专利名称：一种制备微细导电纤维的方法
技术领域：
本发明涉及导电纤维材料领域，尤其涉及一种制备微细导电纤维的方法。
技术背景导电塑料一般分为结构型和复合型两大类，结构型材料合成工艺较复杂，成本较高， 目前价格相当昂贵；复合型是由导电性物质与高分子材料复合而成，该类别成本稍低， 可以满足各种成型要求，是一类已被广泛应用的功能性高分子材料。复合型导电塑料根 据导电填料的不同可分为抗静电剂系、晶须系、金属系(各种金属粉末、纤维、片等)、 碳系(炭黑、石墨等)，可以根据制品电阻值的不同要求进行调节生产。通过填加导电填料、添加剂或两者的混合物可以使塑料具有导电性，从而使其具有 防静电或抗电磁/无线电干扰的能力。高比表面的填料(其长径比大于1)添加量在达到 形成导电网络的最低量时，导电性足够满足要求，且保持材料的基本性能和表面光滑。 通常使用的是纤维状填料，包括碳纤维、金属纤维和涂覆金属的纤维，还有其它类型的 填料，如碳粉和金属薄片等。最近，研究的重点放在了纳米碳纤维的应用上，因为只要 很少添加量即可获得较高的导电性，而且保持塑料特性。黄铜短纤维填充的复合体系具有优异的电磁波屏蔽效果，却难以满足实用化提出的 阻燃、低比重、良好的制品外观等要求；镍及镀镍石墨纤维虽也具有优异的电性能，但 由于价格昂贵而限制了其使用性；碳纤维、特种导电炭黑填充的复合体系屏蔽效果较差， 适用性受到限制；不锈钢纤维的直径一般为6~10um,填加10%左右即可满足实际应用 中要求的电性能，由于填加量少，因此对复合体系的物理机械性能影响较小，是理想的 电磁屏蔽塑料填充材料。金属纤维是利用金属的导电性能而制得的，最有发展前途；主要制造方法有直接拉 丝法，即将金属线反复通过模具进行拉伸，制成直径4 16um的纤维，主要的金属种 类有不锈钢、铜和铝等；其他类似的制造方法还有切削法、熔抽法、高频振动法。 发明内容本发明的目的是提供一种制备微细导电纤维的方法，该方法工艺过程简单，设备成本 低，在制备微细导电纤维领域有重要应用。为了达到上述目的，本发明的技术方案如下一种制备微细导电纤维的方法，是利用静电场使微细金属粉体粒子沿电场方向排列， 经过金属粉末烧结过程得到微细金属短纤维的方法。该方法采用以下三个步骤金属粉体的高速气流分散，装置由氩气钢瓶l、小球2、喷管3和金属粉体输出管4构成；金属 粉体粒子的链状聚集体的静电形成，装置由沉积室5、金属电极7、金属电极8和金属电 极绝缘保护层9构成；金属粉末的烧结，装置由高温炉6和保护气体10构成。本发明一种制备微细导电纤维的方法的详细步骤如下微细金属粒子预先放置在喷管3中，喷管3的底部为锥形，设有一个进气口，进气口接氩气钢瓶l，在进气口处还设置有一个防止金属粉末进入到进气管中的小球2;喷管的顶部密封，接有一个金属粉体输出管4。当氩气钢瓶的输出压力为0.5Mpa时，小球不 停的浮动，喷管3内的金属粉末呈沸腾状态，悬浮于气体中的金属粉末将经过粉体输出 管，伴随高速流动的保护气体(氩气)进入到沉积室5中。沉积室5是一个侧壁开孔的陶瓷罐，陶瓷罐底部内放置有金属电极7和金属电极8， 材料为金属钨，两片电极的距离为l-10mm。在两片金属电极上施加有产生高压静电场 的电压，电压范围10~30kV,为直流高压。为了防止金属粉末使金属电极短路，在金属 电极表面覆盖有金属电极绝缘保护层一陶瓷薄片9，薄片厚度lmm,完全包覆金属电极。 金属电极上施加直流高压，在两片电极之间产生静电场。在金属粉体粒子沉降过程中， 由于受到静电场的作用，粒子间相互作用并沿电场方向排列，形成微细的金属粒子链， 最长的金属粒子链可以在两片电极间形成架桥链。沉积室5放置在有保护气体10保护的高温炉6中，保护气体为氩气。微细金属粒子 链形成后，经过高温烧结，烧结温度900~930°C ，温度上升时间为10°C/min，当温度上 升到规定的温度后，维持2小时。在此烧结条件下，微细金属粒子链形成了微细金属纤 维，纤维平均长度300um，平均直径5um。本发明中所使用的微细粉体，是金属微细粉体材料，其平均粒径必须小于5um。微 细粉体粒子跟随载气(氩气)进入沉积室的流动速度必须在0.2~0.8m/s范围，微细粒子 在载气中的浓度必须在50 100mg/cn^范围。本发明中用于控制粒子聚集形态的电场必须是静电场，即没有自由电荷存在的电场， 静电场的场强范围l~4kV/cm。本发明方法制备的金属微细短纤维可以作为导电塑料的添加物，只需要很低的添加 量就可以达到电磁屏蔽和防静电的目的，其对塑料的外观和特性影响是微乎其微的，不 影响塑料的颜色并且容易回收，可广泛用于导电塑料、防静电PVC地板等聚合物材料中。本发明的方法是利用静电场使微细金属粉体粒子沿电场方向排列经过金属粉末烧结 过程得到微细金属纤维的方法，可以直接利用金属粉末制备金属微细短纤维，在国内外 文献中尚未见报道。本发明的有益效果是下该方法工艺过程简单，设备成本低，在制备微细导电纤维领 域有重要应用。
图1是本发明的微细金属短纤维制备装置示意图。 图2是本发明一实施例的铜金属纤维的微观结构图。图中1、氩气钢瓶，2、小球，3、喷管，4、金属粉体输出管，5、沉积室，6、高 温炉，7、金属电极，8、金属电极，9、金属电极绝缘保护层，10、保护气体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细地描述如图1和图2所示，50g微细金属铜粒子(平均粒径5nm)预先放置在喷管3中， 喷管3的尺寸为①10X50mm，当氩气钢瓶1的输出压力为0.5Mpa时，喷管3内的铜金 属粉末呈沸腾状态，悬浮于气体中的铜金属粉末将经过粉体输出管4，伴随高速流动的 保护气体(氩气)10进入到沉积室5中。在铜金属粒子沉降过程中，由于受到静电场的 作用，粒子间相互作用并沿电场方向排列，形成微细的铜金属粒子链。沉积室5放置在 有保护气体10保护的高温炉6中，保护气体为氩气。微细铜金属粒子链形成后，经过高 温烧结，烧结温度卯0 93(TC，温度上升时间为10°C/min，当温度上升到规定的温度后， 维持2小时。在此烧结条件下，微细铜金属粒子链形成了微细铜金属纤维，纤维平均长 度300Pm，平均直径5um,其微观结构如图2所示。
权利要求
1、一种制备微细导电纤维的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤微细粉体预先放置在底部为锥形的喷管(3)中，喷管(3)的进气口接有氩气钢瓶1，喷管的顶部密封，接有粉体输出管(4)，当氩气钢瓶1的输出压力为0.5Mpa时，喷管(3)内的粉末呈沸腾状态，悬浮于气体中的粉末经过粉体输出管(4)，伴随高速流动的氩气进入到沉积室内；在粉末自然沉降过程中，受到沉降室底部两片电极之间的静电场作用，粉体粒子重新聚集，形成链状聚集体；在氩气保护下，经过900℃高温烧结，链状聚集体变成微细短纤维。
2、 如权利要求l所述的一种制备微细导电纤维的方法，其特征在于，所述粉体为金属粉 体，平均粒径小于5um。
3、 如权利要求l所述的一种制备微细导电纤维的方法，其特征在于，所述粉体粒子的聚 集形状由静电场控制，静电场由两片覆盖有绝缘材料的金属电极产生，电极之间的距离为 1 10rnm，电极间的电场强度为l~4kV/cm。
全文摘要
一种制备微细导电纤维的方法涉及导电纤维材料领域，微细金属铜粒子伴随高速流动的保护气体氩气进入到沉积室中，沉积室内放置有两片金属电极，金属电极上施加直流高压，在两片电极之间产生静电场；在金属粒子沉降过程中，由于受到静电场的作用，粒子间相互作用形成微细的金属粒子链；沉积室放置在有保护气体保护的高温炉中，微细金属粒子链形成后，经过高温烧结，烧结温度900～930℃，烧结2小时，微细金属粒子链形成了微细金属纤维，纤维平均长度3005μm，平均直径5μm。本发明的有益效果是工艺过程简单，设备成本低，在制备微细导电纤维领域有重要应用。
文档编号B22F9/08GK101244460SQ20081001066
公开日2008年8月20日 申请日期2008年3月13日 优先权日2008年3月13日
发明者任泽成, 李国锋, 李思国, 王宁会, 王志强, 王翠华, 王进君 申请人:大连理工大学