CN101358387A - 一种白色复合导电纤维 - Google Patents

Abstract

本发明涉及纺织、化纤行业，具体说是一种白色复合导电纤维的生产方法。按照本发明所提供的生产方法，是将非导电皮层材料与导电芯层材料通过复合纺丝，生产出复合导电纤维，其中非导电皮层材料是添加有0～10％TiO₂粉体的聚酯或聚酰胺，导电芯层材料是以30～80％锑掺杂氧化锡的纳米粉体为导电材料以及20～70％共聚酯或共聚酰胺为载体材料的一种复合物；通过选取合理的纤维结构以及复合比，而纺制出的一种可广泛使用的白色复合导电纤维，其电阻≤10⁸Ω/cm。

Description

一种白色复合导电纤维

技术领域

本发明涉及纺织、化纤行业，具体说是一种白色复合导电纤维的生产方法。

背景技术

合成纤维具有尺寸稳定性好、耐化学性好、应用广泛等优点，在纺织行业中所占比重越来越重要，特别是聚酯纤维及聚酰胺纤维，近年来发展很快，但是合成纤维本身存在的电阻高、吸湿性差等问题，给其产品带来不良影响。主要体现在产品经磨擦后产生静电，静电得不到及时消除，轻则会刺激皮肤、引起吸尘，造成皮肤过敏的不适感，以及影响生产，造成产品制成率低等不良后果，重则产生静电火花，引起火灾、***等严重安全事故。

以往在解决这类问题时主要通过提高纤维的吸湿性以及提高纤维的导电性两个方面入手，由于提高纤维的吸湿性与环境的湿度关系较大，此种技术近年来较少采用，目前主要以提高纤维的导电性为主要技术，如专利CN101096775A，CN10109275A通过在纤维中加入导电性材料(主要是导电碳黑、碳纳米管等)提高纤维的导电性，这种方式所制成的导电纤维多以黑色或深色为主，存在局限性，影响产品的应用面。如专利CN1904155A所提出的导电纤维生产方法，不一定能很好解决导电性能与纤维力学性能之间的矛盾，其使用将受到限制。而专利CN1584141A中提到的在皮层材料中加入成孔剂，光屏蔽剂以及着色剂，多种助剂的加入使得皮层材料的强力严重削弱，造成导电纤维的强力偏低，此外生产管理复杂，产品质量较难控制，特别是纤维颜色较难撑控，应对市场能力差，因此其实际生产及使用也会受到一定限制。另外也有一些文献及专利报导了采用浅色导电材料生产白色导电纤维的技术，它们或是采用粒径较大，电阻较高的导电粉体，或是采用聚烯烃为载体材料，且皮层未进行有效的光屏蔽处理。其中，前者所制纤维的电阻较高，力学性能差，制成率及生产成本较难控制，后者由于皮芯两相的差别较大，使用中易产生皮芯分离，影响后续加工及产品的耐久性，且两者所生产的纤维颜色稍逊。

发明内容

本发明的目的是提供一种白色复合导电纤维，以提高纤维的强力，改善导电性与色泽，方便使用。

按照本发明提供的技术方案，所述白色复合导电纤维包括非导电皮层材料与导电芯层材料，其特征是：在导电芯层材料中，导电材料占导电芯层材料的比例在30～80％(w/w)，载体材料占导电芯层材料的比例在20～70％(w/w)；所述非导电皮层材料包括具有良好成纤性的以对苯二甲酸为主要链结构的聚酯或共聚酯，或者，具有良好成纤性的聚酰胺或共聚酰胺；其中导电芯层材料占复合导电纤维的总比例为20～40％(w/w)，余下的为非导电皮层材料。

以对苯二甲酸为主要链结构的聚酯或共聚酯包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)中的一种或几种物质；具有良好成纤性的聚酰胺及共聚酰胺包括聚己内酰胺(PA6)、聚己二酰丁二胺(PA46)、聚己二酰己二胺(PA66)、聚癸二酰己二胺(PA610)、聚癸二酰癸二胺(PA1010)中的一种或几种物质。

在非导电皮层材料中还加入光屏蔽剂，所述光屏蔽剂包括TiO₂、SiO₂、ZnO、CaCO₃中的一种或几种粉体，加入量占皮层材料总量的0.01～10％(w/w)。

所述导电芯层材料是指由导电材料及载体材料经母粒加工工艺加工而成的一种复合材料，其中的载体材料是指一种具有热塑性好、成纤性好、稳定性好的聚合物，所述聚合物包括聚酯或共聚酯；或者聚酰胺或共聚酰胺。其中的聚酯或共聚酯；或者聚酰胺或共聚酰胺，可以与非导电皮层材料中的聚酯或共聚酯，或者聚酰胺或共聚酰胺相同。

所述导电材料是颜色较浅的纳米级导电性金属氧化物粉体，所述颜色较浅的纳米级导电性金属氧化物粉体包括锑掺杂氧化锡(ATO)粉末；铟掺杂氧化锡(ITO)粉末；或者，以锑掺杂氧化锡(ATO)或铟掺杂氧化锡为主要成份的混合物。

所述导电材料是粒径在0.1um以下的纳米级粉体；导电材料的电阻在50Ω.cm以下。

导电材料占导电芯层材料的比例在40～60％(w/w)。

所述复合导电纤维的纤维结构包括：导电芯层材料位于非导电皮层材料的中央，且均为圆形的同心圆结构；导电芯层材料为圆环形，且圆环形的导电芯层材料与复合导电纤维同心，形成同心圆圈结构；导电芯层材料偏离非导电皮层材料的中心，形成偏心结构；导电芯层材料呈“一”字型位于非导电皮层材料中，形成“一”字型结构；导电芯层材料以两条平行的“一”字型位于非导电皮层材料中，形成夹层型结构；导电芯层材料以三个叶片的形式位于非导电皮层材料中，形成三叶型结构；导电芯层材料以十字型的形式位于非导电皮层材料中，形成“十”字结构；导电芯层材料以六个花瓣的形式位于非导电皮层材料中，形成“六”瓣结构、导电芯层材料以米字型的形式位于非导电皮层材料中，形成“米”字结构。

白色复合导电纤维的颜色为灰白色至白色，断裂强度大于3.0cN/dtex，电阻率≤10⁸Ω/cm。

本发明采用了电阻更低的浅色纳米级导电粉体，以相溶性更好的聚酯、共聚酯、聚酰胺、共聚酰胺为载体材料，并在非导电皮层材料中加入光屏蔽剂，所生产的导电纤维，导电性更好，力学性能更优，可加工性及耐久性也更优，并可有效控制纤维的色泽。

附图说明

图1是导电纤维的同心圆结构。

图2是导电纤维的同心圆圈结构。

图3是导电纤维的偏心结构。

图4是导电纤维的“一”字型结构。

图5是导电纤维的夹层型结构。

图6是导电纤维的三叶型结构。

图7是导电纤维的“十”字结构。

图8是导电纤维的“六”瓣结构。

图9是导电纤维的“米”字结构。

图10所示为母粒加工工艺流程图。

具体实施方式

本发明中的白色复合导电纤维，是由非导电皮层材料与导电芯层材料经复合纺丝技术而形成的一种复合纤维。

依据本发明的方法，为得到性能良好的白色复合导电纤维，导电性芯层材料在导电纤维中所占的比例应控制在10～60％，最好在20～40％(w/w)。若导电性芯层材料所占比例过高，纤维可表现出更好的导电性，但纤维的强度低，使用性能差，同时生产成本也过高；相反，若导电性芯层材料所占比例过低，纤维的导电性较差，起不到应有的效果。

依据本发明的方法，为得到性能良好的白色复合导电纤维，纤维的结构设计必须合理，为提高纤维的导电性能及力学性能，同时又要有效控制导电芯层材料的用量，降低生产成本；此外还需兼顾芯层材料所处的位置，不宜过度暴露于纤维的表面，也不能过分处于纤维中央。据此，本发明所指的导电纤维的结构主要指以下几种，同心圆结构(图1)，同心圆圈结构(图2)，偏心结构(图3)，“一”字型结构(图4)，夹层型结构(图5)，三叶型结构(图6)，“十”字结构(图7)，“六”瓣结构(图8)，“米”字结构(图9)。

本发明中所说的非导电皮层材料，主要指具有良好成纤性的聚酯，尤其是指PET，PTT，PBT等以对苯二甲酸为主要链结构的聚酯，共聚酯；以及具有良好成纤性的聚酰胺及共聚酰胺，尤其是指PA6，PA46，PA66，PA610，PA1010等。

为提高皮层材料的遮盖能力，改善纤维的白度，在非导电皮层材料中加入TiO₂，SiO₂，ZnO，CaCO₃等粉体，其添加量占皮层材料总比例的0～10％(w/w)。具体的添加量可根据皮层材料的情况而定，如全消光PET可以不加，对于半消光PET可不加或少许加入，对于有光PET添加量可稍大些，这样在改善白度的同时，不削弱皮层材料的力学性能，有利于保持纤维的整体力学性能。

本发明中所说的导电芯层材料，是指由导电材料、载体材料、偶联剂、分散剂、增塑剂、抗氧剂等成份按一定比例，经图10所示的母粒加工工艺加工而成的一种复合材料。

加工过程中，先将导电材料与偶联剂一起经过包覆，通过偶联剂包覆主要为避免导电材料在进一步加工过程中发生团聚，同时偶联剂的加入也提高了导电材料与载体材料之间的结合力；

经包覆后的导电材料再通过超声波分散工艺进行分散，充分分散可以进一步减少团聚，提高导电材料在复合材料中分布的均匀性，此外还可以在提高导电性的同时降低生产成本；在分散时，需要添加分散剂；

分散后，再添加增塑剂、抗氧剂及载体树脂，通过高速混合，使各种组份混合充分，减少在造粒加工中的沉降和团聚，此外在造粒前的混合料还需进行充分的干燥，以减少材料的降解；

最后经干燥后的混合料经造粒双螺杆进行挤出造粒，得到本发明所说的导电芯层材料。

上述工艺是传统的母粒加工工艺，所用的各种添加剂的加入量及其它一些工艺参数书均按照常规方法设定，没有特殊要求。具体可看参见“白色复合导电纤维DDY-2的研究第1报-导电纤维的制备”，发表于《合成纤维》2005年09期，侯庆华著。

其中导电材料主要选取颜色较浅的纳米级导电性金属氧化物粉体，如锑掺杂氧化锡(ATO)粉体，铟掺杂氧化锡(ITO)粉体，或以其为主要成份的混合物，考虑到后者的价格较高，因此实际生产中主要是以前者为主。

纳米级导电性金属氧化物粉体应具有以下特征：粉体的粒径一定要小，在相同情况下较小的粒径有利于提高纤维的成纤性能，提高纤维的力学性能，以及纤维的导电性能等。实际使用中粉体的粒径应在0.1um以下，此外纳米级导电性金属氧化物粉体还应具有较低的电阻，本发明所使用的粉体其电阻应在50Ω.cm以下，最好在1Ω.cm以下，电阻越小越好。当粉体粒径越小、以及电阻越低时，在用量相同的情况下，纤维的导电性及力学性能越好，还可以有效降低生产成本。

载体材料是指一种具有热塑性好、成纤性好、稳定性好的聚合物，可以是聚酯、共聚酯；也可以是聚酰胺、共聚酰胺。

为保持良好的导电性及挤出成纤性，导电芯层材料中的纳米级导电性金属氧化物粉体其含量应在30～80％(w/w)，较为合理的应在40～60％(w/w)；载体材料应控制在20～70％(w/w)，此外还应加入一定比例的偶联剂，分散剂，增塑剂，抗氧剂等成份。

采用上述纳米级导电材料及工艺生产的白色复合导电纤维，颜色灰白色至白色，断裂强度大于3.0cN/dtex，电阻率≤10⁸Ω/cm，可与普通长丝及纱线进行网络或倍捻，其产品掩盖性好，易于染色，可广泛应用于各类防静电产品中。

以下实例将对本发明的方法加以具体描述，其中的百分比(％)，若无具体说明都为重量百分比，A组份为导电芯层材料，B组份为非导电皮层材料。

实施例1

采用粒径为50～80nm的纳米级锑掺杂氧化锡粉体，粉体电阻率2Ω.cm；55％的上述粉末与45％的共聚酯以及偶联剂，分散剂，增塑剂，抗氧剂等经包覆、分散、混合后造粒制成A组份；以全消光PET为B组份。两组份分别经干燥后，分别加入复合纺丝机的A、B料仓。

A、B组份分别经A、B螺杆熔融挤压后，再分别经A、B计量泵按25％，75％的比例将熔体压入复合喷丝组件，经喷丝孔喷出后获得“一”字型结构的纤维，后经冷却、上油，3200m/min的卷取，获得导电纤维卷绕丝；再在600m/min的加工速度下进行牵伸，牵伸温度控制在85/185℃，牵伸倍数控制在1.5倍。所制得的导电纤维的规格为22dtex/3f，断裂强度为3.2cN/dtex，断裂伸长为35％，电阻为5.1×10⁷Ω/cm。

实施例2

采用实施例1中A组份，B组份采用半消光PET切片另加2％的TiO₂母粒，喷丝板改为偏心结构，其它保持不变。所制得的导电纤维的规格为33dtex/6f，断裂强度为3.0cN/dtex，断裂伸长为36％，电阻为3.8×10⁷Ω/cm。

实施例3

采用实施例1中A组份，B组份采用半消光PET切片，喷丝板改为三叶型结构，A、B组份按22％，78％的比例进行复合，其它保持不变。所制得的导电纤维的规格为22dtex/4f，断裂强度为3.5cN/dtex，断裂伸长为38％，电阻为8.5×10⁷Ω/cm。

实施例4

采用粒径为60～100nm的纳米级锑掺杂氧化锡粉体，粉体电阻率8Ω.cm；60％的上述粉体与40％的共聚酯以及偶联剂，分散剂，增塑剂，抗氧剂等经包覆、分散、混合后造粒制成A组份；以半消光PET为B组份。喷丝板改为“六”瓣结构，A、B组份按30％，70％的比例进行复合，其它条件与实施例1相同。所制得的导电纤维的规格为55dtex/8f，断裂强度为3.2cN/dtex，断裂伸长为33％，电阻为8.8×10⁷Ω/cm。

实施例5

采用粒径为50～80nm的纳米级锑掺杂氧化锡粉体，粉体电阻率6Ω.cm；60％的上述粉末与40％的共聚酰胺以及偶联剂，分散剂，增塑剂，抗氧剂等经包覆、分散、混合后造粒制成A组份；以半消光PA6为B组份。采用“一”字型结构，卷绕速度4200米。所制得的导电纤维的规格为22dtex/3f，断裂强度为3.1cN/dtex，断裂伸长为70％，电阻为9.7×10⁷Ω/cm。

Claims (9)

1、一种白色复合导电纤维，包括非导电皮层材料与导电芯层材料，其特征是：在导电芯层材料中，导电材料占导电芯层材料的比例在30～80％(w/w)，载体材料占导电芯层材料的比例在20～70％(w/w)；所述非导电皮层材料包括具有良好成纤性的以对苯二甲酸为主要链结构的聚酯或共聚酯，或者，具有良好成纤性的聚酰胺或共聚酰胺；其中导电芯层材料占复合导电纤维的总比例为20～40％(w/w)，余下的为非导电皮层材料。

2、如权利要求1所述的白色复合导电纤维，其特征是：以对苯二甲酸为主要链结构的聚酯或共聚酯包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯中的一种或几种物质；具有良好成纤性的聚酰胺及共聚酰胺包括聚己内酰胺、聚己二酰丁二胺、聚己二酰己二胺、聚癸二酰己二胺、聚癸二酰癸二胺中的一种或几种物质。

3、如权利要求1所述的白色复合导电纤维，其特征是：在非导电皮层材料中还加入光屏蔽剂，所述光屏蔽剂包括TiO₂、SiO₂、ZnO、CaCO₃中的一种或几种粉体，加入量占皮层材料总量的0.01～10％(w/w)。

4、如权利要求1所述的白色复合导电纤维，其特征是：所述导电芯层材料是指由导电材料及载体材料经母粒加工工艺加工而成的一种复合材料，其中的载体材料是指一种具有热塑性好、成纤性好、稳定性好的聚合物，所述聚合物包括聚酯或共聚酯；或者聚酰胺或共聚酰胺。

5、如权利要求1所述的白色复合导电纤维，其特征是：所述导电材料是颜色较浅的纳米级导电性金属氧化物粉体，所述颜色较浅的纳米级导电性金属氧化物粉体包括锑掺杂氧化锡粉末；铟掺杂氧化锡粉末；或者，以锑掺杂氧化锡或铟掺杂氧化锡为主要成份的混合物。

6、如权利要求1所述的白色复合导电纤维，其特征是：所述导电材料是粒径在0.1um以下的纳米级粉体；导电材料的电阻在50Ω.cm以下。

7、如权利要求1所述的白色复合导电纤维，其特征是：导电材料占导电芯层材料的比例在40～60％(w/w)。

8、如权利要求1所述的白色复合导电纤维，其特征在于，所述复合导电纤维的纤维结构包括：导电芯层材料位于非导电皮层材料的中央，且均为圆形的同心圆结构；导电芯层材料为圆环形，且圆环形的导电芯层材料与复合导电纤维同心，形成同心圆圈结构；导电芯层材料偏离非导电皮层材料的中心，形成偏心结构；导电芯层材料呈“一”字型位于非导电皮层材料中，形成“一”字型结构；导电芯层材料以两条平行的“一”字型位于非导电皮层材料中，形成夹层型结构；导电芯层材料以三个叶片的形式位于非导电皮层材料中，形成三叶型结构；导电芯层材料以十字型的形式位于非导电皮层材料中，形成“十”字结构；导电芯层材料以六个花瓣的形式位于非导电皮层材料中，形成“六”瓣结构、导电芯层材料以米字型的形式位于非导电皮层材料中，形成“米”字结构。

9、如权利要求1所述的白色复合导电纤维，其特征是：白色复合导电纤维的颜色为灰白色至白色，断裂强度大于3.0cN/dtex，电阻率≤10⁸Ω/cm。

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