专利名称：原液着色复合导电纤维的制作方法
技术领域：
本发明涉及纺织行业，具体地说是一种利用原液着色的导电纤维。
背景技术：
聚酯纤维，特别是聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维，在尺寸稳定性、耐热性及耐药品性等方面具有优异的性能，而广泛应用于衣料及工业领域，但由于其吸湿性差、摩擦后易产生静电(带来静电危害，如火花放电及吸尘)而受到一定的限制。另外其他纺织纤维如锦纶、羊毛等也易产生静电。
过去解决静电危害的有效措施是在纺织制品中加入少量的分散有导电碳黑的聚合物构成的导电复合纤维，从而达到永久性防静电。此法主要用于地毯，电子医药行业的无尘无菌服，石油化工行业的抗静电防护服及一些对静电比较敏感的场合。但由于导电碳黑为黑色，而造成导电纤维呈黑色、纺织制品也呈现一定的黑条，影响了使用领域；另外也有采用浅色或白色金属氧化物导电粉体的白色导电纤维，但由于其基质材料为涤纶、尼龙等，与纺织面料的基材不尽相同，因而染色时仍存在颜色差异。
发明内容
本发明的目的在于寻求一种原液着色复合导电纤维，以便使导电纤维的颜色与所制制品的色泽一致。
针对上述问题，本发明将如何把导电纤维的颜色与所制制品的色泽一致作为研究课题，经过精心研究后发现，采用皮芯复合纺丝方法，当在导电纤维的皮层组分中加入着色剂、光屏蔽剂及成孔剂后，就可制成性能良好的有色导电纤维，并可根据着色剂的颜色、含量来改变导电纤维的颜色，使导电纤维的适用范围更广，并且色牢度进一步提高。
按照本发明所提供的设计方案，该复合导电纤维由芯层与包覆在芯层外的皮层组成，其中的芯层为含有2～60％的导电性成分的聚酯，皮层为非导电性成分组成，且非导电性成分由非导电性的纤维级聚酯聚合物构成。
在皮层组分中含有1～10％的着色剂，2～10％的光屏蔽剂及1～8％的成孔剂；芯层组分中含的导电性成分为导电碳黑或碳纳米管或纳米石墨或导电性金属氧化物，芯层组分中含的聚酯为以对苯二甲酸乙二醇酯为主的重复链节的聚酯聚合物，并利用混炼的方式，将2～60％的导电性微粒分散于以对苯二甲酸乙二醇酯为主的重复链节的聚酯聚合物中形成。
本发明是关于导电组分与非导电组分经共轭复合纺丝而成的原液着色复合导电纤维。其中导电性成分由对苯二甲酸乙二醇酯为主要重复链节的聚酯，通过混炼方法分散2～60％wt的导电碳黑、石墨、碳纳米管、金属氧化物等粒子组成；而非导电成分则是由非导电性的纤维级聚酯中添加了着色剂、成孔剂、光屏蔽剂的聚酯组成，所制得的导电纤维在印染后处理后，其比电阻小于106Ω·cm，纤维皮层产生微孔，降低了导电纤维的起始放电电压。
本发明所用的导电性组分的聚合物由二元羧酸(以对苯二甲酸或对苯二甲酸酯的衍生物为主)和二元醇(以乙二醇、丁二醇为主)所形成的热可塑性聚合物组成，该类聚酯聚合物选择是任意的，但从可纺性角度看，最好选用成纤型线性聚合物，作为共聚的二元羧酸成分有间苯二甲酸等。
作为共聚的二元醇成分有1，4-丁二醇，聚乙二醇等。
本发明中所用的导电性粒子有导电碳黑、石墨、碳纳米管及金属氧化物等，而且，如果上述物质在粉末状态时比电阻低于104Ω·cm，均可以使用。导电性粒子的导电性，理想的是粉末比电阻在104Ω·cm以下，特别是在102Ω·cm，最好为101Ω·cm以下。实际上比电阻在102～10-2Ω·cm的导电性粒子均适合于本发明。当然导电性越高越好。
导电性粒子的粒径必须相当小，通常所用的粒子的平均粒径在1μm以下，尤其是在0.5μm以下，最理想的为0.3μm以下。
导电性粒子添加入聚合物的方式可以采用在熔融状态下混炼的方法实现，但此法只能达到分散的目的，为了改善其流动性还可添加少量的增流剂，(如增塑剂，偶联剂等)，导电性粒子的添加量根据其种类，导电性，链锁结构以及聚合物的性质如结晶性等不同而不同，不过都在2～60％的范围内。
构成本发明纤维的皮层组分的非导电性聚酯，凡成线性的均可使用，如聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚对苯二甲酸丁二醇酯及其共聚物或共混物等等在皮层组分中根据后道用户需求可添加各种颜色的着色剂，光屏蔽剂，并辅助添加增加导电性能的成孔剂，着色剂的添加量视品种而定，一般为1～10％，最好为2～4％。光屏蔽剂的添加量为2～10％，最好为3～4％，成孔剂的添加量一般为1～8％，最好为3～5％。这样在符合导电性的前提下，可提高其可纺性。
在皮层组分中还添加有成孔剂，其作用为在印染后整理时，通过碱性水溶液的作用把成孔剂从皮层中溶解出来，在皮层生成微孔，使芯层的导电组分与外界沟通，从而提高了防静电性能。成孔剂可为无机化合物如SiO2，TiO2，ZnO。也可为有机化合物如PVA，COPET，PEG等等。
另外皮层组分中还可加入光屏蔽剂，阻止芯层的颜色外露。一般为TiO2，SiO2，CaCO3等等。
本发明的纤维由添加有着色剂、成孔剂及光屏蔽剂的皮层组分与含有导电粒子的芯层组分组成，皮芯复合(体积)比例在10～40％∶90～60％，最好控制在15～20％∶85～80％。
具体实施例方式
以下实施例，对本发明作以具体说明。其中的百分比(％)若无特别说明均为重量百分比(wt％)，且以聚酯的重量为计算依据，A组分为芯层组分，B组分为皮层组分。
实施例1用粒径为20～30μm的高导电碳黑35％，与75％的聚对苯二甲酸乙二醇酯进行混炼，制得导电树脂，作为芯层组分A。经干燥后通过螺杆挤压机1对芯层组分A熔融挤压后，以10g/min计量进入复合喷丝组件；在螺杆挤出机2入口把干燥好的5％的绿色母粒(含固量35％)通过色母粒注射器，注入到含有5％的光屏蔽剂TiO2、3％的成孔剂PEG的干燥聚酯切片(即B组分)中，通过熔融挤压后，以25g/min计量进入复合喷丝组件；在复合喷丝组件中，组分A与组分B通过分配，以皮层与芯层型复合状态从喷丝孔中吐出，复合比为29％∶71％，在25℃、70％RH的条件下进行冷却，然后再上油卷绕，卷取速度为3200m/min。再通过双区热拉伸机在85℃/185℃，拉伸倍数1.5，拉伸速度600m/min下进行拉伸，所制导电纤维纤度为35dtex/5f，断裂强度为3cN/dtex，断裂伸长率为30％，电阻为5.6×106Ω/cm。颜色为绿色。起始放电电压为1000V。
实施例2 A组分材料中导电粉体为碳纳米管，含量为10％，B组分中含黄色色母8％，光屏蔽剂SiO22％，成孔剂COPET5％，其余同实例1，所得导电纤维纤度为35dtex/5f，断裂强度为4.0cNdtex，断裂伸长率为35％，电阻为2×106Ω/cm。起始放电电压为820V。
实施例3 A组分的泵供量为20g/min，B组分的泵供量为55g/min，(即皮芯复合比为69％∶31％)其余同实例1。所制得的导电纤维纤度为44dtex/5f，断裂强度为2.9cN/dtex，断裂伸长率为40％，电阻为1.2×105Ω/cm。起始放电电压为860V。
实施例4 除A组分为含60％、粒径为0.3μm的金属氧化物代替35％的碳黑，及卷绕速度为2000m/min，拉伸倍数为2.8外，其余同实例1。结果所得导电纤维纤度为50dtex/5f，断裂强度为2.2cN/dtex，断裂伸长率为60％，电阻为3×108Ω/cm，起始放电电压为1000V。
实施例5 除A组分为60％粒径为0.5μm的金属氧化物代替35％碳黑，光屏蔽剂CaCO3添加量为2％，成孔剂ZnO添加量为1％及卷绕速度为2000m/min，拉伸倍数2.8，拉伸速度600m/min外，其余同实例1，结果所得纤维的纤度为50dtex/5f，断裂强度为2.5cN/dtex，断裂伸长率为65％，电阻为1.9×108Ω/cm，起始放电电压为1500V。
实施例6 除A组分为30％、粒径为100nm的石墨粉体代替35％的碳黑及卷绕速度为2500m/mi，牵伸倍率2.5外，其它同实例1。结果所得导电纤维纤度为40dtex/5f，断裂强度为3.0cN/dtex，断裂伸长率为38％，电阻为4.5×107Ω/cm，起始放电电压为800V。
实施例7 除A组分为30％、粒径为35nm的高导电碳黑与70％的聚对苯二甲酸丁二醇酯混练外，其余同实施例1。结果所制导电纤维纤度为35dtex/5f，断裂强度为3.1cN/dtex，断裂伸长率为35％，电阻为3.0×106Ω/cm。颜色为绿色。起始放电电压为1000V。
实施例8 A组分为含8％、粒径为20nm碳纳米管的聚对苯二甲酯乙二醇酯，B组分为添加3％的藏青色母粒，5％的成孔剂SiO2，2％的光屏蔽剂CaCO3的聚对苯二甲酸乙二醇酯。皮芯复合比为80～20％，纺丝速度为1000m/min，后拉伸倍数为5.2，拉伸温度为95/200℃，拉伸速度为240m/min。所得导电纤维得纤度为83dtex/24f，断裂强度为6.5cN/dtex，断裂伸长率为25％，电阻为6×106Ω/cm。颜色为藏青色。
实施例9 A组分为含30％、粒径为40nm的导电碳黑的聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚间苯二甲酸乙二醇酯共混物(混合比为75％∶25％)，B组分为聚对苯二甲酸丁二醇酯，内含3％的蓝色色母粒，2％的光屏蔽剂TiO2和1.5％的成孔剂PVA。其余同实施例1，所得导电纤维纤度为33dtex/5f，断裂强度为3.0CN/dtex，断裂伸长率为40％，电阻为3.8×106Ω/cm。起始放电电压为1000V，颜色为天蓝色。
权利要求
1.一种原液着色复合导电纤维，其特征在于，该复合导电纤维由芯层与包覆在芯层外的皮层组成，其中的芯层为导电性组分，皮层为非导电性组分；并且，芯层为含有2～60％的导电性成分的聚酯，而皮层中的非导电性成分由非导电性的纤维级聚酯聚合物构成。
2.根据权利要求1所述的原液着色复合导电纤维，其特征还在于，在皮层组分中含有1～10％的着色剂、2～10％的光屏蔽剂及1～8％的成孔剂，其余为纤维级聚酯聚合物；芯层中的导电性成分为导电碳黑或碳纳米管或纳米石墨或导电性金属氧化物，聚酯为以对苯二甲酸乙二醇酯为主的重复链节的聚酯聚合物，并利用混炼的方式，将2～60％的导电性成分微粒分散于以对苯二甲酸乙二醇酯为主的重复链节的聚酯聚合物中形成。
3.根据权利要求1所述的原液着色复合导电纤维，其特征还在于，该导电纤维在印染后处理后，其比电阻小于106Ω·cm，纤维皮层产生微孔。
4.根据权利要求2所述的原液着色复合导电纤维，其特征还在于，导电性成分中的以对苯二甲酸乙二醇酯为主重复链节的聚酯聚合物由以对苯二甲酸或对苯二甲酸酯的衍生物为主的二元羧酸和二元醇所形成的热可塑性聚合物组成，导电性成分微粒的平均粒径在1μm以下。
5.根据权利要求4所述的原液着色复合导电纤维，其特征还在于，二元羧酸为间苯二甲酸；二元醇为1，4-丁二醇或聚乙二醇。
6.根据权利要求1所述的原液着色复合导电纤维，其特征还在于，皮层组分中的纤维级聚酯聚合物为聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯及其共聚物或共混物。
7.根据权利要求2所述的原液着色复合导电纤维，其特征还在于，成孔剂为SiO2或TiO2或ZnO，或PVA或COPET或PEO；光屏蔽剂为TiO2为SiO2或CaCO3。
8.根据权利要求1所述的原液着色复合导电纤维，其特征还在于，皮层与芯层的复合比例在10～40％∶60～90％。
9.根据权利要求8所述的原液着色复合导电纤维，其特征还在于，皮层与芯层的复合比例在15～20％∶85～80％。
10.根据权利要求2所述的原液着色复合导电纤维，其特征还在于，着色剂的添加量为2～4％；光屏蔽剂的添加量为3～4％；成孔剂的添加量为3～5％，其余为纤维级聚酯聚合物。
全文摘要
本发明涉及纺织行业，具体地说是一种利用原液着色的导电纤维。按照本发明所提供的设计方案，该复合导电纤维由芯层与包覆在芯层外的皮层组成，其中的芯层为含有2～60％的导电性成分的聚酯，皮层为非导电性成分组成，且非导电性成分由非导电性的纤维级聚酯聚合物构成。在皮层组分中含有1～10％的着色剂，2～10％的光屏蔽剂及1～8％的成孔剂；芯层组分中含的导电性成分为导电碳黑或碳纳米管或纳米石墨或导电性金属氧化物，芯层组分中含的聚酯为以对苯二甲酸乙二醇酯为主的重复链节的聚酯聚合物，并利用混炼的方式，将2～60％的导电性微粒分散于以对苯二甲酸乙二醇酯为主的重复链节的聚酯聚合物中形成。采用本发明后，可以便使导电纤维的颜色与所制制品的色泽一致。
文档编号D01F8/14GK1584141SQ20041004489
公开日2005年2月23日 申请日期2004年5月28日 优先权日2004年5月28日
发明者陶再荣 申请人:江苏省纺织研究所有限公司