专利名称：将光能差转化为电压差的导电纤维的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种功能纤维的制造方法，尤其是一种将光能差转化为电压差的导电纤维的制造方法。
背景技术：
化学纤维的通病是吸湿性差、绝缘耐性好、静电现象严重。化学纤维在使用中静电不断积累，对人身体健康非常不利，而且在特殊场所以及使用情况下产生危险，如较高的静电压可对人体产生电击，并引起元件损坏；另外静电放电可引起火药和化学药品的意外爆炸；静电放电产生的电磁辐射会对各种电子设备、信息系统造成电磁干扰。鉴于静电引起的巨大危害，从1996年起实施的日本劳动安全卫生规定就要求所有工作服必须具有抗静电性能，许多发达国家也有类似的规定。因此使如何时化纤具有抗静电功能是当前化学纤维领域研究的重要课题。目前用量最大的主要是聚合物/导电炭黑复合材料，研究表明为了在聚合物基体中形成导电网络，需要添加大量的炭黑颗粒(重量比>20%)，破坏了聚合物的流变性，导致材料的成型加工性和力学性能变差，急需寻找新型导电填料以制备综合性能优良的导电纤维。二氧化钛经过表面化学改性以后可以成为具有导电性能的钛白粉，这样使二氧化钛既保持了颜料特性又具有了导电性能。导电二氧化钛作为一种导电粉，对于它的制备与应用，国内刚刚处于起步阶段，但国外却很重视，特别是在日本，已经实现了产业化。这主要是因为与传统的导电和抗静电材料相比，二氧化钛导电粉具有明显的优势，特别是随着信息业的飞速发展，对抗静电和电磁屏蔽涂的需求剧增，从而使导电二氧化钛具有广阔的市场前景。与传统的导电和抗静电材料相比，二氧化钛导电粉具有以下优点:导电二氧化钛粉的体积电阻只有广10Ω.cm，因此少量的二氧化钛导电粉就可以使塑料、涂料、纤维等具有抗静电功能；在许多应用条件下，产品对导电填料的颜色有一定的要求，而石墨及金属等传统导电材料由于颜色深不可避免地会影响到产品的外观，二氧化钛导电粉则因白度高而弥补了这一缺陷；与现有的有机抗静电添加物相比，二氧化钛导电粉具有抗老化的优点，不受气候与使用环境的限制；经过表面处理的二氧化钛粉具有良好的分散性，使其作为抗静电添加剂可以均匀地分散在各种材料中，提高抗静电性能。镧系元素有未充满的4f壳层和4f电子被外层电子屏蔽的特性，将镧系元素基质移植到聚合物基体中，生成具有蓄光型纺丝液，所纺出的纤维在受光时捕集激发态电子，停止光照后持续的发光跃迁。镧系元素物质含量的分布呈梯度变化，所以在各处跃迁出的电子数量也呈相应梯度变化，从而使纤维径向具有电压差，进而将光能差转化为电压差，纤维中分布有一定比例的导电物质，具备电路所需条件，从而可以制备将光能差转化为电压差的导电纤维。传统双螺杆纺丝机其辅料口进料多少是通过齿轮的转速来控制，虽然可以调节进料量多少，但是这个量只能是几个确定的值，进料量不可以周期变化。
科学研究中，传感器具有突出的地位。现代科学技术的发展，进入了许多新领域例如在宏观上要观察茫茫宇宙，微观上要观察粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到s的瞬间反应。此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁场等等。显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。许多科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。现有的传感器存在使用寿命短，由于有些传感器应用条件的限制更换比较繁琐等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种将光能差转化为电压差的导电纤维的制备工艺，所得到的导电纤维可将光能差转化为电压差。按照本发明提供的技术方案，所述将光能差转化为电压差的导电纤维的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤，组份比例按重量份数计
(1)向8 24份镧系氧化物中加入O.05 1. 2份偶联剂，搅拌后加入73. 3 91. 68份聚合物纤维，搅拌后再加入O. 47 1. 5份分散剂，混合后经双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、切粒，得到光学功能母粒；
(2)将15 36份导电二氧化钛、O.15 1. 9份的偶联剂、O. 47 1. 5份的分散剂和60. 6 84. 48份的聚合物纤维混合后，经双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、切粒，得到导电母粒;
(3)将导电母粒加入到聚合物纤维中，导电母粒与聚合物纤维的质量比为10 40:60 90，经双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、切片，得到导电纺丝切片；
(4)将光学功能母粒和导电纺丝切片进行干燥，使含水量小于35ppm；
(5)导电纺丝切片从双螺杆挤出机的主料口进料，光学功能母粒从辅料口进料，分别通过计量装置，进行熔融纺丝，得到所述的导电纤维；所述导电纺丝切片的进料量一定，光学功能母粒的进料量以O. 06 3秒为一个周期，在O. 15 50%的范围内呈梯度增加或降低。在一个具体实施方式
中，所述步骤(I)、步骤(2 )、步骤(3 )和步骤(5 )中，熔融温度为 240 285 °C。在一个具体实施方式
中，所述镧系氧化物为氧化铕、氧化铈、氧化镨、氧化钕或氧化镝。在一个具体实施方式
中，所述导电二氧化钛是为以纳米二氧化钛为核体，表面包覆掺杂有Sb2O5的SnO2的粉体。在一个具体实施方式
中，所述偶联剂为蒙旦蜡、卡那巴蜡、铝酸酯或钛酸酯。在一个具体实施方式
中，所述分散剂为乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)或高分子蜡。在一个具体实施方式
中，所述聚合物纤维为PET (聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PA (聚酰胺)或PP (聚丙烯)。在一个具体实施方式
中，所得到的导电纤维中镧系氧化物的质量百分含量为
O.012 12%，并且镧系氧化物在导电纤维的长度方向上呈梯度分布。在一个具体实施方式
中，所述聚合物纤维为PET时熔融温度为260 285°C，所述聚合物纤维为PA时熔融温度为240 260°C，所述聚合物温度为PP时熔融温度为240 255。。。本发明所述的导电纤维可将光能差转化为电压差；将本发明所述的导电纤维应用到传感器领域，以纤维级高聚物为基材，具有寿命长的特点；以太阳光为能源，省去由于电源的耗尽进行繁琐的更换。
图1为本发明所述导电纤维长度方向上镧系氧化物含量变化示意图，横坐标为导电纤维的长度方向，纵坐标为镧系氧化物的含量。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。本发明所使用的导电二氧化钛是为以纳米二氧化钛为核体，表面包覆掺杂有Sb2O5的SnO2的粉体，可以采用市售的导电二氧化钛，也可以采用以下方法制备得到称取50g纳米二氧化钛粉体，加入去离子水中，用盐酸调节悬浮液至PH=L 5，移入四口烧瓶中，控制温度为65°C 70°C ；在不断搅拌下滴加300ml总浓度为12%的四氯化锡和三氯化锑的盐酸混合液，其中四氯化锡三氯化锑的质量比为11:1，同时滴加一定浓度的氢氧化钠溶液，以保持溶液的PH值恒定；滴加完后，再继续保温15min ;然后过滤，用去离子水洗涤至滤液中无Cl—;将所得物质置于真空干燥箱中烘干后置于马弗炉中煅烧(650°C，6h)，制得导电二氧化钛。实施例1 :一种将光能差转化为电压差的导电纤维的制备工艺，包括以下步骤，组份比例按重量份数计
(1)向24份氧化铕中加入1.2份蒙旦蜡，搅拌后加入73. 3份PET，搅拌后再加入1. 5份EVA，混合后经双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、切粒，得到光学功能母粒；所述熔融温度为285 0C ；
(2)将36份导电二氧化钛、1.9份的蒙旦蜡、1. 5份的EVA和60. 6份的PET混合后，经双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、切粒，得到导电母粒；所述熔融温度为285°C ；
(3)将导电母粒加入到PET中，导电母粒与PET的质量比为10:90，经双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、切片，得到导电纺丝切片；所述熔融温度为285°C ；
(4)将光学功能母粒和导电纺丝切片进行干燥，使含水量小于35ppm；
(5)导电纺丝切片从双螺杆挤出机的主料口进料，光学功能母粒从辅料口进料，分别通过计量装置，进行熔融纺丝，熔融温度为285°C，得到所述的导电纤维；所述导电纺丝切片的进料量一定，光学功能母粒的进料量以O. 06秒为一个周期，在O. 15 50%的范围内呈梯度增加或降低；所得到的导电纤维中镧系氧化物的质量百分含量为O. 036 12%，并且镧系氧化物在导电纤维的径向上呈梯度分布；该导电纤维应用领域为制备微型电路驱动、传感
-nfr ο实施例2 :—种将光能差转化为电压差的导电纤维的制备工艺，包括以下步骤，组份比例按重量份数计
(O向8份氧化铈中加入O. 053卡那巴蜡，搅拌后加入91份PA拌后再加入O. 47份高分子蜡，混合后经双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、切粒，得到光学功能母粒；所述熔融温度为240 0C ；
(2)将15份导电二氧化钛、1.9份的卡那巴蜡、1. 5份的高分子蜡和81. 6后，经双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、切粒，得到导电母粒；所述熔融温度为240°C ；
(3)将导电母粒加入到PA中，导电母粒与PA的质量比为40:60，经双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、切片，得到导电纺丝切片；所述熔融温度为240°C ；
(4)将光学功能母粒和导电纺丝切片进行干燥，使含水量小于35ppm；
(5)导电纺丝切片从双螺杆挤出机的主料口进料，光学功能母粒从辅料口进料，分别通过计量装置，进行熔融纺丝，熔融温度为240°C，得到所述的导电纤维；所述导电纺丝切片的进料量一定，光学功能母粒的进料量以3秒为一个周期，在O. 15 50%的范围内呈梯度增加或降低；所得到的导电纤维中镧系氧化物的质量百分含量为O. 012 4%，并且镧系氧化物在导电纤维的径向上呈梯度分布；该导电纤维应用领域为制备微型电路驱动、传感器
坐寸ο实施例3 :—种将光能差转化为电压差的导电纤维的制备工艺，包括以下步骤，组份比例按重量份数计
(1)向7.8份氧化镨中加入O. 05份铝酸酯，搅拌后加入91. 68份PP，搅拌后再加入O. 47份EVA，混合后经双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、切粒，得到光学功能母粒；所述熔融温度为255 0C ；
(2)将20份导电二氧化钛、O.15份的铝酸酯、O. 47份的EVA和79. 38份的PP混合后，经双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、切粒，得到导电母粒；所述熔融温度为255°C ；
(3)将导电母粒加入到PP中，导电母粒与PP的质量比为50:50，经双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、切片，得到导电纺丝切片；所述熔融温度为255°C ；
(4)将光学功能母粒和导电纺丝切片进行干燥，使含水量小于35ppm；
(5)导电纺丝切片从双螺杆挤出机的主料口进料，光学功能母粒从辅料口进料，分别通过计量装置，进行熔融纺丝，熔融温度为255°C，得到所述的导电纤维；所述导电纺丝切片的进料量一定，光学功能母粒的进料量以2秒为一个周期，在O. 15 50%的范围内呈梯度增加或降低；所得到的导电纤维中镧系氧化物的质量百分含量为O. 012 3. 9%，并且镧系氧化物在导电纤维的径向上呈梯度分布；该导电纤维应用领域为制备微型电路驱动、传感
-nfr ο本发明的原理在于镧系元素具有丰富的电子能级，其原子的电子构型中存在4f轨道，可以产生多种能级的跃迁，当可见光照射镧系元素材料时，电子跃迁；对具有镧系氧化物的光学功能母粒的进料量进行周期性的调整，由于导电纤维径向上镧系氧化物的含量呈梯度分布，其吸收的光能也呈梯度分布，镧系元素跃迁的电子数量也呈梯度分布(如图1所示)，纤维径向具有了电压差，纤维中分布有一定比例的导电物质，具备电路所需条件，从而得到将光能差转化为电压差的导电纤维。
权利要求
1.一种将光能差转化为电压差的导电纤维的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤，组份比例按重量份数计: (1)向8 24份镧系氧化物中加入0.05 1.2份偶联剂，搅拌后加入73.3 91.68份聚合物纤维，搅拌后再加入0.47 1.5份分散剂，混合后经双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、切粒，得到光学功能母粒； (2)将15 36份导电二氧化钛、0.15 1.9份的偶联剂、0.47 1.5份的分散剂和60.6 84.48份的聚合物纤维混合后，经双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、切粒，得到导电母粒; (3)将导电母粒加入到聚合物纤维中，导电母粒与聚合物纤维的质量比为10 40:60 90，经双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、切片，得到导电纺丝切片； (4)将光学功能母粒和导电纺丝切片进行干燥，使含水量小于35ppm； (5)导电纺丝切片从双螺杆挤出机的主料口进料，光学功能母粒从辅料口进料，分别通过计量装置，进行熔融纺丝，得到所述的导电纤维；所述导电纺丝切片的进料量一定，光学功能母粒的进料量以0.06 3秒为一个周期，在0.15 50%的范围内呈梯度增加或降低。
2.如权利要求1所述的将光能差转化为电压差的导电纤维的制备工艺，其特征在于:所述步骤(I)、步骤(2 )、步骤(3 )和步骤(5 )中，熔融温度为240 285 °C。
3.如权利要求1所述的将光能差转化为电压差的导电纤维的制备工艺，其特征在于:所述镧系氧化物为氧化铕、氧化铈、氧化镨、氧化钕或氧化镝。
4.如权利要求1所述的将光能差转化为电压差的导电纤维的制备工艺，其特征在于:所述导电二氧化钛是为以纳米二氧化钛为核体，表面包覆掺杂有Sb2O5的SnO2的粉体。
5.如权利要求1所述的将光能差转化为电压差的导电纤维的制备工艺，其特征在于:所述偶联剂为蒙旦蜡、卡那巴蜡、铝酸酯或钛酸酯。
6.如权利要求1所述的将光能差转化为电压差的导电纤维的制备工艺，其特征在于:所述分散剂为乙烯-醋酸乙烯共聚物或高分子蜡。
7.如权利要求1所述的将光能差转化为电压差的导电纤维的制备工艺，其特征在于:所述聚合物纤维为PET、PA或PP。
8.根据权利要求1所述的将光能差转化为电压差的导电纤维的制备工艺，其特征在于:所得到的导电纤维中镧系氧化物的质量百分含量为0.012 12%，并且镧系氧化物在导电纤维的长度方向上呈梯度分布。
9.根据权利要求7所述的将光能差转化为电压差的导电纤维的制备工艺，其特征在于:所述聚合物纤维为PET时熔融温度为260 285°C，所述聚合物纤维为PA时熔融温度为240 260°C，所述聚合物温度为PP时熔融温度为240 255°C。
全文摘要
本发明涉及一种将光能差转化为电压差的导电纤维的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤(1)向镧系氧化物中加入偶联剂、聚合物纤维和分散剂，经双螺杆挤出机熔融挤出，得到光学功能母粒；(2)将导电二氧化钛、偶联剂、分散剂和聚合物纤维混合经双螺杆挤出机熔融挤出，得到导电母粒；(3)将导电母粒加入到聚合物纤维中，经双螺杆挤出机熔融挤出，得到导电纺丝切片；(4)将光学功能母粒和导电纺丝切片进行干燥；(5)将导电纺丝切片和光学功能母粒分别通过计量装置，进行熔融纺丝，得到所述的导电纤维；所述导电纺丝切片的进料量一定，光学功能母粒的进料量周期性度增加或降低。本发明所述的导电纤维可将光能差转化为电压差。
文档编号D01F6/46GK103074694SQ20131001332
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月15日 优先权日2013年1月15日
发明者葛明桥, 王少伟 申请人:江南大学