TW201441445A - 導電紗線的製備方法 - Google Patents
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Abstract
一種導電紗線的製備方法，首先使一預製紗線浸泡於一導電漿料中而令該導電漿料附著於該預製紗線上，以成為一吸附有該導電漿料的預製紗線；接著，烘乾該吸附有該導電漿料的預製紗線以在乾燥後成為一導電紗線；其中，該導電漿料含有一導電性奈米線材、一溶劑及一水性樹脂之一組成；及該導電性奈米線材具有一足以使該導電性奈米線材附著於預製紗線上的長徑比。本發明導電紗線的製備方法提供一種新的製程，且製程效率高又能製得可均勻導電、導電效果佳的導電紗線。
Description
本發明是有關於一種紗線的製備方法，特別是指一種導電紗線的製備方法。
導電纖維一般廣泛應用於如半導體工業、電子工業、醫學工程、生物工程等領域所需的防靜電、防塵、防爆工作服，也可用於電磁波遮罩和吸收材料和電熱製品的發熱元件等產品之中，或是用於電容式觸控螢幕操作之手套結構等，所以相較於傳統的紡織材料，導電纖維是紡織工業的高科技產品，目前有數種製造方式，如金屬纖維包覆、表面加工、融熔紡絲等。
例如，台灣專利申請案099224307所揭示，是將導電性金屬蒸鍍於紙材或合成樹脂薄膜的表面後，再進行切割扭轉成紗線。
現在常見的還有，利用電漿化學沉積的鍍層方法在尼龍纖維表面鍍覆金屬來製成導電纖維，但電漿系統設備不僅昂貴且製程時間久；所以，上述不論是利用電鍍或電漿沉積的方式，不僅需耗費大量電力且又耗時，因此，整體製程成本較高、效率亦有待改進。
另外還有如台灣專利申請案097110435「奈米銀氧化纖維製品及奈米銀碳纖維製品之製作方法」所教示的，利用銀鹽的氧化還原反應，先將氧化纖維/碳纖維浸附於銀鹽溶液預定時間，接著再實施還原反應，也就是將氧化纖維/碳纖維再浸泡於還原劑中後，最後清洗、烘乾後得到奈米銀氧化纖維製品或奈米銀碳纖維製品。
此類方法主要是利用將金屬離子還原成金屬粒子後附著於纖維布料上，但金屬鹽的溶解性通常不高，且還原時的析出率、均勻性也不易控制，因此，所製得的含金屬纖維製品可能無法良好且均勻的導電。
因此，本發明之目的，即在提供一種製程效率高、成本低且可製得導電效果佳的導電紗線的製備方法。
於是本發明導電紗線的製備方法，包含：
(A)使一預製紗線浸泡於一導電漿料中而令該導電漿料附著於該預製紗線上，以成為一吸附有該導電漿料的預製紗線。
(B)烘乾該吸附有該導電漿料的預製紗線以在乾燥後成為一導電紗線。
其中，該步驟(A)之導電漿料含有一導電性奈米線材、一溶劑及一水性樹脂之一組成；且該導電性奈米線材具有一足以使該導電性奈米線材附著於預製紗線上的長徑比。
本發明之功效在於：利用該導電漿料使得該導
電性奈米線材可以均勻、大量地吸附於該預製紗線上，並在藉由烘乾即能置得該導電效果佳的導電紗線，不僅製程時間縮短且製程成本相對電漿沉積、電鍍也降低不少。
11‧‧‧步驟
12‧‧‧步驟
13‧‧‧步驟
2‧‧‧紗線軸架
3‧‧‧浸置單元
31‧‧‧浸置槽
311‧‧‧攪拌件
32‧‧‧連通管件
321‧‧‧開孔
4‧‧‧壓擠單元
41‧‧‧滾輪
5‧‧‧滾輪組
6‧‧‧加熱滾輪單元
61‧‧‧滾輪
7‧‧‧集線器
8‧‧‧前導線材
110‧‧‧預製紗線
120‧‧‧導電漿料
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一流程圖，說明本發明導電紗線的製備方法的一較佳實施例；圖2是一示意圖，說明該較佳實施例的操作過程；及圖3是一XY曲線圖，說明一導電性奈米線材的長徑比與導電性的關係。
參閱圖1，本發明導電紗線的製備方法之一較佳實施例包含以下步驟。
首先進行一步驟11，先使一預製紗線浸泡於一導電漿料中而令該導電漿料附著於該預製紗線上，以成為一吸附有該導電漿料的預製紗線；更詳細地說，該預製紗線是連續式地穿經過該導電漿料。
特別的是所使用的導電漿料含有一導電性奈米線材、一溶劑，及一水性樹脂，且該導電性奈米線材具有一預定的長徑比；較佳的，該導電漿料還含有一增稠劑與一消泡劑；更仔細地說，在本發明的導電漿料中，該導電性奈米線材可以是銀、銅、或奈米碳管，該溶劑是水，該水性樹脂是聚氨酯類樹脂或壓克力樹脂，該增稠劑是無機
鹽、纖維素類或酯類，該消泡劑是水性有機矽、水性礦物油、或乙氧基化聚氧丙基；且以該導電漿料整體組成重量為100wt%計，該導電性奈米線材佔1wt%至5wt%、該溶劑佔45wt%至55wt%、該水性樹脂佔45wt%至55wt%、該增稠劑少於2wt%，且該消泡劑比例不大於0.02wt%。
補充說明的還有，該長徑比是指該導電性奈米線材的長度與截面直徑的比值，當長徑比太低(即愈接近球形)時，該導電性奈米線材容易聚集且吸附於該預製紗線上的效果會變差(相關數據容後再述)；然而，若長徑比太大，則該導電性奈米線材在該溶劑與水性樹脂中會無法均勻地分散、影響吸附於該預製紗線上的均勻性；因此，在本較佳實施例中該導電性奈米線材在使用銀為材料的實施以長徑比範圍是200~250的效果最好。
接著是進行下一步驟12，壓擠該吸附有該導電漿料的預製紗線，以令該導電性奈米線材固著性更佳並移除一多餘的導電漿料。
最後是步驟13，烘乾該吸附有該導電漿料的預製紗線而在乾燥後成為一導電紗線；較佳的，是控制烘乾溫度為120℃~150℃，烘乾時間為10分鐘~15分鐘。
為令本發明導電紗線的製備方法更加清楚明白，以下配合詳細實施操作說明。
參閱圖1及圖2，首先說明的是，圖2是實施本發明較佳實施例時所使用到的一裝置，該裝置沿上述較佳實施例步驟流程設置有一紗線軸架2、一浸置單元3、一壓
擠單元4、二滾輪組5、一加熱滾輪單元6及一集線器7。
該導電漿料是容置於該浸置單元3的二浸置槽31，該等浸置槽31中分別具有攪拌件311且利用一連通管件32串接，該攪拌件311令該導電漿料的組成混合均勻且令該導電性奈米線材分佈平均，該連通管件32供該預製紗線110通過且具有複數開孔321以令該導電漿料進入該連通管件32中。
該壓擠單元4是由兩相對鄰靠的滾輪41構成；而該加熱滾輪單元6可以控制加熱至預定溫度；該等滾輪組則分別設置於該壓擠單元4與該加熱滾輪單元6、該加熱滾輪單元6與該集線器7之間幫助轉動輸送過程更順暢。
也就是說，該預製紗線110是先捲製於該紗線軸架2上且一端連接於該設備的一前導線材8，該前導線材的另一端連接於該設備的集線器7上，啟動該集線器7後會拉動該前導線材8、同時開始帶動該預製紗線110以固定速度前進而開始進行該步驟11，該預製紗線110先進入該連通管件312中，藉由通過該等浸置槽而令其中的導電漿料120吸附於該預製紗線110上。
然後該預製紗線110穿出該浸置單元3後進入到該壓擠單元4而開始進行步驟12，並由該壓擠單元4的兩滾輪41中間通過，藉由兩滾輪41的滾壓使得沾附在該預製紗線110上的導電漿料120能更緊密且均勻地附著於該預製紗線110上，同時可以去除多餘的導電漿料112並
回收。
通過該壓擠單元4後，該預製紗線110被輸送至該加熱滾輪單元6以進行該步驟13，該加熱滾輪單元6是由複數可加溫的滾輪61所組成，因此，當該預製紗線110經由該等滾輪61表面轉動輸送時可同時被加熱乾燥而製得一導電紗線；最後再利用該集線器7的捲收即能便利地收置、得到該導電紗線。
相對於傳統電鍍、電漿沉積的製備方法來說，本發明導電紗線的製備方法所需要的設備較簡易、且成本低、製程時間短；而相對於金屬離子的氧化還原法來說，利用該導電漿料中特定長徑比的導電性奈米線材更能改善該導電紗線的導電性使得該導電紗線的品質更好、更穩定。
同時，以下更是以較佳實施例所製備的導電紗線的具體例，經由此些具體例的數據表現，更能進一步地證實本發明導電紗線的製備方法的確能有效、快速地製作出導電效果好的導電紗線。
具體例1
所使用的導電漿料組成為：水性樹脂(聚氨酯類樹脂，PU)44.5wt%、增稠劑0.5wt%、消泡劑0.02wt%，及導電性奈米線材(以銀為材料)則佔了5wt%，其餘為溶劑(水)合計100wt%、並以銀做為導電性奈米線材的材料，然後以上述較佳實施例中的步驟製得一導電紗線，而具體例1-1~1-6之分別在於使用不同長徑比的導電性奈米線材進
行測試。
判定該導電紗線性質的方法是利用三用電表量測所製得的導電紗線在10公分和100公分時的表面電阻值，並以通電後可以令LED燈源發光為導電性良好的標準，同時將數據整理如下：
由上表數據可知，導電性奈米線材的長徑比以大於200為佳，這是因為當長徑比太低(接近奈米球形)的話，由於附著性較差而無法在低濃度時達到導電性奈米線材在預製紗線上的吸附量。
配合參閱圖3，是測試導電紗線在100公分處的表面電阻值，由數據曲線可知，長徑比對於所製得的導電紗線導電性極為重要，長徑比為1的導電性奈米線材的含量需要高於80wt%才能達到令LED燈源發光的標準。另外補充說明的還有，導電性奈米線材的長徑比愈高時在吸附均勻的狀態下對於導電紗線的導電性影響不大，但在吸附過程中會因為在導電漿料中分散不佳、影響到吸附於預製紗線的效果，此外導電性奈米線材的長徑比愈高、製作上也愈趨困難，反而提高了製程成本，故，在本發明中以長徑比200-250為佳。
具體例2
所使用的導電漿料組成為：水性樹脂(聚氨酯類樹脂，PU)44.5wt%、增稠劑0.5wt%、消泡劑0.02wt%，並改變導電性奈米線材的含量0.1wt%~10wt%，其餘組成含量為溶劑(水)，令導電漿料整體組成合計為100wt%。在具體例2中也是以銀做為導電性奈米線材的材料，且導電性奈米線材的長徑比為200，然後以上述較佳實施例中的步驟製得一導電紗線，而具體例2-1~2-6之分別在於使用0.1wt%、0.5wt%、1wt%、3wt%、5wt%、10wt%的導電性奈米線材進行測試。
由具體例2數據可知，本發明所使用的導電漿料中長徑比200的導電性奈米線材含量以1wt%~5wt%為佳，含量過低當然會導致預製紗線上的吸附量不夠而達不到所需的導電效果；而理所當然的，導電性奈米線材的含量愈高當然吸附量愈高、導電性也會提升。再配合圖3結果可知，導電性奈米線材的含量高於一定量後，所製得的導電紗線的表面電阻值提升會漸漸減緩，因此在成本的考量前提下，本發明是以含量在1~5wt%的導電性奈米線材為主。
綜上所述，本發明導電紗線的製備方法利用了長徑比範圍在200-250的導電奈米線材配製的導電漿料令通過此導電漿料的預製紗線可以吸附足夠量的導電奈米線材，然後透過簡單的熱壓就可以乾燥製得導電性良好的導電紗線，相較於以往利用電漿鍍覆導電薄膜於預製紗線不僅設備成本低且速度快；而與一般的氧化還原析出法比較，本發明製備方法在化學藥劑的使用上較為安全且不會有導電粒子析出不均、導電不均的問題，相對來說，本發明製備方法的產率高、品質佳、製程成本低，提供了市場令一種具有競爭性的導電紗線的製備方法，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
11‧‧‧步驟
12‧‧‧步驟
13‧‧‧步驟
Claims (7)
- 一種導電紗線的製備方法，包含：(A)使一預製紗線浸泡於一導電漿料中而令該導電漿料附著於該預製紗線上，以成為一吸附有該導電漿料的預製紗線；及(B)烘乾該吸附有該導電漿料的預製紗線而在乾燥後成為一導電紗線；其中，該步驟(A)之導電漿料含有一導電性奈米線材、一溶劑及一水性樹脂之一組成，且該導電性奈米線材具有一足以使該導電性奈米線材附著於預製紗線上的長徑比。
- 如請求項1所述的導電紗線的製備方法，其中，該導電性奈米線材是一選自於以下所構成之群組的材料所製成：銀、銅，及奈米碳管。
- 如請求項2所述的導電紗線的製備方法，其中，該導電性奈米線材是銀，且該導電性奈米線材長徑比是在200至250間。
- 如請求項3所述的導電紗線的製備方法，其中，該組成還含有一增稠劑與一消泡劑，且以該組成為100wt%計，該導電性奈米線材佔1wt%至5wt%、該溶劑佔45wt%至55wt%、該水性樹脂佔45wt%至55wt%、該增稠劑少於2wt%，且該消泡劑佔不大於0.02wt%。
- 如請求項4所述的導電紗線的製備方法，其中，該溶劑是水，該水性樹脂是聚氨酯類樹脂或壓克力樹脂其中之 一。
- 如請求項5所述的導電紗線的製備方法，該步驟(A)之後還包含一步驟(A’)，該步驟(A’)是壓擠該吸附有該導電漿料的預製紗線，以令該導電性奈米線材固著性更佳並移除一多餘的導電漿料。
- 如請求項5所述的導電紗線的製備方法，其中，該步驟(B)於實施烘乾時所採用的加熱溫度是120℃至150℃間。
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