TW202124795A - 導電纖維及其製造方法 - Google Patents

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財團法人工業技術研究院
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Abstract

本揭露提供一種導電纖維以及導電纖維的製造方法。該導電纖維的製造方法包含：提供一第一溶液，其中該第一溶液包含一可紡高分子溶解於一第一溶劑中，其中該可紡高分子與該第一溶液的重量比例為5：95至20：80。提供一第二溶液，其中該第二溶液包含一導電材料分散於一第二溶劑中，其中該導電材料與該第二溶液的重量比例為5：95至20：80；其中該導電材料型態係樹枝狀(dendrite)或雪花狀(snowflake like)。接著，將該第一溶液及該第二溶液進行濕式紡絲製程，得到該導電纖維。

Description

導電纖維及其製造方法
本揭露關於一種導電纖維及導電纖維的製造方法。
在紡織纖維產業中，導電纖維是製造智慧型紡織品以及穿戴式裝置之重要關鍵材料。傳統導電纖維以金屬纖維為主，具有強度與剛性，但不具有彈性以及可拉伸能力，因此在穿著上舒適性不佳。
應用於服飾的傳統纖維雖具有較佳的穿著舒適佳，然而因為化學結構不具有共軛特性，不具有導電特性。為了使傳統纖維具有導電特性，一般係將碳黑與高分子材料進行混摻及壓出形成母粒後，進行抽絲。但此一方法需添加較多的碳黑(50%以上)，使得纖維強度受到過多碳黑添加而降低。此外，由於碳黑與高分子相容性不佳，易發生相分離現象，而使導電性不易提升。使傳統纖維具有導電特性另一方式是將導電劑與高分子混摻，以賦予纖維導電性，但纖維加工性與導電能力相對較差。且傳統導電劑與高分子混摻時需添加較大量導電劑，才能具備優良導電特性，因此也會提高製造時的成本。
因此，業界需要一種添加新穎的導電材料獲得之導電 纖維及其製造方法，以解決先前技術所遭遇到的問題。
根據本揭露實施例，本揭露提供一種導電纖維的製造方法，包含以下步驟。提供一第一溶液，其中該第一溶液包含一可紡高分子溶解於一第一溶劑中，其中該可紡高分子與該第一溶液的重量比例為5：95至20：80。提供一第二溶液，其中該第二溶液包含一導電材料分散於一第二溶劑中，其中該導電材料與該第二溶液的重量比例為5：95至20：80；其中該導電材料型態係樹枝狀(dendrite)或雪花狀(snowflake like)。接著，將該第一溶液及該第二溶液進行濕式紡絲製程，得到該導電纖維。
根據本揭露另一實施例，本揭露提供一種導電纖維。該導電纖維包含導電材料以及一可紡高分子，其中該導電材料型態包括樹枝狀(dendrite)或雪花狀(snowflake like)，其中該可紡高分子與該導電材料的重量比例係7：3至3：7，以該可紡高分子及該導電材料的總重為基準。
1‧‧‧中央主幹
3、9‧‧‧側枝
5‧‧‧副側枝
7‧‧‧分枝
8‧‧‧多叉分枝點
10‧‧‧導電纖維
11‧‧‧中空部
12‧‧‧可紡高分子
13‧‧‧殼部
14‧‧‧導電材料
15‧‧‧彈性高分子
16‧‧‧芯部
17‧‧‧鞘部
100‧‧‧樹枝狀導電材料
200‧‧‧雪花狀導電材料
第1-2圖係本揭露實施例導電材料型態樹枝狀(dendrite)；
第3圖係本揭露實施例導電材料型態雪花狀(snowflake like)的示意圖；
第4圖係本揭露實施例實心導電纖維的剖面結構示意圖；
第5圖係本揭露實施例中空導電纖維的剖面結構示意圖； 以及
第6圖係本揭露其他實施例具芯鞘結構導電纖維的剖面結構示意圖；以及；
第7圖係本揭露另一實施例具芯鞘結構導電纖維的剖面結構示意圖。
以下針對本揭露所述之導電纖維及導電纖維的製造方法作詳細說明。應了解的是，以下之敘述提供許多不同的實施例或例子，用以實施本揭露之不同樣態。以下所述特定的元件及排列方式僅為簡單描述本揭露。當然，這些僅用以舉例而非本揭露之限定。此外，在不同實施例中可能使用重複的標號或標示。這些重複僅為了簡單清楚地敘述本揭露，不代表所討論之不同實施例及/或結構之間具有任何關聯性。且在圖式中，實施例之形狀、數量、或是厚度可擴大，並以簡化或是方便標示。再者，圖式中各元件之部分將以分別描述說明之，值得注意的是，圖中未繪示或描述之元件，為所屬技術領域中具有通常知識者所知的形式，此外，特定之實施例僅為揭示本揭露使用之特定方式，其並非用以限定本揭露。
本揭露提供一種導電纖維及導電纖維的製造方法，藉由提供新穎的導電材料將其均勻分散於可紡高分子結構中，藉由導電材料特殊形貌的分枝形成網絡結構，可達到低添加量及低電阻的功效；或可進一步配合添加彈性高分子結合，進行濕式紡絲製程。如此一來，可以製備出具導電性之實心、中空或是具芯鞘結構的導電纖維。此外，本揭露所述導電纖維 除了具有導電性外，進一步可提高穿著時的舒適性及低阻抗的優勢。
本揭露提供一種導電纖維的製造方法，包含以下步驟。提供一第一溶液，其中該第一溶液包含一可紡高分子溶解於一第一溶劑中，其中該可紡高分子與該第一溶液的重量比例為5：95至20：80(例如7：93、10：90、12：88、15：85、或17：83)。提供一第二溶液，其中該第二溶液包含一導電材料分散於一第二溶劑中，其中該導電材料與該第二溶液的重量比例為5：95至20：80(例如7：93、10：90、12：88、15：85、或17：83)；其中該導電材料型態係樹枝狀(dendrite)或雪花狀(snowflake like)。接著，將該第一溶液及該第二溶液進行濕式紡絲製程，得到該導電纖維。
根據本揭露實施例，該導電材料可為金屬材料。
根據本揭露實施例，該導電材料為樹枝狀(dendrite)導電材料或雪花狀(snowflake like)導電材料。
請參照第1圖，本揭露所述樹枝狀導電材料100係指該導電材料具有一中央主幹(central stem)1和許多側枝(side branche)3組成。其中，該側枝與該中央主幹之最小夾角θ可為30度至90度。仍請參照第1圖，該樹枝狀(dendrite)導電材料其長度(L)係定義為該中央主幹的最大距離，而該樹枝狀(dendrite)導電材料其徑長(D)係定義為該導電材料在垂直該中央主幹方向的最大寬度。根據本揭露實施例，該樹枝狀(dendrite)導電材料可具有一長徑比(length to diameter ratio(L/D))介於約5至 15，例如5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15。根據本揭露某些實施例，該樹枝狀(dendrite)導電材料的長度(L)可為1μm至20μm，而其徑長(D)可為0.3μm至5μm。根據本揭露實施例，請參照第2圖，本揭露所述樹枝狀導電材料100具有一中央主幹(central stem)1，其側枝(side branch)3亦可具有複數之副側枝(sub-side branch)5。根據本揭露實施例，該副側枝(sub-side branch)5亦可為分枝狀(branched)的(未圖示)。
請參照第3圖，本揭露所述雪花狀導電材料200係指該導電材料具有至少一個多叉(multifurcated)分枝點(branch point)8的導電材料。其中，該多叉分枝點8係指四叉(tetrafurcated)分枝點、五叉(pentafurcated)分枝點、或六叉分枝點。仍請參照第3圖，本揭露所述雪花狀導電材料200其上的分枝7亦可具有複數個側枝(side branch)9。
根據本揭露實施例，該導電材料可為一金屬或該金屬之合金，其中該金屬可為金、銀、銅、鋁、鎳、或其合金。舉例來說，該導電材料可為金、銀、銅、鋁、鎳、含金之合金、含銀之合金、含銅之合金、含鋁之合金、含鎳之合金或上述之組合。
根據本揭露實施例，該可紡高分子與該導電材料的重量比例係7：3至3：7(例如3.5：6.5、4：6、5：5、6：4)。
根據本揭露實施例，該第一溶液之固含量可為約5wt%至20wt%；以及，該第二溶液之固含量可為約5wt%至20wt%。
根據本揭露實施例，該可紡高分子可為聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)、矽藻酸鈉(sodium alginate)、羧酸甲基纖維素(carboxy methyl cellulose)、聚胺酯(polyurethane)、聚酯(polyester)、聚苯乙烯-丁二烯樹脂(styrene-butadiene-styrene resin,SBS)、聚丙烯腈-丁二烯樹脂(Nitrile butadiene rubber,NBR)、或上述之組合。此外，根據本揭露某些實施例，該可紡高分子的重量平均分子量可為10,000g/mol至500000g/mol)，例如50,000g/mol至300,000g/mol。根據本揭露實施例，該第一溶劑與該第二溶劑可為相同或不同。舉例來說，該第一溶劑與該第二溶劑可各自獨立為去離子水、二甲基甲醯胺(dimethyl formamide)、二甲基乙醯胺(dimethyl acetamide)、二甲基碸(dimethylsulfone)、四氫呋喃(tetrahydrofuran)、二氯甲烷(dichloromethane)、甲基乙基酮(methylethyl ketone)、或氯仿(chloroform)。根據本揭露實施例，該第一溶劑及該第二溶劑可互溶。
根據本揭露實施例，該第一溶液與該第二溶液的重量比例為1：2至3：1。
根據本揭露實施例，本揭露提供一種導電纖維。該導電纖維包含一導電材料以及一可紡高分子，該可紡高分子與該導電材料的重量比例係7：3至3：7，(例如3.5：6.5、4：6、5：5、或6：4)。若該可紡高分子的重量比例過低，易導致所得導電性纖維中導電材料從纖維中露出(即無法成纖)；以及，若該導電材料的重量比例過低，易導致所得導電性纖維的導電度下降甚 至不導電。根據本揭露實施例，本揭露所述導電纖維的纖維細度可0.3mm至2mm(例如0.3mm至1.0mm、0.4mm至0.9mm、或0.5mm至0.8mm)，電阻值可為9Ω/cm至300Ω/cm。
根據本揭露實施例，請參照第4圖，係本揭露之導電纖維10的剖面結構示意圖。如第4圖所示，該導電纖維10可為一實心導電纖維，且該導電纖維10由可紡高分子12以及導電材料14所構成。根據本揭露實施例，該導電纖維10由可紡高分子12以及導電材料14所構成。根據本揭露實施例，該可紡高分子與該導電材料的重量比例係7：3至3：7，(例如3.5：6.5、4：6、5：5、或6：4)。
根據本揭露實施例，第4圖所述實心導電纖維的製造方法可包含以下步驟。首先，提供上述第一溶液及上述第二溶液。接著，將該第一溶液及該第二溶液混合，得到一第三溶液，其中該第一溶液與該第二溶液的重量比例為約1：2至3：1。值得注意的是，該第一溶劑及該第二溶劑係為互溶，且該可紡高分子需可溶於該第二溶劑中。接著，利用該第三溶液作為紡織液進行濕式紡絲，得到該實心導電纖維。
根據本揭露實施例，請參照第5圖，係本揭露之導電纖維10的剖面結構示意圖。如第5圖所示，該導電纖維10可為一中空導電纖維，其中該中空導電纖維包含中空部11及殼部13，其中該殼部13由可紡高分子12以及導電材料14所構成。根據本揭露實施例，該殼部13由可紡高分子12、導電材料14所構成。根據本揭露實施例，該中空導電纖維的中空部11及殼部13 的體積比例可為約3：1至1：3。根據本揭露實施例，該可紡高分子與該導電材料的重量比例為約1：2至3：1，例如1：1、1.5：1、2：1、或2.5：1。
根據本揭露實施例，第5圖所述中空導電纖維的製造方法可包含以下步驟。首先，提供上述第一溶液及上述第二溶液。接著，將該第一溶液及該第二溶液混合，得到一第三溶液，其中該第一溶液與該第二溶液的重量比例為約1：2至3：1。值得注意的是，該第一溶劑及該第二溶劑係為互溶，且該可紡高分子需可溶於該第二溶劑中。接著，將紡絲凝固浴(例如硫酸鈉水溶液，濃度為1%至15%，以硫酸鈉水溶液總重為基準)作為內紡口紡絲液以及所得第三溶液作為一外紡口紡絲液，並經由一雙紡口紡絲裝置進行濕式紡絲，得到該中空導電纖維。
根據本揭露實施例，請參照第6圖，係本揭露之導電纖維10的剖面結構示意圖。如第6圖所示，該導電纖維10可為一具有芯鞘結構的導電性纖維，其中該芯鞘結構由一芯部16及一鞘部17構成，其中該芯部16包含該可紡高分子12與該導電材料14，而該鞘部17包含彈性高分子15。根據本揭露實施例，該具有芯鞘結構的導電性彈性纖維的芯部16及鞘部17的體積比例可為約3：1至1：3。
根據本揭露實施例，第6圖所述具有芯鞘結構的導電性纖維的製造方法可包含以下步驟。首先，提供上述第一溶液及上述第二溶液。接著，將該第一溶液及該第二溶液混合，得到一第三溶液，其中該第一溶劑及該第二溶劑係為互溶，且 該可紡高分子係溶於該第二溶劑中。然後，提供一第四溶液，其中該第四溶液包含一彈性高分子溶解於一第三溶劑中；最後，將該第三溶液作為內紡口紡絲液，以及該第四溶液作為一外紡口紡絲液，並經由一雙紡口紡絲裝置進行濕式紡絲，得到該具有芯鞘結構的導電性纖維。根據本揭露其他實施例，該第四溶液包含上述彈性高分子溶解於該第三溶劑中，其中該彈性高分子與該第三溶液的重量比例為約5：95至20：80(例如7：93、10：90、12：88、15：85、或17：83)。根據本揭露實施例，該第一溶液之固含量可為約5wt%至20wt%；該第二溶液之固含量可為約5wt%至20wt%；以及，第二溶液之固含量可為約5wt%至20wt%。
根據本揭露其他實施例，請參第7圖，該導電纖維10可為一具有芯鞘結構的導電性纖維，其中該芯鞘結構由一芯部16及一鞘部17構成，其中該芯部16包含該彈性高分子15，而該鞘部17包含可紡高分子12與該導電材料14。
為了讓本揭露之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉數實施例，作詳細說明如下：
樹枝狀銀粉的製備
將0.1-0.6wt%重量份之硝酸銀(Silver nitrate、購自Sigma-Aldrich)及1-5wt%重量份之硝酸(Nitric acid、購自Sigma-Aldrich)溶解於之去離子水中，得到一溶液。將0.02-0.2wt%重量份之聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone、購自Sigma-Aldrich)加入上述溶液中並攪拌後，將上述溶液置於電化學沉積設備中，電流密度設定為4ASD，以ITO(氧化銦錫)玻璃為工作電極，Ag-AgCl 為參考電極，以鉑(Pt)為對電極，沉積時間為5-15分鐘，以獲得樹枝狀銀粉(徑長為約0.5-2μm，長度為約5-20μm)。
導電型纖維的製備
實施例1：
將聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol，商品編號為BF-24)與水性聚胺酯(商品編號為Paramillion AF36)，溶解於去離子水，得到一第一溶液(固含量為12wt%，以水、聚乙烯醇、及水性聚胺酯的總重為基準)(聚乙烯醇與水性聚胺酯比例為9：1)。此外，將樹枝狀銀粉(作為導電材料)分散於去離子水，得到一第二溶液(導電材料與水重量比為20：80)。接著，將第一溶液加入第二溶液中(第一溶液與第二溶液重量比為5：5)。接著，在50℃下攪拌120分鐘(攪拌速度為100rpm)，使所得混合溶液中的樹枝狀銀粉可充分分散於上述第一溶液中以得到一第三溶液。接著，利用一紡絲裝置進行濕式紡絲，並將第三溶液作為紡絲液，得到實心的導電性纖維(1)。紡絲條件如下：紡口直徑為1.0mm；紡絲溫度為50℃；出液速度為3cc/min；紡絲速度為1m/min；凝固浴為5%硫酸鈉水溶液；以及，凝固浴溫度為25℃。接著，以電子顯微鏡(JEOL JSM6480)量測導電性纖維(1)的纖維細度(fiber fineness)，並利用微電阻計(Hioki RM3544)量測導電性纖維(1)的電阻值(resistance)，結果如表1所示。
實施例2：
將聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol，商品編號為BF-24)與水性聚胺酯(商品編號為Paramillion AF36)，溶解於去離子水，得到一第一溶液(固含量為12wt%，以水、聚乙烯醇、及水性聚胺酯的總重為基 準)(聚乙烯醇與水性聚胺酯比例為9：1)。此外，將樹枝狀銀粉(作為導電材料)分散於去離子水，得到一第二溶液(導電材料與水重量比為20：80)。接著，將第一溶液加入第二溶液中(第一溶液與第二溶液重量比例為5：5)。接著，在50℃下攪拌120分鐘(攪拌速度為100rpm)，使所得混合溶液中的樹枝狀銀粉可充分分散於上述第一溶液中以得到一第三溶液。將聚胺酯(作為彈性高分子)(由Formosa Asahi spandex製造、商品編號為Roica)溶解於二甲基乙醯胺(N,N-dimethyl acetamide)，得到一第四溶液(固含量為15wt%)。接著，使用雙紡口紡絲裝置進行濕式紡絲，以該第三溶液作為內紡口紡絲液，將該第四溶液作為一外紡口紡絲液，並經由一雙紡口紡絲裝置進行濕式紡絲。得到具有芯鞘結構的導電性纖維(2)(其中水性聚胺酯/聚乙烯醇/樹枝狀銀粉構成該芯部，而該聚胺酯構成該鞘部)。紡絲條件如下：內紡口直徑為1.0mm；外紡口直徑為0.6mm；紡絲溫度為50℃；內紡口出液速度為3.6cc/min；外紡口出液速度為2.4cc/min；紡絲速度為1m/min；凝固浴為5%硫酸鈉水溶液；以及，凝固浴溫度為25℃。接著，以電子顯微鏡(JEOL JSM6480)量測導電性纖維(2)的纖維細度(fiber fineness)，並利用微電阻計(Hioki RM3544)量測導電性纖維(2)的電阻值(resistance)，結果如表1所示。
實施例3：
將聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol，商品編號為BF-24)與水性聚胺酯(商品編號為Paramillion AF36)，溶解於去離子水，得到一第一溶液(固含量為12wt%，以水、聚乙烯醇、及水性聚胺酯的總重為基準)(聚乙烯醇與水性聚胺酯比例為9：1)。此外，將樹枝狀銀粉(作為 導電材料)分散於去離子水，得到一第二溶液(導電材料與水重量比為20：80)。接著，將第一溶液加入第二溶液中(第一溶液與第二溶液重量比例為5：5)。接著，在50℃下攪拌120分鐘(攪拌速度為100rpm)，使所得混合溶液中的樹枝狀銀粉可充分分散於上述第一溶液中以得到一第三溶液，將所得第三溶液作為紡絲液。接著，使用雙紡口紡絲裝置進行濕式紡絲，以所得混合溶液作為外紡口紡絲液，並以5%硫酸鈉水溶液作為內紡口紡絲液，得到中空的導電性纖維(3)。紡絲條件如下：內紡口直徑為1.0mm；外紡口直徑為1.9mm；紡絲溫度為50℃；內紡口出液速度為0.6cc/min；外紡口出液速度為2.1cc/min；紡絲速度為15m/min；凝固浴為5%硫酸鈉水溶液；以及，凝固浴溫度為25℃。接著，以電子顯微鏡(JEOL JSM6480)量測導電性纖維(3)的纖維細度(fiber fineness)，並利用微電阻計(Hioki RM3544)量測導電性纖維(3)的電阻值(resistance)，結果如表1所示。
實施例4：
將聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol，商品編號為BF-24)與水性聚胺酯(商品編號為Paramillion AF36)，溶解於去離子水，得到一第一溶液(固含量為12wt%，以水、聚乙烯醇、及水性聚胺酯的總重為基準)(聚乙烯醇與水性聚胺酯比例為9：1)。此外，將樹枝狀銀粉(作為導電材料)分散於去離子水，得到一第二溶液(導電材料與水重量比為20：80)。接著，將第一溶液加入第二溶液中(第一溶液與第二溶液重量比例為4：6)。接著，在50℃下攪拌120分鐘(攪拌速度為100rpm)，使所得混合溶液中的樹枝狀銀粉可充分分散於上述第一溶液中以得到一第三溶液。將聚胺酯(作為彈性高分子)(由Formosa Asahi spandex製造、商品編號為Roica)溶解於二甲基乙醯胺(N,N-dimethyl acetamide)，得到一第四溶液(聚胺酯與二甲基乙醯胺的重量比為15：85)。接著，使用雙紡口紡絲裝置進行濕式紡絲，以該第三溶液作為內紡口紡絲液，將該第四溶液作為一外紡口紡絲液，並經由一雙紡口紡絲裝置進行濕式紡絲。得到具有芯鞘結構的導電性纖維(4)(其中水性聚胺酯/聚乙烯醇/樹枝狀銀粉構成該芯部，而該聚胺酯構成該鞘部)。紡絲條件如下：內紡口直徑為1.0mm；外紡口直徑為0.6mm；紡絲溫度為50℃；內紡口出液速度為3.6cc/min；外紡口出液速度為2.4cc/min；紡絲速度為1m/min；凝固浴為5%硫酸鈉水溶液；以及，凝固浴溫度為25℃。接著，以電子顯微鏡(JEOL JSM6480)量測導電性纖維(4)的纖維細度(fiber fineness)，並利用微電阻計(Hioki RM3544)量測導電性纖維(4)的電阻值(resistance)，結果如表1所示。
實施例5：
將聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol，商品編號為BF-24)，溶解於去離子水，得到一第一溶液(聚乙烯醇與水重量比為12：88)。此外，將樹枝狀銀粉(作為導電材料)分散於去離子水，得到一第二溶液(導電材料與水重量比為20：80)。接著，將第一溶液加入第二溶液中(第一溶液與第二溶液重量比例為5：5)。接著，在50℃下攪拌120分鐘(攪拌速度為100rpm)，使所得混合溶液中的樹枝狀銀粉可充分分散於上述第一溶液中以得到一第三溶液，將所得第三溶液作為紡絲液。接著，利用一紡絲裝置進行濕式紡絲，得到實心的導電性纖維(5)。紡絲條件如下：紡口直徑為1.0mm；紡絲溫度為50℃；出液速度為 3.0cc/min；紡絲速度為1m/min；凝固浴為5%硫酸鈉水溶液；以及，凝固浴溫度為25℃。接著，以電子顯微鏡(JEOL JSM6480)量測導電性纖維(5)的纖維細度(fiber fineness)，並利用微電阻計(Hioki RM3544)量測導電性纖維(5)的電阻值(resistance)，結果如表1所示。
實施例6：
將聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol，商品編號為BF-24)與水性聚胺酯(商品編號為Paramillion AF36)，溶解於去離子水，得到一第一溶液(固含量為12wt%，以水、聚乙烯醇、及水性聚胺酯的總重為基準)(聚乙烯醇與水性聚胺酯比例為9：1)。此外，將樹枝狀銀粉(作為導電材料)分散於去離子水，得到一第二溶液(導電材料與水重量比為20：80)。接著，將第一溶液加入第二溶液中(第一溶液與第二溶液重量比例為3.5：6.5)。接著，在50℃下攪拌120分鐘(攪拌速度為100rpm)，使所得混合溶液中的樹枝狀銀粉可充分分散於上述第一溶液中以得到一第三溶液，將所得第三溶液作為紡絲液。接著，利用一紡絲裝置進行濕式紡絲，得到實心的導電性纖維(6)。紡絲條件如下：紡口直徑為1.0mm；紡絲溫度為50℃；出液速度為3.0cc/min；紡絲速度為1m/min；凝固浴為5%硫酸鈉水溶液；以及，凝固浴溫度為25℃。接著，以電子顯微鏡(JEOL JSM6480)量測導電性纖維(6)的纖維細度(fiber fineness)，並利用微電阻計(Hioki RM3544)量測導電性纖維(6)的電阻值(resistance)，結果如表1所示。
比較例1
將聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol，商品編號為BF-24)與(商品編號為Paramillion AF36)，溶解於去離子水，得到一第一溶液(固含量為 12wt%，以水、聚乙烯醇、及水性聚胺酯的總重為基準)(聚乙烯醇與水性聚胺酯比例為9：1)。此外，將片狀銀粉(作為導電材料)(由AgPro technology/銀品科技製造、商品編號為SYP981)(直徑為50：9μm)分散於去離子水，得到一第二溶液(導電材料與水重量比為20：80)。接著，將第一溶液加入第二溶液中(第一溶液與第二溶液重量比例為5：5)。接著，在50℃下攪拌120分鐘(攪拌速度為100rpm)，使所得混合溶液中的樹枝狀銀粉可充分分散於上述第一溶液中以得到一第三溶液，將所得第三溶液作為紡絲液。接著，利用一紡絲裝置進行濕式紡絲，得到實心的導電性纖維(7)。紡絲條件如下：紡口直徑為1.0mm；紡絲溫度為50℃；出液速度為3cc/min；紡絲速度為1m/min；凝固浴為5%硫酸鈉水溶液；以及，凝固浴溫度為25℃。接著，以電子顯微鏡(JEOL JSM6480)量測導電性纖維(7)的纖維細度(fiber fineness)，並利用微電阻計(Hioki RM3544)量測導電性纖維(7)的電阻值(resistance)，結果如表1所示。
比較例2
將聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol，商品編號為BF-24)與水性聚胺酯(商品編號為Paramillion AF36)，溶解於去離子水，得到一第一溶液(固含量為12wt%，以水、聚乙烯醇、及水性聚胺酯的總重為基準)(聚乙烯醇與水性聚胺酯比例為9：1)。此外，將奈米銀線(作為導電材料)(直徑為60nm，長度為22μm)分散於去離子水，得到一第二溶液(導電材料與水重量比為20：80)。接著，將第一溶液加入第二溶液中(第一溶液與第二溶液重量比例為5：5)。接著，在50℃下攪拌120分鐘(攪拌速度為100rpm)，使所得混合溶液中的樹枝狀銀粉可充分 分散於上述第一溶液中以得到一第三溶液，將所得第三溶液作為紡絲液。接著，利用一紡絲裝置進行濕式紡絲，得到實心的導電性纖維(8)。紡絲條件如下：紡口直徑為1.0mm；紡絲溫度為50℃；出液速度為3cc/min；紡絲速度為1m/min；凝固浴為5%硫酸鈉水溶液；以及，凝固浴溫度為25℃。接著，以電子顯微鏡(JEOL JSM6480)量測導電性纖維(8)的纖維細度(fiber fineness)，並利用微電阻計(Hioki RM3544)量測導電性纖維(8)的電阻值(resistance)，結果如表1所示。
比較例3
將聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol，商品編號為BF-24)與水性聚胺酯(作為彈性高分子)(商品編號為Paramillion AF36)，溶解於去離子水(聚乙烯醇與水性聚胺酯比例為9/1)，得到一第一溶液(固含量為12wt%，以水、聚乙烯醇、及水性聚胺酯的總重為基準)(聚乙烯醇與水性聚胺酯比例為9：1)。此外，將樹枝狀銀粉分散於去離子水，得到一第二溶液(導電材料與水重量比為20：80)。接著，將第一溶液加入第二溶液中(第一溶液與第二溶液重量比例為8：2)。接著，在50℃下攪拌120分鐘(攪拌速度為100rpm)，使所得混合溶液中的樹枝狀銀粉可充分分散於上述第一溶液中以得到一第三溶液，將所得第三溶液作為紡絲液。接著，利用一紡絲裝置進行濕式紡絲，得到實心的導電性纖維(9)。紡絲條件如下：紡口直徑為1.0mm；紡絲溫度為50℃；出液速度為3cc/min；紡絲速度為lm/min；凝固浴為5%硫酸鈉水溶液；以及，凝固浴溫度為25℃。接著，以電子顯微鏡(JEOLJSM6480)量測導電性纖維(9)的纖維細度(fiber fineness)，並利用微電阻計(Hioki RM3544)量測導電性纖維(9)的電阻值(resistance)，結 果如表1所示。
比較例4
將聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol，商品編號為BF-24)與水性聚胺酯(商品編號為Paramillion AF36)，溶解於去離子水，得到一第一溶液(固含量為12wt%，以水、聚乙烯醇、及水性聚胺酯的總重為基準)(聚乙烯醇與水性聚胺酯比例為9：1)。此外，將樹枝狀銀粉分散於去離子水，得到一第二溶液(導電材料與水重量比為20：80)。接著，將第一溶液加入第二溶液中(第一溶液與第二溶液重量比例為2.5：7.5)。接著，在50℃下攪拌120分鐘(攪拌速度為100rpm)，所得混合溶液呈現部份聚集狀態，且溶液有樹枝狀銀粉沉澱析出，呈現相分離現象，無法進行紡絲加工。接著，以電子顯微鏡(JEOL JSM6480)量測導電性纖維(10)的纖維細度(fiber fineness)，並利用微電阻計(Hioki RM3544)量測導電性纖維(10)的電阻值(resistance)，結果如表1所示。
表1
Figure 108146687-A0101-12-0017-2
Figure 108146687-A0101-12-0018-3
本揭露所述導電纖維的製造方法可藉由特殊形貌的導電材料如樹枝狀或雪花狀可均勻分散於可紡高分子中，藉由樹枝狀銀粉本身的分枝形成網絡結構，只要樹枝狀銀粉彼此的分枝間在導電纖維有接觸到即能形成導電通路，就能達到最低電阻。此外，本揭露能實現導電材料在低添加量時，便能達到良好的導電特性。本揭露或可進一步搭配彈性高分子，製備出具導電性之實心、中空或是具芯鞘結構的導電纖維。
綜上所述，相較於傳統導電材料(例如片狀銀粉或奈米銀線)樹枝狀銀粉構成導電通路時因分枝結構具有較多接觸點，因此導電能力較佳。此外，該較多接觸點的特性可減少水洗後接觸點被破壞，因此可達到耐水洗的效果。再者，纖維經拉伸後其導電通路點極易被破壞導致電阻上升。相較之下，樹枝狀銀粉因接觸點較多，可承受破壞的能力亦較高，能維持較佳的導電特性。因此，樹枝狀銀粉製成的導電纖維可同時兼顧穿著時的舒適性及低阻抗之優勢。
雖然本揭露已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何本技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧導電纖維
12‧‧‧可紡高分子
14‧‧‧導電材料

Claims (20)

  1. 一種導電纖維的製造方法，包含：
    提供一第一溶液，其中該第一溶液包含一可紡高分子溶解於一第一溶劑中，其中該可紡高分子與該第一溶液的重量比例為5：95至20：80；
    提供一第二溶液，其中該第二溶液包含一導電材料分散於一第二溶劑中，其中該導電材料與該第二溶液的重量比例為5：95至20：80；其中該導電材料型態係樹枝狀(dendrite)或雪花狀(snowflake like)；以及
    將該第一溶液及該第二溶液進行濕式紡絲製程，得到該導電纖維。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之導電纖維的製造方法，其中該導電材料係金、銀、銅、鋁、鎳或上述之組合。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之導電纖維的製造方法，其中該可紡高分子與該導電材料的重量比例係7：3至3：7。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之導電纖維的製造方法，其中該導電材料具有一長徑比介於5-15。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之導電纖維的製造方法，其中該可紡高分子係聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)、矽藻酸鈉(sodium alginate)、接酸甲基纖維素(carboxy methyl cellulose)、聚胺酯(polyurethane)、聚酯(polyester)、聚苯乙烯-丁二烯樹脂(styrene-butadiene-styrene resin,SBS)、聚丙烯腈- 丁二烯樹脂(Nitrile butadiene rubber,NBR)、或上述之組合。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之導電纖維的製造方法，其中該第一溶劑及該第二溶劑係各自獨立為去離子水、二甲基甲醯胺(dimethyl formamide)、二甲基乙醯胺(dimethyl acetamide)、二甲基碸(dimethylsulfone)、四氫呋喃(tetrahydrofuran)、二氯甲烷(dichloromethane)、甲基乙基酮(methylethyl ketone)、或氯仿(chloroform)。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之導電纖維的製造方法，其中該第一溶液與該第二溶液的重量比例為1：2至3：1。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之導電纖維的製造方法，其中將該第一溶液及該第二溶液進行濕式紡絲製程包含以下步驟：
    將該第一溶液及該第二溶液混合，得到一第三溶液，其中該第一溶劑及該第二溶劑係為互溶，且該可紡高分子係溶於該第二溶劑中；以及
    利用該第三溶液作為紡絲液進行濕式紡絲。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之導電纖維的製造方法，其中將該第一溶液及該第二溶液進行濕式紡絲製程包含以下步驟：
    將該第一溶液及該第二溶液混合，得到一第三溶液，其中該第一溶劑及該第二溶劑係為互溶，且該可紡高分子係溶於該第二溶劑中；以及
    將一紡絲凝固浴作為內紡口紡絲液，以及所得第三溶液作為一外紡口紡絲液，並經由一雙紡口紡絲裝置進行濕式紡絲。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之導電纖維的製造方法，其中將該第一溶液及該第二溶液進行濕式紡絲製程包含以下步驟：
    將該第一溶液及該第二溶液混合，得到一第三溶液，其中該第一溶劑及該第二溶劑係為互溶，且該可紡高分子係溶於該第二溶劑中；
    提供一第四溶液，其中該第四溶液包含一彈性高分子溶解於一第三溶劑中；以及
    將該第三溶液作為內紡口紡絲液，以及該第四溶液作為一外紡口紡絲液，並經由一雙紡口紡絲裝置進行濕式紡絲。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之導電纖維的製造方法，其中該彈性高分子與該第三溶劑的重量比例為5：95至20：80。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之導電纖維的製造方法，其中該彈性高分子係聚胺酯(polyurethane)、聚苯乙烯-丁二烯樹脂(styrene-butadiene-styrene resin,SBS)、聚丙烯腈-丁二烯樹脂(nitrile butadiene rubber,NBR)、或上述之組合。
  13. 一種導電纖維，包含：
    一導電材料以及一可紡高分子，其中該導電材料型態包括樹枝狀(dendrite)或雪花狀(snowflake like)，其中該可紡高分子與該導電材料的重量比例係7：3至3：7，以該可紡高分子及該導電材料的總重為基準。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之導電纖維，其中該導電 材料包括金、銀、銅、鋁、鎳或上述之組合。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之導電纖維，其中該導電材料具有一長徑比介於5-15。
  16. 如申請專利範圍第13項所述之導電纖維，其中該可紡高分子係聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)、矽藻酸鈉(sodium alginate)、羧酸甲基纖維素(carboxy methyl cellulose)、聚胺酯(polyurethane)、聚酯(polyester)、聚苯乙烯-丁二烯樹脂(styrene-butadiene-styrene resin,SBS)、聚丙烯腈-丁二烯樹脂(Nitrile butadiene rubber,NBR)、或上述之組合。
  17. 如申請專利範圍第13項所述之導電纖維，其中該導電纖維係一實心導電纖維。
  18. 如申請專利範圍第13項所述之導電纖維，其中該導電纖維係一中空導電纖維。
  19. 如申請專利範圍第13項所述之導電纖維，其中該導電纖維更包含一彈性高分子。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之導電纖維，其中該導電纖維係一具有芯鞘結構的導電纖維，其中該芯鞘結構由一芯部及一鞘部構成，其中該芯部包含該可紡高分子及該導電材料，而該鞘部包含該彈性高分子。
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