CN110318107A - 一种有机导电短纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有机导电短纤维，包括内层和外层；所述内层的截面呈梅花花瓣状，所述外层包覆于内层的外周，且所述外层的截面轮廓呈圆形；所述内层由包括以下重量份的原料制成：聚对苯二甲酸乙二醇酯75～85份、聚己二酰间苯二甲胺16～26份；所述外层由包括以下重量份的原料制成：聚对苯二甲酸乙二醇酯60～80份、混合弹性体15～25份、石墨烯3～5份、炭黑7～11份、纳米填料2.5～4.5份。本发明通的有机导电短纤维具有体积比电阻低，导电性能较好，导电性持久，抗静电性能好；且具有手感柔软，强度较高，耐磨耐侯性好等优点；因此，适合制成的各种导电织物，且穿着舒服，尤其适用于适用于易燃易爆的场所。

Description

一种有机导电短纤维及其制备方法
技术领域
本发明涉及功能纤维制品领域，具体涉及一种有机导电短纤维及其制备方法。
背景技术
随着工业生产的发展，因静电造成的事故日益增多，静电的作用和危害才因此受到各国研究机构和学术组织的重视。
近年来，随着计算机、电信、微波炉等的迅速发展和普及，人类生活、工作环境中的电磁辐射日渐严重，因而产生的电磁波干扰对电子仪器设备的正常工作及人类的健康带来了很多负面影响。为了防止静电干扰和电磁波干扰，从20世纪中期至今，人们已开发出各种抗静电产品和电磁屏蔽材料。近十年，研究的重点又更多的转向了导电纤维。由于导电纤维的抗静电效果显著而持久，且不受环境湿度的影响。用导电纤维制成的导电织物，具有导电、导热、屏蔽、吸收电磁波等功能，广泛应用于电子、电力行业的导电网、抗静电服、医疗行业的电热服、电热绷带；航空、航天、精密电子行业的电磁屏蔽罩等方面。因此，导电纤维的研制和应用越来越受到重视。
制备导电纤维主要分为下列几种方法：
一、共混纺丝法：即在基体聚合物中直接加入导电粒子（金属粒子、炭黑粒子、金属氧化物等），进行直接纺丝，或将导电母粒与基体聚合物进行复合纺丝而制成的导电纤维。采用这类方法制成的导电纤维在国内外已发表的专利有很多，如美国专利US4835056，US5391432，，US5776608等；中国专利包括CN1438363A，CN1563562A，CN101086088A等。通过该方法，所得纤维的导电性能都不是很高，因为导电粒子的添加量直接影响到纤维的可纺性，以及纤维的各项力学性能。
二、表面涂覆法：表面涂覆的方法一般是将导电材料与粘合剂以一定的比例混合，并均匀的涂到纤维的表面，赋予纤维导电性能；或通过电镀方法在纤维表面进行镀层，制备导电纤维。这种方法国内外也均有报道，如美国专利US4716055，US4061827等，中国专利CN87104346A，CN1424455A等均采用表面涂覆的方法。这种通过表面涂覆方法所制备的导电纤维导电性较好，但纤维手感粗硬，不适于进行纺织加工。
三、导电聚合物直接纺丝或导电聚合物单体界面聚合方法：该方法是利用本身具有导电性能的高聚物进行直接纺丝，制备导电纤维（US5788897，CN1316554A），或采用导电聚合物单体在基体聚合物表面上进行聚合，在基体聚合物表面上形成导电层，赋予纤维导电性。该类聚合物包括聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等。该方法的主要问题是聚合物合成机理复杂，纺丝工艺难以控制，聚合物单体有毒，环境对导电性能有一定的影响。
但是，共混纺丝法开发过程短，开发成本相对较低，如何通过该方法，获得高导电性的纤维，同时又保证导电粒子的添加不影响到纤维的可纺性，以及纤维的各项力学性能，是一项亟待解决的问题。
基于上述情况，本发明提出了一种有机导电短纤维及其制备方法，可有效解决以上问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有机导电短纤维及其制备方法。本发明通过精选原料组成，并优化各原料含量，使制得的有机导电短纤维具有体积比电阻低，导电性能较好，导电性持久，抗静电性能好；且具有手感柔软，强度较高，耐磨耐侯性好等优点；因此，适合制成的各种导电织物，且穿着舒服，尤其适用于适用于易燃易爆的场所。
为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是：
一种有机导电短纤维，包括内层和外层；所述内层的截面呈梅花花瓣状，所述外层包覆于内层的外周，且所述外层的截面轮廓呈圆形；所述内层由包括以下重量份的原料制成：聚对苯二甲酸乙二醇酯75～85份、聚己二酰间苯二甲胺16～26份；
所述外层由包括以下重量份的原料制成：聚对苯二甲酸乙二醇酯60～80份、混合弹性体15～25份、石墨烯3～5份、炭黑7～11份、纳米填料2.5～4.5份。
本发明通过精选原料组成，并优化各原料含量，使制得的有机导电短纤维具有体积比电阻低，导电性能较好，导电性持久，抗静电性能好；且具有手感柔软，强度较高，耐磨耐侯性好等优点；因此，适合制成的各种导电织物，且穿着舒服，尤其适用于适用于易燃易爆的场所。
本发明获得了具有高导电性的有机导电短纤维，同时又保证导电粒子的添加不影响到纤维的可纺性，以及纤维的各项力学性能。
优选的，所述内层由包括以下重量份的原料制成：聚对苯二甲酸乙二醇酯80份、聚己二酰间苯二甲胺22.5份；所述外层由包括以下重量份的原料制成：聚对苯二甲酸乙二醇酯72份、混合弹性体21.5份、石墨烯4.3份、炭黑8.7份、纳米填料3.9份。
优选的，所述混合弹性体为SEBS热塑性弹性体和聚烯烃弹性体的混合物。
更优选的，所述SEBS热塑性弹性体和聚烯烃弹性体的混合物中SEBS热塑性弹性体和聚烯烃弹性体的质量之比为1：0.75～0.95。
优选的，所述纳米填料为纳米掺锑二氧化锡和铜基导电填料的混合物。
更优选的，所述纳米掺锑二氧化锡和铜基导电填料的混合物中纳米掺锑二氧化锡和铜基导电填料的质量之比为1：1.2～1.4。
优选的，所述有机导电短纤维的细度为1.5～3d。
本发明还提供一种如前所述的有机导电短纤维的制备方法，包括下列步骤：
A、内层和外层原料分别混合、烘干：按重量份分别称取内层和外层的各自原料，将内层和外层原料分别采用搅拌机进行均匀混合，然后分别采用真空烘干设备进行烘干，直至内层和外层的各原料的含水率均低于2‰，烘干温度采用140～145℃，烘干时间为24～48h；
B、将混合烘干后的内层原料送入单螺杆挤出机熔融成内层混合熔体；
C、将混合烘干后的外层原料送入双螺杆挤出机熔融成外层混合熔体；
D、内层混合熔体和外层混合熔体，进入复合纺丝机，经熔体分配后，从复合喷丝板中喷出，形成具有内层和外层结构的丝条，然后经吹风冷却、上油、拉伸卷绕，得到所述有机导电短纤维。
优选的，步骤B中，所述单螺杆挤出机的加热区段为5段，加热温度依次为220～230℃、235～245℃、245～255℃、255～265℃、270～280℃。
优选的，步骤C中，所述双螺杆挤出机的加热区段为6段，加热温度依次为220～230℃、235～245℃、245～255℃、255～265℃、265～275℃、275～285℃。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
本发明通过精选原料组成，并优化各原料含量，使制得的有机导电短纤维具有体积比电阻低，导电性能较好，导电性持久，抗静电性能好；且具有手感柔软，强度较高，耐磨耐侯性好等优点；因此，适合制成的各种导电织物，且穿着舒服，尤其适用于适用于易燃易爆的场所。
本发明获得了具有高导电性的有机导电短纤维，同时又保证导电粒子的添加不影响到纤维的可纺性，以及纤维的各项力学性能。
本发明有机导电短纤维的制备方法工艺简单和成本较低的优点。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是不能理解为对本专利的限制。
下述实施例中所述试验方法或测试方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均从常规商业途径获得，或以常规方法制备。
实施例1：
一种有机导电短纤维，包括内层和外层；所述内层的截面呈梅花花瓣状，所述外层包覆于内层的外周，且所述外层的截面轮廓呈圆形；所述内层由包括以下重量份的原料制成：聚对苯二甲酸乙二醇酯75～85份、聚己二酰间苯二甲胺16～26份；
所述外层由包括以下重量份的原料制成：聚对苯二甲酸乙二醇酯60～80份、混合弹性体15～25份、石墨烯3～5份、炭黑7～11份、纳米填料2.5～4.5份。
优选的，所述内层由包括以下重量份的原料制成：聚对苯二甲酸乙二醇酯80份、聚己二酰间苯二甲胺22.5份；所述外层由包括以下重量份的原料制成：聚对苯二甲酸乙二醇酯72份、混合弹性体21.5份、石墨烯4.3份、炭黑8.7份、纳米填料3.9份。
优选的，所述混合弹性体为SEBS热塑性弹性体和聚烯烃弹性体的混合物。
更优选的，所述SEBS热塑性弹性体和聚烯烃弹性体的混合物中SEBS热塑性弹性体和聚烯烃弹性体的质量之比为1：0.75～0.95。
优选的，所述纳米填料为纳米掺锑二氧化锡和铜基导电填料的混合物。
更优选的，所述纳米掺锑二氧化锡和铜基导电填料的混合物中纳米掺锑二氧化锡和铜基导电填料的质量之比为1：1.2～1.4。
优选的，所述有机导电短纤维的细度为1.5～3d。
本发明还提供一种如前所述的有机导电短纤维的制备方法，包括下列步骤：
A、内层和外层原料分别混合、烘干：按重量份分别称取内层和外层的各自原料，将内层和外层原料分别采用搅拌机进行均匀混合，然后分别采用真空烘干设备进行烘干，直至内层和外层的各原料的含水率均低于2‰，烘干温度采用140～145℃，烘干时间为24～48h；
B、将混合烘干后的内层原料送入单螺杆挤出机熔融成内层混合熔体；
C、将混合烘干后的外层原料送入双螺杆挤出机熔融成外层混合熔体；
D、内层混合熔体和外层混合熔体，进入复合纺丝机，经熔体分配后，从复合喷丝板中喷出，形成具有内层和外层结构的丝条，然后经吹风冷却、上油、拉伸卷绕，得到所述有机导电短纤维。
优选的，步骤B中，所述单螺杆挤出机的加热区段为5段，加热温度依次为220～230℃、235～245℃、245～255℃、255～265℃、270～280℃。
优选的，步骤C中，所述双螺杆挤出机的加热区段为6段，加热温度依次为220～230℃、235～245℃、245～255℃、255～265℃、265～275℃、275～285℃。
实施例2：
一种有机导电短纤维，包括内层和外层；所述内层的截面呈梅花花瓣状，所述外层包覆于内层的外周，且所述外层的截面轮廓呈圆形；所述内层由包括以下重量份的原料制成：聚对苯二甲酸乙二醇酯75份、聚己二酰间苯二甲胺16份；
所述外层由包括以下重量份的原料制成：聚对苯二甲酸乙二醇酯60份、混合弹性体15份、石墨烯3份、炭黑7份、纳米填料2.5份。
在本实施例中，所述混合弹性体为SEBS热塑性弹性体和聚烯烃弹性体的混合物。
在本实施例中，所述SEBS热塑性弹性体和聚烯烃弹性体的混合物中SEBS热塑性弹性体和聚烯烃弹性体的质量之比为1：0.75。
在本实施例中，所述纳米填料为纳米掺锑二氧化锡和铜基导电填料的混合物。
在本实施例中，所述纳米掺锑二氧化锡和铜基导电填料的混合物中纳米掺锑二氧化锡和铜基导电填料的质量之比为1：1.2。
在本实施例中，所述有机导电短纤维的细度为1.5。
在本实施例中，所述的有机导电短纤维的制备方法，包括下列步骤：
A、内层和外层原料分别混合、烘干：按重量份分别称取内层和外层的各自原料，将内层和外层原料分别采用搅拌机进行均匀混合，然后分别采用真空烘干设备进行烘干，直至内层和外层的各原料的含水率均低于2‰（各原料的含水量可能略有不同，但均低于2‰，即符合本发明的生产要求了，下同），烘干温度采用140℃，烘干时间为48h；
B、将混合烘干后的内层原料送入单螺杆挤出机熔融成内层混合熔体；
C、将混合烘干后的外层原料送入双螺杆挤出机熔融成外层混合熔体；
D、内层混合熔体和外层混合熔体，进入复合纺丝机，经熔体分配后，从复合喷丝板中喷出，形成具有内层和外层结构的丝条，然后经吹风冷却、上油、拉伸卷绕，得到所述有机导电短纤维。
在本实施例中，步骤B中，所述单螺杆挤出机的加热区段为5段，加热温度依次为220℃、235℃、245℃、255℃、270℃。
在本实施例中，步骤C中，所述双螺杆挤出机的加热区段为6段，加热温度依次为220℃、235℃、245℃、255℃、265℃、275℃。
经测试，本实施例得到所述有机导电短纤维的体积比电阻为3.1×103Ω·cm。
实施例3：
一种有机导电短纤维，包括内层和外层；所述内层的截面呈梅花花瓣状，所述外层包覆于内层的外周，且所述外层的截面轮廓呈圆形；所述内层由包括以下重量份的原料制成：聚对苯二甲酸乙二醇酯85份、聚己二酰间苯二甲胺26份；
所述外层由包括以下重量份的原料制成：聚对苯二甲酸乙二醇酯80份、混合弹性体25份、石墨烯5份、炭黑11份、纳米填料4.5份。
在本实施例中，所述混合弹性体为SEBS热塑性弹性体和聚烯烃弹性体的混合物。
在本实施例中，所述SEBS热塑性弹性体和聚烯烃弹性体的混合物中SEBS热塑性弹性体和聚烯烃弹性体的质量之比为1：0.95。
在本实施例中，所述纳米填料为纳米掺锑二氧化锡和铜基导电填料的混合物。
在本实施例中，所述纳米掺锑二氧化锡和铜基导电填料的混合物中纳米掺锑二氧化锡和铜基导电填料的质量之比为1：1.4。
在本实施例中，所述有机导电短纤维的细度为3d。
在本实施例中，所述的有机导电短纤维的制备方法，包括下列步骤：
A、内层和外层原料分别混合、烘干：按重量份分别称取内层和外层的各自原料，将内层和外层原料分别采用搅拌机进行均匀混合，然后分别采用真空烘干设备进行烘干，直至内层和外层的各原料的含水率均低于2‰，烘干温度采用145℃，烘干时间为24h；
B、将混合烘干后的内层原料送入单螺杆挤出机熔融成内层混合熔体；
C、将混合烘干后的外层原料送入双螺杆挤出机熔融成外层混合熔体；
D、内层混合熔体和外层混合熔体，进入复合纺丝机，经熔体分配后，从复合喷丝板中喷出，形成具有内层和外层结构的丝条，然后经吹风冷却、上油、拉伸卷绕，得到所述有机导电短纤维。
在本实施例中，步骤B中，所述单螺杆挤出机的加热区段为5段，加热温度依次为230℃、245℃、255℃、265℃、280℃。
在本实施例中，步骤C中，所述双螺杆挤出机的加热区段为6段，加热温度依次为230℃、245℃、255℃、265℃、275℃、285℃。
经测试，本实施例得到所述有机导电短纤维的体积比电阻为2.6×103Ω·cm。
实施例4：
一种有机导电短纤维，包括内层和外层；所述内层的截面呈梅花花瓣状，所述外层包覆于内层的外周，且所述外层的截面轮廓呈圆形；所述内层由包括以下重量份的原料制成：聚对苯二甲酸乙二醇酯80份、聚己二酰间苯二甲胺22.5份；所述外层由包括以下重量份的原料制成：聚对苯二甲酸乙二醇酯72份、混合弹性体21.5份、石墨烯4.3份、炭黑8.7份、纳米填料3.9份。
在本实施例中，所述混合弹性体为SEBS热塑性弹性体和聚烯烃弹性体的混合物。
在本实施例中，所述SEBS热塑性弹性体和聚烯烃弹性体的混合物中SEBS热塑性弹性体和聚烯烃弹性体的质量之比为1：0.86。
在本实施例中，所述纳米填料为纳米掺锑二氧化锡和铜基导电填料的混合物。
在本实施例中，所述纳米掺锑二氧化锡和铜基导电填料的混合物中纳米掺锑二氧化锡和铜基导电填料的质量之比为1：1.33。
在本实施例中，所述有机导电短纤维的细度为2d。
在本实施例中，所述的有机导电短纤维的制备方法，包括下列步骤：
A、内层和外层原料分别混合、烘干：按重量份分别称取内层和外层的各自原料，将内层和外层原料分别采用搅拌机进行均匀混合，然后分别采用真空烘干设备进行烘干，直至内层和外层的各原料的含水率均低于2‰，烘干温度采用142℃，烘干时间为40h；
B、将混合烘干后的内层原料送入单螺杆挤出机熔融成内层混合熔体；
C、将混合烘干后的外层原料送入双螺杆挤出机熔融成外层混合熔体；
D、内层混合熔体和外层混合熔体，进入复合纺丝机，经熔体分配后，从复合喷丝板中喷出，形成具有内层和外层结构的丝条，然后经吹风冷却、上油、拉伸卷绕，得到所述有机导电短纤维。
在本实施例中，步骤B中，所述单螺杆挤出机的加热区段为5段，加热温度依次为225℃、242℃、251℃、264℃、275℃。
在本实施例中，步骤C中，所述双螺杆挤出机的加热区段为6段，加热温度依次为225℃、242℃、251℃、264℃、272℃、283℃。
经测试，本实施例得到所述有机导电短纤维的体积比电阻为7.6×102Ω·cm。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种有机导电短纤维，其特征在于，包括内层和外层；所述内层的截面呈梅花花瓣状，所述外层包覆于内层的外周，且所述外层的截面轮廓呈圆形；所述内层由包括以下重量份的原料制成：聚对苯二甲酸乙二醇酯75～85份、聚己二酰间苯二甲胺16～26份；所述外层由包括以下重量份的原料制成：聚对苯二甲酸乙二醇酯60～80份、混合弹性体15～25份、石墨烯3～5份、炭黑7～11份、纳米填料2.5～4.5份。
2.根据权利要求1所述的有机导电短纤维，其特征在于，所述内层由包括以下重量份的原料制成：聚对苯二甲酸乙二醇酯80份、聚己二酰间苯二甲胺22.5份；所述外层由包括以下重量份的原料制成：聚对苯二甲酸乙二醇酯72份、混合弹性体21.5份、石墨烯4.3份、炭黑8.7份、纳米填料3.9份。
3.根据权利要求1所述的有机导电短纤维，其特征在于，所述混合弹性体为SEBS热塑性弹性体和聚烯烃弹性体的混合物。
4.根据权利要求3所述的有机导电短纤维，其特征在于，所述SEBS热塑性弹性体和聚烯烃弹性体的混合物中SEBS热塑性弹性体和聚烯烃弹性体的质量之比为1：0.75～0.95。
5.根据权利要求1所述的有机导电短纤维，其特征在于，所述纳米填料为纳米掺锑二氧化锡和铜基导电填料的混合物。
6.根据权利要求5所述的有机导电短纤维，其特征在于，所述纳米掺锑二氧化锡和铜基导电填料的混合物中纳米掺锑二氧化锡和铜基导电填料的质量之比为1：1.2～1.4。
7.根据权利要求1所述的有机导电短纤维，其特征在于，所述有机导电短纤维的细度为1.5～3d。
8.一种如权利要求1至7任一项所述的有机导电短纤维的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：
A、内层和外层原料分别混合、烘干：按重量份分别称取内层和外层的各自原料，将内层和外层原料分别采用搅拌机进行均匀混合，然后分别采用真空烘干设备进行烘干，直至内层和外层的各原料的含水率均低于2‰，烘干温度采用140～145℃，烘干时间为24～48h；
B、将混合烘干后的内层原料送入单螺杆挤出机熔融成内层混合熔体；
C、将混合烘干后的外层原料送入双螺杆挤出机熔融成外层混合熔体；
D、内层混合熔体和外层混合熔体，进入复合纺丝机，经熔体分配后，从复合喷丝板中喷出，形成具有内层和外层结构的丝条，然后经吹风冷却、上油、拉伸卷绕，得到所述有机导电短纤维。
9.根据权利要求8所述的有机导电短纤维的制备方法，其特征在于，步骤B中，所述单螺杆挤出机的加热区段为5段，加热温度依次为220～230℃、235～245℃、245～255℃、255～265℃、270～280℃。
10.根据权利要求8所述的有机导电短纤维的制备方法，其特征在于，步骤C中，所述双螺杆挤出机的加热区段为6段，加热温度依次为220～230℃、235～245℃、245～255℃、255～265℃、265～275℃、275～285℃。
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