CN115522280A - 一种利用熔融纺丝制备具有液态金属芯纤维的方法 - Google Patents

一种利用熔融纺丝制备具有液态金属芯纤维的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115522280A
CN115522280A CN202211076304.7A CN202211076304A CN115522280A CN 115522280 A CN115522280 A CN 115522280A CN 202211076304 A CN202211076304 A CN 202211076304A CN 115522280 A CN115522280 A CN 115522280A
Authority
CN
China
Prior art keywords
liquid metal
core
thermoplastic polymer
fiber
spinning
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202211076304.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115522280B (zh
Inventor
陈龙
潘丹
王立诚
孙俊芬
蔡正国
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Donghua University
Original Assignee
Donghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Donghua University filed Critical Donghua University
Priority to CN202211076304.7A priority Critical patent/CN115522280B/zh
Publication of CN115522280A publication Critical patent/CN115522280A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115522280B publication Critical patent/CN115522280B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F8/00—Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof
    • D01F8/04—Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof from synthetic polymers
    • D01F8/06—Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof from synthetic polymers with at least one polyolefin as constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D127/00—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D127/02—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Coating compositions based on derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C09D127/12—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Coating compositions based on derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment containing fluorine atoms
    • C09D127/18—Homopolymers or copolymers of tetrafluoroethene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/08—Anti-corrosive paints
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/18—Fireproof paints including high temperature resistant paints
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/28—Formation of filaments, threads, or the like while mixing different spinning solutions or melts during the spinning operation; Spinnerette packs therefor
    • D01D5/30—Conjugate filaments; Spinnerette packs therefor
    • D01D5/34—Core-skin structure; Spinnerette packs therefor
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F1/00—General methods for the manufacture of artificial filaments or the like
    • D01F1/02—Addition of substances to the spinning solution or to the melt
    • D01F1/10—Other agents for modifying properties
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F8/00—Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof
    • D01F8/04—Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof from synthetic polymers
    • D01F8/12—Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof from synthetic polymers with at least one polyamide as constituent
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F8/00—Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof
    • D01F8/04—Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof from synthetic polymers
    • D01F8/14—Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof from synthetic polymers with at least one polyester as constituent
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F8/00—Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof
    • D01F8/04—Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof from synthetic polymers
    • D01F8/16—Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof from synthetic polymers with at least one other macromolecular compound obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds as constituent
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F8/00—Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof
    • D01F8/18—Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof from other substances

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Multicomponent Fibers (AREA)
  • Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)

Abstract

本发明涉及一种利用熔融纺丝制备具有液态金属芯纤维的方法，将皮层热塑性聚合物通过螺杆挤出、熔体计量泵计量后进入皮芯复合喷丝组件中，同时将芯层液态金属由高压液体注射泵注入到皮芯复合纺丝组件中后进行熔融纺丝制得具有液态金属芯纤维；皮芯复合喷丝组件中与液态金属接触的表面涂覆有耐腐蚀耐高温涂料；热塑性聚合物在纺丝温度下的零切粘度大于500Pa·s；液态金属的注射速度为热塑性聚合物的挤出速度的2倍以上；皮层热塑性聚合物为极性热塑性聚合物或含1wt％以上的金属氧化物或无机氧化物的非极性热塑性聚合物。本发明的方法简单，首次成功利用皮芯复合纺制备具有液态金属芯纤维，填充了现有技术的空白。

Description

一种利用熔融纺丝制备具有液态金属芯纤维的方法
技术领域
本发明属于复合纤维技术领域，涉及一种利用熔融纺丝制备具有液态金属芯纤维的方法。
背景技术
智能可穿戴织物集合了电子传感器件和柔性基体，智能可穿戴设备对于材料柔软形变并且同时兼具良好导电性提出了较高的要求，其中导电纤维因具有一定的导电能力和柔软性收到了较多的关注。目前导电纤维的制备方法大多采用聚合物与炭黑、碳纳米管、石墨烯、聚苯胺、聚吲哚等有机和无机导电材料共混。也有采用液态金属与聚合物共混制备导电纤维，专利CN 111549396 A和CN 112663190 A都是选择首先制备中空纤维，再采用微流控技术在中空纤维内部注射液态金属，具有良好的导电和导热特性，但由于液态金属对金属有腐蚀作用，并且金属相比聚合物有很大的表面张力，难以利用现有的中空组件和纺丝工艺纺丝成形。专利CN 213025431 U将纤维浸泡在液态金属中，从而在纤维表面形成一层导电层，但是液态金属容易脱落。采用熔体复合纺丝直接制备具有液态金属的聚合物纤维还没有报道，由于液态金属对金属有腐蚀作用，且液态金属比重大于5、表面张力高，利用常规皮芯复合纺丝方法纺制时，会出现设备损坏，液态金属出喷丝孔后在纤维中形成球体，难以在现有条件下实现稳定、可控的皮芯复合成形。
因此，研究一种利用熔融纺丝制备具有液态金属芯纤维的方法以解决上述问题具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种利用熔融纺丝制备具有液态金属芯纤维的方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种利用熔融纺丝制备具有液态金属芯纤维的方法，将皮层热塑性聚合物通过螺杆挤出、熔体计量泵计量后进入皮芯复合喷丝组件中，同时将芯层液态金属由高压液体注射泵注入到皮芯复合纺丝组件中后进行熔融纺丝制得具有液态金属芯纤维，其中液态金属始终保持液态，由于芯吸效应很难主动从纤维中跑出来，为以防万一，可用铜丝等其他金属丝堵住纤维两端，或加热使聚合物皮层融化封端；
皮芯复合喷丝组件中与所述液态金属接触的表面涂覆有耐腐蚀耐高温涂料，其中，耐腐蚀是指耐所述液态金属腐蚀，耐高温是指耐纺丝温度；
所述热塑性聚合物在所述纺丝温度下的零切粘度大于500Pa·s，从而克服液态金属过重和表面张力较大造成的成形不稳定问题；所述液态金属的注射速度为所述热塑性聚合物的挤出速度的2倍以上；当零切粘度小于500Pa·s，纤维成形时会受液态金属重力影响造成粗细不匀，经实验确定，液态金属的注射速度为所述热塑性聚合物的挤出速度的2倍以上，液态金属的注射速度过低时，液态金属不能形成连续液体；
所述皮层热塑性聚合物为极性热塑性聚合物或含1wt％以上的金属氧化物或无机氧化物的非极性热塑性聚合物，在非极性热塑性聚合物中加入1wt％以上的金属氧化物或无机氧化物的目的是实现较好的稳定性。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种利用熔融纺丝制备具有液态金属芯纤维的方法，耐腐蚀耐高温涂料为耐腐蚀耐高温特氟龙涂料。
如上所述的一种利用熔融纺丝制备具有液态金属芯纤维的方法，在皮芯复合喷丝组件中与所述液态金属接触的表面涂覆耐腐蚀耐高温特氟龙涂料的具体过程为：将耐腐蚀耐高温特氟龙涂料均匀涂抹于皮芯复合喷丝组件内壁，并利用氮气或惰性气体吹拂均匀，以防止涂料堵塞毛细管，先在室温下静置5～10min，使涂料初步固化，再在280～300℃下固化10～30min，使耐腐蚀耐高温特氟龙涂料彻底定型，整个固化过程使用氮气或惰性气体吹拂中空管道；本发明开发了针对皮芯复合纺丝组件的高温防腐涂敷技术，利用氮气流或惰性气体流在中空组件内壁涂敷特氟龙涂料，制备具有防液态金属腐蚀的中空组件。
如上所述的一种利用熔融纺丝制备具有液态金属芯纤维的方法，所述热塑性聚合物为热塑性聚氨酯弹性体、热塑性聚烯烃弹性体、聚酯、聚丙烯或聚酰胺；当热塑性聚合物为非极性热塑性聚合物时，需要加入金属氧化物或无机氧化物，以减少皮层热塑性聚合物和液态金属的界面张力，减少液态金属的回缩，从而提高成形稳定性。
如上所述的一种利用熔融纺丝制备具有液态金属芯纤维的方法，金属氧化物为氧化铁、氧化亚铜、氧化镧或氧化铈，无机氧化物为二氧化硅、二氧化钛或氧化石墨烯。
如上所述的一种利用熔融纺丝制备具有液态金属芯纤维的方法，所述液态金属为镓铟锡合金、镓铟合金、镓铟锌合金和铋铟锡合金中的一种以上，此处所列的合金的熔点都为5℃。
如上所述的一种利用熔融纺丝制备具有液态金属芯纤维的方法，熔融纺丝的工艺参数包括：热塑性聚合物的挤出速度1～8ml/min，液态金属的注射速度2～16ml/min，卷绕速度40～200m/min；热塑性聚合物的挤出速度和液态金属的注射速度的参数设定取决于纺丝机器，保持液态金属的注射速度为所述热塑性聚合物的挤出速度的2倍以上即可。
如上所述的一种利用熔融纺丝制备具有液态金属芯纤维的方法，具有液态金属芯纤维具有皮芯复合结构，芯层为液态金属，皮层为热塑性聚合物，皮层的厚度为10～600μm，芯层的直径为10～500μm。
如上所述的一种利用熔融纺丝制备具有液态金属芯纤维的方法，具有液态金属芯纤维的断裂强度为2.5cN/dtex以上，电阻不高于3×10-3Ω·cm，经过7倍拉伸后(即对具有液态金属芯纤维进行拉伸，使其拉伸后的长度为原长的7倍)仍能保持导电。
本发明的原理如下：
本发明要解决的技术问题主要有三个：1)现有的中空组件不耐液态金属腐蚀；2)热塑性聚合物与液态金属的表面张力相差较大难以实现复合纺丝；3)热塑性聚合物与液态金属的比重相差较大难以实现复合纺丝；
针对问题1)，本发明采用在皮芯复合喷丝组件中与所述液态金属接触的表面涂覆有耐腐蚀耐高温涂料的手段予以解决，涂覆过程中采用氮气或惰性气体吹拂中空管道，以防止涂料堵塞毛细管；
有关问题2)，本发明采用以非极性热塑性聚合物作为皮层并在其中加入1wt％以上的金属氧化物或无机氧化物，或以极性热塑性聚合物作为皮层的手段予以解决，基本原理为：改变聚合物极性，增加热塑性聚合物与液态金属的结合能力；
有关问题3)，本发明采用调控“热塑性聚合物在纺丝温度下的零切粘度”和“液态金属的注射速度与热塑性聚合物的挤出速度的关系”的手段予以解决，基本原理为：通过增加粘度提高聚合物的熔体强度，以克服液态金属比重大的问题，粘度较大时聚合物的强度大，可承受液态金属比重大带来的不稳定情况；通过液态金属的注射速度与热塑性聚合物的挤出速度的调控匹配，实现对纤维芯层的填充，防止液态金属回缩导致芯层不连续，最终实现纤维的稳定成形。
有益效果：
(1)本发明开发了针对皮芯复合纺丝组件的高温防腐涂敷技术，通过聚合物粘度、液态金属的注射速度与热塑性聚合物的挤出速度之比的控制，解决了纤维的成形稳定性；
(2)本发明首次公开了利用熔融纺丝方法制备具有液态金属芯的聚合物纤维，可以实现一步快速成形，制备的液态金属芯聚合物纤维可以制作应力和应变传感器，从而应用于智能可穿戴织物。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，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
一种利用熔融纺丝制备具有液态金属芯纤维的方法，具体步骤如下：
(1)原料的准备；
皮层热塑性聚合物：含2wt％的氧化铈的聚丙烯；
芯层液态金属：镓铟锡合金，熔点为5℃；
耐腐蚀耐高温特氟龙涂料：市售，生产厂家为：佛山市巴伦亚合金材料科技有限公司，型号为OP-9009；
(2)将耐腐蚀耐高温特氟龙涂料均匀涂抹于皮芯复合喷丝组件内壁，并利用氮气吹拂均匀，先在室温下静置10min，使涂料初步固化，再在280℃下固化20min，整个固化过程使用氮气吹拂中空管道；
(3)将皮层热塑性聚合物通过螺杆挤出、熔体计量泵计量后进入皮芯复合喷丝组件中，同时将芯层液态金属由高压液体注射泵注入到皮芯复合纺丝组件中后进行熔融纺丝制得具有液态金属芯纤维；皮层热塑性聚合物与芯层液态金属质量的比值为10；
其中，熔融纺丝的工艺参数包括：纺丝温度为180℃；热塑性聚合物的挤出速度1mL/min，液态金属的注射速度2mL/min，卷绕速度200m/min；
热塑性聚合物在纺丝温度下的零切粘度为800Pa·s。
制得的具有液态金属芯纤维具有皮芯复合结构，皮层的厚度为138μm，芯层的直径为113μm；具有液态金属芯纤维的断裂强度为2.5cN/dtex，电阻为2×10-3Ω·cm，经过7倍拉伸后仍能保持导电。
对比例1
一种利用熔融纺丝制备具有液态金属芯纤维的方法，基本同实施例1，不同之处仅在于步骤(1)中皮层热塑性聚合物为聚丙烯(即相对于实施例1，其未添加2wt％的氧化铈)。
制备失败，无法成功制得纤维，这是由于聚丙烯与液态金属相互作用较弱，液态金属难以在聚丙烯表面润湿，液态金属成滴流下。
对比例2
一种利用熔融纺丝制备具有液态金属芯纤维的方法，基本同实施例1，不同之处仅在于步骤(3)中的纺丝温度为230℃，热塑性聚合物在纺丝温度下的零切粘度为100Pa·s(即相对于实施例1，其粘度较低)。
制备失败，无法成功制得纤维，这是因为聚合物粘度较低，聚合物的熔体强度较小，难以克服较重液态金属的重力作用，发生不稳定形变。
对比例3
一种利用熔融纺丝制备具有液态金属芯纤维的方法，基本同实施例1，不同之处仅在于步骤(3)中热塑性聚合物的挤出速度为4mL/min(即相对于实施例1，其热塑性聚合物的挤出速度较高)。
制备失败，无法成功制得纤维，这是因为液态金属较少，难以形成连续的液态金属芯。
实施例2
一种利用熔融纺丝制备具有液态金属芯纤维的方法，具体步骤如下：
(1)原料的准备；
皮层热塑性聚合物：聚对苯二甲酸乙二醇酯；
芯层液态金属：镓铟合金，熔点为5℃；
耐腐蚀耐高温特氟龙涂料：市售，生产厂家为：佛山市巴伦亚合金材料科技有限公司，型号为OP-9009；
(2)将耐腐蚀耐高温特氟龙涂料均匀涂抹于皮芯复合喷丝组件内壁，并利用氮气吹拂均匀，先在室温下静置5min，使涂料初步固化，再在300℃下固化10min，整个固化过程使用氮气吹拂中空管道；
(3)将皮层热塑性聚合物通过螺杆挤出、熔体计量泵计量后进入皮芯复合喷丝组件中，同时将芯层液态金属由高压液体注射泵注入到皮芯复合纺丝组件中后进行熔融纺丝制得具有液态金属芯纤维；皮层热塑性聚合物与芯层液态金属质量的比值为10；
其中，熔融纺丝的工艺参数包括：纺丝温度为275℃；热塑性聚合物的挤出速度1mL/min，液态金属的注射速度2mL/min，卷绕速度200m/min；
热塑性聚合物在纺丝温度下的零切粘度为500Pa·s。
制得的具有液态金属芯纤维具有皮芯复合结构，皮层的厚度为138μm，芯层的直径为113μm；具有液态金属芯纤维的断裂强度为3.8cN/dtex，电阻为3×10-3Ω·cm，经过7倍拉伸后仍能保持导电。
实施例3
一种利用熔融纺丝制备具有液态金属芯纤维的方法，具体步骤如下：
(1)原料的准备；
皮层热塑性聚合物：聚酰胺6；
芯层液态金属：镓铟锌合金，熔点为5℃；
耐腐蚀耐高温特氟龙涂料：市售，生产厂家为：佛山市巴伦亚合金材料科技有限公司，型号为OP-9009；
(2)将耐腐蚀耐高温特氟龙涂料均匀涂抹于皮芯复合喷丝组件内壁，并利用氮气吹拂均匀，先在室温下静置7min，使涂料初步固化，再在280℃下固化20min，整个固化过程使用氮气吹拂中空管道；
(3)将皮层热塑性聚合物通过螺杆挤出、熔体计量泵计量后进入皮芯复合喷丝组件中，同时将芯层液态金属由高压液体注射泵注入到皮芯复合纺丝组件中后进行熔融纺丝制得具有液态金属芯纤维；皮层热塑性聚合物与芯层液态金属质量的比值为10；
其中，熔融纺丝的工艺参数包括：纺丝温度为250℃；热塑性聚合物的挤出速度1mL/min，液态金属的注射速度2mL/min，卷绕速度200m/min；
热塑性聚合物在纺丝温度下的零切粘度为1000Pa·s。
制得的具有液态金属芯纤维具有皮芯复合结构，皮层的厚度为138μm，芯层的直径为113μm；具有液态金属芯纤维的断裂强度为4.5cN/dtex，电阻为3×10-3Ω·cm，经过7倍拉伸后仍能保持导电。
实施例4
一种利用熔融纺丝制备具有液态金属芯纤维的方法，具体步骤如下：
(1)原料的准备；
皮层热塑性聚合物：含1wt％的氧化铁的热塑性聚烯烃弹性体(美国陶氏8150)；
芯层液态金属：铋铟锡合金，熔点为5℃；
耐腐蚀耐高温特氟龙涂料：市售，生产厂家为：佛山市巴伦亚合金材料科技有限公司，型号为OP-9009；
(2)将耐腐蚀耐高温特氟龙涂料均匀涂抹于皮芯复合喷丝组件内壁，并利用氮气吹拂均匀，先在室温下静置8min，使涂料初步固化，再在280℃下固化20min，整个固化过程使用氮气吹拂中空管道；
(3)将皮层热塑性聚合物通过螺杆挤出、熔体计量泵计量后进入皮芯复合喷丝组件中，同时将芯层液态金属由高压液体注射泵注入到皮芯复合纺丝组件中后进行熔融纺丝制得具有液态金属芯纤维；皮层热塑性聚合物与芯层液态金属质量的比值为15；
其中，熔融纺丝的工艺参数包括：纺丝温度为190℃；热塑性聚合物的挤出速度2mL/min，液态金属的注射速度6mL/min，卷绕速度40m/min；
热塑性聚合物在纺丝温度下的零切粘度为900Pa·s。
制得的具有液态金属芯纤维具有皮芯复合结构，皮层的厚度为505μm，芯层的直径为437μm；具有液态金属芯纤维的断裂强度为3.5cN/dtex，电阻为1×10-3Ω·cm，经过7倍拉伸后仍能保持导电。
实施例5
一种利用熔融纺丝制备具有液态金属芯纤维的方法，具体步骤如下：
(1)原料的准备；
皮层热塑性聚合物：含2wt％的氧化亚铜的热塑性聚烯烃弹性体(美国陶氏8150)；
芯层液态金属：镓铟锡合金，熔点为5℃；
耐腐蚀耐高温特氟龙涂料：市售，生产厂家为：佛山市巴伦亚合金材料科技有限公司，型号为OP-9009；
(2)将耐腐蚀耐高温特氟龙涂料均匀涂抹于皮芯复合喷丝组件内壁，并利用氮气吹拂均匀，先在室温下静置8min，使涂料初步固化，再在280℃下固化20min，整个固化过程使用氮气吹拂中空管道；
(3)将皮层热塑性聚合物通过螺杆挤出、熔体计量泵计量后进入皮芯复合喷丝组件中，同时将芯层液态金属由高压液体注射泵注入到皮芯复合纺丝组件中后进行熔融纺丝制得具有液态金属芯纤维；皮层热塑性聚合物与芯层液态金属质量的比值为15；
其中，熔融纺丝的工艺参数包括：纺丝温度为190℃；热塑性聚合物的挤出速度2mL/min，液态金属的注射速度6mL/min，卷绕速度40m/min；
热塑性聚合物在纺丝温度下的零切粘度为850Pa·s。
制得的具有液态金属芯纤维具有皮芯复合结构，皮层的厚度为505μm，芯层的直径为437μm；具有液态金属芯纤维的断裂强度为3.2cN/dtex，电阻为5×10-4Ω·cm，经过7倍拉伸后仍能保持导电。
实施例6
一种利用熔融纺丝制备具有液态金属芯纤维的方法，具体步骤如下：
(1)原料的准备；
皮层热塑性聚合物：含3wt％的氧化镧的热塑性聚烯烃弹性体(美国陶氏8150)；
芯层液态金属：镓铟合金，熔点为5℃；
耐腐蚀耐高温特氟龙涂料：市售，生产厂家为：佛山市巴伦亚合金材料科技有限公司，型号为OP-9009；
(2)将耐腐蚀耐高温特氟龙涂料均匀涂抹于皮芯复合喷丝组件内壁，并利用氮气吹拂均匀，先在室温下静置8min，使涂料初步固化，再在280℃下固化20min，整个固化过程使用氮气吹拂中空管道；
(3)将皮层热塑性聚合物通过螺杆挤出、熔体计量泵计量后进入皮芯复合喷丝组件中，同时将芯层液态金属由高压液体注射泵注入到皮芯复合纺丝组件中后进行熔融纺丝制得具有液态金属芯纤维；皮层热塑性聚合物与芯层液态金属质量的比值为15；
其中，熔融纺丝的工艺参数包括：纺丝温度为190℃；热塑性聚合物的挤出速度2mL/min，液态金属的注射速度6mL/min，卷绕速度40m/min；
热塑性聚合物在纺丝温度下的零切粘度为800Pa·s。
制得的具有液态金属芯纤维具有皮芯复合结构，皮层的厚度为505μm，芯层的直径为437μm；具有液态金属芯纤维的断裂强度为3.1cN/dtex，电阻为3×10-4Ω·cm，经过7倍拉伸后仍能保持导电。
实施例7
一种利用熔融纺丝制备具有液态金属芯纤维的方法，具体步骤如下：
(1)原料的准备；
皮层热塑性聚合物：热塑性聚氨酯弹性体(德国巴斯夫D49448聚氨酯弹性体)；
芯层液态金属：镓铟锌合金，熔点为5℃；
耐腐蚀耐高温特氟龙涂料：市售，生产厂家为：佛山市巴伦亚合金材料科技有限公司，型号为OP-9009；
(2)将耐腐蚀耐高温特氟龙涂料均匀涂抹于皮芯复合喷丝组件内壁，并利用氩气吹拂均匀，先在室温下静置8min，使涂料初步固化，再在280℃下固化20min，整个固化过程使用氩气吹拂中空管道；
(3)将皮层热塑性聚合物通过螺杆挤出、熔体计量泵计量后进入皮芯复合喷丝组件中，同时将芯层液态金属由高压液体注射泵注入到皮芯复合纺丝组件中后进行熔融纺丝制得具有液态金属芯纤维；皮层热塑性聚合物与芯层液态金属质量的比值为15；
其中，熔融纺丝的工艺参数包括：纺丝温度为180℃；热塑性聚合物的挤出速度2mL/min，液态金属的注射速度6mL/min，卷绕速度40m/min；
热塑性聚合物在纺丝温度下的零切粘度为1000Pa·s。
制得的具有液态金属芯纤维具有皮芯复合结构，皮层的厚度为505μm，芯层的直径为437μm；具有液态金属芯纤维的断裂强度为2.8cN/dtex，电阻为3×10-3Ω·cm，经过7倍拉伸后仍能保持导电。
实施例8
一种利用熔融纺丝制备具有液态金属芯纤维的方法，具体步骤如下：
(1)原料的准备；
皮层热塑性聚合物：含1wt％的二氧化硅的聚丙烯；
芯层液态金属：铋铟锡合金，熔点为5℃；
耐腐蚀耐高温特氟龙涂料：市售，生产厂家为：佛山市巴伦亚合金材料科技有限公司，型号为OP-9009；
(2)将耐腐蚀耐高温特氟龙涂料均匀涂抹于皮芯复合喷丝组件内壁，并利用氩气吹拂均匀，先在室温下静置8min，使涂料初步固化，再在280℃下固化20min，整个固化过程使用氩气吹拂中空管道；
(3)将皮层热塑性聚合物通过螺杆挤出、熔体计量泵计量后进入皮芯复合喷丝组件中，同时将芯层液态金属由高压液体注射泵注入到皮芯复合纺丝组件中后进行熔融纺丝制得具有液态金属芯纤维；皮层热塑性聚合物与芯层液态金属质量的比值为10；
其中，熔融纺丝的工艺参数包括：纺丝温度为180℃；热塑性聚合物的挤出速度8mL/min，液态金属的注射速度16mL/min，卷绕速度100m/min；
热塑性聚合物在纺丝温度下的零切粘度为820Pa·s。
制得的具有液态金属芯纤维具有皮芯复合结构，皮层的厚度为553μm，芯层的直径为451μm；具有液态金属芯纤维的断裂强度为3.5cN/dtex，电阻为1×10-3Ω·cm，经过7倍拉伸后仍能保持导电。
实施例9
一种利用熔融纺丝制备具有液态金属芯纤维的方法，具体步骤如下：
(1)原料的准备；
皮层热塑性聚合物：含2wt％的二氧化钛的聚丙烯；
芯层液态金属：镓铟锡合金，熔点为5℃；
耐腐蚀耐高温特氟龙涂料：市售，生产厂家为：佛山市巴伦亚合金材料科技有限公司，型号为OP-9009；
(2)将耐腐蚀耐高温特氟龙涂料均匀涂抹于皮芯复合喷丝组件内壁，并利用氩气吹拂均匀，先在室温下静置8min，使涂料初步固化，再在280℃下固化20min，整个固化过程使用氩气吹拂中空管道；
(3)将皮层热塑性聚合物通过螺杆挤出、熔体计量泵计量后进入皮芯复合喷丝组件中，同时将芯层液态金属由高压液体注射泵注入到皮芯复合纺丝组件中后进行熔融纺丝制得具有液态金属芯纤维；皮层热塑性聚合物与芯层液态金属质量的比值为10；
其中，熔融纺丝的工艺参数包括：纺丝温度为180℃；热塑性聚合物的挤出速度8mL/min，液态金属的注射速度16mL/min，卷绕速度100m/min；
热塑性聚合物在纺丝温度下的零切粘度为800Pa·s。
制得的具有液态金属芯纤维具有皮芯复合结构，皮层的厚度为553μm，芯层的直径为451μm；具有液态金属芯纤维的断裂强度为3.2cN/dtex，电阻为2×10-4Ω·cm，经过7倍拉伸后仍能保持导电。
实施例10
一种利用熔融纺丝制备具有液态金属芯纤维的方法，具体步骤如下：
(1)原料的准备；
皮层热塑性聚合物：含4wt％的氧化石墨烯的聚丙烯；
芯层液态金属：镓铟锡合金，熔点为5℃；
耐腐蚀耐高温特氟龙涂料：市售，生产厂家为：佛山市巴伦亚合金材料科技有限公司，型号为OP-9009；
(2)将耐腐蚀耐高温特氟龙涂料均匀涂抹于皮芯复合喷丝组件内壁，并利用氩气吹拂均匀，先在室温下静置8min，使涂料初步固化，再在280℃下固化20min，整个固化过程使用氩气吹拂中空管道；
(3)将皮层热塑性聚合物通过螺杆挤出、熔体计量泵计量后进入皮芯复合喷丝组件中，同时将芯层液态金属由高压液体注射泵注入到皮芯复合纺丝组件中后进行熔融纺丝制得具有液态金属芯纤维；皮层热塑性聚合物与芯层液态金属质量的比值为10；
其中，熔融纺丝的工艺参数包括：纺丝温度为180℃；热塑性聚合物的挤出速度8mL/min，液态金属的注射速度16mL/min，卷绕速度100m/min；
热塑性聚合物在纺丝温度下的零切粘度为700Pa·s。
制得的具有液态金属芯纤维具有皮芯复合结构，皮层的厚度为553μm，芯层的直径为451μm；具有液态金属芯纤维的断裂强度为2.8cN/dtex，电阻为1×10-3Ω·cm，经过7倍拉伸后仍能保持导电。

Claims (9)

1.一种利用熔融纺丝制备具有液态金属芯纤维的方法，其特征在于，将皮层热塑性聚合物通过螺杆挤出、熔体计量泵计量后进入皮芯复合喷丝组件中，同时将芯层液态金属由高压液体注射泵注入到皮芯复合纺丝组件中后进行熔融纺丝制得具有液态金属芯纤维；
皮芯复合喷丝组件中与所述液态金属接触的表面涂覆有耐腐蚀耐高温涂料，其中，耐腐蚀是指耐所述液态金属腐蚀，耐高温是指耐纺丝温度；
所述热塑性聚合物在所述纺丝温度下的零切粘度大于500Pa·s；所述液态金属的注射速度为所述热塑性聚合物的挤出速度的2倍以上；
所述皮层热塑性聚合物为极性热塑性聚合物或含1wt％以上的金属氧化物或无机氧化物的非极性热塑性聚合物。
2.根据权利要求1所述的一种利用熔融纺丝制备具有液态金属芯纤维的方法，其特征在于，耐腐蚀耐高温涂料为耐腐蚀耐高温特氟龙涂料。
3.根据权利要求2所述的一种利用熔融纺丝制备具有液态金属芯纤维的方法，其特征在于，在皮芯复合喷丝组件中与所述液态金属接触的表面涂覆耐腐蚀耐高温特氟龙涂料的具体过程为：将耐腐蚀耐高温特氟龙涂料均匀涂抹于皮芯复合喷丝组件内壁，并利用氮气或惰性气体吹拂均匀，先在室温下静置5～10min，使涂料初步固化，再在280～300℃下固化10～30min，整个固化过程使用氮气或惰性气体吹拂中空管道。
4.根据权利要求1所述的一种利用熔融纺丝制备具有液态金属芯纤维的方法，其特征在于，所述热塑性聚合物为热塑性聚氨酯弹性体、热塑性聚烯烃弹性体、聚酯、聚丙烯或聚酰胺。
5.根据权利要求4所述的一种利用熔融纺丝制备具有液态金属芯纤维的方法，其特征在于，金属氧化物为氧化铁、氧化亚铜、氧化镧或氧化铈，无机氧化物为二氧化硅、二氧化钛或氧化石墨烯。
6.根据权利要求1所述的一种利用熔融纺丝制备具有液态金属芯纤维的方法，其特征在于，所述液态金属为镓铟锡合金、镓铟合金、镓铟锌合金和铋铟锡合金中的一种以上。
7.根据权利要求1所述的一种利用熔融纺丝制备具有液态金属芯纤维的方法，其特征在于，熔融纺丝的工艺参数包括：热塑性聚合物的挤出速度1～8ml/min，液态金属的注射速度2～16ml/min，卷绕速度40～200m/min。
8.根据权利要求1所述的一种利用熔融纺丝制备具有液态金属芯纤维的方法，其特征在于，具有液态金属芯纤维具有皮芯复合结构，芯层为液态金属，皮层为热塑性聚合物，皮层的厚度为10～600μm，芯层的直径为10～500μm。
9.根据权利要求8所述的一种利用熔融纺丝制备具有液态金属芯纤维的方法，其特征在于，具有液态金属芯纤维的断裂强度为2.5cN/dtex以上，电阻不高于3×10-3Ω·cm，经过7倍拉伸后仍能保持导电。
CN202211076304.7A 2022-09-05 2022-09-05 一种利用熔融纺丝制备具有液态金属芯纤维的方法 Active CN115522280B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211076304.7A CN115522280B (zh) 2022-09-05 2022-09-05 一种利用熔融纺丝制备具有液态金属芯纤维的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211076304.7A CN115522280B (zh) 2022-09-05 2022-09-05 一种利用熔融纺丝制备具有液态金属芯纤维的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115522280A true CN115522280A (zh) 2022-12-27
CN115522280B CN115522280B (zh) 2024-02-20

Family

ID=84698722

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211076304.7A Active CN115522280B (zh) 2022-09-05 2022-09-05 一种利用熔融纺丝制备具有液态金属芯纤维的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115522280B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS591720A (ja) * 1982-06-18 1984-01-07 Teijin Ltd 金属芯を含有するポリエステル繊維の製造法
JPS59207947A (ja) * 1983-05-12 1984-11-26 Sanyo Kokusaku Pulp Co Ltd 金属繊維を含有する熱可塑性樹脂組成物およびその製造方法
JPS6215327A (ja) * 1985-07-11 1987-01-23 Toray Ind Inc 高比重複合繊維
JPH03124814A (ja) * 1989-10-06 1991-05-28 Toyobo Co Ltd 芯鞘型複合繊維の製造方法
US5248468A (en) * 1988-10-20 1993-09-28 Toyo Boseki Kabushiki Kaisha Method of making electrically conductive fibers
CN102021671A (zh) * 2010-12-31 2011-04-20 中国纺织科学研究院 一种高分子/金属复合导线及其制造方法
CN102140707A (zh) * 2010-12-21 2011-08-03 东华大学 一种皮芯复合电磁屏蔽纤维及其制备方法
CN114703555A (zh) * 2022-03-07 2022-07-05 西安工程大学 一种核壳结构液态金属导电纤维的一步成型批量制备方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS591720A (ja) * 1982-06-18 1984-01-07 Teijin Ltd 金属芯を含有するポリエステル繊維の製造法
JPS59207947A (ja) * 1983-05-12 1984-11-26 Sanyo Kokusaku Pulp Co Ltd 金属繊維を含有する熱可塑性樹脂組成物およびその製造方法
JPS6215327A (ja) * 1985-07-11 1987-01-23 Toray Ind Inc 高比重複合繊維
US5248468A (en) * 1988-10-20 1993-09-28 Toyo Boseki Kabushiki Kaisha Method of making electrically conductive fibers
JPH03124814A (ja) * 1989-10-06 1991-05-28 Toyobo Co Ltd 芯鞘型複合繊維の製造方法
CN102140707A (zh) * 2010-12-21 2011-08-03 东华大学 一种皮芯复合电磁屏蔽纤维及其制备方法
CN102021671A (zh) * 2010-12-31 2011-04-20 中国纺织科学研究院 一种高分子/金属复合导线及其制造方法
CN114703555A (zh) * 2022-03-07 2022-07-05 西安工程大学 一种核壳结构液态金属导电纤维的一步成型批量制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN115522280B (zh) 2024-02-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Joshi et al. Progress and potential of electrospinning-derived substrate-free and binder-free lithium-ion battery electrodes
Chung Carbon fiber composites
CN107354534A (zh) 一种导电聚酯纤维的制备方法
Nguyen et al. Fabrication and characterization of coaxial electrospun polyethylene glycol/polyvinylidene fluoride (core/sheath) composite non-woven mats
JPH0376839A (ja) 連続繊維の予備含浸により特性を調節することができる複合材料
CN102877143B (zh) 高仿棉多孔超细异形聚酯纤维的制备工艺及工艺设备
US3003223A (en) Metal core composite filaments
CN102021671B (zh) 一种高分子/金属复合导线及其制造方法
CN113073412A (zh) 一种应变不敏感的导电包覆纱线及其制备方法
CN115522280A (zh) 一种利用熔融纺丝制备具有液态金属芯纤维的方法
JP2013144777A (ja) 制電性ポリエステル樹脂成形体
CN102634099A (zh) 用超高分子量聚乙烯纤维制备聚烯烃复合护套材料的方法
US20130337254A1 (en) Polyester molded body and method for producing the same
CN112376121A (zh) 提高石墨烯薄片剪切取向的褶皱石墨烯纤维的制备方法与应用
KR102169194B1 (ko) 코어-쉘 필러 및 그 제조방법
CN101250769B (zh) 高性能的碳纳米管/pbo复合纤维的电纺丝制备方法
CN101845679A (zh) 一种导电纤维的制备方法
JPH03124814A (ja) 芯鞘型複合繊維の製造方法
CN111850736A (zh) 导电纤维、喷丝组件及其制备方法
KR101981754B1 (ko) 메타아라미드가 도포된 폴리에틸렌 섬유 및 그의 제조방법
CN110184674B (zh) 一种皮芯型多孔复合纤维及其制备方法
Nayak Production methods of nanofibers for smart textiles
CN112522810A (zh) 一种沥青基炭纤维及其制备方法
CN113430656B (zh) 一种制备超高强聚酯工业丝的方法
CN205529242U (zh) 一种纤维增强热塑性复合材料用混纤纱

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant