一种复合导电纤维及其制备方法
【专利摘要】本发明公开一种新型复合导电纤维，该纤维为皮芯型结构，皮层组分为水溶性聚酯，芯层组分为含有导电微粉的聚合物包括聚酯、聚酰胺等。皮芯层重量比为10∶90～80∶20，芯层中的导电微粉含量为20％～50％，纤维的皮芯层结构皆可以是圆形或异形。本发明的纤维通过复合纺丝设备和复合纺丝工艺进行生产，制得的皮芯型纤维经碱处理后可去除皮层的水溶性聚酯，获得由芯层含导电微粉的聚合物构成的导电纤维，由于其导电成分含量高，导电微粉大量接触表面，因而纤维表面电阻率低，导电性能优异，可广泛适用于各类防静电面料和制品中，仅需少量添加即可获得良好的防静电效果。
【专利说明】一种复合导电纤维及其制备方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]复合导电纤维是一种将碳黑、Ti02、Sn02、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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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】
[0006]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。
[0007]本发明的技术方案如下:
[0008]I)生产皮芯型复合纤维
[0009]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。
[0010]所述复合纤维的皮芯层重量比为10:90?80:20o
[0011]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%。
[0012]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。
[0013]2)丝束的后处理工艺
[0014]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°C，45min)后切断、打包，制得皮芯型短纤维。
[0015]长丝:丝束经牵伸(牵伸温度80?95°C,牵伸倍数2?3倍)、定型(温度110?1200C )、卷绕(速度1500?5000m / min)等工艺，制得皮芯型长丝。
[0016]3)溶去皮层结构，获得导电纤维
[0017]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°C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。
[0018]本发明的有益效果:
[0019]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。
[0020]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。
[0021]本发明制得的皮芯型复合纤维，可以灵活调节皮芯层的比例，因而可以制得纤度很细的芯层导电纤维，应用于防静电面料手感更为轻薄柔软。此外，一般的导电碳纤维由于其刚性不卷曲特点，无法用于纺纱，本发明的导电短纤具备普通短纤维的波纹卷曲度，与其他纤维有良好的抱合性，可适用于混纺纱线，因而应用更广泛。
[0022]本发明采用特殊设计的喷丝板，制得导电纤维可以是圆形或各种异型结构，适应不用的应用需求。尤其异型结构纤维的比表面积较高，纤维表面分散的导电微粒更多，表面电阻率低，电荷释放较快不易聚集，对织物的防静电性能更有益。
【具体实施方式】
[0023]下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明:
[0024]实施例1
[0025]水溶性聚酯、含导电钛白粉的聚酯母粒和聚酯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切片输入皮层螺杆挤出机，一定量含导电钛白粉的聚酯母粒和聚酯切片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，经圆形皮芯复合纺丝喷丝板挤出后，吹风冷却，上油集成丝束。
[0026]复合纤维的皮芯层重量比为20:80。其芯层中，导电聚酯母粒和聚酯切片的重量比为50:50，导电钛白粉在芯层中质量百分比为30%。
[0027]纤维丝束卷绕(速度900m / min)后落桶、集束，再经一级牵伸(牵伸温度80°C，牵伸倍数3倍)及二级牵伸(牵伸温度120°C，牵伸倍数1.0倍)后卷绕，经松弛热定型(温度110°C，45min)后切断、打包，制得皮芯型短纤维。
[0028]将皮芯型涤纶短纤制备混纺纱线，应用于织物，在浓度为2g / L，温度为100°C的碱溶液中处理15min，将皮层的水溶性聚酯全部分解，获得高含量导电钛白粉的导电涤纶短纤。
[0029]实施例2
[0030]水溶性聚酯、含银粉的聚酰胺母粒和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切片输入皮层螺杆挤出机，一定量含银粉的聚酰胺母粒和聚酰胺切片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，经十字形皮芯复合纺丝喷丝板挤出后，吹风冷却，上油集成丝束。
[0031]复合纤维的皮芯层重量比为60:40。其芯层中，导电聚酰胺母粒和聚酰胺切片的重量比为70:30，导电银粉体在芯层中质量百分比为50%。
[0032]制得的复合纤维丝束经牵伸(牵伸温度85°C，牵伸倍数2倍)、定型(温度110?V )、卷绕(速度2000m / min)，获得皮芯型复合尼龙长丝。
[0033]将皮芯型复合尼龙长丝添加到织物中，在浓度为2g / L，温度为100°C的碱溶液中处理45min，将皮层的水溶性聚酯全部分解，获得高含量导电银粉的异形导电尼龙纤维。
【权利要求】
1.一种复合导电纤维，其特征在于:纤维为皮芯型结构，皮层组分为水溶性聚酯，芯层组分为含有导电微粉的聚合物包括聚酯、聚酰胺等。采用复合纺丝设备和复合纺丝生产工艺制得皮芯型纤维，添加到织物中后，经碱处理工序，可去除纤维皮层组分，获得由芯层含导电微粉的聚合物构成的导电纤维。
2.如权利要求1所述的一种复合导电纤维，其特征在于纤维的皮芯层重量比为10:90 ?80:20o
3.如权利要求1所述的一种复合导电纤维，其特征在于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%。
4.如权利要求1所述的一种复合导电纤维，其特征在于纤维的皮层、芯层皆可为圆形或异形结构。
5.如权利要求1所述的一种复合导电纤维，其生产工艺为:将水溶性聚酯输入皮层螺杆挤出机，含导电微粉的母粒和聚酯(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，由复合喷丝板组件挤出，经纺丝后处理制得皮芯型复合长丝或短纤。该纤维添加到织物中后，经过适当浓度和温度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。
【文档编号】D01F6/90GK104420005SQ201310376056
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年8月26日 优先权日:2013年8月26日
【发明者】赵茂成, 陈琳, 钱君杰, 曾彬雅 申请人:上海贵达科技有限公司