CN103924316A - 一种纳米掺锑二氧化锡导电复合纤维及其制备方法和用途 - Google Patents

Abstract

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种导电复合纤维及其制备方法和用途。该纳米掺锑二氧化锡导电复合纤维，由包含以下质量份的组分制成：纳米掺锑二氧化锡0.1~2份，分散剂1~4份，热塑性聚合物100份。本发明提供的导电纤维及其制备方法工艺简单、生产效率高，制备的纤维导电效果好。

Description

一种纳米掺锑二氧化锡导电复合纤维及其制备方法和用途

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种导电复合纤维及其制备方法和用途。

背景技术

绝大多数的高分子材料是绝缘材料，由高分子材料制成的化学纤维，如涤纶、丙纶、锦纶、腈纶等同样也具有绝缘性。这些化学纤维在使用过程中静电不断积累，而电荷无法释放，最终带有比较高的电势。化学纤维所带的静电会给加油站、油库以及某些特殊场合的安全生产带来严重威胁。化学纤维服装也由于经常带有静电会对人体健康带来不利影响。

解决这类化学纤维静电带来的不利影响，目前主要办法是设法让原本不导电的高分子合成纤维导电，即将一定比例的导电组分加入到纤维中，主要包括以下两种方法：一是，将导电组分附于纤维表面，如将电解铜、纯钨、镍按一定比例配制电解后，对清洗过的纤维及布进行电镀的方法。这种方法在化学纤维织物成形后对其进行抗静电处理，不足之处在于制备的抗静电纺织品耐洗涤性能呢较差。将超细金属纤维混入纱线或纺织品中对消除化学纤维静电也有明显的效果，但是这类织物手感较差，制造也比较困难。二是，导电粒子添加到聚合物中，经纺丝制备导电纤维。目前常用的导电粒子为导电碳黑、碳纳米管等，但必须加入大量的导电组分（往往到30%）才能在纤维中形成导电网络，赋予纤维导电性能。大量的填料粒子添加到聚合物中导致导电纤维的制备工艺比较复杂，而且产品中高含量的填料粒子破坏了聚合物的纺丝流变性能，使聚合物的成纤性能、力学性能变差。对这种高填料含量的导电纤维进行纺丝则需要采用复合纺丝技术。所谓复合纺丝技术是将含有大量填料粒子的聚合物作为一个组分，不含有填料粒子的聚合物作为另一个组分，制备皮芯型结构，使用双螺杆纺丝机设备进行纺丝，这导致企业设备投入增加，工艺参数增多，对产品质量的控制难度增大。

纳米掺锑二氧化锡（Antimony Doped Tin Oxide，简称ATO）是一种N型半导体材料。纳米ATO导电填料比其它导电填料具有的明显优势，主要表现在良好的导电性，浅色透明性，良好的耐候性和稳定性以及低的红外发射率等方面，是一种极具发展潜力的新型多功能导电材料。由于ATO粉体粒径很小，粉体的电导率很高，非常小的添加量就能在聚合物中形成导电通道，经纺丝成形后得到导电纤维，而不需要复合纺丝技术。

发明内容

本发明的目的在于为克服现有技术中的缺陷而提供一种纳米掺锑二氧化锡导电复合纤维及其制备方法，以解决现有技术中存在的导电效果差、不易纺丝、耐洗涤性能差、工艺复杂、手感较差等缺点。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种纳米掺锑二氧化锡导电复合纤维，由包含以下质量份的组分制成：

纳米掺锑二氧化锡（ATO）    0.1~2份，

分散剂                       1~4份，

热塑性聚合物                 100份。

所述的纳米掺锑二氧化锡粒径为40~60nm，比表面积为75~80m²/g，颜色接近浅白色（从南京海泰纳米材料有限公司购买）。

所述的分散剂选自十二烷基硫酸锂、十二烷基硫酸钠或甲基苯磺酸胺。

所述的热塑性聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈或聚酯（PET）中的一种。

一种上述纳米掺锑二氧化锡导电复合纤维制备方法，包括如下步骤：

（1）将0.1~2份纳米掺锑二氧化锡和1~4份分散剂加入到100份水中，震荡分散，去除沉淀部分，制备出纳米掺锑二氧化锡水溶液；

（2）将纳米掺锑二氧化锡水溶液与100份热塑性聚合物混匀，干燥，制备出纳米掺锑二氧化锡/聚合物复合粉体，经螺杆挤出机造粒得到用于纺丝的切片；

（3）将纳米掺锑二氧化锡/聚合物切片进行纺丝、牵伸制备导电纤维。

所述的步骤（2）中，纳米掺锑二氧化锡水溶液与聚合物混合为将将聚合物加入到纳米掺锑二氧化锡水溶液中或将纳米掺锑二氧化锡水溶液喷附在聚合物表面。

所述的步骤（3）中纺丝为熔融纺丝，纺丝温度为200~250℃，纺丝速度为700~1000m/min，在100℃热牵伸，牵伸倍数为3~5倍。

一种上述纳米掺锑二氧化锡导电复合纤维用做服装、装饰布、传输带的抗静电材料和电磁屏蔽材料的用途。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的导电纤维及其制备方法工艺简单、生产效率高，制备的纤维导电效果好。本发明采用了ATO为导电组分，制备的纤维为浅色导电纤维，目前市场上很少有浅色的导电纤维。

具体实施方式

下面结合各实施例详细描述本发明。

下列各实施例中纳米掺锑二氧化锡粒径为40~60nm，比表面积为75~80m²/g，颜色接近浅白色（从南京海泰纳米材料有限公司购买）。

实施例1

（1）将0.2份ATO加入到100份水中，机械混合均匀，再将1份十二烷基硫酸锂加入到以上溶液中，超声波震荡分散，离心机离心，去除沉淀部分，得到ATO分散均匀的水溶液。

（2）将100份聚丙烯粉末倒入制备的ATO水溶液中，机械搅拌均匀，升温将水分挥发掉，得到聚丙烯表面附着有ATO的复合粉末；经螺杆挤出机造粒得到可用于纺丝的切片；

（3）采用的熔融纺丝方法，纺丝温度为200℃，纺丝速度为700m/min，在100℃热牵伸，牵伸倍数为3倍，得到ATO/聚丙烯复合导电纤维，电导率为3.5×10^-5S/cm。

实施例2

（1）将1份ATO加入到100份水中，机械混合均匀，再将4份十二烷基硫酸钠加入到以上溶液中，超声波震荡分散，离心机离心，去除沉淀部分，得到ATO分散均匀的水溶液；

（2）将100份聚丙烯腈粉末倒入ATO水溶液中，机械搅拌均匀，升温将水分挥发掉，得到聚丙烯腈表面附着有ATO的复合粉末；经螺杆挤出机造粒得到可用于纺丝的切片；

（3）采用熔融纺丝方法，纺丝温度为240℃，纺丝速度为1000m/min，在100℃热牵伸，牵伸倍数为5倍，得到ATO/聚丙烯腈复合导电纤维，电导率为5.3×10^-3S/cm。

实施例3

（1）将0.5份ATO加入到100份水中，机械混合均匀，再将2份甲基苯磺酸胺加入到以上溶液中，超声波震荡分散，离心机离心，去除沉淀部分，得到ATO分散均匀的水溶液。

（2）制备的ATO水溶液用喷雾器均匀喷洒在100份PET粉末表面，之后升温将水分挥发掉，得到PET表面附着有ATO的复合粉末；经螺杆挤出机造粒得到可用于纺丝的切片；

（3）采用熔融纺丝方法，纺丝温度为250℃，纺丝速度为1000m/min，在100℃热牵伸，牵伸倍数为5倍，得到ATO/PET复合导电纤维，电导率为2.3×10^-4S/cm。

实施例4

（1）将2份ATO加入到100份水中，机械混合均匀，再将1份十二烷基硫酸锂加入到以上溶液中，超声波震荡分散，离心机离心，去除沉淀部分，得到ATO分散均匀的水溶液。

（2）将100份聚乙烯粉末倒入制备的ATO水溶液中，机械搅拌均匀，升温将水分挥发掉，得到聚乙烯表面附着有ATO的复合粉末；经螺杆挤出机造粒得到可用于纺丝的切片；

（3）采用的熔融纺丝方法，纺丝温度为230℃，纺丝速度为900m/min，在100℃热牵伸，牵伸倍数为4倍，得到ATO/聚乙烯复合导电纤维，电导率为4.5×10^-3S/cm。

实施例5

（1）将1.5份ATO加入到100份水中，机械混合均匀，再将2份十二烷基硫酸钠加入到以上溶液中，超声波震荡分散，离心机离心，去除沉淀部分，得到ATO分散均匀的水溶液。

（2）将100份聚丙烯腈粉末倒入ATO水溶液中，机械搅拌均匀，升温将水分挥发掉，得到聚丙烯腈表面附着有ATO的复合粉末；经螺杆挤出机造粒得到可用于纺丝的切片；

（3）采用熔融纺丝方法，纺丝温度为210℃，纺丝速度为700m/min，在100℃热牵伸，牵伸倍数为4倍，得到ATO/聚丙烯腈复合导电纤维，电导率为1.3×10^-3S/cm。

实施例6

（1）将0.1份ATO加入到100份水中，机械混合均匀，再将3份甲基苯磺酸胺加入到以上溶液中，超声波震荡分散，离心机离心，去除沉淀部分，得到ATO分散均匀的水溶液；

（2）制备的ATO水溶液用喷雾器均匀喷洒在100份PET粉末表面，之后升温将水分挥发掉，得到PET表面附着有ATO的复合粉末；经螺杆挤出机造粒得到可用于纺丝的切片；

（3）采用熔融纺丝方法，纺丝温度为220℃，纺丝速度为800m/min，在100℃热牵伸，牵伸倍数为3倍，得到ATO/PET复合导电纤维，电导率为6.3×10^-6S/cm。

上述纳米掺锑二氧化锡导电复合纤用做服装、装饰布、传输带的抗静电材料和电磁屏蔽材料的用途。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种纳米掺锑二氧化锡导电复合纤维，其特征在于：由包含以下质量份的组分制成：

纳米掺锑二氧化锡      0.1~2份，

分散剂                1~4份，

热塑性聚合物          100份。

2.根据权利要求1所述的纳米掺锑二氧化锡导电复合纤维，其特征在于：所述的纳米掺锑二氧化锡粒径为40~60nm，比表面积为75~80m²/g。

3.根据权利要求1所述的纳米掺锑二氧化锡导电复合纤维，其特征在于：所述的分散剂选自十二烷基硫酸锂、十二烷基硫酸钠或甲基苯磺酸胺。

4.根据权利要求1所述的纳米掺锑二氧化锡导电复合纤维，其特征在于：所述的热塑性聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈或聚酯。

5.一种上述权利要求1-4中任一所述的纳米掺锑二氧化锡导电复合纤维制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）将0.1~2份纳米掺锑二氧化锡和1~4份分散剂加入到100份水中，震荡分散，去除沉淀部分，制备出纳米掺锑二氧化锡水溶液；

（2）将纳米掺锑二氧化锡水溶液与100份热塑性聚合物混匀，干燥，制备出纳米掺锑二氧化锡/聚合物复合粉体，经螺杆挤出机造粒得到用于纺丝的切片；

（3）将纳米掺锑二氧化锡/聚合物切片进行纺丝、牵伸制备导电纤维。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤（2）中，纳米掺锑二氧化锡水溶液与聚合物混合为将聚合物加入到纳米掺锑二氧化锡水溶液中或将纳米掺锑二氧化锡水溶液喷附在聚合物表面。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤（3）中纺丝为熔融纺丝，纺丝温度为200~250℃，纺丝速度为700~1000m/min，在100℃热牵伸，牵伸倍数为3~5倍。

8.一种上述权利要求1-4中任一所述的纳米掺锑二氧化锡导电复合纤维用做服装、装饰布、传输带的抗静电材料和电磁屏蔽材料的用途。