一種制備微細導電纖維的方法技術

一種制備微細導電纖維的方法涉及導電纖維材料領域，微細金屬銅粒子伴隨高速流動的保護氣體氬氣進入到沉積室中，沉積室內放置有兩片金屬電極，金屬電極上施加直流高壓，在兩片電極之間產生靜電場；在金屬粒子沉降過程中，由于受到靜電場的作用，粒子間相互作用形成微細的金屬粒子鏈；沉積室放置在有保護氣體保護的高溫爐中，微細金屬粒子鏈形成后，經過高溫燒結，燒結溫度９００～９３０℃，燒結２小時，微細金屬粒子鏈形成了微細金屬纖維，纖維平均長度３００５μｍ，平均直徑５μｍ。本發明專利技術的有益效果是：工藝過程簡單，設備成本低，在制備微細導電纖維領域有重要應用。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及導電纖維材料領域，尤其涉及。技術背景導電塑料一般分為結構型和復合型兩大類，結構型材料合成工藝較復雜，成本較高， 目前價格相當昂貴；復合型是由導電性物質與高分子材料復合而成，該類別成本稍低， 可以滿足各種成型要求，是一類已被廣泛應用的功能性高分子材料。復合型導電塑料根 據導電填料的不同可分為抗靜電劑系、晶須系、金屬系(各種金屬粉末、纖維、片等)、 碳系(炭黑、石墨等)，可以根據制品電阻值的不同要求進行調節生產。通過填加導電填料、添加劑或兩者的混合物可以使塑料具有導電性，從而使其具有 防靜電或抗電磁/無線電干擾的能力。高比表面的填料(其長徑比大于1)添加量在達到 形成導電網絡的最低量時，導電性足夠滿足要求，且保持材料的基本性能和表面光滑。 通常使用的是纖維狀填料，包括碳纖維、金屬纖維和涂覆金屬的纖維，還有其它類型的 填料，如碳粉和金屬薄片等。最近，研究的重點放在了納米碳纖維的應用上，因為只要 很少添加量即可獲得較高的導電性，而且保持塑料特性。黃銅短纖維填充的復合體系具有優異的電磁波屏蔽效果，卻難以滿足實用化提出的 阻燃、低比重、良好的制品外觀等要求；鎳及鍍鎳石墨纖維雖也具有優異的電性能，但 由于價格昂貴而限制了其使用性；碳纖維、特種導電炭黑填充的復合體系屏蔽效果較差， 適用性受到限制；不銹鋼纖維的直徑一般為6~10um,填加10%左右即可滿足實際應用 中要求的電性能，由于填加量少，因此對復合體系的物理機械性能影響較小，是理想的 電磁屏蔽塑料填充材料。金屬纖維是利用金屬的導電性能而制得的，最有發展前途；主要制造方法有直接拉 絲法，即將金屬線反復通過模具進行拉伸，制成直徑4 16um的纖維，主要的金屬種 類有不銹鋼、銅和鋁等；其他類似的制造方法還有切削法、熔抽法、高頻振動法。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供，該方法工藝過程簡單，設備成本 低，在制備微細導電纖維領域有重要應用。為了達到上述目的，本專利技術的技術方案如下，是利用靜電場使微細金屬粉體粒子沿電場方向排列， 經過金屬粉末燒結過程得到微細金屬短纖維的方法。該方法采用以下三個步驟金屬粉體的高速氣流分散，裝置由氬氣鋼瓶l、小球2、噴管3和金屬粉體輸出管4構成；金屬 粉體粒子的鏈狀聚集體的靜電形成，裝置由沉積室5、金屬電極7、金屬電極8和金屬電 極絕緣保護層9構成；金屬粉末的燒結，裝置由高溫爐6和保護氣體10構成。本專利技術的詳細步驟如下微細金屬粒子預先放置在噴管3中，噴管3的底部為錐形，設有一個進氣口，進氣口接氬氣鋼瓶l，在進氣口處還設置有一個防止金屬粉末進入到進氣管中的小球2;噴管的頂部密封，接有一個金屬粉體輸出管4。當氬氣鋼瓶的輸出壓力為0.5Mpa時，小球不 停的浮動，噴管3內的金屬粉末呈沸騰狀態，懸浮于氣體中的金屬粉末將經過粉體輸出 管，伴隨高速流動的保護氣體(氬氣)進入到沉積室5中。沉積室5是一個側壁開孔的陶瓷罐，陶瓷罐底部內放置有金屬電極7和金屬電極8， 材料為金屬鎢，兩片電極的距離為l-10mm。在兩片金屬電極上施加有產生高壓靜電場 的電壓，電壓范圍10~30kV,為直流高壓。為了防止金屬粉末使金屬電極短路，在金屬 電極表面覆蓋有金屬電極絕緣保護層一陶瓷薄片9，薄片厚度lmm,完全包覆金屬電極。 金屬電極上施加直流高壓，在兩片電極之間產生靜電場。在金屬粉體粒子沉降過程中， 由于受到靜電場的作用，粒子間相互作用并沿電場方向排列，形成微細的金屬粒子鏈， 最長的金屬粒子鏈可以在兩片電極間形成架橋鏈。沉積室5放置在有保護氣體10保護的高溫爐6中，保護氣體為氬氣。微細金屬粒子 鏈形成后，經過高溫燒結，燒結溫度900~930°C ，溫度上升時間為10°C/min，當溫度上 升到規定的溫度后，維持2小時。在此燒結條件下，微細金屬粒子鏈形成了微細金屬纖 維，纖維平均長度300um，平均直徑5um。本專利技術中所使用的微細粉體，是金屬微細粉體材料，其平均粒徑必須小于5um。微 細粉體粒子跟隨載氣(氬氣)進入沉積室的流動速度必須在0.2~0.8m/s范圍，微細粒子 在載氣中的濃度必須在50 100mg/cn^范圍。本專利技術中用于控制粒子聚集形態的電場必須是靜電場，即沒有自由電荷存在的電場， 靜電場的場強范圍l~4kV/cm。本專利技術方法制備的金屬微細短纖維可以作為導電塑料的添加物，只需要很低的添加 量就可以達到電磁屏蔽和防靜電的目的，其對塑料的外觀和特性影響是微乎其微的，不 影響塑料的顏色并且容易回收，可廣泛用于導電塑料、防靜電PVC地板等聚合物材料中。本專利技術的方法是利用靜電場使微細金屬粉體粒子沿電場方向排列經過金屬粉末燒結 過程得到微細金屬纖維的方法，可以直接利用金屬粉末制備金屬微細短纖維，在國內外 文獻中尚未見報道。本專利技術的有益效果是下該方法工藝過程簡單，設備成本低，在制備微細導電纖維領 域有重要應用。 附圖說明圖1是本專利技術的微細金屬短纖維制備裝置示意圖。 圖2是本專利技術一實施例的銅金屬纖維的微觀結構圖。圖中1、氬氣鋼瓶，2、小球，3、噴管，4、金屬粉體輸出管，5、沉積室，6、高 溫爐，7、金屬電極，8、金屬電極，9、金屬電極絕緣保護層，10、保護氣體。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術做進一步詳細地描述如圖1和圖2所示，50g微細金屬銅粒子(平均粒徑5nm)預先放置在噴管3中， 噴管3的尺寸為①10X50mm，當氬氣鋼瓶1的輸出壓力為0.5Mpa時，噴管3內的銅金 屬粉末呈沸騰狀態，懸浮于氣體中的銅金屬粉末將經過粉體輸出管4，伴隨高速流動的 保護氣體(氬氣)10進入到沉積室5中。在銅金屬粒子沉降過程中，由于受到靜電場的 作用，粒子間相互作用并沿電場方向排列，形成微細的銅金屬粒子鏈。沉積室5放置在 有保護氣體10保護的高溫爐6中，保護氣體為氬氣。微細銅金屬粒子鏈形成后，經過高 溫燒結，燒結溫度卯0 93(TC，溫度上升時間為10°C/min，當溫度上升到規定的溫度后， 維持2小時。在此燒結條件下，微細銅金屬粒子鏈形成了微細銅金屬纖維，纖維平均長 度300Pm，平均直徑5um,其微觀結構如圖2所示。權利要求1、，其特征在于，該方法包括如下步驟微細粉體預先放置在底部為錐形的噴管(3)中，噴管(3)的進氣口接有氬氣鋼瓶1，噴管的頂部密封，接有粉體輸出管(4)，當氬氣鋼瓶1的輸出壓力為0.5Mpa時，噴管(3)內的粉末呈沸騰狀態，懸浮于氣體中的粉末經過粉體輸出管(4)，伴隨高速流動的氬氣進入到沉積室內；在粉末自然沉降過程中，受到沉降室底部兩片電極之間的靜電場作用，粉體粒子重新聚集，形成鏈狀聚集體；在氬氣保護下，經過900℃高溫燒結，鏈狀聚集體變成微細短纖維。2、 如權利要求l所述的，其特征在于，所述粉體為金屬粉 體，平均粒徑小于5um。3、 如權利要求l所述的，其特征在于，所述粉體粒子的聚 集形狀由靜電場控制，靜電場由兩片覆蓋有絕緣材料的金屬電極產生，電極之間的距離為 1 10rnm，電極間的電場強度為l~4kV/cm。全文摘要涉及導電纖維材料領域，微細金屬銅粒子伴隨高速流動的保護氣體氬氣進入到沉積室中，沉積室內放置有兩片金屬電極，金屬電極上施加直流高壓，在兩片電極之間產生靜電場；在金屬粒子沉降過程中，由于受到靜電場的作用，粒子間相互作用形成微細的金屬粒子鏈本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種制備微細導電纖維的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：微細粉體預先放置在底部為錐形的噴管（３）中，噴管（３）的進氣口接有氬氣鋼瓶１，噴管的頂部密封，接有粉體輸出管（４），當氬氣鋼瓶１的輸出壓力為０．５Ｍｐａ時，噴管（３）內的粉末呈沸騰狀態，懸浮于氣體中的粉末經過粉體輸出管（４），伴隨高速流動的氬氣進入到沉積室內；在粉末自然沉降過程中，受到沉降室底部兩片電極之間的靜電場作用，粉體粒子重新聚集，形成鏈狀聚集體；在氬氣保護下，經過９００℃高溫燒結，鏈狀聚集體變成微細短纖維。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李國鋒，王志強，王寧會，王進君，王翠華，李思國，任澤成，
申請(專利權)人：大連理工大學，
類型：發明
國別省市：91[中國|大連]