[发明专利]导电母粒及导电单纤纤维

说明书

技术领域

本发明关于一种含有纳米碳管粉体均匀分散其中的聚酯基材粉体；一 种具有均匀光滑表面的导电母粒及一种制造该导电母粒的方法；一种由该 导电母粒形成的导电单纤纤维及一种制造彼等导电单纤纤维的方法；及一 种由该导电单纤纤维制成的纺织品。

背景技术

已知纳米碳管为一种石墨化碳管，与一般碳的差异在于纳米碳管具有 L/D比特性，是最佳的导电材料。通常，当L/D比越大时，相对的导电性 会越好，但是若L/D比过大时，在纺丝加工程序上会有问题，例如若排列 性或顺向性不好时会造成抽丝上的困难，又若当纳米碳管无法通过滤网试 验时，则在纺丝过程中容易发生断丝情形。

为增加高分子基材的导电度可添加具有良好分散性的纳米碳管，纳米 碳管物质可利用高速机械作用力以形成分散的纳米碳管及使其能均匀地 分散于高分子基材中，以此提高高分子的导电度。惟此种以机械方法达到 分散效果及提高导电度的方式仅在添加低浓度的纳米碳管时才有效，倘若 纳米碳管的浓度偏高时，虽可有效地提高导电度但是无法达到均匀分散的 效果。另一方面，纳米碳管长度愈长对其增加导电性质的效果会愈好，惟 倘若纳米碳管的长度过长则对其应用加工性是较不利的，此结果乃归因于 纳米碳管本身会有互相缠结在一起的问题。

近年，使用高速剪切混练加工技术，使在高分子基材中添加的纳米碳 管含量可以高达15重量％。但是由此方式得到的高分子材料中的纳米碳管 分散性并不佳。

另一种使纳米碳管分散的公知方法是利用超音波在强酸溶液中将纳 米碳管的结团震开，例如在含有H₂S0₄与HN0₃(比例为3∶1)的混合酸液中及 在50℃超音波震荡的环境下历时24小时，以解开纳米碳管团块。然而纳 米碳管经强酸处理后，容易产生具有增加纳米碳管分散特性的COOH基， 但这种方法的缺点在于纳米碳管经强酸处理后会在纳米碳管表面结构上 产生缺陷，使纳米碳管的特性与功能大幅降低。

公知技术CN1475437A公开一种纳米碳管纸的制备方法，该方法包括 净化纳米碳管、分散纳米碳管及形成纳米碳管纸的步骤，其中纳米碳管使 用强酸处理去除杂质，并使纳米碳管均匀分散，可以多次处理直到纳米碳 管去除杂质及充份分散为止。但是以诸如此种方法使纳米碳管达到均匀分 散的目的有下述缺点：

1)程序过于复杂且成本过高；

2)纳米碳管经强酸表面处理破坏后会失去原本特性，例如抗静电性或 导电性或强力等性能会变差；

3)纳米碳管于溶剂中不易分散，且使用的溶剂会衍生环保问题；及

4)纳米碳管经强酸表面处理破坏后，回收率只有原来的30至60％左 右，因而大幅增加制造成本。

CN1563526A公开一种含纳米碳管的导电纤维及其制备方法，该导电纤 维包含80至99.9重量％聚酯、0.05至10重量％纳米碳管及0.05至10重 量％偶合剂，其中该偶合剂为OP腊、蒙旦腊、聚乙烯醋酸乙烯或铝酸酯。 此已知技术中纳米碳管在强剪切作用下被打开，以使其能在聚酯基材中均 匀分散，因此只需要很少的添加量即可获得具有导电性的纤维材料。又， 此方法中预先真空干燥聚酯及纳米碳管，之后添加偶合剂，在高速及70 至120℃温度条件下进行混练，接着使用双螺杆于40至150转/分的转速 下制得母粒，再制成纤维，一般经由此方法纳米碳管缠结不容易打开，因 纳米碳管的长度L＝100μm(如其实施例所示)会过长，于滤网评估试验会有 问题，且在纺丝过程中容易发生断丝情形。再者，此方法中仅添加偶合剂 且纳米碳管的浓度低，对提高聚酯基材的导电效果有限。另外，此方法中 预先真空干燥聚酯及纳米碳管时，抽眞真空干燥过程会将纳米碳管吸出的 问题，且会导致纳米碳管的浓度降低使导电效果下降，所制备出的纳米碳 管母粒的物性较不佳，因此需要利用双组份复合纺丝方式纺丝，方可以制 备纤维，且纤维导电效果会降低，其缺点为所制备的纤维纺织品只有抗静 电的效果，纺织品表面电阻为1.2x 10⁶Ω/sq。