[发明专利]一种复合导电纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能性纤维制造技术领域，涉及一种导电性能优异的导电纤维及其制备工艺。

背景技术

复合导电纤维是一种将碳黑、TiO2、SnO2、ZnO、CuI等导电微粒添加到聚合物中而得到的导电纤维，其导电原理为导电填料在聚合物填充体系中的含量达到临界点时，导电粒子在基体中形成导电通道，聚合物从绝缘体转变为半导体，从而使自身电阻急剧下降，起到导电，即防静电的作用。其导电性主要取决于所用粒子的类型、聚合物的类型、导电粒子在基体的分散形式、导电粒子的含量、聚合物基体的形态以及材料的成型工艺。

复合导电纤维的制备主要包括4个环节：导电剂的选择，导电剂表面处理，复合纺丝，后处理。

复合纺丝类型一般分两种，海岛型：将加入导电剂的聚合物作为导电组与常规的聚合物进行纺丝，得到以导电组为岛，非导电组为海的海岛型纤维。连续型：将导电组与非导电组经过汇合后从同一纺丝孔中喷出，即得到连续型复合导电纤维。

复合导电纤维由于其良好的导电、耐洗、耐磨、抗弯曲等性能而广泛用于工业、家纺产品，如防静电服、鞋、帽、羊毛衫、羊绒衫等。但大量添加导电粒子降低了成纤聚合物的可纺性，使纤维的成品率下降，成本上升，同时也影响纤维的力学、纺织性能。因此，如何降低导电粒子添加量而维持导电性，或者在不影响可纺性和力学性能的前提下提高导电粒子添加量，成为复合导电纤维未来发展的方向。

发明内容

在聚合物中添加导电微粉制得导电纤维，现有技术通过填料共混、熔融纺丝工艺很容易实现，但受到纤维可纺性和后加工过程的限制，导电微粉的添加量一般较低，甚至很难达到某些体系的导电临界点，因而该结构的导电纤维虽然简便易得，但导电性能却亟待提高。本发明的目的在于解决上述不足，有效提高导电填料的添加量，通过将导电纤维设计为皮芯型复合纤维的芯层，解决可纺性和后加工问题，最终再通过碱处理工艺去除皮层组分，获得性能优异的导电纤维。

本发明的技术方案如下：

1)生产皮芯型复合纤维

水溶性聚酯、导电微粉母粒和聚酯(或聚酰胺)三种原料切片分别干燥后，采用皮芯型复合纺丝设备，将一定量水溶性聚酯输入皮层螺杆挤出机，一定量导电微粉母粒和聚酯(或聚酰胺)输入芯层螺杆挤出机，进行复合熔融纺丝，计量泵分别计量后输入纺丝箱体，经特殊喷丝孔结构的复合纺丝喷丝板挤出，吹风冷却，上油集成丝束，经过后处理制得短纤或长丝。

所述复合纤维的皮芯层重量比为10：90～80：20。

所述复合纤维芯层中的导电微粉可以是：金属粉体、金属氧化物粉体、碳黑、导电钛白粉、碳纤维粉等，导电微粉在芯层中的质量百分含量为20％～50％。

所述特殊喷丝孔结构的复合纺丝喷丝板，挤出纤维为皮芯型结构，其中皮层、芯层皆可为圆形或异形结构。

2)丝束的后处理工艺

短纤维：丝束卷绕(速度900m／min)后落桶、集束，再经一级牵伸、二级牵伸后卷绕，经松弛热定型(温度110℃，45min)后切断、打包，制得皮芯型短纤维。

长丝：丝束经牵伸(牵伸温度80～95℃，牵伸倍数2～3倍)、定型(温度110～120℃)、卷绕(速度1500～5000m／min)等工艺，制得皮芯型长丝。

3)溶去皮层结构，获得导电纤维

上述皮芯型复合纤维，直接应用于织物中已具有一定的防静电效果，但由于纤维中大量导电成分包裹于芯层之内，为了发挥更好的导电效能，本发明将纤维添加到织物中后，经浓度为2g／L，温度为100℃的碱溶液处理一定时间，溶解皮层的水溶性聚酯，获得由芯层含导电微粉的聚酯或聚酰胺构成的导电纤维。

本发明的有益效果：

现有技术通过添加碳黑、金属、金属氧化物等生产的导电纤维，为了克服可纺性和后加工性问题，通常导电微粉的含量仅为5～15％，因而导电性能很难提高。本发明提供一种同类结构的导电纤维，其导电微粉的含量高达20～50％，表面电阻率低，导电性能十分优异。通过采用特定的复合纺丝工艺，将导电纤维作为皮芯型纤维的芯层，保证纤维的良好可纺性，以及牵伸、定型和卷绕等后处理过程的可加工性。

本发明以水溶性聚酯作为皮层组分的优势在于：皮芯型纤维在添加高含量导电成分后，仍具有普通涤纶纤维的可纺性和易加工性，同时在纤维的最终应用中不会成为障碍，因为通过一道简单的碱处理工艺即可溶去皮层组分，获得由芯层单独构成的导电纤维，发挥其优异导电性能。