涂覆碳纳米管的复合结构导电纤维及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种涂覆碳纳米管的复合结构导电纤维及其制备方法，所述导电纤维包括导电纤维基体和导电增强层，导电增强层采用碳纳米管作为导电剂涂覆于导电纤维基体的外表面，导电纤维基体采用表面具有碳黑导电部分的导电纤维。所述导电增强层占复合结构导电纤维总重量的5～30%，导电增强层的覆盖率相对于导电纤维基体的整个表面不小于60%，导电增强层的厚度为0.1～5μm。所述导电纤维可通过使涂覆液在超声的环境下超声同时将所述导电纤维基体浸渍于所述分散液中，以附着于导电纤维基体表面而形成涂覆层。该导电纤维使所述碳纳米管均匀且牢固地附着于它的几乎整个表面且具有良好的导电性及柔软性，可用于智能穿戴织物和纤维型传感器等的制造。

Composite structure conductive fiber coated with carbon nanotube and preparation method thereof

The structure of composite conductive fiber and its preparation method of the invention relates to a coated carbon nanotubes, the conductive fibers including conductive fiber matrix and conductive enhancement layer, the outer surface of the conductive layer reinforced with carbon nanotubes as conductive agent is coated on a conductive fiber matrix, conductive fiber substrate by surface with carbon black conductive part of the conductive fiber. The conductive reinforcing layer accounts for 5 to 30% of the total weight of the conductive fiber of the composite structure, and the coverage rate of the conductive reinforcing layer is not less than 60% relative to the entire surface of the conductive fiber substrate, and the thickness of the conductive reinforcing layer is 0.1 to 5 mu m. The conductive fiber can form a coating layer by attaching the conductive fiber matrix to the dispersion liquid in the ultrasonic environment, and attaching the conductive fiber substrate to the surface of the conductive fiber substrate. The conductive fiber makes the carbon nanotube uniform and firmly attached to almost the entire surface of the carbon nanotube, and has good conductivity and softness, and can be used for the manufacture of intelligent wearable fabrics and fiber type sensors.

【技术实现步骤摘要】
涂覆碳纳米管的复合结构导电纤维及其制备方法
本专利技术涉及一种涂覆碳纳米管的复合结构导电纤维及其制备方法，属于导电纤维

技术介绍
众所周知并切身体会的是合成纤维已广泛用于诸多用途，包括服装、寝具、室内装饰纤维制品、产业材料、和医用材料等。然而，利用合成纤维的制品，由于摩擦等而容易产生静电（或静电荷）。静电的产生会由于吸引尘埃而损害制品的美观、或由于放电而给人体造成电击或不快的触感。此外，静电的产生有时会引起静电放电时的火花所致的对电子产品的损害、或易燃物质的点火和爆炸。为了解决静电的产生和静电电荷所致的上述问题，已经提出了许多用于对合成纤维或合成纤维制织物赋予导电性的技术。例如抗静电表面处理法、添加抗静电剂（包括表面活性剂型湿度依赖型抗静电剂、掺杂型金属氧化物导静电剂以及碳黑导电剂等）混纺法、添加金属纤维、以及采用复合纺丝工艺生产永久抗静电纤维等。中国专利申请号为03115681.9，名称为：“一种导电纤维及其制备方法”公开了该导电纤维由聚对苯二甲乙二醇、聚乙烯醋酸乙烯和导电碳黑三组分组成。又如中国专利ZL200410025182.4采用复合纺丝制备的碳黑型导电纤维的方法。日本特开2003-89969号公报或日本特表2005-539150号公报中公开了通过粘合剂将导电粒子（例如，碳黑）附着于合成纤维或合成纤维制织物等的表面而达到抗静电的目的等。中国专利CN102926023B公开了一种抗静电亲水聚酯的制备方法，其在聚酯合成时添加亲水剂聚乙二醇制备湿度依赖型抗静电纤维。近来，电磁波己被广泛用于各种用途，比如广播、移动通信、雷达、手机、无线LAN和个人电脑。与所述用途的增长相应地，电磁波或磁力己被散射于生活空间，且存在下述问题，即，电磁波或磁力所致的人体失调、以及电子产品的故障。在这方面上，提出了下述合成纤维或合成纤维制织物，其中通过将导电金属粒子包含于或附着至所述纤维或织物，例如镀银的方法，以使该纤维或织物具有导电性而更对其赋予电磁波屏蔽能力。此类具有电磁波屏蔽能力的织物用于下述目的，比如服装、墙面涂层材料、仪器用罩、隔离物，以便保护人体和电子仪器免受电磁干扰。然而，含有或附着有导电金属粒子的现有电磁波屏蔽性合成纤维或织物具有一些问题，比如因附着的金属粒子或片的剥落（或脱落）所致的性能降低或灰尘产生，仍然不令人满意。自从碳纳米管在1991年被发现以来，人们希望利用其比如优异的机械特性、导电性能、抗静电性、电磁波和磁屏蔽性能、和热稳定性的特性，尝试了碳纳米管用于各种应用或制品的用途。但它们是具有0.5-100纳米尺寸的纳米材料，极易因范德华力而发生凝聚。结果，现状是碳纳米管由其尺寸所致的固有的尺寸优点、上述比如优异机械特性、电导率和热稳定性的特性不能充分发挥。近年来，由于电子技术和生命科学的发展，智能穿戴、纤维型生物传感器已成为热门的技术应用和消费市场的需求领域，对导电性好、柔软且稳定的导电纤维需求不断上升。导电物质涂覆于合成纤维表面的牢固度和持久稳定性由导电物质的性能、与纤维表面界面的亲和性及与纤维的接触面积共同决定。界面亲和力的提高和增加粘附表面的接触面积，都会大大提高粘合力。ZL200980132810.X公开了采用碳纳米管作为导电剂并利用它良好的纤维性能，在充分有效分散后涂覆在合成纤维表面，实现纤维的良好的导电性能和纤维适用性能。当每1g聚酯加工纱的碳纳米管附着量为0.032g时，电阻值为2.8×102Ω/cm。但由于涂覆层涂于光滑的纤维表面，对粘合力仍有很大的影响，其结果是洗涤前的电阻值为5.7×105Ω/cm，洗涤20次后的电阻值为7.7×106Ω/cm，洗涤前后的电阻差异大于101。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种涂覆碳纳米管的复合结构导电纤维及其制备方法，解决了碳纳米管涂覆层在纤维表面附着粘合力偏小的问题，使碳纳米管牢固地（或坚固地）附着（或粘结或连接）于纤维表面，且该导电纤维可长期维持高导电性能，并具有优异的柔软性、加工性、触感（或质感或手感）、触觉、重量轻的特性。按照本专利技术提供的技术方案，所述涂覆碳纳米管的复合结构导电纤维，其特征是：所述导电纤维包括导电纤维基体和导电增强层，导电增强层采用碳纳米管作为导电剂涂覆于导电纤维基体的外表面，导电纤维基体采用表面具有碳黑导电部分的导电纤维。进一步的，所述复合结构导电纤维的电阻率为10-2～1×102Ω•cm，且电阻值的对数的标准偏差小于1.0。进一步的，所述导电增强层占复合结构导电纤维总重量的5～30%。进一步的，所述导电增强层的覆盖率相对于所述导电纤维基体的整个表面不小于60%，优选不小于90%。进一步的，所述导电增强层的厚度为0.1～5μm，且相对于所述的导电纤维基体100质量份，所述碳纳米管的用量为0.1～50质量份。进一步的，所述导电纤维基体的电阻率为100～104Ω•cm，导电纤维基体的单丝线径为5～100微米。进一步的，所述导电纤维基体采用由融熔复合纺丝工艺制备，包括碳黑导电部分和非导电部分；所述导电纤维基体采用皮芯结构，皮层为碳黑导分；或者，所述导电纤维基体采用复合结构，碳黑导电部分嵌于非导电部分内且碳黑导电部分的局部外露于导电纤维基体的表面。上述复合结构中碳黑导电部分可以采用1～10个叶型，叶型的局部外露于导电纤维基体的表面。所述涂覆碳纳米管的复合结构导电纤维的制备方法，其特征是，包括以下步骤：（1）使用含有碳纳米管的涂覆液将碳纳米管粘附于导电纤维基体的表面以形成导电增强层，所述导电纤维基体的表面具有碳黑导电部分；（2）对步骤（1）处理后的导电纤维进行干燥。进一步的，所述步骤（1）中导电纤维基体浸渍于含有碳纳米管的涂覆液中，并在超声环境下将碳纳米管粘附于导电纤维基体表面，以增强涂覆效果。进一步的，所述含有碳纳米管的涂覆液中还包括粘合剂。本专利技术具有以下有益效果：（1）本专利技术使用表面含有碳黑的碳黑型外导导电纤维作为基体，进一步在其表面涂覆碳纳米管导电增强层，制造本专利技术的具有复合结构的导电纤维，涂层粘合力好，与对比文件所采用的合成纤维表面涂覆碳纳米管涂层相比，更具有更持久的导电的效果，洗涤100次后的电阻增加小于101。（2）本专利技术使用碳纳米管作为涂层导电剂，涂层薄，使得纤维柔软性好，适合作为制造智能穿戴产品、纤维型传感器以及防静电防辐射功能纺织品。（3）本专利技术的导电纤维的电阻率相比于作为基体纤维的碳黑型外导导电纤维降低了101-102以上。（4）本专利技术所述复合结构导电纤维能够用于制造智能穿戴纺织品，生物传感器、防止电磁辐射等织物。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。本专利技术将含有碳纳米管涂覆液涂覆于表面具有碳黑导电部分的导电纤维基体表面可有效地提高其粘合力，并且在涂覆过程中使用超声助涂的手段，可形成均匀的导电增强层，达到导电纤维的持久高导电性能。另外，由于粘合力的提高，可以使尺寸极小且导电性优异的碳纳米管少量附着于导电纤维基体的表面，将碳纳米管附着于纤维或纤维结构体所致的质量增加最小化，得到与现有技术相比具有优异的柔软性、触感（或质感）和加工性的特性，且具有导电性、导电发热性、抗静电性、电磁波和磁屏蔽性以及热传导性的纤维或纤维结构体。本专利技术所述复合导电纤维使碳纳米管均匀且本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涂覆碳纳米管的复合结构导电纤维，其特征是：所述导电纤维包括导电纤维基体和导电增强层，导电增强层采用碳纳米管作为导电剂涂覆于导电纤维基体的外表面，导电纤维基体采用表面具有碳黑导电部分的导电纤维。

【技术特征摘要】
1.一种涂覆碳纳米管的复合结构导电纤维，其特征是：所述导电纤维包括导电纤维基体和导电增强层，导电增强层采用碳纳米管作为导电剂涂覆于导电纤维基体的外表面，导电纤维基体采用表面具有碳黑导电部分的导电纤维。2.如权利要求1所述的涂覆碳纳米管的复合结构导电纤维，其特征是：所述复合结构导电纤维的电阻率为10-2～1×103Ω•cm，且电阻值的对数的标准偏差小于1.0。3.如权利要求1所述的涂覆碳纳米管的复合结构导电纤维，其特征是：所述导电增强层占复合结构导电纤维总重量的5～30%。4.如权利要求1所述的涂覆碳纳米管的复合结构导电纤维，其特征是：所述导电增强层的覆盖率相对于所述导电纤维基体的整个表面不小于60%，优选不小于90%。5.如权利要求1所述的涂覆碳纳米管的复合结构导电纤维，其特征是：所述导电增强层的厚度为0.1～5μm，且相对于所述的导电纤维基体100质量份，所述碳纳米管的用量为0.1～50质量份。6.如权利要求1所述的涂覆碳纳米管的复合结构导电纤维，其特征是：所述导电纤维基体的电阻率为100～...

【专利技术属性】
技术研发人员：周焕民，
申请(专利权)人：江苏中杰澳新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32