导电弹性纤维及其制造方法与流程

本揭露关于一种导电弹性纤维及导电弹性纤维的制造方法。
背景技术：
：在纺织纤维产业中，导电纤维是制造智能型纺织品以及穿戴式装置的重要关键材料。传统导电纤维以金属纤维为主，具有强度与刚性，但不具有弹性以及可拉伸能力，因此在穿着上舒适性不佳。应用于服饰的传统纤维虽具有较佳的穿着舒适佳，然而因为化学结构不具有共轭特性，不具有导电特性。为了使传统纤维具有导电特性，一般是将碳黑与高分子材料进行混掺及押出形成母粒后，进行抽丝。但此方法需添加较多的碳黑(50％以上)，使得纤维强度受到过多碳黑添加而降低。此外，由于碳黑与高分子兼容性不佳，易发生相分离现象，而使导电性不易提升。使传统纤维具有导电特性另一方式是将金属层藉由蒸镀或是表面化学沉积方式形成于纤维表面。然而，由于金属层结构较脆弱且不具拉伸特性，拉伸后金属层易发生破裂而丧失导电性。因此，业界需要一种新颖的导电纤维及其制造方法，以解决先前技术所遭遇到的问题。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种可以基本上克服现有技术所遭遇的问题的导电纤维，及其制造方法。根据本揭露实施例，本揭露提供一种导电弹性纤维的制造方法，包含以下步骤。提供一第一溶液，其中该第一溶液包含一弹性高分子溶解于一第一溶剂中，其中该弹性高分子与该第一溶液的重量比例为5:95至20:80。提供一第二溶液，其中该第二溶液包含一导电材料分散于一第二溶剂中，其中该导电材料与该第二溶液的重量比例为5:95至20:80。接着，将该第一溶液及该第二溶液进行湿式纺丝制程，得到该导电弹性纤维。根据本揭露另一实施例，本揭露提供一种导电弹性纤维。该导电弹性纤维包含一弹性高分子以及一导电材料，其中该弹性高分子与该导电材料的重量比例为1:2至3:1。与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的导电弹性纤维是藉由导电材料均匀分散于弹性高分子结构中，或进一步配合粘着剂使导电材料与弹性高分子结合，进行湿式纺丝制程而得；本发明可以制备出具导电性的实心、中空或是具芯鞘结构的导电弹性纤维；本发明的导电弹性纤维除了具有导电性之外，还具有可拉伸性并改善机械强度。附图说明图1是本揭露实施例导电弹性纤维的剖面结构示意图；图2是本揭露某些实施例导电弹性纤维的剖面结构示意图；以及图3是本揭露其他实施例导电弹性纤维的剖面结构示意图；其中，符号说明：10导电弹性纤维11中空部12弹性高分子13壳部14导电材料15芯部16粘着剂17鞘部。具体实施方式以下针对本揭露所述的导电弹性纤维及导电弹性纤维的制造方法作详细说明。应了解的是，以下的叙述提供许多不同的实施例或例子，用以实施本揭露的不同样态。以下所述特定的组件及排列方式仅为简单描述本揭露。当然，这些仅用以举例而非本揭露的限定。此外，在不同实施例中可能使用重复的标号或标示。这些重复仅为了简单清楚地叙述本揭露，不代表所讨论的不同实施例及/或结构之间具有任何关联性。且在图式中，实施例的形状、数量、或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，图式中各组件的部分将以分别描述说明之，值得注意的是，图中未绘示或描述的组件，为所属
技术领域：
中具有通常知识者所知的形式，此外，特定的实施例仅为揭示本揭露使用的特定方式，其并非用以限定本揭露。本揭露提供一种导电弹性纤维及导电弹性纤维的制造方法，藉由导电材料均匀分散于弹性高分子结构中，或进一步配合粘着剂使导电材料与弹性高分子结合，进行湿式纺丝制程。如此一来，可以制备出具导电性的实心、中空或是具芯鞘结构的导电弹性纤维。此外，本揭露所述导电弹性纤维除了具有导电性外，更进一步具有可拉伸性并改善机械强度。根据本揭露实施例，本揭露提供一种导电弹性纤维的制造方法，包含：提供一第一溶液，其中该第一溶液包含一弹性高分子溶解于一第一溶剂中，其中该弹性高分子与该第一溶液的重量比例为约5:95至20:80(例如7:93、10:90、12:88、15:85、或17:83)；提供一第二溶液，其中该第二溶液包含一导电材料分散于一第二溶剂中，其中该导电材料与该第二溶液的重量比例为约5:95至20:80(例如7:93、10:90、12:88、15:85、或17:83)；以及将该第一溶液及该第二溶液进行湿式纺丝制程，得到该导电弹性纤维。根据本揭露实施例，该第一溶液的固含量可为约5wt％至20wt％；以及，该第二溶液的固含量可为约5wt％至20wt％。根据本揭露实施例，该弹性高分子可为聚胺酯(polyurethane)、聚酯(polyester)、聚苯乙烯-丁二烯树脂(styrene-butadiene-styreneresin,sbs)、聚丙烯腈-丁二烯树脂(nitrilebutadienerubber,nbr)、或上述的组合。此外，根据本揭露某些实施例，该弹性高分子的重量平均分子量可为10,000g/mol至500000g/mol)，例如50,000g/mol至300,000g/mol。根据本揭露实施例，该导电材料可为导电粉体。其中，该导电粉体具有一长宽比(aspectratio)介于约1:2至2:1(例如15:2、1:1、或2:1.5)，以及该导电粉体可具有一粒径介于约0.1μm至10μm(例如0.5μm)。根据本揭露某些实施例，该导电材料可为棒状(rod-like)导电材料或导电线。其中，该棒状(rod-like)导电材料、或导电线具有一长宽比(aspectratio)介于约2:1至100:1(例如5:1、10:1、20:1、30:1、50:1或80:1)。该棒状(rod-like)导电材料或导电线的宽度可介于约(10nm～0.2μm)(例如70nm)。根据本揭露实施例，该导电材料可为一金属或该金属的合金，其中该金属可为金、银、铜、铝、镍、或其合金。根据本揭露某些实施例，该导电材料可为透明导电材料，例如铟锡氧化物(ito)、铟锌氧化物(izo)、铟镓氧化物(igo)、或铟镓锌氧化物(igzo)。举例来说，该导电材料可为金、银、铜、铝、镍、含金的合金、含银的合金、含铜的合金、含铝的合金、含镍的合金、铟锡氧化物(ito)、铟锌氧化物(izo)、铟镓氧化物(igo)、铟镓锌氧化物(igzo)、或上述的组合。根据本揭露实施例，该第一溶剂与该第二溶剂可为相同或不同。举例来说，该第一溶剂与该第二溶剂可各自独立为二甲基甲酰胺(dimethylformamide)、二甲基乙酰胺(dimethylacetamide)、二甲基砜(dimethylsulfone)、四氢呋喃(tetrahydrofuran)、二氯甲烷(dichloromethane)、氯仿(chloroform)、碳酸乙烯酯(ethylenecarbonate)、碳酸丙烯酯(propylenecarbonate)、或甲基乙基酮(methylethylketone)。根据本揭露实施例，该第一溶剂及该第二溶剂可互溶。根据本揭露实施例，该第二溶液更包含一粘着剂，其中该粘着剂溶解于该第二溶剂中，其中该导电材料与该粘着剂的重量比例是1:2至50:1，例如1:1、3:1、5:1、10:1、20:1、30:1、或40:1。根据本揭露实施例，添加该粘着剂的目的是使该导电材料与该弹性高分子结合，避免发生分离的现象。根据本揭露某些实施例，该粘着剂可为一聚合物或寡聚物，其中该粘着剂的的重量平均分子量可为10,000g/mol至500,000g/mol)，例如50,000至300,000)。根据本揭露某些实施例，该粘着剂可为该弹性高分子。根据本揭露某些实施例，该粘着剂的重量平均分子量小于该弹性高分子的重量平均分子量。根据本揭露实施例，该粘着剂可为聚胺酯(polyurethane)、聚苯乙烯-丁二烯树脂(styrene-butadiene-styreneresin,sbs)、聚丙烯腈-丁二烯树脂(nitrilebutadienerubber,nbr)、或上述的组合。根据本揭露实施例，本揭露提供一种导电弹性纤维。该导电弹性纤维包含一弹性高分子以及一导电材料，其中该弹性高分子与该导电材料的重量比例为约1:2至3:1，例如1:1、1.5:1、2:1、或2.5:1。若该弹性高分子与该导电材料的重量比例过低，易导致所得导电性弹性纤维拉伸性及机械强度下降；以及，若该弹性高分子与该导电材料的重量比例过高，易导致所得导电性弹性纤维的电阻值过大。根据本揭露实施例，本揭露所述导电弹性纤维的纤维细度可0.05mm至2mm(例如0.1mm至1.5mm、0.2mm至1.2mm、0.3mm至1.0mm、0.4mm至0.9mm、或0.5mm至0.8mm)，电阻率可为约0.1ω/cm至1000ω/cm(例如0.1ω/cm至500ω/cm、0.1ω/cm至300ω/cm、0.1ω/cm至200ω/cm)、0.1ω/cm至100ω/cm、0.1ω/cm至60/ω/cm、0.1ω/cm至50/ω/cm、0.1ω/cm至10ω/cm、0.1ω/cm至3ω/cm、或0.3ω/cm至1ω/cm)。根据本揭露实施例，请参照图1，是本揭露的导电弹性纤维10的剖面结构示意图。如图1所示，该导电弹性纤维10可为一实心导电弹性纤维，且该导电弹性纤维10由弹性高分子12以及导电材料14所构成。根据本揭露实施例，该导电弹性纤维10由弹性高分子12、导电材料14、以及粘着剂(未图示)所构成。根据本揭露实施例，该弹性高分子与该导电材料的重量比例为约1:2至3:1，例如1:1、1.5:1、2:1、或2.5:1。根据本揭露实施例，图1所述实心导电弹性纤维的制造方法可包含以下步骤。首先，提供上述第一溶液及上述第二溶液。接着，将该第一溶液及该第二溶液混合，得到一第三溶液，其中该第一溶液与该第二溶液的重量比例为约1:2至3:1。值得注意的是，该第一溶剂及该第二溶剂为互溶，且该弹性高分子需可溶于该第二溶剂中。接着，利用该第三溶液作为纺织液进行湿式纺丝，得到该实心导电弹性纤维。根据本揭露其他实施例，该第二溶液可更包含上述粘着剂，其中该粘着剂溶解于该第二溶剂中，其中该导电材料与该粘着剂的重量比例是1:2至50:1，例如1:1、3:1、5:1、10:1、20:1、30:1、或40:1。此外，该粘着剂亦需可溶于该第一溶剂中。根据本揭露实施例，请参照图2，是本揭露的导电弹性纤维10的剖面结构示意图。如图2所示，该导电弹性纤维10可为一中空导电弹性纤维，其中该中空导电弹性纤维包含中空部11及壳部13，其中该壳部13由弹性高分子12以及导电材料14所构成。根据本揭露实施例，该壳部13由弹性高分子12、导电材料14、以及粘着剂(未图示)所构成。根据本揭露实施例，该中空导电弹性纤维的中空部11及壳部13的体积比例可为约3:1至1:3。根据本揭露实施例，该弹性高分子与该导电材料的重量比例为约1:2至3:1，例如1:1、1.5:1、2:1、或2.5:1。根据本揭露实施例，图2所述中空导电弹性纤维的制造方法可包含以下步骤。首先，提供上述第一溶液及上述第二溶液。接着，将该第一溶液及该第二溶液混合，得到一第三溶液，其中该第一溶液与该第二溶液的重量比例为约1:2至3:1。值得注意的是，该第一溶剂及该第二溶剂为互溶，且该弹性高分子需可溶于该第二溶剂中。接着，将水作为内纺口纺丝液以及所得第三溶液作为一外纺口纺丝液，并经由一双纺口纺丝装置进行湿式纺丝，得到该空心导电弹性纤维。根据本揭露其他实施例，该第二溶液可更包含上述粘着剂，其中该粘着剂溶解于该第二溶剂中，其中该导电材料与该粘着剂的重量比例是1:2至50:1，例如1:1、3:1、5:1、10:1、20:1、30:1、或40:1。此外，该粘着剂亦需可溶于该第一溶剂中。根据本揭露实施例，请参照图3，是本揭露的导电弹性纤维10的剖面结构示意图。如图3所示，该导电弹性纤维10可为一具有芯鞘结构的导电性弹性纤维，其中该芯鞘结构由一芯部15及一鞘部17构成，其中该芯部15包含该弹性高分子，而该鞘部包含该导电材料14及该粘着剂16。根据本揭露实施例，该芯部15由该弹性高分子所构成，而该鞘部17由该导电材料14及该粘着剂16所构成。根据本揭露实施例，该具有芯鞘结构的导电性弹性纤维的芯部15及鞘部17的体积比例可为约3:1至1:3。在此，该导电材料与该粘着剂的重量比例可为约1:2至3:1，例如1.5:2、1:1、1.5：1、2:1、或2.5:1。若该导电材料与该粘着剂的重量比例过低，易导致所得导电性弹性纤维的电阻值过大；以及，若该导电材料与该粘着剂的重量比例过高，易导致所得导电性弹性纤维的鞘部与芯部分离。根据本揭露实施例，图3所述具有芯鞘结构的导电性弹性纤维的制造方法可包含以下步骤。首先，提供上述第一溶液及上述第二溶液。接着，将该第一溶液作为内纺口纺丝液，以及该第二溶液作为一外纺口纺丝液，并经由一双纺口纺丝装置进行湿式纺丝，得到该具有芯鞘结构的导电性弹性纤维。根据本揭露其他实施例，该第一溶液包含上述弹性高分子溶解于该第一溶剂中，其中该弹性高分子与该第一溶液的重量比例为约5:95至20:80(例如7:93、10:90、12:88、15:85、或17:83)。该第二溶液包含上述导电材料分散于该第二溶剂中，以及上述粘着剂溶解于该第二溶剂中，其中该导电材料与该粘着剂的总重与该第二溶液的重量比例为约5:95至20:80(例如7:93、10:90、12:88、15:85、或17:83)。根据本揭露实施例，该导电材料与该粘着剂的重量比例可为约1:2至50:1，例如1:1、3:1、5:1、10:1、20:1、30:1、或40:1。根据本揭露实施例，该第一溶液由该弹性高分子与该第一溶剂所构成；以及，该第二溶液由该导电材料与该粘着剂所构成。根据本揭露实施例，该第一溶液的固含量可为约5wt％至20wt％；以及，该第二溶液的固含量可为约5wt％至20wt％。为了让本揭露的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举数实施例，作详细说明如下：导电弹性纤维的制备实施例1：将聚胺酯(作为弹性高分子)(由formosaasahispandex制造、商品编号为roica)溶解于二甲基乙酰胺(n,n-dimethylacetamide)，得到一第一溶液(固含量为15wt％)。此外，将纳米银线(作为导电材料)(直径为60nm，长度为22μm)分散于二甲基乙酰胺(n,n-dimethylacetamide)，得到一第二溶液(固含量为15wt％)。接着，将第一溶液加入第二溶液中(第一溶液与第二溶液重量比例为1:1)。接着，在60℃下搅拌120分钟(搅拌速度为200rpm)，使所得混合溶液中的纳米银线可充分分散于聚胺酯溶液中。接着，以所得混合溶液作为纺丝液，利用一纺丝装置进行湿式纺丝，得到实心的导电性弹性纤维(1)。纺丝条件如下：纺口直径为0.7mm；纺丝温度为60℃；出液速度为2cc/min；纺丝速度为6.5m/min；凝固浴为纯水；以及，凝固浴温度为40℃。接着，以电子显微镜(jeoljsm6480)量测导电性弹性纤维(1)的纤维细度(fiberfineness)，并利用微电阻计(hiokirm3544)量测导电性弹性纤维(1)的电阻值(resistance)，结果如表1所示。实施例2：将聚胺酯(作为弹性高分子)(由formosaasahispandex制造、商品编号为roica)溶解于二甲基乙酰胺(n,n-dimethylacetamide)，得到一第一溶液(固含量为15wt％)。此外，将纳米银线(作为导电材料)(直径为60nm，长度为22μm)分散于二甲基乙酰胺(n,n-dimethylacetamide)，得到一第二溶液(固含量为15wt％)。接着，将第一溶液加入第二溶液中(第一溶液与第二溶液重量比例为1:1)。接着，在60℃下搅拌120分钟(搅拌速度为200rpm)，使所得混合溶液中的纳米银线可充分分散于聚胺酯溶液中。接着，使用双纺口纺丝装置进行湿式纺丝，以所得混合溶液作为外纺口纺丝液，并以纯水作为内纺口纺丝液，得到中空的导电性弹性纤维(2)。纺丝条件如下：内纺口直径为0.4mm；外纺口直径为0.6mm；纺丝温度为60℃；内纺口出液速度为0.6cc/min；外纺口出液速度为1.2cc/min；纺丝速度为5m/min；凝固浴为纯水；以及，凝固浴温度为40℃。接着，以电子显微镜(jeoljsm6480)量测导电性弹性纤维(2)的纤维细度(fiberfineness)，并利用微电阻计(hiokirm3544)量测导电性弹性纤维(2)的电阻值(resistance)，结果如表1所示。实施例3：将聚胺酯(作为弹性高分子)(由formosaasahispandex制造、商品编号为roica)溶解于二甲基乙酰胺(n,n-dimethylacetamide)，得到一第一溶液(固含量为15wt％)。此外，将纳米银线(作为导电材料))(直径为60nm，长度为22μm)以及粘着剂(商品编号为u3251，购自于安峰实业)分散于二甲基乙酰胺(n,n-dimethylacetamide)，得到一第二溶液(固含量为15wt％)，其中纳米银线与粘着剂的重量比例为1:1。接着，使用双纺口纺丝装置进行湿式纺丝，以该第一溶液作为内纺口纺丝液，并以该第二溶液作为外纺口纺丝液，得到具有芯鞘结构的导电性弹性纤维(3)(其中弹性高分子构成该芯部，而该纳米银线与粘着剂构成该鞘部)。纺丝条件如下：内纺口直径为0.4mm；外纺口直径为0.6mm；纺丝温度为60℃；内纺口出液速度为1.0cc/min；外纺口出液速度为1.2cc/min；纺丝速度为5m/min；凝固浴为纯水；以及，凝固浴温度为40℃。接着，以电子显微镜(jeoljsm6480)量测导电性弹性纤维(3)的纤维细度(fiberfineness)，并利用微电阻计(hiokirm3544)量测导电性弹性纤维(3)的电阻值(resistance)，结果如表1所示。实施例4：将聚胺酯(作为弹性高分子)(由formosaasahispandex制造、商品编号为roica)溶解于二甲基乙酰胺(n,n-dimethylacetamide)，得到一第一溶液(固含量为15wt％)。此外，将纳米银线(作为导电材料)(直径为60nm，长度为22μm)以及粘着剂(商品编号为u3251，购自于安峰实业)分散于二甲基乙酰胺(n,n-dimethylacetamide)，得到一第二溶液(固含量为15wt％)，其中纳米银线与粘着剂的重量比例为4:3。接着，使用双纺口纺丝装置进行湿式纺丝，以该第一溶液作为内纺口纺丝液，并以该第二溶液作为外纺口纺丝液，得到具有芯鞘结构的导电性弹性纤维(4)(其中弹性高分子构成该芯部，而该纳米银线与粘着剂构成该鞘部)。纺丝条件如下：内纺口直径为0.4mm；外纺口直径为0.6mm；纺丝温度为60℃；内纺口出液速度为1.0cc/min；外纺口出液速度为1.2cc/min；纺丝速度为5m/min；凝固浴为纯水；以及，凝固浴温度为40℃。接着，以电子显微镜(jeoljsm6480)量测导电性弹性纤维(4)的纤维细度(fiberfineness)，并利用微电阻计(hiokirm3544)量测导电性弹性纤维(4)的电阻值(resistance)，结果如表1所示。实施例5：将聚胺酯(作为弹性高分子)(由formosaasahispandex制造、商品编号为roica)溶解于二甲基乙酰胺(n,n-dimethylacetamide)，得到一第一溶液(固含量为15wt％)。此外，将纳米银线(作为导电材料)(直径为60nm，长度为22μm)以及粘着剂(商品编号为u3251，购自于安峰实业)分散于二甲基乙酰胺(n,n-dimethylacetamide)，得到一第二溶液(固含量为15wt％)，其中纳米银线与粘着剂的重量比例为3:2。接着，使用双纺口纺丝装置进行湿式纺丝，以该第一溶液作为内纺口纺丝液，并以该第二溶液作为外纺口纺丝液，得到具有芯鞘结构的导电性弹性纤维(5)(其中弹性高分子构成该芯部，而该纳米银线与粘着剂构成该鞘部)。纺丝条件如下：内纺口直径为0.4mm；外纺口直径为0.6mm；纺丝温度为60℃；内纺口出液速度为1.0cc/min；外纺口出液速度为1.2cc/min；纺丝速度为5m/min；凝固浴为纯水；以及，凝固浴温度为40℃。接着，以电子显微镜(jeoljsm6480)量测导电性弹性纤维(5)的纤维细度(fiberfineness)，并利用微电阻计(hiokirm3544)量测导电性弹性纤维(5)的电阻值(resistance)，结果如表1所示。实施例6：将聚胺酯(作为弹性高分子)(由formosaasahispandex制造、商品编号为roica)溶解于二甲基乙酰胺(n,n-dimethylacetamide)，得到一第一溶液(固含量为15wt％)。此外，将纳米银线(作为导电材料)(直径为60nm，长度为22μm)以及粘着剂(聚苯乙烯/丁二烯，由jsr制造，商品编号为trd1002)分散于二甲基乙酰胺(n,n-dimethylacetamide)，得到一第二溶液(固含量为15wt％)，其中纳米银线与粘着剂的重量比例为1:1。接着，使用双纺口纺丝装置进行湿式纺丝，以该第一溶液作为内纺口纺丝液，并以该第二溶液作为外纺口纺丝液，得到具有芯鞘结构的导电性弹性纤维(6)(其中弹性高分子构成该芯部，而该纳米银线与粘着剂构成该鞘部)。纺丝条件如下：内纺口直径为0.4mm；外纺口直径为0.6mm；纺丝温度为60℃；内纺口出液速度为1.0cc/min；外纺口出液速度为1.2cc/min；纺丝速度为5m/min；凝固浴为纯水；以及，凝固浴温度为40℃。接着，以电子显微镜(jeoljsm6480)量测导电性弹性纤维(6)的纤维细度(fiberfineness)，并利用微电阻计(hiokirm3544)量测导电性弹性纤维(6)的电阻值(resistance)，结果如表1所示。比较例1此外，将纳米银线(作为导电材料)(直径为22nm，长度为22μm)分散于二甲基乙酰胺(n,n-dimethylacetamide)，得到一第一溶液(固含量为7.5wt％)。接着，在60℃下及搅拌速度为200rpm下，将聚胺酯(作为弹性高分子)(由formosaasahispandex制造、商品编号为roica)加入该第一溶液中，其中该聚胺酯与该第一溶液的重量比例为7.5:100。搅拌12小时后，观察到聚胺酯仍未溶解，且溶液有凝胶状沉淀析出，呈现相分离现象，无法进行纺丝加工。表1纤维细度电阻值导电性弹性纤维(1)0.56mm14.4ω/cm导电性弹性纤维(2)0.30mm55.0ω/cm导电性弹性纤维(3)0.46mm4.68ω/cm导电性弹性纤维(4)0.48mm1.10ω/cm导电性弹性纤维(5)0.48mm0.90ω/cm导电性弹性纤维(6)0.46mm33.0ω/cm综合上述，本揭露所述导电弹性纤维的制造方法藉由将导电材料均匀分散于弹性高分子中，或进一步配合粘着剂使导电材料与弹性高分子结合，可以制备出具导电性的实心、中空或是具芯鞘结构的弹性纤维。虽然本揭露已以数个实施例揭露如上，然其并非用以限定本揭露，任何本
技术领域：
中具有通常知识者，在不脱离本揭露的精神和范围内，当可作任意的更动与润饰，因此本揭露的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。当前第1页12