一种具有皮芯结构的导电聚合物纤维及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有皮芯结构的导电聚合物纤维及制备方法，其中，一种具有皮芯结构的导电聚合物纤维包括：皮层和芯层，所述皮层为内部具有腔室的连续管状件，所述芯层为实体的连续柱状件，所述芯层位于所述腔室中，且所述芯层的外表面和所述腔室的侧壁粘接且至少部分融合；所述芯层为导电层，所述芯层包括聚噻吩和/或碳纳米材料，所述皮层为绝缘层，所述皮层的材料包括聚乙烯、聚丙烯和聚丙烯腈中的至少一种。所述芯层的导电率为90

【技术实现步骤摘要】
一种具有皮芯结构的导电聚合物纤维及制备方法


[0001]本专利技术属于导电器件
，尤其涉及一种具有皮芯结构的导电聚合物纤维及制备方法。

技术介绍

[0002]导电纤维是指在聚合物中混入导电介质所纺制成的化学纤维或金属纤维、碳纤维等。具有远高于抗静电纤维的优异的消除和防止静电的性能，且比电阻值持久不变并基本上不受湿度影响。按导电成分分布状态，分为均匀型、被覆型和复合型三类。一般采用混溶、蒸镀、电镀和复合纺丝等方法，在纤维中添加炭黑、石墨、金属粉或金属化合物等导电介质制得导电聚合物纤维。
[0003]海洋环境对导电线路的性能具有诸多要求，首先需要抗潮湿气体或液体的腐蚀，其次需要具有优异的抗拉强度，并且还需要具有高导电率，本专利技术提供一种新型的具有皮芯结构的导电聚合物纤维来满足上述要求。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种具有皮芯结构的导电聚合物纤维及制备方法，具备抗腐蚀、抗拉强度高且导电率高的优点，解决了现有技术中海洋环境对导电线路的高性能要求的问题。
[0005]本专利技术是这样实现的，一种具有皮芯结构的导电聚合物纤维，包括：
[0006]皮层和芯层，所述皮层为内部具有腔室的连续管状件；所述芯层为实体的连续柱状件，所述芯层位于所述腔室中，且所述芯层的外表面和所述腔室的侧壁粘接且至少部分融合；所述芯层为导电层，所述芯层包括聚噻吩和/或碳纳米材料，所述皮层为绝缘层。
[0007]通过上述设置，皮层材料由聚乙烯、聚丙烯和聚丙烯腈中的至少一种材料构成，聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈或其混合物均为有机材料，可对芯层材料进行防护，从而起到防潮作用，可防止芯层被腐蚀。芯层的碳纳米材料可选择碳纳米管或经过掺杂的聚噻吩或两者的混合。通过上述设置，导电聚合物纤维的拉伸强度为200MPa，具有较高的抗拉强度；导电率可达到95S/m。
[0008]需要说明的是，按照电导率来划分，聚噻吩是半导体材料，经过掺杂后，聚噻吩具有高导电性，可以成为导体材料。因此，如果芯层材料选择聚噻吩，本申请的具有皮芯结构的导电聚合物纤维可以作为半导体器件。并且根据掺杂的浓度不同，可以得到不同导电率的半导体器件，继续增加掺杂浓度，可以得到导电率为95S/m的芯层。
[0009]需要说明的是，芯层的横截面除了可以为圆形之外，还可以为椭圆、三角形或矩形，在此不做限制。并且，芯层和皮层的横截面积不限于固定的值，即可部分地方粗，部分地方细。
[0010]作为本专利技术优选的，所述皮层的材料包括聚乙烯、聚丙烯和聚丙烯腈中的至少一种。
[0011]作为本专利技术优选的，所述芯层的导电率为90
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105S/m；所述导电聚合物纤维的拉伸强度为193
‑
208MPa。
[0012]作为本专利技术优选的，所述腔室的侧壁具有第一凸块和第一凹槽；
[0013]所述芯层外表面具有第二凸块和第二凹槽；
[0014]所述第二凸块与所述第一凸块或第一凹槽贴合，所述第二凹槽与所述第一凸块或第一凹槽贴合。
[0015]本专利技术还提供一种具有皮芯结构的导电聚合物纤维构成的电缆，包括若干所述具有皮芯结构的导电聚合物纤维以及包裹层，若干所述具有皮芯结构的导电聚合物纤维并排；所述包裹层不连续的能移动的包裹所述具有皮芯结构的导电聚合物纤维；所述包裹层由绝缘材料和/或导体材料构成。
[0016]本专利技术还提供一种具有皮芯结构的导电聚合物纤维的制备方法，包括以下步骤：
[0017]制备皮层溶液：将聚丙烯腈粉末加入二甲基亚砜溶液中，搅拌至呈透明黄色黏稠状，制得第一聚丙烯腈溶液，所述第一聚丙烯腈溶液作为皮层溶液；
[0018]制备芯层溶液：将聚丙烯腈粉末加入二甲基亚砜溶液中，搅拌至溶液呈透明黄色黏稠状，制得第二聚丙烯腈溶液，再将导电材料粉末加入第二聚丙烯腈溶液中，继续搅拌和超声处理，制得芯层溶液；
[0019]成型：将芯层溶液注入到成型模具内圆通道，将皮层溶液注入到成型模具外环通道，使芯层溶液和皮层溶液在成型模具中混合成型，并牵引出来；其中，成型模具外环通道环绕在成型模具内圆通道外侧，且同心设置，且成型模具外环通道和成型模具内圆通道连通。
[0020]作为本专利技术优选的，在制备皮层溶液时，将聚丙烯腈粉末加入二甲基亚砜溶液中，常温下进行磁力搅拌4
‑
6小时，溶液呈透明黄色黏稠状，制得皮层溶液。
[0021]作为本专利技术优选的，在制备芯层溶液时，将聚丙烯腈粉末加入二甲基亚砜溶液中，常温下进行磁力搅拌4
‑
6小时，溶液呈透明黄色黏稠状，制得聚丙烯腈溶液，再将聚噻吩粉末和/或碳纳米粉末加入聚丙烯腈溶液中，其中聚丙烯腈粉末与导电材料粉末质量比为6：4，继续搅拌4
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6.5小时，超声6小时后，制的芯层导电聚丙烯腈溶液。
[0022]作为本专利技术优选的，所述成型的方法包括：
[0023]使用第一注射器抽取皮层溶液，使用第二注射器抽取芯层溶液，将第一注射器和第二注射器分别固定在两个推进泵上；
[0024]使第二注射器的出口通过管道连通于所述成型模具内圆通道，使第一注射器的出口通过管道连接于所述成型模具外圆通道，将芯层溶液和皮层溶液同时分别注射到成型模具内圆通道和成型模具外圆通道；
[0025]芯层溶液和皮层溶液在成型模具中汇流并部分融合，并进入到凝固浴内，进行第一机械牵引和热水淋浴；
[0026]进行第二机械牵引，进行拉伸取向，再进行干燥致密化处理，得到具有皮芯结构的导电聚合物纤维。
[0027]作为本专利技术优选的，所述成型的方法包括：
[0028]使用第一注射器抽取皮层溶液，使用第二注射器抽取芯层溶液，将第一注射器和第二注射器分别固定在两个推进泵上；
[0029]使第二注射器的出口通过管道连通于所述成型模具内圆通道，使第一注射器的出口通过管道连接于所述成型模具外圆通道，将芯层溶液和皮层溶液同时分别注射到成型模具内圆通道和成型模具外圆通道；
[0030]芯层溶液和皮层溶液在成型模具中汇流并部分融合，其中，融合长度为20mm，使皮芯层在良好结合的同时，又形成皮芯层结构；并进入到凝固浴内，凝固浴的溶液为体积为40％的二甲基亚砜和体积为60％的去离子水，进行第一机械牵引和95
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100℃热水淋浴；
[0031]进行第二机械牵引，进行拉伸取向，再进行130℃时间为180s的干燥致密化处理，得到具有皮芯结构的导电聚合物纤维。
[0032]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0033]1、本专利技术中，皮层材料由聚乙烯、聚丙烯和聚丙烯腈中的至少一种材料构成，聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈或其混合物均为有机材料，可对芯层材料进行防护，从而起到防潮作用，可防止芯层被腐蚀。芯层的碳纳米材料可选择碳纳米管或经过掺杂的聚噻吩或两者的混合。通过上述设置，导电聚合物纤维的拉伸强度为200MPa，具有较高的抗拉强度；导电率可达到95S/m。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有皮芯结构的导电聚合物纤维(100)，其特征在于，包括：皮层(200)和芯层(300)，所述皮层(200)为内部具有腔室(210)的连续管状件；所述芯层(300)为实体的连续柱状件，所述芯层(300)位于所述腔室(210)中，且所述芯层(300)的外表面和所述腔室(210)的侧壁粘接且至少部分融合；所述芯层(300)为导电层，所述芯层(300)包括聚噻吩和/或碳纳米材料，所述皮层(200)为绝缘层，所述皮层(200)的材料包括聚乙烯、聚丙烯和聚丙烯腈中的至少一种。2.如权利要求1所述的一种具有皮芯结构的导电聚合物纤维(100)，其特征在于：所述腔室(210)的侧壁具有第一凸块(211)和第一凹槽(212)；所述芯层(300)外表面具有第二凸块(310)和第二凹槽(320)；所述第二凸块(310)与所述第一凸块(211)或第一凹槽(212)贴合，所述第二凹槽(320)与所述第一凸块(211)或第一凹槽(212)贴合。3.一种如权利要求1
‑
2任一项所述的具有皮芯结构的导电聚合物纤维(100)构成的电缆(400)，包括若干所述具有皮芯结构的导电聚合物纤维(100)以及包裹层(500)，其特征在于：若干所述具有皮芯结构的导电聚合物纤维(100)并排；所述包裹层(500)不连续的能移动的包裹所述具有皮芯结构的导电聚合物纤维(100)；所述包裹层(500)由绝缘材料和/或导体材料构成。4.一种如权利要求3所述的具有皮芯结构的导电聚合物纤维构成的电缆的安装结构，其特征在于，包括：所述包裹层(500)内表面具有容纳槽(510)；所述包裹层(500)上设置有螺纹杆(520)，所述螺纹杆(520)通过螺纹转动连接在所述包裹层(500)上，所述螺纹杆(520)一端延伸到容纳槽(510)中，且所述螺纹杆(520)转动连接有压块(530)，所述压块(530)位于容纳槽(510)中，所述压块(530)的表面设置有防滑层(540)，所述螺纹杆(520)的另一端固定连接有固定环(550)。5.一种如权利要求4所述的具有皮芯结构的导电聚合物纤维(100)构成的电缆(400)的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S11、拨动包裹层(500)到达需要的位置，旋转螺纹杆(520)使防滑层(540)压紧所述具有皮芯结构的导电聚合物纤维(100)；步骤S12、将螺栓穿过固定环(550)，并将螺栓连接到需要的位置。6.一种具有皮芯结构的导电聚合物纤维(100)的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：制备皮层(200)溶液：将聚丙烯腈粉末加入二甲基亚砜溶液中，搅拌至呈透明黄色黏稠状，制得第一聚丙烯腈溶液，所述第一聚丙烯腈溶液作为皮层(200)溶液；制备芯层(300)溶液：将聚丙烯腈粉末加入二甲基亚砜溶液中，搅拌至溶液呈透明黄色黏稠状，制得第二聚丙烯腈溶液，再将导电材料粉末加入第二聚丙烯腈溶液中，继续搅拌和超声处理，制得芯层(300)溶液；成型：将...

【专利技术属性】
技术研发人员：商元元，任立超，史宝会，邓明，巩玉兵，张新国，付堃，周国青，关晓宇，
申请(专利权)人：山东金冠网具有限公司，
类型：发明
国别省市：