CN113005561A - 导电纤维及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开提供一种导电纤维以及导电纤维的制造方法。该导电纤维的制造方法包含：提供第一溶液，其中该第一溶液包含可纺高分子溶解于第一溶剂中，其中该可纺高分子与该第一溶液的重量比例为5:95至20:80。提供第二溶液，其中该第二溶液包含导电材料分散于第二溶剂中，其中该导电材料与该第二溶液的重量比例为5:95至20:80；其中该导电材料型态为树枝状(dendrite)或雪花状(snowflake like)。接着，将该第一溶液及该第二溶液进行湿式纺丝制程，得到该导电纤维。
Description
【技术领域】
本发明公开涉及一种导电纤维及导电纤维的制造方法。
【背景技术】
在纺织纤维产业中，导电纤维是制造智能型纺织品以及穿戴式装置的重要关键材料。传统导电纤维以金属纤维为主，具有强度与刚性，但不具有弹性以及可拉伸能力，因此在穿着上舒适性不佳。
应用于服饰的传统纤维虽具有较佳的穿著舒适佳，然而因为化学结构不具有共轭特性，不具有导电特性。为了使传统纤维具有导电特性，一般将碳黑与高分子材料进行混掺及压出(挤出)形成母粒后，进行抽丝。但此方法需添加较多的碳黑(50％以上)，使得纤维强度受到过多碳黑添加而降低。此外，由于碳黑与高分子兼容性不佳，易发生相分离现象，而使导电性不易提升。使传统纤维具有导电特性的另一方式是将导电剂与高分子混掺，以赋予纤维导电性，但纤维加工性与导电能力相对较差。且传统导电剂与高分子混掺时需添加较大量导电剂，才能具备优良导电特性，因此也会提高制造时的成本。
因此，业界需要一种添加新颖的导电材料获得的导电纤维及其制造方法，以解决现有技术所遭遇到的问题。
【发明内容】
根据本发明公开的实施方式，本发明公开提供一种导电纤维的制造方法，包含以下步骤。提供第一溶液，其中该第一溶液包含可纺高分子溶解于第一溶剂中，其中该可纺高分子与该第一溶液的重量比例为5:95至20:80。提供第二溶液，其中该第二溶液包含导电材料分散于第二溶剂中，其中该导电材料与该第二溶液的重量比例为5:95至20:80；其中该导电材料型态为树枝状(dendrite)或雪花状(snowflake like)。接着，将该第一溶液及该第二溶液进行湿式纺丝制程，得到该导电纤维。
根据本发明公开的另一实施方式，本发明公开提供一种导电纤维。该导电纤维包含导电材料以及可纺高分子，其中该导电材料型态包括树枝状(dendrite)或雪花状(snowflake like)，其中该可纺高分子与该导电材料的重量比例为7:3至3:7，以该可纺高分子及该导电材料的总重为基准。
【附图说明】
图1-2为本发明公开的实施方式导电材料型态树枝状(dendrite)；
图3为本发明公开的实施方式导电材料型态雪花状(snowflake like)的示意图；
图4为本发明公开的实施方式实心导电纤维的剖面结构示意图；
图5为本发明公开的实施方式中空导电纤维的剖面结构示意图；以及
图6为本发明公开的其他实施方式的具有芯鞘结构的导电纤维的剖面结构示意图；以及；
图7为本发明公开的另一实施方式的具有芯鞘结构的导电纤维的剖面结构示意图。
【符号说明】
1 中央主干；
3、9 侧枝；
5 副侧枝；
7 分枝；
8 多叉分枝点；
10 导电纤维；
11 中空部；
12 可纺高分子；
13 壳部；
14 导电材料；
15 弹性高分子；
16 芯部；
17 鞘部；
100 树枝状导电材料；
200 雪花状导电材料。
【具体实施方式】
以下针对本发明公开所述的导电纤维及导电纤维的制造方法作详细说明。应了解的是，以下的叙述提供许多不同的实施方式或例子，用以实施本发明公开的不同方案。以下所述特定的组件及排列方式仅为简单描述本发明公开。当然，这些仅用以举例而非对本发明公开的限定。此外，在不同实施方式中可能使用重复的标号或标示。这些重复仅为了简单清楚地叙述本发明公开，不代表所讨论的不同实施方式及/或结构之间具有任何关联性。且在图式中，实施方式的形状、数量、或厚度可扩大，并以简化或方便的方式标示。再者，图式中各组件的部分将以分别描述说明，值得注意的是，图中未绘示或描述的组件，为所属技术领域普通技术人员所知的形式，此外，特定的实施方式仅为揭示本发明公开使用的特定方式，其并非用以限定本发明公开。
本发明公开提供一种导电纤维及导电纤维的制造方法，藉由提供新颖的导电材料将其均匀分散于可纺高分子结构中，藉由导电材料特殊形貌的分枝形成网络结构，可达到低添加量及低电阻的功效；或可进一步配合添加弹性高分子结合，进行湿式纺丝制程。如此一来，可以制备出具导电性的实心、中空或是具有芯鞘结构的导电纤维。此外，本发明公开所述的导电纤维除了具有导电性外，进一步可提高穿着时的舒适性及低阻抗的优势。
本发明公开提供一种导电纤维的制造方法，包含以下步骤。提供第一溶液，其中该第一溶液包含可纺高分子溶解于第一溶剂中，其中该可纺高分子与该第一溶液的重量比例为5:95至20:80(例如7:93、10:90、12:88、15:85、或17:83)。提供第二溶液，其中该第二溶液包含导电材料分散于第二溶剂中，其中该导电材料与该第二溶液的重量比例为5:95至20:80(例如7:93、10:90、12:88、15:85、或17:83)；其中该导电材料型态为树枝状(dendrite)或雪花状(snowflake like)。接着，将该第一溶液及该第二溶液进行湿式纺丝制程，得到该导电纤维。
根据本发明公开的实施方式，该导电材料可为金属材料。
根据本发明公开的实施方式，该导电材料为树枝状(dendrite)导电材料或雪花状(snowflake like)导电材料。
请参照图1，本发明公开所述的树枝状导电材料100指该导电材料由中央主干(central stem)1和许多侧枝(side branche)3组成。其中，该侧枝与该中央主干的最小夹角θ可为30度至90度。仍请参照图1，该树枝状(dendrite)导电材料的长度(L)定义为该中央主干的最大距离，而该树枝状(dendrite)导电材料的径长(D)定义为该导电材料在垂直该中央主干方向的最大宽度。根据本发明公开的实施方式，该树枝状(dendrite)导电材料可具有的长径比(length to diameter ratio(L/D))介于约5至15，例如5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15。根据本发明公开的某些实施方式，该树枝状(dendrite)导电材料的长度(L)可为1μm至20μm，而其径长(D)可为0.3μm至5μm。根据本发明公开的实施方式，请参照图2，本发明公开所述的树枝状导电材料100具有中央主干(central stem)1，其侧枝(sidebranch)3亦可具有复数个副侧枝(sub-side branch)5。根据本发明公开的实施方式，该副侧枝(sub-side branch)5亦可为分枝状(branched)的(未图示)。
请参照图3，本发明公开所述的雪花状导电材料200指该导电材料为具有至少一个多叉(multifurcated)分枝点(branch point)8的导电材料。其中，该多叉分枝点8指四叉(tetrafurcated)分枝点、五叉(pentafurcated)分枝点、或六叉分枝点。仍请参照图3，本发明公开所述的雪花状导电材料200其上的分枝7亦可具有复数个侧枝(side branch)9。
根据本发明公开的实施方式，该导电材料可为金属或该金属的合金，其中该金属可为金、银、铜、铝、镍、或其合金。举例来说，该导电材料可为金、银、铜、铝、镍、含金的合金、含银的合金、含铜的合金、含铝的合金、含镍的合金或上述的组合。
根据本发明公开的实施方式，该可纺高分子与该导电材料的重量比例为7:3至3:7(例如3.5:6.5、4:6、5:5、6:4)。
根据本发明公开的实施方式，该第一溶液的固含量可为约5wt％至20wt％；以及，该第二溶液的固含量可为约5wt％至20wt％。
根据本发明公开的实施方式，该可纺高分子可为聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)、硅藻酸钠(sodium alginate)、羧甲基纤维素(carboxy methyl cellulose)、聚氨酯(polyurethane)、聚酯(polyester)、聚苯乙烯-丁二烯-苯乙烯树脂(styrene-butadiene-styrene resin,SBS)、丁腈橡胶(聚丙烯腈-丁二烯树脂，Nitrile butadiene rubber,NBR)、或上述的组合。此外，根据本发明公开的某些实施方式，该可纺高分子的重均分子量可为10,000g/mol至500000g/mol)，例如50,000g/mol至300,000g/mol。根据本发明公开的实施方式，该第一溶剂与该第二溶剂可为相同或不同。举例来说，该第一溶剂与该第二溶剂可各自独立为去离子水、二甲基甲酰胺(dimethyl formamide)、二甲基乙酰胺(dimethylacetamide)、二甲基砜(dimethylsulfone)、四氢呋喃(tetrahydrofuran)、二氯甲烷(dichloromethane)、甲基乙基酮(methylethyl ketone)、或氯仿(chloroform)。根据本发明公开的实施方式，该第一溶剂及该第二溶剂可互溶。
根据本发明公开的实施方式，该第一溶液与该第二溶液的重量比例为1:2至3:1。
根据本发明公开的实施方式，本发明公开提供一种导电纤维。该导电纤维包含导电材料以及可纺高分子，该可纺高分子与该导电材料的重量比例为7:3至3:7，(例如3.5:6.5、4:6、5:5、或6:4)。若该可纺高分子的重量比例过低，易导致所得导电性纤维中导电材料从纤维中露出(即无法成纤)；以及，若该导电材料的重量比例过低，易导致所得导电性纤维的导电度下降甚至不导电。根据本发明公开的实施方式，本发明公开所述的导电纤维的纤维细度可0.3mm至2mm(例如0.3mm至1.0mm、0.4mm至0.9mm、或0.5mm至0.8mm)，电阻值可为9Ω/cm至300Ω/cm。
根据本发明公开的实施方式，请参照图4，为本发明公开的导电纤维10的剖面结构示意图。如图4所示，该导电纤维10可为实心导电纤维，且该导电纤维10由可纺高分子12以及导电材料14所构成。根据本发明公开的实施方式，该导电纤维10由可纺高分子12以及导电材料14所构成。根据本发明公开实施方式，该可纺高分子与该导电材料的重量比例为7:3至3:7，(例如3.5:6.5、4:6、5:5、或6:4)。
根据本发明公开的实施方式，图4所述实心导电纤维的制造方法可包含以下步骤。首先，提供上述第一溶液及上述第二溶液。接着，将该第一溶液及该第二溶液混合，得到第三溶液，其中该第一溶液与该第二溶液的重量比例为约1:2至3:1。值得注意的是，该第一溶剂及该第二溶剂为互溶，且该可纺高分子需可溶于该第二溶剂中。接着，利用该第三溶液作为纺织液进行湿式纺丝，得到该实心导电纤维。
根据本发明公开的实施方式，请参照图5，为本发明公开的导电纤维10的剖面结构示意图。如图5所示，该导电纤维10可为中空导电纤维，其中该中空导电纤维包含中空部11及壳部13，其中该壳部13由可纺高分子12以及导电材料14所构成。根据本发明公开的实施方式，该壳部13由可纺高分子12、导电材料14所构成。根据本发明公开的实施方式，该中空导电纤维的中空部11及壳部13的体积比例可为约3:1至1:3。根据本发明公开的实施方式，该可纺高分子与该导电材料的重量比例为约1:2至3:1，例如1:1、1.5:1、2:1、或2.5:1。
根据本发明公开的实施方式，图5所述中空导电纤维的制造方法可包含以下步骤。首先，提供上述第一溶液及上述第二溶液。接着，将该第一溶液及该第二溶液混合，得到第三溶液，其中该第一溶液与该第二溶液的重量比例为约1:2至3:1。值得注意的是，该第一溶剂及该第二溶剂为互溶，且该可纺高分子需可溶于该第二溶剂中。接着，将纺丝凝固浴(例如硫酸钠水溶液，浓度为1％至15％，以硫酸钠水溶液总重为基准)作为内纺口纺丝液以及所得第三溶液作为外纺口纺丝液，并经由双纺口纺丝装置进行湿式纺丝，得到该中空导电纤维。
根据本发明公开的实施方式，请参照图6，为本发明公开的导电纤维10的剖面结构示意图。如图6所示，该导电纤维10可为具有芯鞘结构的导电性纤维，其中该芯鞘结构由芯部16及鞘部17构成，其中该芯部16包含该可纺高分子12与该导电材料14，而该鞘部17包含弹性高分子15。根据本发明公开的实施方式，该具有芯鞘结构的导电性弹性纤维的芯部16及鞘部17的体积比例可为约3:1至1:3。
根据本发明公开的实施方式，图6所述具有芯鞘结构的导电性纤维的制造方法可包含以下步骤。首先，提供上述第一溶液及上述第二溶液。接着，将该第一溶液及该第二溶液混合，得到第三溶液，其中该第一溶剂及该第二溶剂为互溶，且该可纺高分子溶于该第二溶剂中。然后，提供第四溶液，其中该第四溶液包含弹性高分子溶解于第三溶剂中；最后，将该第三溶液作为内纺口纺丝液，以及该第四溶液作为外纺口纺丝液，并经由双纺口纺丝装置进行湿式纺丝，得到该具有芯鞘结构的导电性纤维。根据本发明公开的其他实施方式，该第四溶液包含上述弹性高分子溶解于该第三溶剂中，其中该弹性高分子与该第三溶液的重量比例为约5:95至20:80(例如7:93、10:90、12:88、15:85、或17:83)。根据本发明公开的实施方式，该第一溶液的固含量可为约5wt％至20wt％；该第二溶液的固含量可为约5wt％至20wt％；第三溶液的固含量可为约5wt％至20wt％；以及，该第四溶液的固含量可为约5wt％至20wt％。
根据本发明公开的其他实施方式，请参图7，该导电纤维10可为具有芯鞘结构的导电性纤维，其中该芯鞘结构由芯部16及鞘部17构成，其中该芯部16包含该弹性高分子15，而该鞘部17包含可纺高分子12与该导电材料14。
为了让本发明公开的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举数个实施例，作详细说明如下：
树枝状银粉的制备
将0.1-0.6wt％重量份的硝酸银(Silver nitrate、购自Sigma-Aldrich)及1-5wt％重量份的硝酸(Nitric acid、购自Sigma-Aldrich)溶解于去离子水中，得到溶液。将0.02-0.2wt％重量份的聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone、购自Sigma-Aldrich)加入上述溶液中并搅拌后，将上述溶液置于电化学沉积设备中，电流密度设定为4ASD，以ITO(氧化铟锡)玻璃为工作电极，Ag-AgCl为参考电极，以铂(Pt)为对电极，沉积时间为5-15分钟，以获得树枝状银粉(径长为约0.5-2μm，长度为约5-20μm)。
导电型纤维的制备
实施例1：
将聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol，商品编号为BF-24)与水性聚氨酯(商品编号为Paramillion AF36)，溶解于去离子水，得到第一溶液(固含量为12wt％，以水、聚乙烯醇、及水性聚氨酯的总重为基准)(聚乙烯醇与水性聚氨酯比例为9:1)。此外，将树枝状银粉(作为导电材料)分散于去离子水，得到第二溶液(导电材料与水的重量比为20:80)。接着，将第一溶液加入第二溶液中(第一溶液与第二溶液的重量比为5:5)。接着，在50℃下搅拌120分钟(搅拌速度为100rpm)，使所得混合溶液中的树枝状银粉可充分分散于上述第一溶液中以得到第三溶液。接着，利用纺丝装置进行湿式纺丝，并将第三溶液作为纺丝液，得到实心的导电性纤维(1)。纺丝条件如下：纺口直径为1.0mm；纺丝温度为50℃；出液速度为3cc/min；纺丝速度为1m/min；凝固浴为5％硫酸钠水溶液；以及，凝固浴温度为25℃。接着，以电子显微镜(JEOL JSM6480)测量导电性纤维(1)的纤维细度(fiber fineness)，并利用微电阻计(Hioki RM3544)测量导电性纤维(1)的电阻值(resistance)，结果如表1所示。
实施例2：
将聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol，商品编号为BF-24)与水性聚氨酯(商品编号为Paramillion AF36)，溶解于去离子水，得到第一溶液(固含量为12wt％，以水、聚乙烯醇、及水性聚氨酯的总重为基准)(聚乙烯醇与水性聚氨酯比例为9:1)。此外，将树枝状银粉(作为导电材料)分散于去离子水，得到第二溶液(导电材料与水的重量比为20:80)。接着，将第一溶液加入第二溶液中(第一溶液与第二溶液的重量比例为5:5)。接着，在50℃下搅拌120分钟(搅拌速度为100rpm)，使所得混合溶液中的树枝状银粉可充分分散于上述第一溶液中以得到第三溶液。将聚氨酯(作为弹性高分子)(由Formosa Asahi spandex制造、商品编号为Roica)溶解于二甲基乙酰胺(N,N-dimethyl acetamide)，得到第四溶液(固含量为15wt％)。接着，使用双纺口纺丝装置进行湿式纺丝，以该第三溶液作为内纺口纺丝液，将该第四溶液作为外纺口纺丝液，并经由双纺口纺丝装置进行湿式纺丝。得到具有芯鞘结构的导电性纤维(2)(其中水性聚氨酯/聚乙烯醇/树枝状银粉构成该芯部，而该聚氨酯构成该鞘部)。纺丝条件如下：内纺口直径为1.0mm；外纺口直径为0.6mm；纺丝温度为50℃；内纺口出液速度为3.6cc/min；外纺口出液速度为2.4cc/min；纺丝速度为1m/min；凝固浴为5％硫酸钠水溶液；以及，凝固浴温度为25℃。接着，以电子显微镜(JEOL JSM6480)测量导电性纤维(2)的纤维细度(fiber fineness)，并利用微电阻计(Hioki RM3544)测量导电性纤维(2)的电阻值(resistance)，结果如表1所示。
实施例3：
将聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol，商品编号为BF-24)与水性聚氨酯(商品编号为Paramillion AF36)，溶解于去离子水，得到第一溶液(固含量为12wt％，以水、聚乙烯醇、及水性聚氨酯的总重为基准)(聚乙烯醇与水性聚氨酯比例为9:1)。此外，将树枝状银粉(作为导电材料)分散于去离子水，得到第二溶液(导电材料与水的重量比为20:80)。接着，将第一溶液加入第二溶液中(第一溶液与第二溶液的重量比例为5:5)。接着，在50℃下搅拌120分钟(搅拌速度为100rpm)，使所得混合溶液中的树枝状银粉可充分分散于上述第一溶液中以得到第三溶液，将所得第三溶液作为纺丝液。接着，使用双纺口纺丝装置进行湿式纺丝，以所得混合溶液作为外纺口纺丝液，并以5％硫酸钠水溶液作为内纺口纺丝液，得到中空的导电性纤维(3)。纺丝条件如下：内纺口直径为1.0mm；外纺口直径为1.9mm；纺丝温度为50℃；内纺口出液速度为0.6cc/min；外纺口出液速度为2.1cc/min；纺丝速度为15m/min；凝固浴为5％硫酸钠水溶液；以及，凝固浴温度为25℃。接着，以电子显微镜(JEOL JSM6480)测量导电性纤维(3)的纤维细度(fiber fineness)，并利用微电阻计(Hioki RM3544)测量导电性纤维(3)的电阻值(resistance)，结果如表1所示。
实施例4：
将聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol，商品编号为BF-24)与水性聚氨酯(商品编号为Paramillion AF36)，溶解于去离子水，得到第一溶液(固含量为12wt％，以水、聚乙烯醇、及水性聚氨酯的总重为基准)(聚乙烯醇与水性聚氨酯比例为9:1)。此外，将树枝状银粉(作为导电材料)分散于去离子水，得到第二溶液(导电材料与水的重量比为20:80)。接着，将第一溶液加入第二溶液中(第一溶液与第二溶液的重量比例为4:6)。接着，在50℃下搅拌120分钟(搅拌速度为100rpm)，使所得混合溶液中的树枝状银粉可充分分散于上述第一溶液中以得到第三溶液。将聚氨酯(作为弹性高分子)(由Formosa Asahi spandex制造、商品编号为Roica)溶解于二甲基乙酰胺(N,N-dimethyl acetamide)，得到第四溶液(聚氨酯与二甲基乙酰胺的重量比为15:85)。接着，使用双纺口纺丝装置进行湿式纺丝，以该第三溶液作为内纺口纺丝液，将该第四溶液作为一外纺口纺丝液，并经由双纺口纺丝装置进行湿式纺丝。得到具有芯鞘结构的导电性纤维(4)(其中水性聚氨酯/聚乙烯醇/树枝状银粉构成该芯部，而该聚氨酯构成该鞘部)。纺丝条件如下：内纺口直径为1.0mm；外纺口直径为0.6mm；纺丝温度为50℃；内纺口出液速度为3.6cc/min；外纺口出液速度为2.4cc/min；纺丝速度为1m/min；凝固浴为5％硫酸钠水溶液；以及，凝固浴温度为25℃。接着，以电子显微镜(JEOL JSM6480)测量导电性纤维(4)的纤维细度(fiber fineness)，并利用微电阻计(Hioki RM3544)测量导电性纤维(4)的电阻值(resistance)，结果如表1所示。
实施例5：
将聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol，商品编号为BF-24)，溶解于去离子水，得到第一溶液(聚乙烯醇与水的重量比为12:88)。此外，将树枝状银粉(作为导电材料)分散于去离子水，得到第二溶液(导电材料与水重量比为20:80)。接着，将第一溶液加入第二溶液中(第一溶液与第二溶液的重量比例为5:5)。接着，在50℃下搅拌120分钟(搅拌速度为100rpm)，使所得混合溶液中的树枝状银粉可充分分散于上述第一溶液中以得到第三溶液，将所得第三溶液作为纺丝液。接着，利用纺丝装置进行湿式纺丝，得到实心的导电性纤维(5)。纺丝条件如下：纺口直径为1.0mm；纺丝温度为50℃；出液速度为3.0cc/min；纺丝速度为1m/min；凝固浴为5％硫酸钠水溶液；以及，凝固浴温度为25℃。接着，以电子显微镜(JEOL JSM6480)测量导电性纤维(5)的纤维细度(fiber fineness)，并利用微电阻计(Hioki RM3544)测量导电性纤维(5)的电阻值(resistance)，结果如表1所示。
实施例6：
将聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol，商品编号为BF-24)与水性聚氨酯(商品编号为Paramillion AF36)，溶解于去离子水，得到第一溶液(固含量为12wt％，以水、聚乙烯醇、及水性聚氨酯的总重为基准)(聚乙烯醇与水性聚氨酯比例为9:1)。此外，将树枝状银粉(作为导电材料)分散于去离子水，得到第二溶液(导电材料与水的重量比为20:80)。接着，将第一溶液加入第二溶液中(第一溶液与第二溶液的重量比例为3.5:6.5)。接着，在50℃下搅拌120分钟(搅拌速度为100rpm)，使所得混合溶液中的树枝状银粉可充分分散于上述第一溶液中以得到第三溶液，将所得第三溶液作为纺丝液。接着，利用纺丝装置进行湿式纺丝，得到实心的导电性纤维(6)。纺丝条件如下：纺口直径为1.0mm；纺丝温度为50℃；出液速度为3.0cc/min；纺丝速度为1m/min；凝固浴为5％硫酸钠水溶液；以及，凝固浴温度为25℃。接着，以电子显微镜(JEOL JSM6480)测量导电性纤维(6)的纤维细度(fiber fineness)，并利用微电阻计(Hioki RM3544)测量导电性纤维(6)的电阻值(resistance)，结果如表1所示。
比较例1
将聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol，商品编号为BF-24)与(商品编号为ParamillionAF36)，溶解于去离子水，得到第一溶液(固含量为12wt％，以水、聚乙烯醇、及水性聚氨酯的总重为基准)(聚乙烯醇与水性聚氨酯比例为9:1)。此外，将片状银粉(作为导电材料)(由AgPro technology/银品科技制造、商品编号为SYP981)(直径为50:9μm)分散于去离子水，得到第二溶液(导电材料与水的重量比为20:80)。接着，将第一溶液加入第二溶液中(第一溶液与第二溶液的重量比例为5:5)。接着，在50℃下搅拌120分钟(搅拌速度为100rpm)，使所得混合溶液中的树枝状银粉可充分分散于上述第一溶液中以得到第三溶液，将所得第三溶液作为纺丝液。接着，利用纺丝装置进行湿式纺丝，得到实心的导电性纤维(7)。纺丝条件如下：纺口直径为1.0mm；纺丝温度为50℃；出液速度为3cc/min；纺丝速度为1m/min；凝固浴为5％硫酸钠水溶液；以及，凝固浴温度为25℃。接着，以电子显微镜(JEOL JSM6480)测量导电性纤维(7)的纤维细度(fiber fineness)，并利用微电阻计(Hioki RM3544)测量导电性纤维(7)的电阻值(resistance)，结果如表1所示。
比较例2
将聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol，商品编号为BF-24)与水性聚氨酯(商品编号为Paramillion AF36)，溶解于去离子水，得到第一溶液(固含量为12wt％，以水、聚乙烯醇、及水性聚氨酯的总重为基准)(聚乙烯醇与水性聚氨酯比例为9:1)。此外，将纳米银线(作为导电材料)(直径为60nm，长度为22μm)分散于去离子水，得到第二溶液(导电材料与水的重量比为20:80)。接着，将第一溶液加入第二溶液中(第一溶液与第二溶液的重量比例为5:5)。接着，在50℃下搅拌120分钟(搅拌速度为100rpm)，使所得混合溶液中的树枝状银粉可充分分散于上述第一溶液中以得到第三溶液，将所得第三溶液作为纺丝液。接着，利用纺丝装置进行湿式纺丝，得到实心的导电性纤维(8)。纺丝条件如下：纺口直径为1.0mm；纺丝温度为50℃；出液速度为3cc/min；纺丝速度为1m/min；凝固浴为5％硫酸钠水溶液；以及，凝固浴温度为25℃。接着，以电子显微镜(JEOL JSM6480)测量导电性纤维(8)的纤维细度(fiberfineness)，并利用微电阻计(Hioki RM3544)测量导电性纤维(8)的电阻值(resistance)，结果如表1所示。
比较例3
将聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol，商品编号为BF-24)与水性聚氨酯(作为弹性高分子)(商品编号为Paramillion AF36)，溶解于去离子水(聚乙烯醇与水性聚氨酯比例为9/1)，得到第一溶液(固含量为12wt％，以水、聚乙烯醇、及水性聚氨酯的总重为基准)(聚乙烯醇与水性聚氨酯比例为9:1)。此外，将树枝状银粉分散于去离子水，得到第二溶液(导电材料与水的重量比为20:80)。接着，将第一溶液加入第二溶液中(第一溶液与第二溶液的重量比例为8:2)。接着，在50℃下搅拌120分钟(搅拌速度为100rpm)，使所得混合溶液中的树枝状银粉可充分分散于上述第一溶液中以得到第三溶液，将所得第三溶液作为纺丝液。接着，利用纺丝装置进行湿式纺丝，得到实心的导电性纤维(9)。纺丝条件如下：纺口直径为1.0mm；纺丝温度为50℃；出液速度为3cc/min；纺丝速度为1m/min；凝固浴为5％硫酸钠水溶液；以及，凝固浴温度为25℃。接着，以电子显微镜(JEOL JSM6480)测量导电性纤维(9)的纤维细度(fiber fineness)，并利用微电阻计(Hioki RM3544)测量导电性纤维(9)的电阻值(resistance)，结果如表1所示。
比较例4
将聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol，商品编号为BF-24)与水性聚氨酯(商品编号为Paramillion AF36)，溶解于去离子水，得到第一溶液(固含量为12wt％，以水、聚乙烯醇、及水性聚氨酯的总重为基准)(聚乙烯醇与水性聚氨酯比例为9:1)。此外，将树枝状银粉分散于去离子水，得到第二溶液(导电材料与水的重量比为20:80)。接着，将第一溶液加入第二溶液中(第一溶液与第二溶液的重量比例为2.5:7.5)。接着，在50℃下搅拌120分钟(搅拌速度为100rpm)，所得混合溶液呈现部分聚集状态，且溶液有树枝状银粉沉淀析出，呈现相分离现象，无法进行纺丝加工。接着，以电子显微镜(JEOL JSM6480)测量导电性纤维(10)的纤维细度(fiber fineness)，并利用微电阻计(Hioki RM3544)测量导电性纤维(10)的电阻值(resistance)，结果如表1所示。
表1
本发明公开所述的导电纤维的制造方法可藉由特殊形貌的导电材料如树枝状或雪花状可均匀分散于可纺高分子中，藉由树枝状银粉本身的分枝形成网络结构，只要树枝状银粉彼此的分枝间在导电纤维有接触到即能形成导电通路，就能达到最低电阻。此外，本发明公开能实现导电材料在低添加量时，便能达到良好的导电特性。本发明公开或可进一步搭配弹性高分子，制备出具导电性的实心、中空或是具有芯鞘结构的导电纤维。
综上所述，相较于传统导电材料(例如片状银粉或纳米银线)，树枝状银粉构成导电通路时因分枝结构具有较多接触点，因此导电能力较佳。此外，该较多接触点的特性可减少水洗后接触点被破坏，因此可达到耐水洗的效果。再者，纤维经拉伸后其导电通路点极易被破坏导致电阻上升。相较之下，树枝状银粉因接触点较多，可承受破坏的能力亦较高，能维持较佳的导电特性。因此，树枝状银粉制成的导电纤维可同时兼顾穿着时的舒适性及低阻抗的优势。
虽然本发明公开已以数个实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明公开，任何本技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明公开的精神和范围内，应可作任意的更动与润饰，因此本发明公开的保护范围应视所附权利要求书所界定的范围为准。
Claims (20)
1.一种导电纤维的制造方法，包含：
提供第一溶液，其中该第一溶液包含可纺高分子溶解于第一溶剂中，其中该可纺高分子与该第一溶液的重量比例为5:95至20:80；
提供第二溶液，其中该第二溶液包含导电材料分散于第二溶剂中，其中该导电材料与该第二溶液的重量比例为5:95至20:80；其中该导电材料型态为树枝状(dendrite)或雪花状(snowflake like)；以及
将该第一溶液及该第二溶液进行湿式纺丝制程，得到该导电纤维。
2.如权利要求1所述的导电纤维的制造方法，其中该导电材料为金、银、铜、铝、镍或上述的组合。
3.如权利要求1所述的导电纤维的制造方法，其中该可纺高分子与该导电材料的重量比例为7:3至3:7。
4.如权利要求1所述的导电纤维的制造方法，其中该导电材料具有5-15的长径比。
5.如权利要求1所述的导电纤维的制造方法，其中该可纺高分子为聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)、硅藻酸钠(sodium alginate)、羧甲基纤维素(carboxy methylcellulose)、聚氨酯(polyurethane)、聚酯(polyester)、聚苯乙烯-丁二烯-苯乙烯树脂(styrene-butadiene-styrene resin,SBS)、丁腈橡胶(Nitrile butadiene rubber,NBR)、或上述的组合。
6.如权利要求1所述的导电纤维的制造方法，其中该第一溶剂及该第二溶剂各自独立为去离子水、二甲基甲酰胺(dimethyl formamide)、二甲基乙酰胺(dimethyl acetamide)、二甲基砜(dimethylsulfone)、四氢呋喃(tetrahydrofuran)、二氯甲烷(dichloromethane)、甲基乙基酮(methylethyl ketone)、或氯仿(chloroform)。
7.如权利要求1所述的导电纤维的制造方法，其中该第一溶液与该第二溶液的重量比例为1:2至3:1。
8.如权利要求1所述的导电纤维的制造方法，其中将该第一溶液及该第二溶液进行湿式纺丝制程包含以下步骤：
将该第一溶液及该第二溶液混合，得到第三溶液，其中该第一溶剂及该第二溶剂为互溶，且该可纺高分子溶于该第二溶剂中；以及
利用该第三溶液作为纺丝液进行湿式纺丝。
9.如权利要求1所述的导电纤维的制造方法，其中将该第一溶液及该第二溶液进行湿式纺丝制程包含以下步骤：
将该第一溶液及该第二溶液混合，得到第三溶液，其中该第一溶剂及该第二溶剂为互溶，且该可纺高分子溶于该第二溶剂中；以及
将纺丝凝固浴作为内纺口纺丝液，以及所得第三溶液作为外纺口纺丝液，并经由双纺口纺丝装置进行湿式纺丝。
10.如权利要求1所述的导电纤维的制造方法，其中将该第一溶液及该第二溶液进行湿式纺丝制程包含以下步骤：
将该第一溶液及该第二溶液混合，得到第三溶液，其中该第一溶剂及该第二溶剂为互溶，且该可纺高分子溶于该第二溶剂中；
提供第四溶液，其中该第四溶液包含弹性高分子溶解于第三溶剂中；以及
将该第三溶液作为内纺口纺丝液，以及该第四溶液作为外纺口纺丝液，并经由双纺口纺丝装置进行湿式纺丝。
11.如权利要求10所述的导电纤维的制造方法，其中该弹性高分子与该第三溶剂的重量比例为5:95至20:80。
12.如权利要求11所述的导电纤维的制造方法，其中该弹性高分子为聚氨酯(polyurethane)、聚苯乙烯-丁二烯-苯乙烯树脂(styrene-butadiene-styrene resin,SBS)、丁腈橡胶(nitrile butadiene rubber,NBR)、或上述的组合。
13.一种导电纤维，包含：
导电材料以及可纺高分子，其中该导电材料型态包括树枝状(dendrite)或雪花状(snowflake like)，其中该可纺高分子与该导电材料的重量比例为7:3至3:7，以该可纺高分子及该导电材料的总重为基准。
14.如权利要求13所述的导电纤维，其中该导电材料包括金、银、铜、铝、镍或上述的组合。
15.如权利要求13所述的导电纤维，其中该导电材料具有5-15的长径比。
16.如权利要求13所述的导电纤维，其中该可纺高分子为聚乙烯醇(polyvinylalcohol)、硅藻酸钠(sodium alginate)、羧甲基纤维素(carboxy methyl cellulose)、聚氨酯(polyurethane)、聚酯(polyester)、聚苯乙烯-丁二烯-苯乙烯树脂(styrene-butadiene-styrene resin,SBS)、丁腈橡胶(Nitrile butadiene rubber,NBR)、或上述的组合。
17.如权利要求13所述的导电纤维，其中该导电纤维为实心导电纤维。
18.如权利要求13所述的导电纤维，其中该导电纤维为中空导电纤维。
19.如权利要求13所述的导电纤维，其中该导电纤维还包含弹性高分子。
20.如权利要求19所述的导电纤维，其中该导电纤维为具有芯鞘结构的导电纤维，其中该芯鞘结构由芯部及鞘部构成，其中该芯部包含该可纺高分子及该导电材料，而该鞘部包含该弹性高分子。
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