一种导电弹性纤维及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种导电弹性纤维及其制备方法，制备方法为：将含有导电填料的热塑性聚醚酯或含有导电填料的热塑性聚氨酯与热塑性聚醚酯或热塑性聚氨酯经复合纺丝制得导电弹性纤维；复合纺丝过程中，两组分的熔体粘度比为1～1.5:1，组分重量比为10:90～90:10。制得的产品同时具有宏观自卷曲弹性和本征熵弹性，其体积电阻率为1×10

【技术实现步骤摘要】
一种导电弹性纤维及其制备方法
本专利技术属于复合纤维领域，涉及一种导电弹性纤维及其制备方法，特别涉及一种高弹、高稳定且具有大的应变响应范围的导电弹性纤维及其制备方法。
技术介绍
智能化是纺织服装未来发展的重要方向，以导电纤维作为柔性传感材料参与服装的一体化设计是一条实现服装的智能响应的有效途径。传统上，以常见的金属纤维(如不锈钢纤维、铜纤维等)或碳纤维与普通纤维混纺或者混编制备应变柔性传感器，通过织物组织结构的变化改变应变传感的感应范围和灵敏度，但其感知行为对织物结构具有明显的选择性，还存在加工困难、制品手感及弹性舒适性差等弊端，一方面生产成本高，另一方面服装的舒适性差。以聚合物为基体的导电纤维具有良好的柔韧力学性能、高弹性等性能，是作为柔性应变传感材料的理想选择。在聚合物纤维内部或表面形成具有良好导电能力的导电网络结构是实现纤维高弹性及高导电率的有效途径。目前，制备导电纤维主要有两条途径：一种是将导电组分通过后处理加入纤维中；另一种是将导电组分与原料共混，直接成型纤维。专利文献公开了利用天然纤维或者合成纤维通过化学镀层、溶胀等方法将各种导电介质(金属粒子、导电碳黑、碳纳米管、石墨烯等)沉积、涂覆或嵌入到纤维表面或内部可以获得高导电率的纤维，但是此方法制得纤维的稳定性差，纤维在摩擦或洗涤等外界应力的作用下，由于导电组分与聚合物基体界面结合力弱导电组分容易脱落，并且由于发生较大形变时，导电碳黑、金属等导电组分在纤维表面形成的连续相容易产生不可逆的破裂，此类纤维不具备大形变和稳定的应变响应性。而采用共混的方式制备的导电纤维虽然导电耐久稳定性好，但是需要添加导电介质的含量往往过高，导致聚合物的弹性损失严重，同时由于聚合物本身基体粘弹性的影响，在较大形变时会产生塑性形变，影响大形变条件下应变响应的灵敏性与准确性，无法满足大应变传感响应的需求。因此，开发一种高弹、高稳定且具有大的应变响应范围的导电纤维尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术导电纤维弹性差、稳定性差及应变响应范围小的缺陷，提供一种高弹、高稳定且具有大的应变响应范围的导电纤维及其制备方法。本专利技术将含导电填料的热塑性弹性体与不含导电填料的热塑性弹性体进行复合纺丝，通过纤维的形态调控，构筑了兼具宏观自卷曲弹性形变和本征熵弹形变弹性的弹性导电纤维，具有高弹和高稳定的特点，能够满足大应变传感响应的需求。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种导电弹性纤维，导电弹性纤维的体积电阻率为1×10-2～1.5×106Ω·cm，所述导电弹性纤维同时具有宏观自卷曲弹性和本征熵弹性，断裂伸长率为100～1000％，弹性回复率≥95％，宏观自卷曲的卷曲率为50～500％，本征熵弹形变的形变范围为20～100％。作为优选的技术方案：如上所述的一种导电弹性纤维，所述导电弹性纤维的纤度为1～100dtex，断裂强度为0.5～2cN/dtex。如上所述的一种导电弹性纤维，所述导电弹性纤维为长丝或短纤维，所述导电弹性纤维应用于机织物、针织物、无纺布或者与其他纤维混纺或交织。如上所述的一种导电弹性纤维，所述导电弹性纤维为并列型双组分复合纤维，其中，一个组分为无添加物的热塑性聚醚酯或无添加物的热塑性聚氨酯，另一个组分为含有导电填料的热塑性聚醚酯或含有导电填料的热塑性聚氨酯，本专利技术的导电弹性纤维也可以为偏皮芯型的双组分复合纤维，其中，一个组分为无添加物的热塑性聚醚酯或无添加物的热塑性聚氨酯，另一个组分为含有导电填料的热塑性聚醚酯或含有导电填料的热塑性聚氨酯。如上所述的一种导电弹性纤维，所述导电弹性纤维具有电阻应变响应性，应变响应范围为50～600％，灵敏度大于10(灵敏度SGF＝ΔR/(R0×ε)，其中，R0为纤维发生熵弹形变前的电阻值，ΔR为纤维发生熵弹形变后的电阻变化值，ε为熵弹形变)。本专利技术还提供一种制备如上所述导电弹性纤维的方法，将无添加物的热塑性聚醚酯或无添加物的热塑性聚氨酯与含有导电填料的热塑性聚醚酯或含有导电填料的热塑性聚氨酯经复合纺丝制得导电弹性纤维，复合纺丝保证了导电弹性纤维的导电耐久稳定性；复合纺丝过程中，含有导电填料的热塑性聚醚酯或含有导电填料的热塑性聚氨酯与无添加物的热塑性聚醚酯或无添加物的热塑性聚氨酯的熔体粘度比为1～1.5:1，可以保证纤维具有良好的可纺性，同时双组分并列复合纤维形成“哑铃型”截面，有利于提高纤维的弹性，组分重量比为10:90～90:10，这是由于组分间超分子的结构不同，通过组分重量比可以调控组分间的热收缩应力差异，进而可以使得纤维的宏观自卷曲的卷曲率在50～500％之间可调节，本征熵弹形变的形变范围在20～100％之间可调节，弹性回复率≥95％。作为优选的技术方案：如上所述的方法，所述复合纺丝的工艺过程如下：熔体→喷丝孔挤出→冷却→热拉伸→热定型→超喂卷绕；所述熔体的温度为150～250℃；所述冷却的方式为含有导电填料的热塑性聚醚酯或含有导电填料的热塑性聚氨酯组分面对吹风方向，无添加物的热塑性聚醚酯或无添加物的热塑性聚氨酯组分背对吹风方向，吹风温度为10～20℃，采用上述侧吹风的方式能够使得纤维中含有导电填料的一侧比未含有导电填料的一侧更快地冷却结晶，增加两组分间潜在的热收缩性能的差异，提高纤维的宏观自卷曲率；所述热拉伸时，采用空气、水或者水蒸气为加热介质，拉伸倍率为1.2～4，拉伸温度为50～120℃；所述热定型的温度为80～100℃；所述超喂卷绕的超喂率为10～60％。如上所述的方法，所述热塑性聚醚酯是由聚酯硬段和聚醚软段构成的线型嵌段共聚物，聚酯硬段为结晶性芳香族聚酯，聚醚软段为脂肪族聚醚；所述热塑性聚醚酯的熔点范围为160℃～230℃，数均分子量为3×104～3×105；所述热塑性聚氨酯是由低聚物多元醇软段和二异氰酸酯-扩链剂硬段构成的线型嵌段共聚物；所述热塑性聚氨酯的熔点范围为120℃～230℃，数均分子量为3×104～3×105。如上所述的方法，所述结晶性芳香族聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚萘二酸乙二醇酯、对羟基苯甲酸共聚酯和6-羟基-2羧基萘共聚酯中的一种以上；所述脂肪族聚醚为环状醚的聚合物或二醇的缩合物，具体为聚乙二醇(PEG)、聚丙二醇(PPG)和聚四亚甲基二醇的一种以上；所述低聚物多元醇为聚酯二醇和/或聚醚二醇；所述二异氰酸酯为4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(4,4’-MDI)、1,6-六亚甲基二异氰酸酯(HDI)或2,4-甲苯二异氰酸酯(TDI)；所述扩链剂为1,4-丁二醇(BDO)、1,6-己二醇、氢醌双羟乙基醚、苯二酚(β-羟乙基)醚、对苯二甲酸二羟乙酯(BHET)或二羟乙基苯甲醚。如上所述的方法，所述含有导电填料的热塑性聚醚酯或含有导电填料的热塑性聚氨酯中导电填料的质量分数为1～30％；所述导电填料为导电碳黑、碳纳米管、石墨烯、导电聚苯胺、金属及其硫化物和碘化物中的一种以上，所述金属为铜、银、镍或铬。专利技术机理：本专利技术采用无添加物的热塑性弹性体(热塑性聚醚酯或热塑性聚氨酯)与含有导电填料的热塑性弹性体(含有导电填料的热塑性聚醚酯或含有导电填料的热塑性聚氨酯)进行复合纺丝，由于热塑性弹性体与含有导电填料的热塑性弹性体之间的粘本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种导电弹性纤维，其特征是：导电弹性纤维的体积电阻率为1×10

【技术特征摘要】
1.一种导电弹性纤维，其特征是：导电弹性纤维的体积电阻率为1×10-2～1.5×106Ω·cm，所述导电弹性纤维同时具有宏观自卷曲弹性和本征熵弹性，断裂伸长率为100～1000％，弹性回复率≥95％，宏观自卷曲的卷曲率为50～500％，本征熵弹形变的形变范围为20～100％。2.根据权利要求1所述的一种导电弹性纤维，其特征在于，所述导电弹性纤维的纤度为1～100dtex，断裂强度为0.5～2cN/dtex。3.根据权利要求1所述的一种导电弹性纤维，其特征在于，所述导电弹性纤维为长丝或短纤维，所述导电弹性纤维应用于机织物、针织物、无纺布或者与其他纤维混纺或交织。4.根据权利要求1所述的一种导电弹性纤维，其特征在于，所述导电弹性纤维为并列型双组分复合纤维，其中，一个组分为热塑性聚醚酯或热塑性聚氨酯，另一个组分为含有导电填料的热塑性聚醚酯或含有导电填料的热塑性聚氨酯。5.根据权利要求1所述的一种导电弹性纤维，其特征是，所述导电弹性纤维具有电阻应变响应性，应变响应范围为50～600％，灵敏度大于10。6.制备如权利要求1～5任一项所述的导电弹性纤维的方法，其特征是：将热塑性聚醚酯或热塑性聚氨酯与含有导电填料的热塑性聚醚酯或含有导电填料的热塑性聚氨酯经复合纺丝制得导电弹性纤维；复合纺丝过程中，含有导电填料的热塑性聚醚酯或含有导电填料的热塑性聚氨酯与热塑性聚醚酯或热塑性聚氨酯的熔体粘度比为1～1.5:1，组分重量比为10:90～90:10。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述复合纺丝的工艺过程如下：熔体→喷丝孔挤出→冷却→热拉伸→热定型→超喂卷绕；所述熔体的温度为150～250℃；所述冷却的方式为含有导电填料的热塑性聚醚酯或含有导电填料的热塑性聚氨酯...

【专利技术属性】
技术研发人员：于金超，张玉梅，陈康，刘森林，南建举，
申请(专利权)人：上海益弹新材料有限公司，东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31