一种含有超细金属颗粒的聚合物复合纤维的制备方法及其制备的聚合物复合纤维技术

本发明专利技术提供一种含有超细金属颗粒的聚合物复合纤维的制备方法及其所制备的聚合物复合纤维。将金属粉末与热塑性聚合物树脂进行熔融共混，当共混物熔体通过挤出机挤出经过挤出机口模时直接进行纵向拉伸，得到含有超细金属颗粒的聚合物复合纤维。在通过挤出机口模形成聚合物纤维的拉伸过程中，聚合物和金属之间的作用而使得金属粉末不断地被破碎而原位形成粒径更小的超细金属颗粒，作为分散相分布在聚合物纤维中，从而提高复合纤维的性能。该制备方法具有良好适用性和较低成本。并且可以通过对金属粉末粒径、聚合物种类等的调节，使所制得的复合纤维中含有的超细金属颗粒粒径可调，甚至可达纳米级，从而使所述复合纤维具有优异性能。

【技术实现步骤摘要】
一种含有超细金属颗粒的聚合物复合纤维的制备方法及其制备的聚合物复合纤维
本专利技术涉及了一种聚合物纤维的制备方法，进一步讲，是涉及一种通过将金属粉末与聚合物熔融共混后拉伸成纤而原位制备含有超细金属颗粒的聚合物复合纤维的方法及其所制备的聚合物复合纤维。
技术介绍
相较天然纤维，合成纤维具有价格低廉，密度低和吸湿率低等特性，广泛应用于日常生产生活的纺织服装类、编织袋等领域。但是合成纤维的电绝缘性能好，电阻率高，在使用过程中易产生静电，对工业生产和人民生活都会带来危害。并且随着高科技的发展，由于静电以及静电吸附尘埃是导致现代电子设备运转故障、电路短路、信号丢失、误码、成品率低的直接原因之一。在石油、化工、精密机械、煤矿、食品、医药等行业均对静电的防护有特殊的要求。因此，开发具有优越电性能的纤维从而减少静电带来的危害成为十分迫切的课题。碳纳米管是有碳六元环组成的类似卷曲石墨的纳米级管状结构。由于碳纳米管具有优异的电学和力学性能，因此被广泛用于聚合物基复合材料或复合纤维领域。但是由于纳米粒子自身的高表面能导致碳纳米管具有严重的团聚效应，从而增加了纳米粒子的填充量和成本。同时，大量的纳米粒子填充给纤维的生产也造成了困难。如何降低碳纳米管用量，减少生产困难是亟待解决的问题。采用复合导电导电填料技术加入第三组分是有效提高纤维导电效率，降低碳纳米管含量的有效方法。专利CN102409421A公开了一种制备聚丙烯/纳米二氧化锡/碳纳米管复合纤维的制备方法。该技术虽然降低了复合纤维的电阻率，但是加入的第三组分同样为纳米粒子，增加了加工原料的难度，纤维表面粗糙，手感差，力学性能下降，生产中容易断丝等现象。近年来，国内外聚合物/低熔点金属复合材料领域出现新的发展。低熔点金属以高电导率、易加工等特性作为一个新的导电填料被广泛应用于聚合物的复合材料领域。专利CN102021671A公开了一种聚合物/低熔点金属复合导线及其制造方法，同时专利CN102140707A公开了一种皮芯复合电磁屏蔽纤维及其制备方法。上述两项技术利用皮芯复合技术制备聚合物包覆低熔点金属导线或纤维的方法。但是该技术中需要特殊的复合纺丝机，且作为纤维的芯层金属比重加大，虽然保证了纤维较低电阻率，但是需要大量添加金属，增加了生产成本。
技术实现思路
：为了能够以简便和低成本的方法制备含有超细金属颗粒的聚合物复合纤维，提出本专利技术。本专利技术的目的提供一种含有超细金属颗粒的聚合物复合纤维的制备方法。本专利技术的制备方法是将金属粉末与热塑性聚合物树脂中进行熔融共混，所得共混物熔体通过挤出机挤出经过挤出机口模时直接进行纵向拉伸，得到聚合物复合纤维。在熔融共混过程以及通过挤出机口模形成聚合物复合纤维的拉伸过程中，由于聚合物树脂和金属之间的作用等因素使得金属粉末不断地被破碎而原位形成粒径更小的超细金属颗粒。由此所得到的聚合物复合纤维的微观形态为超细金属颗粒作为分散相均匀分布在复合纤维的聚合物基体中。从而形成含有超细金属颗粒的聚合物复合纤维。本专利技术的含有超细金属颗粒的聚合物复合纤维的制备方法具有良好的适用性和较低的设备成本。在制备过程中，通过对金属粉末粒径的选择和聚合物种类和成纤工艺的调节，使所制得的复合纤维的分散相超细金属颗粒的直径可调，甚至可以通过选择合适的金属粉末粒径和合适的制备条件，制备出直径在纳米级的超细金属颗粒分散相，从而使所制备的复合纤维具有优异的性能。具体来讲，本专利技术的含有超细金属颗粒的聚合物复合纤维的制备方法为：将金属粉末与热塑性聚合物树脂进行熔融共混，所得共混物熔体通过挤出机挤出；从挤出机口模挤出时对共混物熔体直接进行纵向拉伸，得到含有超细金属颗粒的聚合物复合纤维；所述挤出机口模的温度不低于所述热塑性聚合物树脂熔点或软化温度，同时不低于金属粉末的熔点。挤出机口模温度高于聚合物熔点或软化温度和金属熔点时，当共混物熔体经过口模拉伸时，可使金属在聚合物的存在下容易被破碎。此处所述的热塑性聚合物熔点或软化温度，是指聚合物受热开始熔融或软化的温度，对于结晶热塑性聚合物来讲，此温度称为热塑性聚合物熔点，对于非结晶热塑性聚合物来讲此温度就叫热塑性聚合物软化温度。进一步地，对本专利技术的含超细金属颗粒的聚合物复合纤维制备方法详述如下：有关本专利技术所述步骤一：其中金属粉末与热塑性聚合物树脂进行熔融共混时，按照热塑性聚合物树脂和金属粉末总的体积份数计算，其中所述的金属粉末的体积份数优选小于或等于10%vol，更优选小于或等于5%vol，最优选小于或等于3%vol。所述制备方法中的热塑性聚合物树脂没有任何限制，可以为现有技术中各种热塑性聚合物树脂，优选为热塑性乙烯聚合物树脂、热塑性乙烯聚合物树脂改性产物中的至少一种。其中所述的热塑性乙烯聚合物树脂可以为现有技术中各种热塑性乙烯聚合物树脂，优选为乙烯的均聚物（乙烯均聚物）、乙烯和其他烯烃的共聚物（乙烯共聚物）中的至少一种。其中热塑性乙烯聚合物树脂改性产物指现有技术中已有的各种热塑性乙烯聚合物树脂的化学改性产物和物理改性产物，其中化学改性指改性剂与乙烯聚合物树脂分子发生化学反应，使其分子结构发生改变，例如包括接枝改性等；物理改性是指在不改变乙烯聚合物树脂分子的化学结构，乙烯聚合物树脂分子本身不发生化学反应的情况下，通过物理的方法对乙烯聚合物树脂进行改性，包括填充改性、增强改性和共混改性等。据此，本专利技术中的热塑性乙烯聚合物树脂更优选为乙烯均聚物、乙烯共聚物、乙烯均聚物的接枝物、乙烯共聚物的接枝物中的至少一种。其中的乙烯均聚物的接枝物、乙烯共聚物的接枝物没有任何限制，可以为现有技术中的已有的任何乙烯均聚物和/或乙烯共聚物在任何接枝技术、任何单体、任何接枝率条件下得到的接枝产物。其中所述金属粉末的金属为熔点在55～500℃的单组分金属和金属合金中的至少一种，其熔点优选为90～350℃，更优选为100～300℃，最优选为120～250℃。其中所述的金属的熔点既可高于所述聚合物熔点或软化温度也可低于或等于所述聚合物熔点或软化温度。以上所述单组分金属优选为镓、铯、铷、铟、锡、铋、镉、铅元素的单质金属；所述金属合金优选为镓、铯、铷、铟、锡、铋、镉、铅元素中两种以上的金属合金，或者为镓、铯、铷、铟、锡、铋、镉、铅元素中的至少一种与铜、银、金、铁或锌元素中的至少一种的金属合金，或者为镓、铯、铷、铟、锡、铋、镉、铅元素中的至少一种与铜、银、金、铁或锌元素中的至少一种与硅元素和/或碳元素形成的合金。金属粉末的粒径没有限制，粒径越小，根据本专利技术的制备方法所制备的复合纤维中所含超细金属颗粒的粒径就越小。优选微米级的金属粉末，其粉末粒径小于或等于500μm，更优选小于或等于200μm，更优选小于或等于100μm,更优选小于或等于80μm。在本专利技术制备方法的中，所述将金属粉末与热塑性聚合物树脂熔融共混时的所使用的设备没有任何限制，为塑料和橡胶工业上熔融共混工艺通常使用的设备。熔融共混设备包括挤出机、开炼机、密炼机。所述熔融共混所用设备优选挤出机，即与挤出阶段为同一挤出机，将熔融共混和挤出于同一挤出机上完成最为优选。如果熔融共混设备选用开炼机或密炼机，则所得共混物则要采用挤出机进行挤出拉伸。所述挤出机优选螺杆挤出机。所述螺杆挤出机包括单螺杆挤出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含有超细金属颗粒的聚合物复合纤维的制备方法，包括如下步骤：将金属粉末与热塑性聚合物树脂进行熔融共混，所得共混物熔体通过挤出机挤出；从挤出机口模挤出时对共混物熔体直接进行纵向拉伸，得到含有超细金属颗粒的聚合物复合纤维；所述挤出机口模的温度不低于所述热塑性聚合物树脂熔点或软化温度，同时不低于金属粉末的熔点。

【技术特征摘要】
1.一种含有超细金属颗粒的聚合物复合纤维的制备方法，包括如下步骤：将金属粉末与热塑性聚合物树脂进行熔融共混，所得共混物熔体通过挤出机挤出；从挤出机口模挤出时对共混物熔体直接进行纵向拉伸，得到含有超细金属颗粒的聚合物复合纤维；所述挤出机口模的温度不低于所述热塑性聚合物树脂熔点或软化温度，同时不低于金属粉末的熔点；其中，所述的热塑性聚合物树脂为热塑性乙烯聚合物树脂和热塑性乙烯聚合物树脂改性产物中的至少一种；所述金属粉末的金属为熔点在55～500℃的单组分金属和金属合金中的至少一种。2.根据权利要求1所述的聚合物复合纤维的制备方法，其特征在于：所述共混物熔体通过挤出机口模进行纵向拉伸时，其拉伸比为20-2000。3.根据权利要求2所述的聚合物复合纤维的制备方法，其特征在于：其拉伸比为100-1000。4.根据权利要求3所述的聚合物复合纤维的制备方法，其特征在于：其拉伸比为100-500。5.根据权利要求1所述的聚合物复合纤维的制备方法，其特征在于：所述熔融共混所用设备选自挤出机、开炼机或密炼机。6.根据权利要求5所述的聚合物复合纤维的制备方法，其特征在于：所述熔融共混所用设备为挤出机。7.根据权利要求6所述的聚合物复合纤维的制备方法，其特征在于：所述挤出机为螺杆挤出机。8.根据权利要求7所述的聚合物复合纤维的制备方法，其特征在于：所述挤出机为单螺杆挤出机或双螺杆挤出机。9.根据权利要求1所述的聚合物复合纤维的制备方法，其特征在于：所述热塑性乙烯聚合物树脂为乙烯的均聚物、乙烯和其他烯烃的共聚物中的至少一种。10.根据权利要求1所述的聚合物复合纤维的制备方法，其特征在于：所述热塑性乙烯聚合物树脂改性产物为乙烯的均聚物的接枝物、乙烯和其他烯烃的共聚物...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔金樑，陈刚，张晓红，宋志海，蔡传伦，戚桂村，王亚，赖金梅，李秉海，张红彬，王湘，高建明，蒋海斌，何谷，茹越，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司北京化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11