法进行制备，从而克服了现有技术中制得的导电纤维的断裂强度和断裂伸长率较低，导致制品质量较差的问题，进而提高了导电聚乳酸纤维的断裂强度和断裂伸长率，保证了应用该导电聚乳酸纤维的制品质量，扩大了增韧型导电聚乳酸纤维的应用范围。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的增韧型导电聚乳酸纤维的制备方法的流程示意图；

图2是本发明实施例2提供的增韧型导电聚乳酸纤维的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。

实施例1：

本发明实施例1提供的增韧型导电聚乳酸纤维由聚乳酸、聚酰胺弹性体和导电料制成，三者的质量配比为：聚乳酸：60~90份，如60份、63份、70份、80份、88份、90份等；聚酰胺弹性体：10~40份，如10份、13份、20份、30份、38份、40份等；导电料：0.1~9份，如0.1份、0.5份、1份、3份、5份、7份、8份、8.8份、9份等；其中，聚乳酸的粘均分子量为：5×10⁴~2×10⁵，如5×10⁴、5.5×10⁴、6×10⁴、8×10⁴、9×10⁴、1×10⁵、1.5×10⁵、1.8×10⁵、2×10⁵等，导电料为炭黑、碳纳米管或者石墨烯。

图1是本发明实施例1提供的增韧型导电聚乳酸纤维的制备方法的流程示意图；如图所示，本发明实施例1提供的增韧型导电聚乳酸纤维的制备方法包括以下步骤：

1）提供60份的聚乳酸、40份的聚酰胺弹性体和3份的碳纳米管。

2）将60份聚乳酸在90℃的真空干燥箱中进行干燥工艺15小时，将40份的聚酰胺弹性体在50℃的真空干燥箱中进行干燥工艺24小时，将3份的碳纳米管在100℃的真空干燥箱中进行干燥工艺10小时。

3）将聚酰胺弹性体和碳纳米管投入到高速混合器中进行混合操作5分钟，而后在双螺杆共混机中进行共混造粒工艺，造粒温度为180℃，螺杆速度为80rmp，熔融共混时间为10分钟，从而得到聚酰胺弹性体导电母粒；

4）将聚乳酸和聚酰胺弹性体导电母粒投入到高速混合器中进行混合操作5分钟，而后在双螺杆共混机中进行共混造粒工艺，造粒温度为180℃，螺杆速度为80rmp，熔融共混时间为10分钟，从而得到导电母粒；

5）将导电母粒在熔融纺丝机上进行纺丝，进行纺丝时的温度为200℃，从而得到导电聚乳酸初生纤维；

6）对导电聚乳酸初生纤维进行牵伸，进行牵伸的温度为100℃，牵伸倍数为1.5倍，卷绕速度为1000m/min，最终得到所述增韧型导电聚乳酸纤维。

本发明实施例1提供的制备方法制得的增韧型导电聚乳酸纤维的断裂伸长率为60.3%，导电率为1.85s/m，断裂强度为2.4cN/dtex。将该增韧型导电聚乳酸纤维应用于纺织品领域，将增强采用增韧型导电聚乳酸纤维制得的纺织品的质量，并且该增韧型导电聚乳酸纤维还可以应用于通用工程、耐热工程塑料、汽车制造、运动器材等，从而进一步的扩大了增韧型导电聚乳酸纤维的应用范围。

实施例2：

本发明实施例2提供的增韧型导电聚乳酸纤维由聚乳酸、聚酰胺弹性体和导电料制成，三者的质量配比为：聚乳酸：60~90份，如60份、61份、73份、81份、89份、90份等；聚酰胺弹性体：10~40份，如10份、11份、19份、31份、39份、40份等；导电料：0.1~9份，如0.1份、0.2份、0.8份、1.3份、4.5份、6.7份、7.8份、8.9份、9份等；其中，聚乳酸的粘均分子量为：5×10⁴~2×10⁵，如5×10⁴、5.1×10⁴、6.5×10⁴、8.3×10⁴、9.3×10⁴、1.1×10⁵、1.3×10⁵、1.9×10⁵、2×10⁵等，导电料为炭黑、碳纳米管或者石墨烯。

图2是本发明实施例2提供的增韧型导电聚乳酸纤维的制备方法的流程示意图；如图所示，本发明实施例2提供的增韧型导电聚乳酸纤维的制备方法包括以下步骤：

1）提供65份的聚乳酸、35份的聚酰胺弹性体和4份的碳纳米管。

2）将65份聚乳酸在80℃的真空干燥箱中进行干燥工艺12小时，将35份的聚酰胺弹性体在60℃的真空干燥箱中进行干燥工艺20小时，将4份的碳纳米管在100℃的真空干燥箱中进行干燥工艺10小时。

3）将聚乳酸、聚酰胺弹性体和碳纳米管投入到高速混合器中进行混合操作8分钟，而后在双螺杆共混机中共混造粒，造粒温度为190℃，螺杆速度为70rmp，熔融共混时间为9分钟，得到导电母粒；

4）将导电母粒在熔融纺丝机上进行纺丝，进行纺丝时的温度为210℃，从而得到导电聚乳酸初生纤维；

5）对导电聚乳酸初生纤维进行牵伸，进行牵伸的温度为100℃，牵伸倍数为2倍，卷绕速度为1500m/min，最终得到所述增韧型导电聚乳酸纤维。

本发明实施例2提供的制备方法制得的增韧型导电聚乳酸纤维的断裂伸长率为50.6%，导电率为1.74s/m，断裂强度为2.9cN/dtex。将该增韧型导电聚乳酸纤维应用于纺织品领域，将增强采用增韧型导电聚乳酸纤维制得的纺织品的质量，并且该增韧型导电聚乳酸纤维还可以应用于通用工程、耐热工程塑料、汽车制造、运动器材等，从而进一步的扩大了增韧型导电聚乳酸纤维的应用范围。

实施例3：

本发明实施例3提供的增韧型导电聚乳酸纤维的制备方法包括以下步骤：

1）提供70份的聚乳酸、30份的聚酰胺弹性体和5份的碳纳米管。

2）将70份聚乳酸在90℃的真空干燥箱中进行干燥工艺20小时，将30份的聚酰胺弹性体在65℃的真空干燥箱中进行干燥工艺20小时，将5份的碳纳米管在100℃的真空干燥箱中进行干燥工艺10小时。

3）将聚乳酸、聚酰胺弹性体和碳纳米管投入到高速混合器中进行混合操作8分钟，而后在双螺杆共混机中共混造粒，造粒温度为200℃，螺杆速度为70rmp，熔融共混时间为10分钟，得到导电母粒；

4）将导电母粒在熔融纺丝机上进行纺丝，进行纺丝时的温度为230℃，从而得到导电聚乳酸初生纤维；

5）对导电聚乳酸初生纤维进行牵伸，进行牵伸的温度为100℃，牵伸倍数为2倍，卷绕速度为1000m/min，最终得到所述增韧型导电聚乳酸纤维。

本发明实施例3提供的制备方法制得的增韧型导电聚乳酸纤维的断裂伸长率为41.5%，导电率为1.96s/m，断裂强度为2.2cN/dtex。

从上述实施例1~实施例3可以得知，引入增韧型导电聚乳酸纤维的导电料分量越多，其导电率将越大，同时，引入增韧型导电聚乳酸纤维的聚酰胺弹性体分量越多，其断裂伸长率将越大，另外，在聚乳酸与聚酰胺弹性体的质量比为13:7时，其断裂强度将会达到2.9cN/dtex。

综上所述，本发明提供的一种增韧型导电聚乳酸纤维及其制备方法和应用，通过在增韧型导电聚乳酸纤维中引入聚酰胺弹性体，并且其质量配比为10~40份，同时采用该发明提供的制备方法进行制备，从而克服了现有技术中制得的导电纤维的断裂强度和断裂伸长率较低，导致制品质量较差的问题，进而提高了导电聚乳酸纤维的断裂强度和断裂伸长率，保证了应用该导电聚乳酸纤维的制品质量，扩大了增韧型导电聚乳酸纤维的应用范围。

本领域技术人员应该理解，本领域技术人员结合现有技术以及上述实施例可以实现所述变化例，在此不予赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为本领域中的普通予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种增韧型导电聚乳酸纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）提供60~90份粘均分子量为5×10⁴~2×10⁵的聚乳酸、10~40份的聚酰胺弹性体和0.1~9份的导电料；

2）将所述聚乳酸、所述聚酰胺弹性体和所述导电料放置于真空干燥箱中进行干燥10~48小时，所述聚乳酸的干燥温度为60~100℃，所述聚酰胺弹性体的干燥温度为30~70℃，所述导电料的干燥温度为60~110℃；

3）将所述聚酰胺弹性体和所述导电料投入到高速混合器中进行混合操作3~8分钟，而后在双螺杆共混机中进行共混造粒工艺，得到聚酰胺弹性体导电母粒，

5）将所述导电母粒在熔融纺丝机上进行纺丝，纺丝的温度为170~230℃，得到导电聚乳酸初生纤维；

6）对所述导电聚乳酸初生纤维进行牵伸，牵伸的温度为100~125℃，牵伸倍数为1~5倍，得到所述增韧型导电聚乳酸纤维；

其中，所述导电料为碳纳米管；步骤3）和步骤4）中所述共混造粒工艺的造粒温度为170~230℃，转速为30~140rmp，熔融共混时间为5~12分钟。

2.一种如权利要求1所述的增韧型导电聚乳酸纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤3）和步骤4）还可以通过如下步骤进行代替：将所述聚乳酸、所述聚酰胺弹性体和所述导电料投入到高速混合器中进行混合操作3~8分钟，而后在双螺杆共混机中共混造粒，得到导电母粒。