CN104790061A - 一种三元复合白色导电纤维的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种三元复合白色导电纤维的制备方法。本发明所制备的白色导电纤维具有如下图所示的三元复合结构，其按照质量分数计为：芯层15～5wt％，中间25～15wt％，皮层60～80wt％；所述的芯层为聚对苯二甲酸乙二酯树脂或聚酰胺，所述的中间层为含白色纳米导电材料的聚酯树脂，白色纳米导电材料为棒状二氧化钛表面包覆掺杂氧化锡和氧化锑，导电粉占聚酯纤维60～85wt％；所述的皮层为聚烯烃树脂或聚酯树脂。本方法制备的三元复合白色导电纤维强度高、韧性好、导电性能优良、耐持久性好、表面摩擦系数低。
Description
技术领域
本发明属于功能纺织纤维技术领域，特别涉及一种三元复合白色导电纤维的制备方法。
技术背景
导电纤维是差别化纤维中比较重要的一种。一般合成纤维在生产以及使用过程中很容易积蓄电荷，由于自身电阻大很难将电荷传导出去，容易产生静电。静电的存在，使衣物更易吸尘，从而严重影响到高精密仪器、生物医药、食品等行业的生产，同时也增加了易燃易爆场所发生火灾、爆炸的可能性。传统的抗静电纤维主要依靠吸收环境中的水分使自身电阻降低进而将电荷传导出去，这就造成传统的抗静电纤维对环境依赖性很大。导电纤维依靠自身电晕效果或自由电子移动来释放静电，环境湿度对导电纤维抗静电效果影响很小，也使得导电纤维应用更加广泛。导电纤维主要应用于合成纤维抗静电、电磁屏蔽、传感器等领域。
在众多导电纤维中，以炭黑制成的抗静电织物历史最悠久且成本最低，但由于炭黑的颜色较深，布面效果呈现黑色条纹感，且常因置放的时间过久或银纺丝时需要高温抽丝而失去导电效果，其防尘性能和舒适性能也很难达到高性能要求。目前市场上采用最多的是复合型炭黑导电纤维，复合型导电纤维具有不同的截面，从而具有不同的导电性能、力学性能及可纺性。中国专利CN 1138880C公开了一种导电性复合纤维的制备方法，其中炭黑以点状均匀分散在纤维的外侧；中国专利101168861 A公开了一种炭黑在纤维截面呈四楔型分布的复合导线纤维的制备方法；中国专利CN 102031588 A公开了一种导电层为三叶型或多叶型复合导电纤维的制备方法；以上专利代表了目前国内市场上导电纤维的主要品种。其中炭黑在皮层的导电纤维具有良好的导电性能，但由于炭黑完全裸露，在使用过程中有剥落的风险。其他四楔型、三叶型等截面形貌的导电纤维存在加工难度大和导电性能不够优良的缺陷。另外，所有的炭黑系导电纤维都存在染色困难的问题，严重的限制了应用范围，因而开发白色导电纤维是目前研究的热点。
中国专利CN 101660216 A公开了一种黑色导电材料纺制仿白色导电纤维的方法，采用消光母粒与半光涤纶切片以一字偏心皮芯为复合方式制备得到仿白色导电纤维，改善了纤维的白度；中国专利CN 103789863 A公开了一种通过溶液纺丝制备白色腈纶纤维的制备方法，由无机填料添加过多导致纤维力学性能大幅 下降，且无机导电材料易脱落影响纤维的导电性能；中国专利CN 101358387 A公开了一种五星状、多星状截面形貌的白色导电纤维的制备方法，有效的防止了无机导电材料的脱落，但存在加工难度大的缺陷；中国专利CN 102808236 A，CN 101676450 A，CN 101899724 A和CN 101440537 A先后公开了皮芯复合结构白色导电纤维的制备方法，以上方法制备得到的白色导电纤维降低了加工难度，然而为了满足不同领域导电纤维的应用要求，其力学性能有待进一步提高。
发明内容
本发明的目的是针对现有白色导电纤维力学性能低、加工难度大、难以染色的技术问题，提出了一种三元复合白色导电纤维的制备方法。用本发明制备的三元复合白色导电纤维强度高、韧性好、导电性能优良、耐持久性好、表面摩擦系数低。
为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：
本发明制备得到的三元复合白色导电纤维按照质量分数计为：芯层15～5wt％，中间25～15wt％，皮层60～80wt％；所述的芯层为聚对苯二甲酸乙二酯树脂或聚酰胺，所述的中间层为含白色纳米导电材料的聚酯树脂，白色纳米导电材料为棒状二氧化钛表面包覆掺杂氧化锡和氧化锑，导电粉占聚酯纤维60～85wt％；所述的皮层为聚烯烃树脂或聚酯树脂，制备得到的三元复合白色导电纤维直径小于60μm。
所述的三元复合白色导电纤维，其按照质量分数计为芯层15～5wt％，中间25～15wt％，皮层60～80wt％。
所述的三元复合白色导电纤维，其芯部为聚对苯二甲酸乙二酯树脂或聚酰胺，中间层为含有60～85wt％白色纳米导电材料的聚酯树脂，皮层为聚烯烃树脂或聚酯树脂。
所述的白色纳米导电材料为棒状二氧化钛表面包覆掺杂氧化锡和氧化锑，直径为200～300nm，长度为5-8um。
所述的聚烯烃树脂为聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯中的一种。
所述的聚酯树脂为聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯中的一种。
所述的一种三元复合导电纤维的制备方法，具体如下：
(1)纳米导电材料的制备：将适量棒状纳米二氧化钛和一定量去离子水加入到反应釜中搅拌均匀，然后用硫酸调节溶液至pH＝1.0～3.0，控制温度为50～65℃；在搅拌下滴加质量比为10:1～16:1总浓度为12～18wt％的四氯化锡和三氯化锑混合溶液，同时滴加一定浓度的氢氧化钠保持溶液的pH值恒定；混合液滴完后，继续保持温度(50℃-65℃)回流一定时间；然后过滤，用去离子水洗涤干净，然后置于真空干燥箱中70℃干燥10h，研磨后置于马弗炉中650～850℃煅烧10h，得到纳米棒状导电材料，其表面电阻率为1.2×104～4.8×105Ωcm。
(2)白色导电母粒的制备：将干燥过的基体聚酯树脂与纳米导电材料、分散剂、润滑剂混合均匀，经过双螺杆熔融挤出，切粒得到的白色导电纤维；分散剂占基体树脂0.05～1wt％，润滑剂占基体树脂0.01～0.1wt％，纳米导电材料占基体树脂60～85wt％。
(3)三元复合白色导电纤维的制备：将聚对苯二甲酸乙二酯树脂或聚酰胺15～5wt％，和步骤(2)制得的夜光母粒25～15wt％、聚烯烃树脂或聚酯树脂60～80wt％，分别通过双螺杆挤出机熔融，经复合纺丝喷丝组件，经牵伸、热定型得到白色导电纤维。
所述的三元复合白色导电纤维直径小于60μm，电阻率为1.1×107～3.7×109Ωcm。
本发明采用复合纺丝的方法制备以聚对苯二甲酸乙二酯树脂或聚酰胺为芯部，白色导电母粒为中间层，聚烯烃或聚酯为皮层的三元复合结构白色导电纤维。其中15～5wt％芯部有利于提高白色导电纤维的力学性能而且能够有效的减少纳米导电材料的用量节省成本，25～15wt％白色导电母粒中间层为纤维提供了导电性能，60～80wt％的聚烯烃或聚酯皮层起到了保护的作用，能够有效防止纳米导电材料的脱落，减少摩擦系数，有利于后续的织造加工，同时提高了白色导电纤维的耐磨和耐水洗性能。
有益效果
(1)本发明采用皮芯复合纺丝法制备三元复合结构白色导电纤维，其中纤维的芯层为对苯二甲酸乙二酯树脂或聚酰胺，不含任何无机夜光材料，保证了白色导电纤维的力学性能，改善了熔体纺丝性能。
(2)本发明所制备的三元复合结构白色导电纤维，其纳米白色导电材料集 中于中间层，能够保证纤维的导电性，同时减少纳米导电材料的添加量，有利于节省成本。
(3)本发明所制备的三元复合结构白色导电纤维，其皮层为聚烯烃树脂或聚酯树脂，能够有效防止纳米导电材料的脱落，提高了白色导电纤维的耐磨和耐水洗性能，同时减少了摩擦系数，有利于后续的织造加工。
附图说明
图1是实例1制备得到纳米白色导电材料
图2是实例1制备得到的三元复合白色导电纤维的表面和截面(a)导电纤维表面光滑(b)三元复合导电纤维的截面
具体实施方案
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
(1)纳米导电材料的制备：将适量棒状纳米二氧化钛和一定量去离子水加入到反应釜中搅拌均匀，然后用硫酸调节溶液至pH＝1.5，控制温度为55℃；在搅拌下滴加质量比为12:1总浓度为14wt％的四氯化锡和三氯化锑混合溶液，同时滴加一定浓度的氢氧化钠保持溶液的pH值恒定；混合液滴完后，继续保持温度55回流4h；然后过滤，用去离子水洗涤干净，然后置于真空干燥箱中70℃干燥10h，研磨后置于马弗炉中700℃煅烧10h，得到纳米棒状导电材料，其表面电阻率为3.6×105Ωcm。
(2)白色导线母粒的制备：将干燥过的基体聚酯树脂与步骤(1)制得的纳米导电材料、分散剂、润滑剂混合均匀，加入双螺杆挤出机，经熔融，水冷却，切粒制得白色导电母粒，然后真空干燥备用；分散剂占基体树脂0.05wt％，润滑剂占基体树脂0.05wt％，纳米导电材料占基体树脂70wt％。
(3)三元复合白色导电纤维的制备：将聚对苯二甲酸乙二酯树脂10wt％，和步骤(2)制得的白色导电母粒15wt％、聚对苯二甲酸乙二酯树脂75wt％，分别通过双螺杆挤出机熔融，经复合纺丝喷丝组件(280℃)，2000米/分钟卷绕，经80℃下2.1倍牵伸、160℃热定型得到白色导电纤维。
本实例所制备的三元复合白色导电纤维的强度为2.32cN/dtex，表面电阻率为2.4×109Ωcm，单根纤维直径为36μm。
实施例2
(1)纳米导电材料的制备：将适量棒状纳米二氧化钛和一定量去离子水加 入到反应釜中搅拌均匀，然后用硫酸调节溶液至pH＝1.5，控制温度为55℃；在搅拌下滴加质量比为12:1总浓度为14wt％的四氯化锡和三氯化锑混合溶液，同时滴加一定浓度的氢氧化钠保持溶液的pH值恒定；混合液滴完后，继续保持温度55回流4h；然后过滤，用去离子水洗涤干净，然后置于真空干燥箱中70℃干燥10h，研磨后置于马弗炉中700℃煅烧10h，得到纳米棒状导电材料(附图1)，其表面电阻率为3.6×105Ωcm。
(2)白色导线母粒的制备：将干燥过的基体聚酯树脂与步骤(1)制得的纳米导电材料、分散剂、润滑剂混合均匀，加入双螺杆挤出机，经熔融，水冷却，切粒制得白色导电母粒，然后真空干燥备用；分散剂占基体树脂0.05wt％，润滑剂占基体树脂0.05wt％，纳米导电材料占基体树脂75wt％。
(3)三元复合白色导电纤维的制备：将聚对苯二甲酸乙二酯树脂10wt％，和步骤(2)制得的白色导电母粒15wt％、聚对苯二甲酸乙二酯树脂75wt％，分别通过双螺杆挤出机熔融，经复合纺丝喷丝组件(280℃)，2000米/分钟卷绕，经80℃下2.1倍牵伸、160℃热定型得到白色导电纤维(附图2)。
本实例所制备的三元复合白色导电纤维的强度为2.12cN/dtex，表面电阻率为9.7×108Ωcm，单根纤维直径为36μm。
实施例3
(1)纳米导电材料的制备：将适量棒状纳米二氧化钛和一定量去离子水加入到反应釜中搅拌均匀，然后用硫酸调节溶液至pH＝2.0，控制温度为55℃；在搅拌下滴加质量比为12:1总浓度为14wt％的四氯化锡和三氯化锑混合溶液，同时滴加一定浓度的氢氧化钠保持溶液的pH值恒定；混合液滴完后，继续保持温度55回流4h；然后过滤，用去离子水洗涤干净，然后置于真空干燥箱中70℃干燥10h，研磨后置于马弗炉中700℃煅烧10h，得到纳米棒状导电材料，其表面电阻率为7.8×104Ωcm。
(2)白色导线母粒的制备：将干燥过的基体聚酯树脂与步骤(1)制得的纳米导电材料、分散剂、润滑剂混合均匀，加入双螺杆挤出机，经熔融，水冷却，切粒制得白色导电母粒，然后真空干燥备用；分散剂占基体树脂0.05wt％，润滑剂占基体树脂0.05wt％，纳米导电材料占基体树脂75wt％。
(3)三元复合白色导电纤维的制备：将聚对苯二甲酸乙二酯树脂10wt％，和步骤(2)制得的白色导电母粒15wt％、聚对苯二甲酸乙二酯树脂75wt％，分 别通过双螺杆挤出机熔融，经复合纺丝喷丝组件(280℃)，2000米/分钟卷绕，经80℃下2.1倍牵伸、160℃热定型得到白色导电纤维。
本实例所制备的三元复合白色导电纤维的强度为2.10cN/dtex，表面电阻率为4.2×108Ωcm，单根纤维直径为36μm。
实施例4
(1)纳米导电材料的制备：将适量棒状纳米二氧化钛和一定量去离子水加入到反应釜中搅拌均匀，然后用硫酸调节溶液至pH＝2.0，控制温度为55℃；在搅拌下滴加质量比为12:1总浓度为14wt％的四氯化锡和三氯化锑混合溶液，同时滴加一定浓度的氢氧化钠保持溶液的pH值恒定；混合液滴完后，继续保持温度55回流4h；然后过滤，用去离子水洗涤干净，然后置于真空干燥箱中70℃干燥10h，研磨后置于马弗炉中700℃煅烧10h，得到纳米棒状导电材料，其表面电阻率为7.8×104Ωcm。
(2)白色导线母粒的制备：将干燥过的基体聚酯树脂与步骤(1)制得的纳米导电材料、分散剂、润滑剂混合均匀，加入双螺杆挤出机，经熔融，水冷却，切粒制得白色导电母粒，然后真空干燥备用；分散剂占基体树脂0.05wt％，润滑剂占基体树脂0.05wt％，纳米导电材料占基体树脂75wt％。
(3)三元复合白色导电纤维的制备：将聚对苯二甲酸乙二酯树脂10wt％，和步骤(2)制得的白色导电母粒20wt％、聚对苯二甲酸乙二酯树脂70wt％，分别通过双螺杆挤出机熔融，经复合纺丝喷丝组件(280℃)，2000米/分钟卷绕，经80℃下2.1倍牵伸、160℃热定型得到白色导电纤维。
本实例所制备的三元复合白色导电纤维的强度为2.10cN/dtex，表面电阻率为1.4×108Ωcm，单根纤维直径为48μm。
实施例5
(1)纳米导电材料的制备：将适量棒状纳米二氧化钛和一定量去离子水加入到反应釜中搅拌均匀，然后用硫酸调节溶液至pH＝2.5，控制温度为55℃；在搅拌下滴加质量比为12:1总浓度为14wt％的四氯化锡和三氯化锑混合溶液，同时滴加一定浓度的氢氧化钠保持溶液的pH值恒定；混合液滴完后，继续保持温度55回流4h；然后过滤，用去离子水洗涤干净，然后置于真空干燥箱中70℃干燥10h，研磨后置于马弗炉中700℃煅烧10h，得到纳米棒状导电材料，其表面电阻率为1.4×104Ωcm。
(2)白色导线母粒的制备：将干燥过的基体聚酯树脂与步骤(1)制得的纳米导电材料、分散剂、润滑剂混合均匀，加入双螺杆挤出机，经熔融，水冷却，切粒制得白色导电母粒，然后真空干燥备用；分散剂占基体树脂0.05wt％，润滑剂占基体树脂0.05wt％，纳米导电材料占基体树脂75wt％。
(3)三元复合白色导电纤维的制备：将聚对苯二甲酸乙二酯树脂10wt％，和步骤(2)制得的白色导电母粒20wt％、聚对苯二甲酸乙二酯树脂70wt％，分别通过双螺杆挤出机熔融，经复合纺丝喷丝组件(280℃)，2000米/分钟卷绕，经80℃下2.1倍牵伸、160℃热定型得到白色导电纤维。
本实例所制备的三元复合白色导电纤维的强度为2.04cN/dtex，表面电阻率为8.7×107Ωcm，单根纤维直径为48μm。
Claims (8)
1.一种三元复合白色导电纤维的制备方法，其特征在于：制备的三元复合白色导电纤维具按照质量分数计为：芯层15～5wt％，中间25～15wt％，皮层60～80wt％；所述的芯层为聚对苯二甲酸乙二酯树脂或聚酰胺，所述的中间层为含白色纳米导电材料的聚酯树脂，白色纳米导电材料为棒状二氧化钛表面包覆掺杂氧化锡和氧化锑，导电粉占聚酯纤维60～85wt％；所述的皮层为聚烯烃树脂或聚酯树脂，制备得到的三元复合白色导电纤维直径小于60μm。
2.如权利要求1所述的一种三元复合白色导电纤维的制备方法，其特征在于所述的三元复合结构导电纤维，其按照质量分数计为芯层15～5wt％，中间25～15wt％，皮层60～80wt％。
3.如权利要求1所述的一种三元复合导电白色纤维的制备方法，其特征在于所述的三元复合结构导电纤维，其芯部为聚对苯二甲酸乙二酯树脂或聚酰胺，中间层为含有60～85wt％白色纳米导电材料的聚酯树脂，皮层为聚烯烃树脂或聚酯树脂。
4.根据权利要求1所述的一种三元复合白色导电纤维的制备方法，其特征在于所述的白色纳米导电材料为棒状二氧化钛表面包覆掺杂氧化锡和氧化锑，直径为200～300nm，长度为5-8um。
5.根据权利要求1所述的一种三元复合白色导电纤维的制备方法，其特征在所述的聚烯烃树脂为聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯中的一种。
6.如权利要求1所述的一种三元复合白色导电纤维的制备方法，其特征在于所述的聚酯树脂为聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种三元复合导电纤维的制备方法，其特征在于：
(1)纳米导电材料的制备：将适量棒状纳米二氧化钛和一定量去离子水加入到反应釜中搅拌均匀，然后用硫酸调节溶液至pH＝1.0～3.0，控制温度为50～65℃；在搅拌下滴加质量比为10:1～16:1总浓度为12～18wt％的四氯化锡和三氯化锑混合溶液，同时滴加一定浓度的氢氧化钠保持溶液的pH值恒定；混合液滴完后，继续保持温度(50℃-65℃)回流一定时间；然后过滤，用去离子水洗涤干净，然后置于真空干燥箱中70℃干燥10h，研磨后置于马弗炉中650～850℃煅烧10h，得到纳米棒状导电材料，其表面电阻率为1.2×104～4.8×105Ωcm。
(2)白色导线母粒的制备：将干燥过的基体聚酯树脂与纳米导电材料、分散 剂、润滑剂混合均匀，经过双螺杆熔融挤出，切粒得到的白色导电纤维；分散剂占基体树脂0.05～1wt％，润滑剂占基体树脂0.01～0.1wt％，纳米导电材料占基体树脂60～85wt％。
(3)三元复合白色导电纤维的制备：将聚对苯二甲酸乙二酯树脂或聚酰胺15～5wt％，和步骤(2)制得的夜光母粒25～15wt％、聚烯烃树脂或聚酯树脂60～80wt％，分别通过双螺杆挤出机熔融，经复合纺丝喷丝组件，经牵伸、热定型得到白色导电纤维。
8.根据权利要求1所述的一种三元复合导电纤维的制备方法，其特征在于所述的三元复合白色导电纤维直径小于60μm，电阻率为1.1×107～3.7×109Ωcm。
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