[发明专利]一种聚合物/导电填料/金属复合纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及合成纤维领域，进一步地说，本发明涉及一种聚合物/导电填料/金属的复合纤维及其制备方法。

背景技术

相较天然纤维，合成纤维具有价格低廉，密度低和吸湿率低等特性，广泛应用于日常生产生活的纺织服装类、编织袋等领域。但是合成纤维的电绝缘性能好，电阻率高，在使用过程中易产生静电，对工业生产和人民生活都会带来危害。并且随着高科技的发展，由于静电以及静电吸附尘埃是导致现代电子设备运转故障、电路短路、信号丢失、误码、成品率低的直接原因之一。在石油、化工、精密机械、煤矿、食品、医药等行业均对静电的防护有特殊的要求。因此，开发具有优越电性能的纤维从而减少静电带来的危害成为十分迫切的课题。

碳纳米管是有碳六元环组成的类似卷曲石墨的纳米级管状结构。由于碳纳米管具有优异的电学和力学性能，因此被广泛用于聚合物基复合材料或复合纤维领域。但是由于纳米粒子自身的高表面能导致碳纳米管具有严重的团聚效应，从而增加了纳米粒子的填充量和成本。同时，大量的纳米粒子填充给纤维的生产也造成了困难。如何降低碳纳米管用量，减少生产困难是亟待解决的问题。

采用复合导电导电填料技术加入第三组分是有效提高纤维导电效率，降低碳纳米管含量的有效方法。专利CN102409421A公开了一种制备聚丙烯/纳米二氧化锡/碳纳米管复合纤维的制备方法。该技术虽然降低了复合纤维的电阻率，但是加入的第三组分同样为纳米粒子，增加了加工原料的难度，纤维表面粗糙，手感差，力学性能下降，生产中容易断丝等现象。

近年来，国内外聚合物/低熔点金属复合材料领域出现新的发展。低熔点金属以高电导率、易加工等特性作为一个新的导电填料被广泛应用于聚合物的复合材料领域。专利CN102021671A公开了一种聚合物/低熔点金属复合导线及其制造方法，同时专利CN102140707A公开了一种皮芯复合电磁屏蔽纤维及其制备方法。上述两项技术利用皮芯复合技术制备聚合物包覆低熔点金属导线或纤维的方法。但是该技术中需要特殊的复合纺丝机，且作为纤维的芯层金属比重加大，虽然保证了纤维较低电阻率，但是需要大量添加金属，增加了生产成本。

发明内容

为了能够以简便和低成本的方法制备具有低体积电阻率和良好手感的复合纤维，提出本发明。

本发明的一个目的是提供一种聚合物/导电填料/金属复合纤维，该复合纤维具有良好的抗静电性能和手感。

本发明的另一目的是提供上述聚合物/导电填料/金属复合纤维的制备方法，该方法采用原位法制备聚合物/导电填料/金属复合纤维，即在聚合物纤维制备过程中作为分散相的低熔点金属由金属颗粒拉伸变形成金属短纤维的制备方法。由于体系中导电填料的存在，共混过程中体系的粘度提高很大，在相同剪切速率的条件之下，体系受到更大的剪切作用，从而使低熔点金属在高分子材料基体中分散粒径变小，也降低了金属颗粒碰撞后重新发生合并的概率，使金属颗粒的粒径变得更小，金属颗粒数量更多，金属颗粒之间距离更小。所以在金属颗粒原位的变形为金属纤维时，使短纤维直径更小，短纤维之间距离更短；另一方面，导电填料分散在金属纤维之间也起到连接作用，从而实现在较低金属填充量的情况下提高纤维抗静电性能的目的。本发明的方法是在现有普通纤维生产设备上实现，从而使制备方法具有良好的适用性和较低设备成本。

本发明的一种聚合物/导电填料/金属复合纤维，包括含有导电填料和金属短纤维的聚合物纤维，其微观结构为金属短纤维作为分散相分布在聚合物纤维中，而且作为分散相的金属短纤维沿着聚合物纤维轴平行分布；导电填料分散在聚合物纤维内，分布在金属短纤维之间。由于导电填料的存在起到连接金属短纤维的作用，更容易形成导电网络；同时还使金属短纤维直径更小，短纤维之间距离更短，使得所制备的复合纤维的抗静电性能得到提高，并且保持纤维良好的手感。

本发明的一种聚合物/导电填料/金属复合纤维中，所述聚合物纤维的聚合物为热塑性树脂，优选为熔点在90～450℃的热塑性树脂，更优选为熔点为100～290℃的热塑性树脂。最优选自聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺或聚酯等中的一种。其中所述的聚酰胺包括现有技术中任何种类的可纺丝聚酰胺，优选尼龙6、尼龙66、尼龙11或尼龙12。所述的聚酯可以为现有技术中任何可纺丝的聚酯，优选聚对苯二甲酸乙二醇（PET）或聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）。