復合結構的導電纖維及其制備方法技術

本發明專利技術涉及一種復合結構的導電纖維及其制備方法，所述導電纖維包括導電纖維基體和導電增強層，導電增強層采用碳納米管/石墨烯為導電劑涂覆于導電纖維基體的外表面，導電纖維基體采用表面具有碳黑導電部分的導電纖維。所述導電增強層可進一步含有粘合劑。所述導電纖維基體通過使涂覆液在超聲的環境下超聲同時將所述導電纖維基體浸漬于所述涂覆液中以形成附著于所述導電纖維基體表面而形成充分的涂覆層來制造。本發明專利技術所述復合結構的導電纖維的電阻率為1×10

Conductive fiber with composite structure and preparation method thereof

The invention relates to a composite structure of conductive fiber and preparation method thereof, wherein the conductive fiber comprises a conductive fiber matrix and conductive enhancement layer, a reinforced layer made of conductive carbon nanotubes / graphene as conductive agent is coated on the outer surface of the conductive fiber matrix, conductive fiber matrix by the surface conductive fiber has carbon black conductive parts. The electrically conductive reinforcing layer may further contain an adhesive. The conductive fibers through the coating liquid in the ultrasonic environment ultrasound at the same time the conductive fiber matrix impregnated with the coating liquid to form conductive fibers attached to the substrate surface and the coating layer is formed to create a fully. The resistivity of the conductive fiber of the composite structure of the invention is 1 * 10

【技術實現步驟摘要】
復合結構的導電纖維及其制備方法
本專利技術涉及一種復合結構的導電纖維及其制備方法，尤其是一種在碳黑外導導電纖維表面附著碳納米管/石墨烯的導電纖維及其制備方法，屬于導電纖維

技術介紹
眾所周知并切身體會的是合成纖維已廣泛用于諸多用途，包括服裝、寢具、室內裝飾纖維制品、產業材料、和醫用材料等。然而，利用合成纖維的制品，由于摩擦等而容易產生靜電（或靜電荷）。靜電的產生會由于吸引塵埃而損害制品的美觀、或由于放電而給人體造成電擊或不快的觸感。此外，靜電的產生有時會引起靜電放電時的火花所致的對電子產品的損害、或易燃物質的點火和爆炸。為了解決靜電的產生和靜電電荷所致的上述問題，已經提出了許多用于對合成纖維或合成纖維制織物賦予導電性的技術。例如抗靜電表面處理法、添加抗靜電劑（包括表面活性劑型濕度依賴型抗靜電劑、摻雜型金屬氧化物導靜電劑以及碳黑導電劑等）混紡法、添加金屬纖維、以及采用復合紡絲工藝生產永久抗靜電纖維等。中國專利申請號為03115681.9，名稱為：“一種導電纖維及其制備方法”公開了該導電纖維由聚對苯二甲乙二醇、聚乙烯醋酸乙烯和導電碳黑三組分組成。又如中國專利ZL200410025182.4采用復合紡絲制備的碳黑型導電纖維的方法。日本特開2003-89969號公報或日本特表2005-539150號公報中公開了通過粘合劑將導電粒子（例如，碳黑）附著于合成纖維或合成纖維制織物等的表面而達到抗靜電的目的等。中國專利CN102926023B公開了一種抗靜電親水聚酯的制備方法，其在聚酯合成時添加親水劑聚乙二醇制備濕度依賴型抗靜電纖維。近來，電磁波己被廣泛用于各種用途，比如廣播、移動通信、雷達、手機、無線LAN和個人電腦。與所述用途的增長相應地，電磁波或磁力己被散射于生活空間，且存在下述問題，即，電磁波或磁力所致的人體失調、以及電子產品的故障。在這方面上，提出了下述合成纖維或合成纖維制織物，其中通過將導電金屬粒子包含于或附著至所述纖維或織物，例如鍍銀的方法，以使該纖維或織物具有導電性而更對其賦予電磁波屏蔽能力。此類具有電磁波屏蔽能力的織物用于下述目的，比如服裝、墻面涂層材料、儀器用罩、隔離物，以便保護人體和電子儀器免受電磁干擾。然而，含有或附著有導電金屬粒子的現有電磁波屏蔽性合成纖維或織物具有一些問題，比如因附著的金屬粒子或片的剝落（或脫落）所致的性能降低或灰塵產生，仍然不令人滿意。自從碳納米管在1991年以及石墨烯在2004年被發現以來，人們希望利用其比如優異的機械特性、導電性能、抗靜電性、電磁波和磁屏蔽性能、和熱穩定性的特性，嘗試了碳納米管或石墨烯用于各種應用或制品的用途。但它們是具有0.5-100納米尺寸的納米材料，極易因范德華力而發生凝聚。結果，現狀是碳納米管或石墨烯由其尺寸所致的固有的尺寸優點、上述比如優異機械特性、電導率和熱穩定性的特性不能充分發揮。近年來，由于電子技術和生命科學的發展，智能穿戴、纖維型生物傳感器已成為熱門的技術應用和消費市場的需求領域，對導電性好、柔軟且穩定的導電纖維需求不斷上升。導電物質涂覆于合成纖維表面的牢固度和持久穩定性由導電物質的性能、與纖維表面界面的親和性及與纖維的接觸面積共同決定。界面親和力的提高和增加粘附表面的接觸面積，都會大大提高粘合力。ZL200980132810.X公開了采用碳納米管作為導電劑并利用它良好的纖維性能，在充分有效分散后涂覆在合成纖維表面，實現纖維的良好的導電性能和纖維適用性能。當每1g聚酯加工紗的碳納米管附著量為0.032g時，電阻值為2.8×102Ω/cm。但由于涂覆層涂于光滑的纖維表面，對粘合力仍有很大的影響，其結果是洗滌前的電阻值為5.7×105Ω/cm，洗滌20次后的電阻值為7.7×106Ω/cm，洗滌前后的電阻差異大于101。
技術實現思路
本專利技術的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種復合結構的導電纖維及其制備方法，解決了碳納米管/石墨烯涂覆層在常規化學纖維表面附著粘合力偏小的問題，使碳納米管/石墨烯牢固地附著（或粘結或連接）于纖維表面，且該導電纖維可長期維持高導電性能，并具有優異的柔軟性、加工性、觸感（或質感或手感）、觸覺、重量輕的特性。按照本專利技術提供的技術方案，所述復合結構的導電纖維，其特征是：所述導電纖維包括導電纖維基體和導電增強層，導電增強層采用碳納米管/石墨烯為導電劑涂覆于導電纖維基體的外表面，導電纖維基體采用表面具有碳黑導電部分的導電纖維。進一步的，所述復合結構的導電纖維的電阻率為1×10-2～1×102Ω?cm，且電阻值的對數的標準偏差小于1.0。進一步的，所述碳納米管/石墨烯導電劑中碳米管和石墨烯的比例為10:1～1:10，優選為10:1～2:1。進一步的，所述導電增強層占復合結構導電纖維總重量的5～30%。進一步的，所述導電增強層的覆蓋率相對于所述導電纖維基體的整個表面不小于60%，優選不小于90%。進一步的，所述導電增強層的厚度為0.1～5μm，且相對于所述導電纖維基體100質量份，所述碳納米管和石墨烯總量的比例為0.1～30質量份。進一步的，所述導電纖維基體的電阻率為100～104Ω?cm，導電纖維基體的單絲線徑為5-100微米。進一步的，所述導電纖維基體采用由融熔復合紡絲工藝制備，包括碳黑導電部分和非導電部分；所述導電纖維基體采用皮芯結構，皮層為碳黑導電部分；或者，所述導電纖維基體采用復合結構，碳黑導電部分嵌于非導電部分內且碳黑導電部分的局部外露于導電纖維基體的表面。上述復合結構中碳黑導電部分可以采用1～10個葉型，葉型的局部外露于導電纖維基體的表面。所述復合結構的導電纖維的制備方法，其特征是，包括以下步驟：（1）使用含有碳納米管和石墨烯的涂覆液將碳納米管和石墨烯粘附于導電纖維基體的表面以形成導電增強層，所述導電纖維基體的表面具有碳黑導電部分；（2）對步驟（1）處理后的導電纖維進行干燥。進一步的，所述步驟（1）中導電纖維基體浸漬于含有碳納米管和石墨烯的涂覆液中，并在超聲環境下將碳納米管和石墨烯粘附于導電纖維基體表面，以增強涂覆效果。本專利技術具有以下有益效果：（1）本專利技術使用表面含有碳黑的碳黑型外導導電纖維作為基體，進一步在其表面涂覆碳納米管/石墨烯混合導電增強層，制造本專利技術的具有復合結構的導電纖維，涂層粘合力好，與現有技術所采用的合成纖維表面涂覆碳納米管/石墨烯涂層相比，具有更持久的導電效果，洗滌100次后的電阻增加小于101。（2）本專利技術使用碳納米管/石墨烯復合物作為涂層導電劑，涂層薄，使得纖維柔軟性好，適合作為制造智能穿戴產品、纖維型傳感器以及防靜電防輻射功能紡織品。（3）本專利技術的導電纖維的電阻率相比于作為基體纖維的碳黑型外導導電纖維降低了101～102。具體實施方式本專利技術將含有碳納米管和石墨烯的涂覆液涂覆于表面具有碳黑導電部分的導電纖維基體表面可有效地提高其粘合力，并且在涂覆過程中使用超聲助涂的手段，可形成均勻的導電層，達到纖維持久高導電性能的體現。另外，由于粘合力的提高，使尺寸極小且導電性優異的碳納米管/石墨烯少量附著于纖維的表面，可最小化將碳納米管/石墨烯附著于纖維或纖維結構體所致的質量增加，得到與現有技術相比具有比如優異的柔軟性、觸感（或質感）和加工性的特性，且具有導電性、導電發熱性、抗靜電性本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種復合結構的導電纖維，其特征是：所述導電纖維包括導電纖維基體和導電增強層，導電增強層采用碳納米管/石墨烯為導電劑涂覆于導電纖維基體的外表面，導電纖維基體采用表面具有碳黑導電部分的導電纖維。

【技術特征摘要】
1.一種復合結構的導電纖維，其特征是：所述導電纖維包括導電纖維基體和導電增強層，導電增強層采用碳納米管/石墨烯為導電劑涂覆于導電纖維基體的外表面，導電纖維基體采用表面具有碳黑導電部分的導電纖維。2.如權利要求1所述的復合結構的導電纖維，其特征是：所述復合結構的導電纖維的電阻率為1×10-2～1×102Ω?cm，且電阻值的對數的標準偏差小于1.0。3.如權利要求1所述的復合結構的導電纖維，其特征是：所述碳納米管/石墨烯導電劑中碳米管和石墨烯的比例為10:1～1:10，優選為10:1～2:1。4.如權利要求1所述的復合結構的導電纖維，其特征是：所述導電增強層占復合結構導電纖維總重量的5～30%。5.如權利要求1所述的復合結構的導電纖維，其特征是：所述導電增強層的覆蓋率相對于所述導電纖維基體的整個表面不小于60%，優選不小于90%。6.如權利要求1所述的復合結構的導電纖維，其特征是：所述導電增強層的厚度為0.1～5μm，且相對于所述導電纖維基體100質量份，所述碳納米管和石墨烯總量的比例...

【專利技術屬性】
技術研發人員：周煥民，
申請(專利權)人：江蘇中杰澳新材料有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇,32