专利名称：一种导电纤维的制备方法
技术领域：
本发明涉及功能纤维制造技术，具体为一种利用闪蒸法制备导电纤维的方法。
背景技术：
合成纤维虽然性能优异，但其电阻很大，导电率很小，大部分都是绝缘纤维。在日 常使用过程中，合成纤维往往会积累一定的静电荷。这些静电不仅会对产品和设备造成危 害，使纺丝加工难于顺利进行，而且会对人们的生产和生活带来很多不便，甚至会危及安 全。因此，对合成纤维的抗静电处理，是应用的必然需求。解决合成纤维导电问题，关键是对合成纤维进行改性，使原来不导电的合成纤维 导电，将静电荷转移，使之不能聚集在织物上。导电纤维的制备方法主要有以下两种一种 方法是添加法。即在聚合物切片中加入导电性能良好的细微金属粉末或导电炭黑等导电 物质，经过造粒后进行纺丝，如美国专利US5776609和中国专利CN1584140A，就是采用导电 炭黑作为导电成分制成导电纤维。但这类导电纤维的缺点是导电成分在聚合物中分布不均 勻，容易团聚，从而使聚合物的可纺性能降低，同时导电物质团聚造成的聚合物内部缺陷也 对纤维的力学性能造成很大影响。第二种方法是表面涂覆法，例如美国专利US6703123和 中国专利CN1424455A，介绍了在纤维表面涂覆金属涂层来制备导电纤维的方法。这 种方法 得到的导电纤维导电性能虽较好，但在使用和洗涤过程中导电涂层容易脱落，使用寿命较 短，不利于实际应用。现有闪蒸法制备纤维的方法是将成纤聚合物在高温高压条件下溶于适当的溶剂 中，制成聚合物溶液，该溶剂在等于或低于其正常沸点时不能溶解该聚合物；纺丝时，该溶 液通过喷丝孔后降为常压，由于压力突然降低，溶剂急剧蒸发，引起聚合物的高度原纤化而 制成纤维丛丝的方法。闪蒸制备纤维的一种公开方法(参见美国专利3，081，519和美国专 利3，227，794)是将纺丝溶液在高温高压下配制好以后送至供料管，然后经减压节流孔送 入减压室，此时由于压力降低，聚合物和溶剂产生相分离，但为了使溶剂不气化，必须严格 控制减压室的压力。相分离后的纺丝溶液再经过减压，在低温低压的梯形纺丝头喷出，此时 溶剂剧烈膨胀闪蒸气化，温度降低，聚合物被蒸汽流高倍拉伸固化，形成具有三维网状的纤 维网状丛丝。但在申请人检索的范围内，闪蒸纺丝还只是用来做常规纤维，尤其是超细常规 纤维，未见有用其来制作功能性纤维的文献报道。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种导电纤维的制备方 法。该方法采用闪蒸法制备，具有原料适应性好，工艺简单，容易操作，便于工业化生产，所 得产品质量好，纤维容易加工等特点。本发明解决所述技术问题的技术方案是设计一种导电纤维的制备方法，该制备 方法采用闪蒸法，具体工艺是先把聚合物和溶剂按每IOg聚合物50-200ml的比例加入到 高压釜中，然后按每IOOg聚合物5-30g的质量比例加入纳米导电粉，搅拌均勻，在温度为150-350°C和压力5-25MPa条件下，充分搅拌20-30min，待聚合物溶解和纳米导电粉分散均 勻后，打开高压釜放料控制阀，使纺丝溶液从喷丝口喷出，在接收装置上固化形成三维网络 状导电纤维丝条；所述聚合物为聚烯烃，聚酯或聚偏氟乙烯；所述溶剂为1，2_ 二氯乙烷、氯 仿或环己烷；所述纳米导电粉为炭黑或锑掺杂氧化锡。与现有技术相比，本发明方法采用闪蒸方法制备导电纤维，从根本上摈弃了常规 聚合物造粒的工艺步骤，大大简化了纺丝工艺和设备，降低了操作风险，减少了成本，并且 由于纳米导电粉在粘度很低的溶液中分散均勻，形成纤维时纳米导电粉被包裹在聚合物内 部，在纤维丛丝中也不会产生团聚，因而减少了纤维产生瑕疵断裂的几率，增加了导电纤维 的强度。与现有技术相比，本发明方法具有适应性好，可纺原料多，工艺简单，容易控制，便 于工业化操作，产品质量好等特点。
具体实施例方式下面结合实施例进一步叙述本发明。本发明导电纤维(简称纤维)的制备方法(以下简称方法)，采用了闪蒸法工艺， 具体工艺过程是先把聚合物和溶剂按每IOg聚合物50-200ml的比例加入到高压釜中，然 后按每IOOg聚合物5-30g的质量比例加入纳米导电粉，搅拌均勻，并在温度为150-350°C和 5-25MPa压力条件下，充分搅拌20-30min，待聚合物溶解和纳米导电粉分散均勻后，打开高 压釜放料控制阀，使纺丝溶液从喷丝口喷出，此时溶剂温度大大高于溶剂的沸点，由于压力 急剧下降而瞬间蒸发，形成的高速气流对聚合物进行拉伸，此时，均勻分散在溶液中的纳米 导电粉随着聚合物一起喷出，溶剂汽化的过程中纳米导电粉被聚合物包裹在其中，形成导 电纤维丛丝，并在接收装置上固化形成三维网络状导电纤维丝条；所述聚合物为聚烯烃，聚 酯或聚偏氟乙烯；所述溶剂为1，2_ 二氯乙烷、氯仿或环己烷；所述纳米导电粉为炭黑或锑 掺杂氧化锡。本发明方法中由于将纳米导电粉末在粘度很低的溶液中进行分散，避免了纳米导 电粉末在粘度很高的熔融聚合物中分散困难的问题，并用闪蒸法进行纺丝，使得纳米导电 粉在制备的纤维中分散均勻，纳米导电粉被包裹在纤维中间，从而在本质上解决了纳米粉 体的分散难问题，使所制备的导电纤维具有较好的导电性能，也增加了其力学强度；特别 是本发明方法摈弃了常规方法的造粒步骤，大大简化了纺丝设备和工艺，方便操作，降低成 本。采用本发明方法可直接制得导电纤维。经检验，本发明实施例的电纤维直径介 于200ηπι-6μπι之间，均值为1. 5_5 μ m，纤维呈簇状或三维网状结构；单丝体积比电阻为 IO4-IO7 Ω · cm，性能优良。本发明未述及之处适用于现有技术。下面给出本发明方法的具体实施例。实施例仅是对本发明方法的具体或进一步说 明，不限制本发明权利要求的保护范围。实施例1先把IOg聚乙烯和100ml 1、2_ 二氯乙烷放入高压釜内，再加入2g炭黑，搅拌均勻， 对高压釜加热、加压，并在温度200°C和压力15MPa下，搅拌20min，使聚乙烯充分溶解，使炭 黑均勻分散；然后打开高压釜放料控制阀门，使纺丝溶液迅速喷出，溶剂瞬间汽化并对聚乙烯纤维进行高倍拉伸，纳米炭黑被喷出并被包裹在聚乙烯纤维中，在接收装置上即得到三 维网状聚乙烯导电纤维。经检验，本实施例所制备的聚乙烯导电纤维的直径介于200ηπι-5μπι之间，均值为 1. 5 μ m，纤维呈簇状或三维网状结构；单丝体积比电阻为104-106 Ω · cm。实施例2先把8g聚酯和150ml氯仿放入高压釜内，再加入Ig锑掺杂氧化锡，对高压釜加 热、加压并在温度350°C和压力20MPa下，搅拌30min，使聚酯充分溶解，使锑掺杂氧化锡均 勻分散；然后打开高压釜放料阀门，使纺丝溶液迅速喷出，溶剂瞬间汽化并对聚酯纤维进行 高倍拉伸，锑掺杂氧化锡被喷出并被包裹在聚酯纤维中，在接收装置上即得到三维网状聚 酯导电纤维丛丝。经检验，本实施例所制备的聚酯导电纤维的直径介于500nm-6 μ m之间，均值为 3 μ m，纤维呈簇状或三维网状结构。单丝体积比电阻为104-106 Ω .cm。实施例3
先把15g聚偏氟乙烯和200ml环己烷放入高压釜内，再加入1. 5g锑掺杂氧化锡， 对高压釜加热、加压并在温度230°C和压力20MPa下，搅拌30min，使聚偏氟乙烯充分溶解， 使锑掺杂氧化锡均勻分散；然后打开高压釜放料阀门，使纺丝溶液迅速喷出，溶剂瞬间汽化 并对聚偏氟乙烯纤维进行高倍拉伸，锑掺杂氧化锡被喷出并被包裹在聚偏氟乙烯纤维中， 在接收装置上即得到三维网状聚偏氟乙烯导电纤维丛丝。经检验，本实施例所制备的聚偏氟乙烯导电纤维的直径介于800nm-6 μ m之间，均 值为5 μ m，纤维呈簇状或三维网状结构。单丝体积比电阻为105-107 Ω .cm。
权利要求
一种导电纤维的制备方法，该制备方法采用闪蒸法，具体工艺是先把聚合物和溶剂按每10g聚合物50-200ml的比例加入到高压釜中，然后按每100g聚合物5-30g的质量比例加入纳米导电粉，搅拌均匀，在温度为150-350℃和压力5-25MPa条件下，充分搅拌20-30min，待聚合物溶解和纳米导电粉分散均匀后，打开高压釜放料控制阀，使纺丝溶液从喷丝口喷出，在接收装置上固化形成三维网络状导电纤维丝条；所述聚合物为聚烯烃，聚酯或聚偏氟乙烯；所述溶剂为1，2-二氯乙烷、氯仿或环己烷；所述纳米导电粉为炭黑或锑掺杂氧化锡。
2.一种导电纤维，该导电纤维由权利要求1所述导电纤维的制备方法制得。
全文摘要
本发明公开一种导电纤维的制备方法，该制备方法采用闪蒸法，具体工艺是先把聚合物和溶剂按每10g聚合物50-200ml的比例加入到高压釜中，然后按每100g聚合物5-30g的质量比例加入纳米导电粉，搅拌均匀，在温度为150-350℃和压力5-25MPa条件下，充分搅拌20-30min，待聚合物溶解和纳米导电粉分散均匀后，打开高压釜放料控制阀，使纺丝溶液从喷丝口喷出，在接收装置上固化形成三维网络状导电纤维丝条；所述聚合物为聚烯烃，聚酯或聚偏氟乙烯；所述溶剂为1，2-二氯乙烷、氯仿或环己烷；所述纳米导电粉为炭黑或锑掺杂氧化锡。
文档编号D01F6/46GK101845679SQ20101018006
公开日2010年9月29日 申请日期2010年5月24日 优先权日2010年5月24日
发明者夏磊, 程博闻, 西鹏 申请人:天津工业大学