CN109778347A - 异形截面复合导电纤维及其制备方法、抗静电面料及其放电方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种异形截面复合导电纤维及其制备方法、抗静电面料及其放电方法，属于纺织技术领域。该复合导电纤维包括基体组分和导电组分，基体组分的横截面的形状为多角形或者多叶形，导电组分存在于多角形的顶点处或者多叶形的顶点处。该制备方法包括：将该复合导电纤维中的基体组份和导电组分熔融共混，形成共混物料；共混物料在双组份纺丝机上进行复合纺丝，得到异形截面复合导电纤维。该抗静电面料包括该异形截面复合导电纤维。该放电方法包括：在电场的作用下，抗静电面料产生的静电荷通过导电组分迁移，逐渐聚集在多角形的顶点或者多叶形的顶点，电场的场强增大，当电场的场强增大到放电强度时，在多角形的顶点或者多叶形的顶点放电。

Description

异形截面复合导电纤维及其制备方法、抗静电面料及其放电 方法

技术领域

本发明涉及纺织技术领域，特别是涉及一种异形截面复合导电纤维及其制备方法、抗静电面料及其放电方法。

背景技术

生产生活中所使用的面料基本都是由天然纤维和人工合成纤维制成的,这些纤维都是有机材料，是电的不良导体，在使用过程中因摩擦等原因会产生静电荷，产生静电场。当积聚的静电荷达到一定的密度，静电场达到一定的强度，就会发生静电放电现象。静电具有严重的危害性。静电场具有能量和力两方面的特点，具有静电的放电效应和静电的力学效应，会导致的事故和灾难。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种异形截面复合导电纤维及其制备方法、抗静电面料及其放电方法，其有利于静电荷的释放，能够提高静电释放效率，从而更加适于实用。

为了达到上述第一个目的，本发明提供的异形截面复合导电纤维的技术方案如下：

本发明提供的异形截面复合导电纤维包括基体组分和导电组分，所述基体组分的横截面的形状为多角形或者多叶形，所述导电组分存在于所述多角形的顶点处或者所述多叶形的顶点处。

本发明提供的异形截面复合导电纤维还可采用以下技术措施进一步实现。

作为优选，所述多角形的角的数量的取值范围为2～6，所述多叶形的叶的数量的取值范围为2～6。

作为优选，所述导电组分的横截面几何形状的曲率半径≤5μm。

作为优选，所述异形截面复合导电纤维选自未拉伸丝、拉伸丝、预取向丝、假捻丝、空气变形丝中的一种。

作为优选，

所述基体组分是热塑性有机高分子聚合物；

所述导电组分是包含热塑性有机高分子聚合物、导电材料和助剂的组合物。

作为优选，用于构成所述基体组分的热塑性有机高分子聚合物选自碳链有机高分子聚合物、杂链有机高分子聚合物或者元素有机高分子聚合物。

作为优选，用于构成所述导电组分的热塑性有机高分子聚合物选自聚酯类有机高分子聚合物、聚酰胺类有机高分子聚合物或者聚烯烃类有机高分子聚合物。

作为优选，所述导电材料选自金属粉、金属化合物、导电碳材料、导电有机大分子材料、导电高分子材料中的一种。

为了达到上述第二个目的，本发明提供的异形截面复合导电纤维的的制备方法的技术方案如下：

本发明提供的异形截面复合导电纤维的制备方法包括以下步骤：

将本发明提供的异形截面复合导电纤维中的基体组份和导电组分熔融共混，形成共混物料；

所述共混物料在双组份纺丝机上进行复合纺丝，得到异形截面复合导电纤维，其中，所述基体组分的横截面的形状为多角形或者多叶形，所述导电组分存在于所述多角形的顶点处或者所述多叶形的顶点处。

本发明提供的异形截面复合导电纤维的制备方法还可采用以下技术措施进一步实现。

作为优选，将本发明提供的异形截面复合导电纤维中的基体组份和导电组分熔融共混，形成共混物料的过程中，所述共混料中还包括助剂，所述助剂包括表面修饰和润滑剂。

为了达到上述第三个目的，本发明提供的抗静电面料的技术方案如下：

本发明提供的抗静电面料包括本发明提供的异形截面复合导电纤维。

为了达到上述第四个目的，本发明提供的抗静电面料的放电方法技术方案如下：

本发明提供的抗静电面料的放电方法包括以下步骤：

在电场的作用下，本发明提供的抗静电面料产生的静电荷通过所述导电组分迁移，所述静电荷逐渐聚集在所述多角形的顶点或者所述多叶形的顶点；

随着所述静电荷在所述多角形的顶点或者所述多叶形的顶点的聚集增多，电场的场强增大，当电场的场强增大到放电强度时，在所述多角形的顶点或者所述多叶形的顶点放电。

经由本发明提供的方法制备得到的异形界面复合导电纤维不仅具有良好的导电性能，而且在导电纤维的横截面的几何形状进行了创新设计，一是导电组分的最大限度的外露，二是限定了导电组分外露部分的曲率半径，此种设计更有利于静电荷的释放，提高静电释放效率。由于该抗静电面料应用了该异形界面复合导电纤维，因此，其同样能够提高静电释放效率。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。

在附图中：

图1为本发明实施例提供的一种三角形截面的复合导电纤维的截面图；

图2为本发明实施例提供的一种四叶形截面的复合导电纤维的截面图；

图3为本发明实施例提供的一种“一”字形截面的复合导电纤维的界面图。

具体实施方式

本发明为解决现有技术存在的问题，提供一种异形截面复合导电纤维及其制备方法、抗静电面料及其放电方法，其有利于静电荷的释放，能够提高静电释放效率，从而更加适于实用。

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的异形截面复合导电纤维及其制备方法、抗静电面料及其放电方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，具体的理解为：可以同时包含有A与B，可以单独存在A，也可以单独存在B，能够具备上述三种任一种情况。

静电具有严重的危害性。静电场具有能量和力两方面的特点，具有静电的放电效应和静电的力学效应，会导致的事故和灾难。其中，

静电的放电效应是指：局部电场强度达到或超过周围介质的击穿场强，即发生静电放电。静电场作为一种能量存在方式，通过放电转化为热能、光能、电磁辐射能等其它能量形式。在放电过程中可以通过热效应和电磁辐射效应导致易燃易爆的油品、可燃气体、火工品、粉尘爆炸，导致微电子器件的损毁失效及由射频干扰引发电子设备误动作。

静电的力学效应是指：根据库仑定律，处于电场中的带有电荷的物体，将受到电荷间的吸引力或排斥力。纺纱时纤维绕皮辊、织造时经纱相互排斥开口不齐、服装穿着时吸附灰尘、缠绕肢体等现象均源于此，为生产生活带来诸多不便。

因此，为了避免静电导致的危害，需要在这些面料中添加导电纤维，制成抗静电面料。

抗静电面料即是在普通纤维面料中添加导电纤维。面料在使用过程中因摩擦等原因会产生静电荷，并形成静电场，导电纤维具有良好的电导率，可以使产生的静电荷快速的迁移，在局部形成积聚，电场强度增加，致使它附近的空气被电离而产生气体放电，此现象称电晕放电。通过电晕放电，面料的静电荷得到有效的扩散，从而减小面静电荷密度，达到了抗静电的作用，避免危害的发生。

现有的导电纤维的种类有：金属纤维、导电材料涂覆纤维、导电材料嵌入式复合纤维等。其中金属纤维的成本高、可纺织性能差，导电材料涂覆纤维的耐久性差，而导电材料嵌入式复合有机纤维的电导率完全可以满足抗静电面料的标准要求，又具有可纺织性、耐久性，综合性能优良，从而在抗静电面料上得到广泛的应用。

有鉴于此，发明人经过长期不懈地努力，发现，影响导电纤维的静电荷释放效率的环节有两个环节，一是静电荷的迁移，二是静电荷的释放。静电荷的迁移依赖于导电纤维的导电性能的优劣，静电荷的释放有两种方式：接触放电和电晕放电，释放的效率和导电纤维的横截面几何形状的设计相关。

一般来讲，面料表面产生的静电荷的释放有两种方式，一是通过良导体向大地释放，另一是通过电晕放电的方式向空气中释放，后者是面料静电释放的主要方式。相对于皮芯型导电纤维，本发明的纤维有效放电部位的曲率半径更小，符合尖端放电理论，可产生尖端放电效应。尖端放电效应，即在电场作用下，面料产生的静电荷会通过导电纤维迁移，并向表面曲率半径大的放电部分积聚，根据高斯理论，随着静电荷的积聚电场强度也会增大，当电场达到放电强度时，就会发生尖端放电现象。在尖端放电过程中，由于整体面料表面的静电荷都向放电点汇集，因此面料在整体表面静电荷面密度较小的情况下即可发生放电，亦即提前放电，减小了放电量，降低了放电产生的光热能量释放所导致危害的可能性。传统的多点式导电纤维，导电组分与基体材料两组分的横截面是内切圆的关系，理论上讲只有一线可与其他带电体接触，接触几率小。

本发明实施例提供的异形截面复合导电纤维包括基体组分和导电组分，基体组分的横截面的形状为多角形或者多叶形，导电组分存在于多角形的顶点处或者多叶形的顶点处。

本发明实施例提供的异形界面复合导电纤维的导电组分存在于角或叶的顶点处，在几何形状上有效放电部分的空气暴露面积更大，增加了与其他带电体的接触几率，有利于电荷的快速迁移。

其中，多角形的角的数量的取值范围为2～6，多叶形的叶的数量的取值范围为2～6。具体而言，当多角形的角的数量为2时，呈横截面为“一”字型的导电纤维，如实施例3所示；当多角形的角的数量为3时，呈横截面为三角形的导电纤维，如实施例1所示；当多角形的角的数量为4时，呈横截面为四叶形的导电纤维，如实施例2所示；依此类推，还可以有当多角形的角的数量为5 时的导电纤维，当多角形的角的数量为6时的导电纤维。

其中，导电组分的横截面几何形状的曲率半径≤5μm。在这种情况下，能够于导电组分处形成尖端放电，从而增加了与其他带电体的接触几率，有利于电荷的快速迁移。

其中，异形截面复合导电纤维选自未拉伸丝、拉伸丝、预取向丝、假捻丝、空气变形丝中的一种。由于本发明实施例提供的异形界面复合导电纤维的原料取材广泛，因此，其能够增加应用未拉伸丝、拉伸丝、预取向丝、假捻丝、空气变形丝中的一种或者混纺后所得面料的与其他带电体的接触几率，有利于电荷的快速迁移。

其中，基体组分是热塑性有机高分子聚合物；导电组分是包含热塑性有机高分子聚合物、导电材料和助剂的组合物。

其中，热塑性有机高分子聚合物选自碳链有机高分子聚合物、杂链有机高分子聚合物或者元素有机高分子聚合物。

其中，热塑性有机高分子聚合物选自聚酯类有机高分子聚合物、聚酰胺类有机高分子聚合物或者聚烯烃类有机高分子聚合物。

其中，导电材料选自金属粉、金属化合物、导电碳材料、导电有机大分子材料、导电高分子材料中的一种。在这种情况下，能够根据实际纺丝条件进行选择，选择适用性更广泛。

本发明实施例提供的异形截面复合导电纤维的制备方法包括以下步骤：

步骤S101：将本发明提供的异形截面复合导电纤维中的基体组份和导电组分熔融共混，形成共混物料；

步骤S102：共混物料在双组份纺丝机上进行复合纺丝，得到异形截面复合导电纤维，其中，基体组分的横截面的形状为多角形或者多叶形，导电组分存在于多角形的顶点处或者多叶形的顶点处。

经由本发明实施例提供的方法制备得到的异形界面复合导电纤维的导电组分存在于角或叶的顶点处，在几何形状上有效放电部分的空气暴露面积更大，增加了与其他带电体的接触几率，有利于电荷的快速迁移。

其中，将本发明提供的异形截面复合导电纤维中的基体组份和导电组分熔融共混，形成共混物料的过程中，共混料中还包括助剂，助剂包括表面修饰和润滑剂。在这种情况下，由于表面修饰和润滑剂的作用，能够使得制成的异形截面复合导电纤维具有较好的外观。

本发明提供的抗静电面料包括本发明提供的异形截面复合导电纤维。

本发明提供的抗静电面料的放电方法包括以下步骤：

步骤S201：在电场的作用下，本发明提供的抗静电面料产生的静电荷通过导电组分迁移，静电荷逐渐聚集在多角形的顶点或者多叶形的顶点；

步骤S202：随着静电荷在多角形的顶点或者多叶形的顶点的聚集增多，电场的场强增大，当电场的场强增大到放电强度时，在多角形的顶点或者多叶形的顶点放电。

实施例1

将PA6、PA66、PA56或PA610等聚酰胺类聚合物、无机纳米导电粉体和其他助剂(包括表面修饰剂和润滑剂)按质量比例28：70：2熔融共混，制备成导电复合体系A。将PA6、PA66、PA56或PA610等聚酰胺类聚合物和导电复合体系A在双组分纺丝机上进行复合纺丝，体积复合比92：8，制备成横截面为三角形的导电纤维，如附图1所示，1-基体组分，2-导电组分。该导电纤维的导电组分横截面几何形状的曲率半径≦5μm，体积比电阻≤10⁶Ω·cm，力学性能满足使用要求。

实施例2

将PET、PBT或PTT等聚酯类聚合物、纳米导电碳黑粉体和其他助剂(包括表面修饰剂和润滑剂)按质量比例63：35：2熔融共混，制备成导电复合体系 B。将PET、PBT或PTT等聚酯类聚合物和导电复合体系B在双组分纺丝机上进行复合纺丝，体积复合比90：10，制备成横截面为四叶形的导电纤维，如附图2所示，1-基体组分，2-导电组分。该导电纤维的导电组分横截面几何形状的曲率半径≦5μm，体积比电阻≤10³Ω·cm，力学性能满足使用要求。

实施例3

将PP或PE等聚烯烃类聚合物、纳米导电碳黑粉体、碳纳米管和其他助剂 (包括表面修饰剂和润滑剂)按质量比例73：20：5：2熔融共混，制备成导电复合体系B。将PP或PE等聚烯烃类聚合物和导电复合体系B在双组分纺丝机上进行复合纺丝，体积复合比90：10，制备成横截面为“一”字型的导电纤维，如附图3所示，1-基体组分，2-导电组分。该导电纤维的导电组分横截面几何形状的曲率半径≦5μm，体积比电阻≤103Ω·cm，力学性能满足使用要求。

本发明实施例1～3提供的异形界面复合导电纤维具有良好的导电性，并具有良好的使用性能，包括好的力学性能、可纺织性能等，可以制成长丝和短纤维，加入到抗静电面料中。所制成的抗静电面料具有更好的抗静电效果，其静电电压最大值和静电荷面密度值可减小10～20％。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种异形截面复合导电纤维，其特征在于，包括基体组分和导电组分，所述基体组分的横截面的形状为多角形或者多叶形，所述导电组分存在于所述多角形的顶点处或者所述多叶形的顶点处。

2.根据权利要求1所述的异形截面复合导电纤维，其特征在于，所述多角形的角的数量的取值范围为2～6，所述多叶形的叶的数量的取值范围为2～6。

3.根据权利要求1所述的异型截面复合导电纤维，其特征在于，所述导电组分的横截面几何形状的曲率半径≤5μm。

4.根据权利要求1所述的异形截面复合导电纤维，其特征在于，所述异形截面复合导电纤维选自未拉伸丝、拉伸丝、预取向丝、假捻丝、空气变形丝中的一种。

5.根据权利要求1所述的异形截面复合导电纤维，其特征在于，

所述基体组分是热塑性有机高分子聚合物；

所述导电组分是包含热塑性有机高分子聚合物、导电材料和助剂的组合物。

6.根据权利要求5所述的异形截面复合导电纤维，其特征在于，用于构成所述基体组分的热塑性有机高分子聚合物选自碳链有机高分子聚合物、杂链有机高分子聚合物或者元素有机高分子聚合物；

作为优选，用于构成所述导电组分的热塑性有机高分子聚合物选自聚酯类有机高分子聚合物、聚酰胺类有机高分子聚合物或者聚烯烃类有机高分子聚合物；

作为优选，所述导电材料选自金属粉、金属化合物、导电碳材料、导电有机大分子材料、导电高分子材料中的一种。

7.权利要求1～6中任一所述的异形截面复合导电纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将权利要求1～6中任一所述的异形截面复合导电纤维中的基体组份和导电组分熔融共混，形成共混物料；

所述共混物料在双组份纺丝机上进行复合纺丝，得到异形截面复合导电纤维，其中，所述基体组分的横截面的形状为多角形或者多叶形，所述导电组分存在于所述多角形的顶点处或者所述多叶形的顶点处。

8.根据权利要求7所述的异形截面复合导电纤维的制备方法，其特征在于，将权利要求1～6中任一所述的异形截面复合导电纤维中的基体组份和导电组分熔融共混，形成共混物料的过程中，所述共混料中还包括助剂，所述助剂包括表面修饰和润滑剂。

9.一种抗静电面料，其特征在于，所述抗静电面料的原料包括权利要求1～6中任一所述的异形截面复合导电纤维。

10.一种权利要求9所述的抗静电面料的放电方法，其特征在于，包括以下步骤：

在电场的作用下，权利要求9所述的抗静电面料产生的静电荷通过所述导电组分迁移，所述静电荷逐渐聚集在所述多角形的顶点或者所述多叶形的顶点；

随着所述静电荷在所述多角形的顶点或者所述多叶形的顶点的聚集增多，电场的场强增大，当电场的场强增大到放电强度时，在所述多角形的顶点或者所述多叶形的顶点放电。