[发明专利]一种导电纺织品及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及导电材料的制备，更具体地说，涉及一种导电纺织品及其制作方法。

背景技术

已知有两种方式来获得导电的纤维、纱线、织物和薄膜，即采用在混纺纱或复合纱中嵌入金属线或其它导电线或导电材料的方式，以及在纺织品基底的表面上涂覆导电材料的方式。用于制造导电的纤维、纱线、织物和薄膜的导电材料中包括金属、金属氧化物、金属纳米粒子、导电聚合物和碳基材料。

对于第一种方式而言，现有技术中已知几种生产方法。PCT国际申请WO93/24689就是采用这种方式使用相同或不同类型的纺织纤维制造复合纱的方法，在这些纺织纤维中捻合了金属线，退火的镀银或镀金的铜或者退火的不锈钢，其直径在0.008mm至0.05mm之间。在捻合了该复合纱/织物后，金属线基本上位于各个纺织纤维的相互接触区域之间的纵轴方向上。另一种类似的方法在欧洲专利文献EP-A-0 644 283中进行了描述。其中，金属线和纺织线在被带到一起时相互捻合。论文(D.Marculescu et al.Proceedings of the IEEE 2003，91，1995 and S.Jung et al.ISSCC 2003/Session 22/TD：EmbeddedTechnologies/Paper 22.1)公开了整合了金属线的织物。专利号为3987613的美国专利、欧洲专利文献EP-A-0 250和专利号为6032450的美国专利中公开了其它一些纺纱方法。这些方法得到了广泛应用，是因为通过嵌入方法制备的复合纱的纺织线和金属线之间的结合非常紧密。但是，这些方法也存在不足，金属线已经在一定程度上承受了相当的机械预应力，且复合纱相对坚硬容易折断，这可能存在一定的风险，使得复合纱/织物在进一步的加工期间重新分离，并且当这些金属股通过焊接结合在一起时，在焊接工艺之前或过程中周围区域的纺织载体结构可能被破坏。碳基材料，例如碳纤维、石墨和碳纳米管，也可以直接纺入到导电纱线/织物中。但是，这不仅在成本上仍然存在局限，而且当被焊接连接时其导电性能仍然比金属差。

另一种方式，即在常规纤维上覆盖一层金属、碳纳米管或导电聚合物，随后纺成纱线，是一种制作导电纱线的更加经济而富有成效的方式。在这些生产的纱线中，人们着重于关注金属涂层的纱线。专利号为4522889的美国专利公开了一种通过化学镀涂覆了铜和镍的导电芳香聚酰胺布料。但是，没有获得大致均匀的金属涂层，特别是在预纺织织物的纱线交叉处。而同样在专利号为5302415的美国专利中也出现了未被涂覆的细丝。专利号为5935706的美国专利描述了使用铜来对各种芳香聚酰胺纤维喷镀金属的工艺。该公开的工艺使用了80％至90％的硫酸溶液来修饰芳香聚酰胺纤维的表面。该修饰是通过解聚来控制纤维降解来实现的，从而为促进电解金属沉积的增敏剂的沉积提供位点。然而，这些专利中使用80％到90％的硫酸溶液，这将破坏所有的天然纤维，例如，棉、丝和羊毛，另一方面，通过湿化学方法沉积的铜意味着这种沉积直接位于聚合物表面，这将导致金属和芳香聚酰胺纤维表面之间的结合非常薄弱。在制作纺织电子器件时，这种薄弱的金属涂层纤维不能承受强韧的机织或针织工艺。

最近，郑等人研制出一种制造聚电解质-桥连金属-涂层棉纱的技术。在该方法中，通过表面引发原子转移自由基聚合(SI-ATRP)在棉纱表面嫁接较薄的聚电解质层。包括铜和镍的导电金属随后通过离子交换和化学沉积法沉积到聚电解质层上。如此制得的导电棉在机械和洗涤测试中是非常耐用的。这项工作有力地证明了聚电解质可以作为软基地和硬金属涂层之间的一种非常有效的桥接层，以生产出具有良好的柔韧性和导电性的非常坚固的分层结构。然而，SI-ATRP工艺存在几点不足，严重阻碍了大规模生产和商业化。首先，其对氧气非常敏感，需要进行氮气保护。因此，SI-ATRP非常难以应用在大规模制造中，特别是在纺织行业。其次，从单体到聚合物的化学转化率是非常低的，使得大部分单体都被浪费。第三，反应速度慢，可能需要24小时。此外，目前的技术只能用于在特定的或有限的基底上制备导电织物。因此，亟待研制出一种能够普遍使用且产量高的技术来制造导电织物，该技术可被用于在温和地条件下在不同类型的基底上制造这些聚电解质-桥连金属-涂层棉纱和织物且适用于后续的卷到卷工艺。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有的导电纺织品制作方法中需要进行氮气保护且转化率低的缺陷，提供一种导电纺织品及其制作方法。