CN1438363A - 导电纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种导电纤维及其制备方法，所述导电纤维由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醋酸乙烯和导电碳黑三组分组成，其中聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醋酸乙烯和导电碳黑重量比为100∶9～25∶6～15；所述导电纤维的制备方法首先使导电碳黑和聚乙烯醋酸乙烯形成均匀共混物，然后加入聚对苯二甲酸乙二醇酯形成三组分共混物，最后经纺丝制成所述导电纤维。本发明公开的导电纤维碳黑含量低、导电效果好，可以用单螺杆纺丝机进行纺丝，降低了企业设备投入，简化了导电纤维的生产工艺。本发明提供的导电纤维能够在服装、装饰布、传输带等领域用作抗静电材料。

Description

导电纤维及其制备方法
                              技术领域
本发明涉及一种导电纤维及其制备方法，特别是涉及一种以高分子材料为主要原料的导电纤维及其制备方法。
                              背景技术
绝大多数的高分子材料是绝缘材料，由高分子材料制成的化学纤维，如涤纶、丙纶、锦纶、腈纶等同样也具有绝缘性。这些化学纤维在使用过程中静电不断积累，而电荷无法释放，最终带有比较高的电势。化学纤维所带的静电会给加油站、油库以及某些特殊场合的安全生产带来严重威胁。化学纤维服装也由于经常带有静电会对人体健康带来不利影响。
解决这类化学纤维静电带来的不利影响，目前主要办法是设法让原本不导电的高分子合成纤维导电。例如，中国专利申请号为92108939.2，公开号是CN1082644A，公开日是1994年2月23日，名称为“导电纤维及导电布的制配方法”公开了将电解铜、纯钨、镍按一定比例配制电解后，对清洗过的纤维及布进行电镀的方法。这种方法在化学纤维织物成形后对其进行抗静电处理，不足之处在于制备的抗静电纺织品耐洗涤性能较差。将超细金属纤维混入纱线或纺织品中对消除化学纤维静电也有明显的效果，但是这类织物手感较差，织造也比较困难。目前，消除化学纤维静电最好的办法是发展导电纤维，即在纤维的纺丝中混入一定量的导电组分，使纤维直接具有导电的能力，达到抗静电目的。导电碳黑是一般导电纤维导电组分的首选，目前导电纤维以及导电纤维的制备方法需要在纤维中加入大量的导电碳黑以确保产品具有良好的电导率。导电碳黑在纤维中的量将超过20％并要求导电碳黑在纤维中均匀分散，这导致导电纤维的制备工艺比较复杂，而且产品中高含量的碳黑破坏了聚合物的纺丝流变性能，使聚合物的成纤性能、力学性能变差。对这种高碳黑含量的导电纤维进行纺丝则需要采用复合纺丝技术。所谓复合纺丝技术是将含有大量碳黑的纤维组分作为芯，不含有碳黑的纤维组分作为皮层，形成皮芯层结构，使用双螺杆纺丝机设备进行纺丝，这导致企业设备投入增加，工艺参数增多，对产品的控制难度增大。
                             发明内容
本发明的目的是克服以往导电纤维及其制备方法存在的缺点，提供一种导电效果好、碳黑含量低、易于纺丝的导电纤维及其制备方法。
为了实现本发明的目的，本发明采用以下技术方案：一种导电纤维，其特征在于该导电纤维由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醋酸乙烯和导电碳黑三组分组成，其中聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醋酸乙烯和导电碳黑重量比为100∶9～25∶6～15，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯是纺织涤纶用的常规聚酯切片，所述聚乙烯醋酸乙烯是乙烯和醋酸乙烯的共聚物，所述导电碳黑颗粒直径为0.1μm～10μm。
所述导电碳黑颗粒直径为0.1μm～1μm。
所述导电碳黑在导电纤维中的重量百分比大于5％，小于或者等于10％。
一种导电纤维的制备方法，依次包括如下步骤：a.将导电碳黑和聚乙烯醋酸乙烯按照重量比1∶1～1∶2投入到高速混合机中，控制混合温度在100℃～120℃，使所述导电碳黑和所述聚乙烯醋酸乙烯混合为均匀的共混物，然后对所述共混物降温并将其粉碎成颗粒状待用；b.将步骤a制备的导电碳黑和聚乙烯醋酸乙烯的共混物与聚对苯二甲酸乙二醇酯按照一定的比例加入到双螺杆挤出机中，控制挤出温度在270℃～290℃，使所述共混物和所述聚对苯二甲酸乙二醇酯混合均匀并经造粒制备出适于纺丝的导电碳黑、聚乙烯醋酸乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯三组分共混物的切片粒子；c.将步骤b制备的导电碳黑、聚乙烯醋酸乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯三组分共混物的切片粒子在真空烘箱中真空干燥，然后采用常规单螺杆纺丝机和常规的纺丝、拉伸工艺将所述切片粒子制备成导电纤维。
步骤b中所述导电碳黑和聚乙烯醋酸乙烯的共混物与所述聚对苯二甲酸乙二醇酯重量百分比为15～38∶100。
本发明的有益效果是：所述导电纤维及其制备方法工艺简单、生产效率高，制备的导电纤维碳黑含量低、导电效果好。所述导电纤维能够用单螺杆纺丝机进行纺丝，降低了企业纺丝设备的投入，简化了导电纤维的生产工艺。本发明提供的导电纤维能够在服装、装饰布、传输带等领域用作抗静电材料。
                             附图说明
图1是导电纤维制备流程图
图1中EVA是聚乙烯醋酸乙烯的简称，聚酯是聚对苯二甲酸乙二醇酯的简称，共混物是导电碳黑和聚乙烯醋酸乙烯共混物的简称，切片粒子是导电碳黑、聚乙烯醋酸乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯三组分共混物切片粒子的简称。
                            具体实施方式
下面结合导电纤维制备流程图，对本发明进一步详细描述：一种导电纤维，其特征在于该导电纤维由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醋酸乙烯和导电碳黑三组分组成，其中聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醋酸乙烯和导电碳黑重量比为100∶9～25∶6～15，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯是纺织涤纶用的常规聚酯切片，所述聚乙烯醋酸乙烯是乙烯和醋酸乙烯的共聚物，所述导电碳黑颗粒直径为0.1μm～10μm。所述导电碳黑颗粒直径为0.1μm～1μm。所述导电碳黑在导电纤维中的重量百分比大于5％，小于或者等于10％。一种导电纤维的制备方法，依次包括如下步骤：a.将导电碳黑和聚乙烯醋酸乙烯按照重量比1∶1～1∶2投入到高速混合机中，控制混合温度在100℃～120℃，使所述导电碳黑和所述聚乙烯醋酸乙烯混合为均匀的共混物，然后对所述共混物降温并将其粉碎成颗粒状待用；b.将步骤a制备的导电碳黑和聚乙烯醋酸乙烯的共混物与聚对苯二甲酸乙二醇酯按照一定的比例加入到双螺杆挤出机中，控制挤出温度在270℃～290℃，使所述共混物和所述聚对苯二甲酸乙二醇酯混合均匀并经造粒制备出适于纺丝的导电碳黑、聚乙烯醋酸乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯三组分共混物的切片粒子；c.将步骤b制备的导电碳黑、聚乙烯醋酸乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯三组分共混物的切片粒子在真空烘箱中真空干燥，然后采用常规单螺杆纺丝机和常规的纺丝、拉伸工艺将所述切片粒子制备成导电纤维。步骤b中所述导电碳黑和聚乙烯醋酸乙烯的共混物与所述聚对苯二甲酸乙二醇酯重量百分比为15～38∶100。
本发明提供的低碳黑含量聚酯导电纤维产品和制备方法主要利用了导电粒子与聚合物的“双导电渗滤阙值”理论和聚合物流变学原理。与传统的导电粒子/聚合物共混理论不同，“双导电渗滤阈值”理论不要求导电粒子完全均匀分散在聚合物中，而是要求导电粒子在聚合物中自成一相形成导电网络。根据“双导电渗滤阈值”理论，绝缘状态的高分子材料在添加非常少量的碳黑导电粒子情况下就能形成导电通道，起到导电的作用。所以利用该原理制备的导电纤维，碳黑含量低、电导率高，抗静电效果良好。发明中使用的聚乙烯醋酸乙烯简称EVA，在聚酯和导电粒子之间起第三组分作用，协助导电碳黑和聚对苯二甲酸乙二醇酯简称聚酯共混体系形成“双导电渗滤阈值”。主要是因为在相同的温度下EVA的粘度比聚酯的粘度小，在喷丝孔处剪切应力的作用下，EVA倾向于在皮层聚集，聚酯在芯层聚集，而导电碳黑与EVA的作用较大导致导电碳黑在导电纤维的皮层分布多芯层分布少，导电碳黑在导电纤维中形成了不均匀分散，自身构成导电网络。上述反应同时也利用了聚合物的流变学原理。实验结果显示，即使在聚酯中加入少量的导电碳黑，纤维也具有一定的导电性能。少量的碳黑粒子对聚合物的流变性能和纤维的力学性能影响较小，因此可使用单螺杆纺丝设备进行纺丝，这就大大降低了纺丝设备的投入费用，简化了导电纤维的纺丝工艺。
以下说明性实施例帮助进一步理解本发明。
实施例1
依重量份数将9份平均直径为0.5μm的导电碳黑，和15份EVA投入到高速混合机中，加热至105℃之后降温并粉碎成颗粒状。将所得颗粒状碳黑与EVA的共混物和100份聚酯加入到双螺杆挤出机中，挤出机温度保持在280℃，混合物料经高速剪切、造粒，制备出用于纺丝的导电碳黑/EVA/聚酯的共混物切片粒子。将所得共混物切片粒子在真空烘箱中干燥，采用常规的单螺杆纺丝机，常规的纺丝工艺和拉伸工艺制备出所述导电纤维。测试表明，在所述导电纤维中碳黑的重量百分比为7.2％，导电纤维电导率为3×10-7S/cm，S＝1/Ω。图1给出了所述导电纤维制备方法的流程。
实施例2-5，所述导电纤维的制备流程与实施例1相同，其它条件见表1。
表1实施例2-5
实施例编号 聚酯(份) 导电碳黑(份) 碳黑平均直径(μm) EVA(份) 碳黑在纤维中的重量百分比(％) 纤维的电导率(S/com)
  2   100     6     0.1     9     5.2     1×10-7
  3   100     9     0.3     12     7.4     8×10-5
  4   100     10     1     20     7.7     2×10-4
  5   100     14     3     24     10     5×10-3

Claims (5)

1.一种导电纤维，其特征在于该导电纤维由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醋酸乙烯和导电碳黑三组分组成，其中聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醋酸乙烯和导电碳黑重量比为100∶9～25∶6～15，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯是纺织涤纶用的常规聚酯切片，所述聚乙烯醋酸乙烯是乙烯和醋酸乙烯的共聚物，所述导电碳黑颗粒直径为0.1μm～10μm。
2.根据权利要求1所述的导电纤维，其特征在于所述导电碳黑颗粒直径为0.1μm～1μm。
3.根据权利要求1所述的导电纤维，其特征在于所述导电碳黑在导电纤维中的重量百分比大于5％，小于或者等于10％。
4.一种权利要求1或2或3所述的导电纤维制备方法，其特征在于该方法依次包括如下步骤：
a.将所述导电碳黑和所述聚乙烯醋酸乙烯按照重量比1∶1～1∶2投入到高速混合机中，控制混合温度在100℃～120℃，使所述导电碳黑和所述聚乙烯醋酸乙烯混合为均匀的共混物，然后对所述共混物降温并将其粉碎成颗粒状待用；
b.将步骤a制备的导电碳黑和聚乙烯醋酸乙烯的共混物与所述聚对苯二甲酸乙二醇酯按照一定的比例加入到双螺杆挤出机中，控制挤出温度在270℃～290℃，使所述共混物和所述聚对苯二甲酸乙二醇酯混合均匀并经造粒制备出适于纺丝的导电碳黑、聚乙烯醋酸乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯三组分共混物的切片粒子；
c.将步骤b制备的导电碳黑、聚乙烯醋酸乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯三组分共混物的切片粒子在真空烘箱中真空干燥，然后采用常规单螺杆纺丝机和常规的纺丝、拉伸工艺将所述切片粒子制备成导电纤维。
5.根据权利要求4所述的一种导电纤维的制备方法，其特征在于步骤b中所述导电碳黑和聚乙烯醋酸乙烯的共混物与所述聚对苯二甲酸乙二醇酯重量百分比为15～38∶100。
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