一种高性能锦纶基可染导电纤维及其制备方法技术

本发明专利技术属于复合导电纤维领域，涉及一种高性能锦纶基可染导电纤维及制备方法。本发明专利技术采用三层同心圆结构，结构中有三种组分：高导电介质碳黑组分、遮蔽类复合物质组分、白色导电组分，各组分质量比为高导电介质碳黑组分：遮蔽类复合物质组分：白色导电组分＝5％～30％：20％～30％：50％～65％，其中内层、中间层、外层依次为高导电介质碳黑组分、遮蔽类复合物质组分、白色导电组分，或者内层、中间层、外层依次为高导电介质碳黑组分、白色导电组分、遮蔽类复合物质组分。本发明专利技术既提高了导电性，又能保持纤维的白度和可染性。在白色可染导电母粒制备中，将金属氧化物和导电本征高聚物共混造粒，综合了两类白色导电添加组合的特点，同时通过加入锦纶载体树脂调节熔融指数，改善流动性，并提高了最终制成品的导电性。

A high performance nylon dye based conductive fiber and its preparation method

The invention belongs to the field of composite conductive fiber, relates to a high performance nylon dye based conductive fiber and preparation method thereof. The invention adopts three layers of concentric circle structure, the structure has three components: high carbon black conductive medium component, shielding composite material components, white conductive components, the quality of each component is the high conductivity dielectric component: carbon black composite material shielding components: white conductive component = 5% ~ ~ 30%:20% 30%:50% ~ 65%, wherein the inner layer, middle layer and outer layer are high conductivity dielectric components, shielding composite carbon material composition, white conductive component, or inner layer, middle layer and the outer layer are high conductivity dielectric component, white carbon black conductive composition, shielding composite material component class. The invention not only improves the conductivity, but also keeps the whiteness and dyeability of the fiber. In the white dyeable conductive masterbatch in the preparation of metal oxide and intrinsic conductive polymer blend granulation, combined with the two white conductive to add a combination of features, at the same time by adding nylon resin carrier adjust melt index, improve liquidity and improve the electrical conductivity of the final manufactured goods.

【技术实现步骤摘要】
一种高性能锦纶基可染导电纤维及其制备方法
本专利技术涉及一种复合导电纤维，具体是一种高性能锦纶基可染导电纤维及其制备方法。
技术介绍
近年来随着高分子材料的蓬勃发展，三大合成纤维——涤纶、锦纶、腈纶以及后起之秀丙纶，以其优良的性能在纤维市场上占据了重要的地位。但合成纤维表面只能被临界表面张力小于自身的液体所润湿，且其体积电阻率大都在1013Ω·cm以上，因此合成纤维很容易产生静电。静电的存在，使衣物更易吸尘、相互缠绕，从而严重影响到高精密仪器、生物医药、食品等行业的生产，同时也增加了易燃易爆场所发生火灾、爆炸的可能性。传统的抗静电纤维主要依靠吸收环境中的水分使自身电阻降低进而将电荷传导出去，这使得其对环境依赖性很大。而导电纤维通过电子传导和电晕放电消除静电，环境湿度对抗静电效果影响很小，应用更加广泛。纺织用导电纤维按导电介质可分为金属导电纤维、碳纤维和有机导电纤维，这些导电纤维基本能满足生产生活的需要，但也不可避免地存在一些缺点。金属导电纤维具有优良的导电性、耐热性，但比重大、抱合力小、可纺性相对较差。制成的高线密度纤维价格昂贵，成品色泽也受到一定的限制。碳纤维轴向强度高、无蠕变、密度小，缺点是耐冲击性较差、容易损伤，缺乏韧性、不耐弯折，其纺织应用领域相对狭窄，一般只限于复合材料中使用。而有机导电纤维的基本物理性能类似于普通的纺织纤维，纺织加工性优良，且染色性和耐化学试剂性良好，导电性持久、不易受环境温湿度的影响，是应用最为广泛的一类导电纤维。有机导电纤维的制法主要有三种：由导电高聚物直接纺丝、普通合成纤维涂覆导电物质、导电物质与高聚物复合或共混纺丝。其中，由导电高聚物直接纺丝制得的纤维，高聚物主链中的共扼结构使分子链僵直，难溶难熔，纺丝加工困难。而以普通合成纤维为基体，将金属、碳等导电物质涂覆在表面制成的纤维，其导电成分只覆盖在基质表面，导电性能与导电聚合物纤维相比有所下降，摩擦洗涤后导电物质也较易剥落，耐磨性和耐洗涤性差。采用导电物质与各种成纤高聚物经纺丝法制成的导电纤维，具有适当的线密度、长度、强度和柔曲性，与其他普通纤维易于抱合，容易进行混纺或交织且不影响织物的手感和外观；同时还具有良好的耐摩擦、耐氧化及耐腐蚀能力，能耐受纺织加工和使用中的物理机械作用。根据复合纺丝所产生的导电纤维一般有导电成分露出型、三层同心圆、并列型、芯鞘型和海岛型五种主要结构，截面形状如图1所示。导电成分露出型导电介质分布在纤维的表面，抗静电效果好。但导电层裸露在外，会因摩擦使导电粒子流失而降低导电性。三层同心圆结构是一种将导电成分夹在中间层的复合纤维。非导电成分和导电成分在80:20～60:40之间。非导电成分过大，导电性下降；过小，纺丝性变差。这种夹层结构使导电成分既接近表面又包覆在中间，所以白度增加且耐摩擦，导电效果好又兼具耐久性。并列型是将纤维分成多层并列，使导电成分贯穿纤维横截面并在两端露出，此种纤维的导电部分不宜超过30％，以免使纤维的导电耐久性、耐摩擦性及耐洗涤性下降，可以通过增加并列的层数提高导电性。芯鞘型分为两类：一是以导电成分为芯、非导电聚合物为鞘，一般的比例为1:1，白度好、耐洗涤，但导电效果较差；二是以导电成分为鞘、非导电聚合物为芯，这种纤维导电效果佳，但导电成分裸露在外使纤维的颜色及耐摩性受到影响。海岛型纤维的“海”为非导电聚合体，岛为导电成分，岛的直径小于0.5μm。在此结构中岛的成分要与海的成分互容，一般成分比在30:70～70:30的范围。目前市场上效果最好、性价比最高的是碳黑复合型导电纤维，但碳黑的颜色较深，布面效果呈现黑色条纹感，在许多条件下，产品对导电纤维的颜色有一定的要求，较深的颜色限制了其使用。且其易因久置或高温而失去导电效果，防尘性能和舒适度也很难达到要求。在这种情况下，白色可染型的导电纤维开始成为研究的新方向。现有的技术中，主要采用白色的导电二氧化钛或氧化锌等作为导电组分，采用双组分皮芯型截面结构制备白色可染导电纤维。申请CN101358387A公开了一种五星状、多星状截面形貌的白色导电纤维的制备方法，将白色导电材料放在芯层，通过各类截面的设计，保证了导电纤维的白度。申请CN101676450A将白色导电材料放在内层并略微露出表面，以达到保证白度和导电性的平衡。但这两种方法所采用的截面比较复杂，成本较高；将导电组分放在内层，导电性能无法得到保证。申请CN104790061A采用了三层皮芯截面，在中间层加入了白色导电粉体，导电性能优良，耐持久性好。但由于白色导电组分的导电性比导电碳黑的导电性能较差，这种方法制得的导电性能与碳黑型导电纤维相比仍旧有很大差距。
技术实现思路
为解决上述问题，进一步提高白色可染导电纤维的导电性和力学性能并保持其白度，本专利技术提供一种高性能的锦纶基可染导电纤维及制备技术。本专利技术采用三层同心圆截面，在白色导电纤维芯层中使用碳黑型导电组分，紧贴芯层加入一层白色遮蔽类中间层，再在外层包裹白色导电组分，截面图如图2。也可以将白色导电组分与遮蔽类物质组分位置互换，即将白色导电物质置于中间层，遮蔽类物质置于外层。本专利技术采取的技术方案为：一种锦纶基可染导电纤维，采用三层同心圆结构，结构中有三种组分：高导电介质碳黑组分、遮蔽类复合物质组分、白色导电组分，各组分比例为高导电介质碳黑组分：遮蔽类复合物质组分：白色导电组分＝5％～50％：20％～40％：30％～55％，组合次序可以是内层为高导电介质碳黑组分，中间层为遮蔽类复合物质组分，外层为白色导电组分；也可以是内层为高导电介质碳黑组分，中间层为白色导电组分，外层为遮蔽类复合物质组分。传统的三层同心圆结构将导电成分夹在中间层，这种夹层结构使导电成分既接近表面又包覆在中间，所以白度增加且耐摩擦，导电效果相对较好又兼具耐久性。但白色导电组分的导电性比碳黑差，使用白色导电组分极大地限制了纤维的导电性，本专利技术打破现有技术的常规，突破性地将碳黑作为白色导电纤维的主要导电介质。为了很好地遮蔽碳黑的颜色，同时保证纤维良好的导电性，本专利技术将导电介质碳黑置于纤维最内层，其中一种组合次序，将遮蔽类物质组分置于中间层，并在外层使用自制的白色可染导电母粒。这样不仅能将碳黑导电组分优异的导电性充分发挥出来，更能复合白色导电介质，增强纤维的导电效果，并且能不影响纤维的白度。另一种组合次序，即中间层为白色导电组分，外层为遮蔽类复合物质组分，由于白色导电组分仍带有一定的颜色，而遮蔽类物质只加入了光遮蔽剂和电荷转移剂，这两类物质均呈白色，因此，最终导电纤维的颜色比起外层为导电层的要更接近白色。同时，将外层的导电组分换入中间后，可提高耐磨性，防止导电性的损失。白色导电母粒流动性好，在熔融纺丝过程中更易均匀地包裹在中间层外围形成三层同心圆截面。高导电介质碳黑组分包括锦纶、导电碳黑、助剂，其中锦纶、导电碳黑两种物质的比例范围为锦纶:导电碳黑＝65％～85％:15％～35％。导电碳黑粒径为15nm～300nm，结构度≥80ml/100g，比表面积≤200m2/g。遮蔽类复合物质组分包括电荷转移剂、阻光剂、锦纶、助剂。含量占纤维总量的0.5％～5.0％，阻光剂粒径范围在70nm～800nm，锦纶、阻光剂、电荷转移剂三种物质的比例范围为锦纶:阻光剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锦纶基可染导电纤维，采用三层同心圆结构，其特征在于，结构中有三种组分：高导电介质碳黑组分、遮蔽类复合物质组分、白色导电组分，各组分质量比为高导电介质碳黑组分：遮蔽类复合物质组分：白色导电组分＝5％～30％：10％～30％：50％～65％，其中内层、中间层、外层依次为高导电介质碳黑组分、遮蔽类复合物质组分、白色导电组分，或者内层、中间层、外层依次为高导电介质碳黑组分、白色导电组分、遮蔽类复合物质组分。

【技术特征摘要】
1.一种锦纶基可染导电纤维，采用三层同心圆结构，其特征在于，结构中有三种组分：高导电介质碳黑组分、遮蔽类复合物质组分、白色导电组分，各组分质量比为高导电介质碳黑组分：遮蔽类复合物质组分：白色导电组分＝5％～30％：10％～30％：50％～65％，其中内层、中间层、外层依次为高导电介质碳黑组分、遮蔽类复合物质组分、白色导电组分，或者内层、中间层、外层依次为高导电介质碳黑组分、白色导电组分、遮蔽类复合物质组分。2.根据权利要求1所述的一种锦纶基可染导电纤维，其特征在于，高导电介质碳黑组分包括锦纶、导电碳黑、助剂，其中锦纶、导电碳黑两种物质的比例范围为锦纶:导电碳黑＝65％～85％:15％～35％。3.根据权利要求2所述的一种锦纶基可染导电纤维，其特征在于，所述的导电碳黑粒径为15nm～300nm，结构度≥80ml/100g，比表面积≤200m2/g。4.根据权利要求1所述的一种锦纶基可染导电纤维，其特征在于，遮蔽类复合物质组分包括电荷转移剂、阻光剂、锦纶、助剂。5.根据权利要求4所述的一种锦纶基可染导电纤维，其特征在于，所述遮蔽类复合物质组分中电荷转移剂含量占纤维总量的0.5％～5.0％，阻光剂粒径范围在70nm～800nm，锦纶、阻光剂、电荷转移剂三种物质的比例范围为锦纶:阻光剂:电荷转移剂＝60％～70％:15％～25％:5％～25％。6.根据权利要求5所述的一种锦纶基可染导电纤维，其特征在于，所述的阻光剂为无机金属氧化物或非金属氧化物的高折射率纳米微粒，所述的电荷转移剂选自取代季铵盐、取代多烷基硝酸铵、玛啉盐酸盐、吡啶氯化...

【专利技术属性】
技术研发人员：李睿，焦红娟，刘建兵，高扬，杨春喜，王颢，王双燕，曹占理，杨德林，赵静波，张莹，
申请(专利权)人：北京中纺优丝特种纤维科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11