CN104420005B - 一种复合导电纤维及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种新型复合导电纤维，该纤维为皮芯型结构，皮层组分为水溶性聚酯，芯层组分为含有导电微粉的聚合物包括聚酯、聚酰胺等。皮芯层重量比为10：90～80：20，芯层中的导电微粉含量为20％～50％，纤维的皮芯层结构皆可以是圆形或异形。本发明的纤维通过复合纺丝设备和复合纺丝工艺进行生产，制得的皮芯型纤维经碱处理后可去除皮层的水溶性聚酯，获得由芯层含导电微粉的聚合物构成的导电纤维，由于其导电成分含量高，导电微粉大量接触表面，因而纤维表面电阻率低，导电性能优异，可广泛适用于各类防静电面料和制品中，仅需少量添加即可获得良好的防静电效果。

Description

一种复合导电纤维及其制备方法

技术领域

本发明属于功能性纤维制造技术领域，涉及一种导电性能优异的导电纤维及其制备工艺。

背景技术

复合导电纤维是一种将碳黑、TiO2、SnO2、ZnO、CuI等导电微粒添加到聚合物中而得到的导电纤维，其导电原理为导电填料在聚合物填充体系中的含量达到临界点时，导电粒子在基体中形成导电通道，聚合物从绝缘体转变为半导体，从而使自身电阻急剧下降，起到导电，即防静电的作用。其导电性主要取决于所用粒子的类型、聚合物的类型、导电粒子在基体的分散形式、导电粒子的含量、聚合物基体的形态以及材料的成型工艺。

复合导电纤维的制备主要包括4个环节：导电剂的选择，导电剂表面处理，复合纺丝，后处理。

复合纺丝类型一般分两种，海岛型：将加入导电剂的聚合物作为导电组与常规的聚合物进行纺丝，得到以导电组为岛，非导电组为海的海岛型纤维。连续型：将导电组与非导电组经过汇合后从同一纺丝孔中喷出，即得到连续型复合导电纤维。

复合导电纤维由于其良好的导电、耐洗、耐磨、抗弯曲等性能而广泛用于工业、家纺产品，如防静电服、鞋、帽、羊毛衫、羊绒衫等。但大量添加导电粒子降低了成纤聚合物的可纺性，使纤维的成品率下降，成本上升，同时也影响纤维的力学、纺织性能。因此，如何降低导电粒子添加量而维持导电性，或者在不影响可纺性和力学性能的前提下提高导电粒子添加量，成为复合导电纤维未来发展的方向。

发明内容

在聚合物中添加导电微粉制得导电纤维，现有技术通过填料共混、熔融纺丝工艺很容易实现，但受到纤维可纺性和后加工过程的限制，导电微粉的添加量一般较低，甚至很难达到某些体系的导电临界点，因而该结构的导电纤维虽然简便易得，但导电性能却亟待提高。本发明的目的在于解决上述不足，有效提高导电填料的添加量，通过将导电纤维设计为皮芯型复合纤维的芯层，解决可纺性和后加工问题，最终再通过碱处理工艺去除皮层组分，获得性能优异的导电纤维。

本发明的技术方案如下：

1)生产皮芯型复合纤维

水溶性聚酯、导电微粉母粒和聚酯(或聚酰胺)三种原料切片分别干燥后，采用皮芯型复合纺丝设备，将一定量水溶性聚酯输入皮层螺杆挤出机，一定量导电微粉母粒和聚酯(或聚酰胺)输入芯层螺杆挤出机，进行复合熔融纺丝，计量泵分别计量后输入纺丝箱体，经特殊喷丝孔结构的复合纺丝喷丝板挤出，吹风冷却，上油集成丝束，经过后处理制得短纤或长丝。

所述复合纤维的皮芯层重量比为10：90～80：20。

所述复合纤维芯层中的导电微粉可以是：金属粉体、金属氧化物粉体、碳黑、导电钛白粉、碳纤维粉等，导电微粉在芯层中的质量百分含量为20％～50％。

所述特殊喷丝孔结构的复合纺丝喷丝板，挤出纤维为皮芯型结构，其中皮层、芯层皆可为圆形或异形结构。

2)丝束的后处理工艺

短纤维：丝束卷绕(速度900m／min)后落桶、集束，再经一级牵伸、二级牵伸后卷绕，经松弛热定型(温度110℃，45min)后切断、打包，制得皮芯型短纤维。

长丝：丝束经牵伸(牵伸温度80～95℃，牵伸倍数2～3倍)、定型(温度110～120℃)、卷绕(速度1500～5000m／min)等工艺，制得皮芯型长丝。

3)溶去皮层结构，获得导电纤维

上述皮芯型复合纤维，直接应用于织物中已具有一定的防静电效果，但由于纤维中大量导电成分包裹于芯层之内，为了发挥更好的导电效能，本发明将纤维添加到织物中后，经浓度为2g／L，温度为100℃的碱溶液处理一定时间，溶解皮层的水溶性聚酯，获得由芯层含导电微粉的聚酯或聚酰胺构成的导电纤维。

本发明的有益效果：

现有技术通过添加碳黑、金属、金属氧化物等生产的导电纤维，为了克服可纺性和后加工性问题，通常导电微粉的含量仅为5～15％，因而导电性能很难提高。本发明提供一种同类结构的导电纤维，其导电微粉的含量高达20～50％，表面电阻率低，导电性能十分优异。通过采用特定的复合纺丝工艺，将导电纤维作为皮芯型纤维的芯层，保证纤维的良好可纺性，以及牵伸、定型和卷绕等后处理过程的可加工性。

本发明以水溶性聚酯作为皮层组分的优势在于：皮芯型纤维在添加高含量导电成分后，仍具有普通涤纶纤维的可纺性和易加工性，同时在纤维的最终应用中不会成为障碍，因为通过一道简单的碱处理工艺即可溶去皮层组分，获得由芯层单独构成的导电纤维，发挥其优异导电性能。

本发明制得的皮芯型复合纤维，可以灵活调节皮芯层的比例，因而可以制得纤度很细的芯层导电纤维，应用于防静电面料手感更为轻薄柔软。此外，一般的导电碳纤维由于其刚性不卷曲特点，无法用于纺纱，本发明的导电短纤具备普通短纤维的波纹卷曲度，与其他纤维有良好的抱合性，可适用于混纺纱线，因而应用更广泛。

本发明采用特殊设计的喷丝板，制得导电纤维可以是圆形或各种异型结构，适应不用的应用需求。尤其异型结构纤维的比表面积较高，纤维表面分散的导电微粒更多，表面电阻率低，电荷释放较快不易聚集，对织物的防静电性能更有益。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明：

实施例1

水溶性聚酯、含导电钛白粉的聚酯母粒和聚酯三种原料切片分别干燥后，采用皮芯型复合纺丝设备，将一定量水溶性聚酯切片输入皮层螺杆挤出机，一定量含导电钛白粉的聚酯母粒和聚酯切片输入芯层螺杆挤出机，进行复合熔融纺丝，计量泵分别计量后输入纺丝箱体，经圆形皮芯复合纺丝喷丝板挤出后，吹风冷却，上油集成丝束。

复合纤维的皮芯层重量比为20：80。其芯层中，导电聚酯母粒和聚酯切片的重量比为50：50，导电钛白粉在芯层中质量百分比为30％。

纤维丝束卷绕(速度900m／min)后落桶、集束，再经一级牵伸(牵伸温度80℃，牵伸倍数3倍)及二级牵伸(牵伸温度120℃，牵伸倍数1.0倍)后卷绕，经松弛热定型(温度110℃，45min)后切断、打包，制得皮芯型短纤维。

将皮芯型涤纶短纤制备混纺纱线，应用于织物，在浓度为2g／L，温度为100℃的碱溶液中处理15min，将皮层的水溶性聚酯全部分解，获得高含量导电钛白粉的导电涤纶短纤。

实施例2

水溶性聚酯、含银粉的聚酰胺母粒和聚酰胺三种原料切片分别干燥后，采用皮芯型复合纺丝设备，将一定量水溶性聚酯切片输入皮层螺杆挤出机，一定量含银粉的聚酰胺母粒和聚酰胺切片输入芯层螺杆挤出机，进行复合熔融纺丝，计量泵分别计量后输入纺丝箱体，经十字形皮芯复合纺丝喷丝板挤出后，吹风冷却，上油集成丝束。

复合纤维的皮芯层重量比为60：40。其芯层中，导电聚酰胺母粒和聚酰胺切片的重量比为70：30，导电银粉体在芯层中质量百分比为50％。

制得的复合纤维丝束经牵伸(牵伸温度85℃，牵伸倍数2倍)、定型(温度110～℃)、卷绕(速度2000m／min)，获得皮芯型复合尼龙长丝。

将皮芯型复合尼龙长丝添加到织物中，在浓度为2g／L，温度为100℃的碱溶液中处理45min，将皮层的水溶性聚酯全部分解，获得高含量导电银粉的异形导电尼龙纤维。

Claims (3)

1.一种复合导电纤维，其特征在于：纤维为皮芯型结构，皮层组分为水溶性聚酯，芯层组分为含有导电微粉的聚合物包括聚酯或聚酰胺，采用复合纺丝设备和复合纺丝生产工艺制得皮芯型纤维，添加到织物中后，经碱处理工序，可去除纤维皮层组分，获得由芯层含导电微粉的聚合物构成的导电纤维；所述碱处理使用的碱溶液的浓度为2g/L，所述碱溶液的温度为100℃；

所述芯层组分中的导电微粉可以是：金属粉体、金属氧化物粉体、碳黑、导电钛白粉或碳纤维粉，导电微粉在芯层中的质量百分含量为50％；

所述导电纤维的皮芯层重量比为10：90～20：80。

2.如权利要求1所述的一种复合导电纤维，其特征在于纤维的皮层、芯层皆可为圆形或异形结构。

3.如权利要求1所述的一种复合导电纤维，其生产工艺为：将水溶性聚酯输入皮层螺杆挤出机，含导电微粉的母粒和聚酯或含导电微粉的母粒和聚酰胺输入芯层螺杆挤出机，进行复合熔融纺丝，计量泵分别计量后输入纺丝箱体，由复合喷丝板组件挤出，经纺丝后处理制得皮芯型复合长丝或短纤，该纤维添加到织物中后，经过适当浓度和温度的碱溶液处理一定时间，溶解皮层的水溶性聚酯，获得由芯层含导电微粉的聚酯或聚酰胺构成的导电纤维。