一种弹性导电薄膜和高导电纤维的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种弹性导电薄膜和高导电纤维的制备方法，将水性聚合物乳液与碳纳米材料的水分散液混合均匀后，先破乳，再进行真空抽滤成型，即得弹性导电薄膜；其中，碳纳米材料的水分散液中同时含有碳纳米管和石墨烯；水性聚合物乳液的乳液粒径在200nm以内，破乳在剪切速度为18000rpm以上的条件下进行；再以服用纤维为芯丝，将弹性导电薄膜丝条包缠在其表面，即得高导电纤维；其中，弹性导电薄膜丝条由所述弹性导电薄膜切割得到。本发明专利技术制得的弹性导电薄膜具有较好的强度、较高的导电性和稳定性，同时弹性导电薄膜中的碳纳米材料为连续相，本发明专利技术制得的高导电纤维具有柔性好、导电性好、耐久性好的特点。耐久性好的特点。耐久性好的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种弹性导电薄膜和高导电纤维的制备方法


[0001]本专利技术属于复合材料
，涉及一种弹性导电薄膜和高导电纤维的制备方法。

技术介绍

[0002]随着近年来，随着计算机、电信、微波炉等的迅速发展和普及，人类生活、工作环境中的电磁辐射日渐严重，因而产生的电磁波干扰对电子仪器设备的正常工作及人类的生理健康带来了很多负面影响。为防止静电干扰和电磁波干扰，从20世纪中期至今，针对各种用途，已开发出各种抗静电和电磁屏蔽的材料。近几十年，研究的重点更多地转向了导电纤维。
[0003]随着纳米技术的迅速发展，越来越多的研究人员关注到一些碳纳米导电材料，比如纳米炭黑、石墨烯、碳纳米管和碳纳米纤维等，具有高的导电性，可以极大提升目前产品的性能，国内外应用较少，在研发高性能导电纤维上具有很大的潜力。同时，由于航空航天、汽车和可穿戴电子产品等领域的发展，人们对轻质、高强和高导电材料的需求越来越大。与金属丝和传统合成纤维相比，石墨烯导电纤维、碳纳米导电纤维、金属涂层导电纤维等高导电纤维以高强、高电导率等优势展现出优越的应用价值。
[0004]在将碳纳米管、石墨烯以涂层、镀膜等方式在纤维表面制备导电层已有相关报道，但在附着力、匀度、效率方面还不具有优势；以复合纺丝的方式将碳纳米管等材料与服用纤维共纺制成皮芯导电纤维，因工艺限制，碳纳米管、石墨烯材料添加量较少，无法形成连续项，导电性较差。
[0005]专利CN111809284A公开了一种导电包芯纱及其制备方法，所述导电包芯纱是由碳纳米管薄膜丝束和服用纤维共同加捻而得的以碳纳米管薄膜丝束为芯纱、以服用纤维作为包覆纱的导电包芯纱；由于碳纳米管薄膜丝束的强度低、扭转性能差，因此碳纳米管薄膜丝束只能作为芯纱，无法作为包覆纱，而导电纤维在使用中，需要与其他导线交织或接触带电物，若导电组分被包在内部的芯纱导电组分，在使用过程中，导电纤维的导电能力存在难发挥的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种弹性导电薄膜和高导电纤维的制备方法。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]一种弹性导电薄膜的制备方法，将水性聚合物乳液与碳纳米材料的水分散液混合均匀后，先破乳，再进行真空抽滤成型，即得弹性导电薄膜；其中，碳纳米材料的水分散液中同时含有碳纳米管和石墨烯；水性聚合物乳液的乳液粒径在200nm以内，破乳在剪切速度为18000rpm以上的条件下进行。
[0009]本专利技术的弹性导电薄膜的强度高、扭转性能优良，可通过“扭转加捻”的方式与其
它纤维复合，原理如下：
[0010]碳纳米材料的水分散液中同时含有一维碳纳米管和二维石墨烯，二者在真空抽滤过程中可形成较多的搭接点，有利于提升弹性导电薄膜的强度和导电性能；
[0011]在真空抽滤前，本专利技术控制水性聚合物乳液中的粒径较小的聚合物乳液颗粒在高速剪切下破乳，展开成各形态纳米纤维，搭接在碳纳米管和石墨烯上，使得在真空抽滤过程中可形成更多的搭接点，有利于提升弹性导电薄膜的强度和导电性能；如果采用其它方式破乳，聚合物乳液颗粒展开后会形成团状物，无法发挥上述作用。
[0012]作为优选的技术方案：
[0013]如上所述的一种弹性导电薄膜的制备方法，水性聚合物乳液的固含量为35~50%。
[0014]如上所述的一种弹性导电薄膜的制备方法，水性聚合物乳液为水性聚氨酯树脂乳液、水性丙烯酸树脂乳液、水性有机硅改性聚氨酯乳液、水性氟碳树脂乳液和水性有机硅改性丙烯酸乳液中的一种以上。
[0015]如上所述的一种弹性导电薄膜的制备方法，碳纳米材料的水分散液的固含量为0.1%~0.5%；碳纳米管和石墨烯的粒径D90为14~50μm。
[0016]如上所述的一种弹性导电薄膜的制备方法，碳纳米材料的水分散液的制备过程为：按10:0.5~1:0.1~0.2:100的质量比将碳纳米管、石墨烯、表面活性剂、去离子水混合后，采用细胞破碎仪分散均匀，即得碳纳米材料的水分散液；采用细胞破碎仪进行分散的方式相对于其它分散方式可最大程度保持碳纳米管的长径比；碳纳米管、石墨烯的质量比控制在10:0.5~1有利于形成更多的搭接点。
[0017]如上所述的一种弹性导电薄膜的制备方法，水性聚合物乳液中的水性聚合物与碳纳米材料的水分散液中的碳纳米材料的质量比为0.5~2:1。
[0018]如上所述的一种弹性导电薄膜的制备方法，破乳采用在剪切速度为18000~50000rpm的条件下加入反相破乳离子溶液的方式；反相破乳离子溶液主要取决于水性聚合物乳液的类型，如果水性聚合物乳液为阴离子型，则反相破乳离子溶液需要为阳离子盐溶液，反相破乳离子溶液最好与碳纳米材料的水分散液中的分散剂也存在对应关系（例如，反相破乳离子溶液如果是阳离子盐溶液，碳纳米材料的水分散液中的分散剂最好是阳离子溶液或非离子溶液，如此可避免在破乳产生纳米纤维的同时影响碳纳米材料的水分散液的稳定性）。
[0019]如上所述的一种弹性导电薄膜的制备方法，真空抽滤成型采用1500~2000目的金属滤网。
[0020]如上所述的一种弹性导电薄膜的制备方法，弹性导电薄膜的厚度为40~100μm，电阻率为2
×
10
‑4~8
×
10
‑3Ω.cm，表面方块电阻为0.03~1.05Ω/sq，拉伸强度≥10MPa，断裂伸长率≤10%；一般而言，弹性导电薄膜中碳纳米材料的含量高，导电性高，拉伸强度低；碳纳米材料的含量低，导电性低，拉伸强度高；本专利技术中由于碳纳米管和石墨烯相互搭接，同时聚合物乳液颗粒展开形成的纳米纤维与碳纳米管和石墨烯搭接，因此弹性导电薄膜兼具优良的导电性和拉伸强度。
[0021]本专利技术还提供了一种高导电纤维的制备方法，以服用纤维为芯丝，将弹性导电薄膜丝条包缠在其表面，即得高导电纤维；弹性导电薄膜丝条由采用前任一项所述的一种弹性导电薄膜的制备方法制得的弹性导电薄膜切割得到。
[0022]作为优选的技术方案：
[0023]如上所述的一种高导电纤维的制备方法，服用纤维为涤纶、锦纶、黏胶、lyocell、氨纶、维纶、ptfe纤维、芳纶和聚酰亚胺纤维中的一种以上，服用纤维为短纤或长丝，服用纤维的细度为1~2.5dtex；弹性导电薄膜丝条的宽度为0.1~1mm。
[0024]如上所述的一种高导电纤维的制备方法，高导电纤维的电阻率为1
×
10
‑3~7
×
10
‑2Ω.cm，50次标准水洗前后电阻变化率≤5%。
[0025]有益效果：
[0026]（1）本专利技术的一种弹性导电薄膜的制备方法所制成出的弹性导电薄膜具有较好的强度，同时弹性导电薄膜中的碳纳米材料含量比较高（≥60%），为连续相，具有较高的导电性和稳定性。
[0027]（2）本专利技术的一种高导电纤维的制备方法，借鉴纤维加捻的原理，将本专利技术的弹性导电薄膜切割成细丝，与服用纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种弹性导电薄膜的制备方法，其特征在于，将水性聚合物乳液与碳纳米材料的水分散液混合均匀后，先破乳，再进行真空抽滤成型，即得弹性导电薄膜；其中，碳纳米材料的水分散液中同时含有碳纳米管和石墨烯；水性聚合物乳液的乳液粒径在200nm以内，破乳在剪切速度为18000rpm以上的条件下进行。2.根据权利要求1所述的一种弹性导电薄膜的制备方法，其特征在于，水性聚合物乳液的固含量为35~50%。3.根据权利要求1或2所述的一种弹性导电薄膜的制备方法，其特征在于，水性聚合物乳液为水性聚氨酯树脂乳液、水性丙烯酸树脂乳液、水性有机硅改性聚氨酯乳液、水性氟碳树脂乳液和水性有机硅改性丙烯酸乳液中的一种以上。4.根据权利要求1所述的一种弹性导电薄膜的制备方法，其特征在于，碳纳米材料的水分散液的固含量为0.1%~0.5%；碳纳米管和石墨烯的粒径D90为14~50μm。5.根据权利要求1或4所述的一种弹性导电薄膜的制备方法，其特征在于，碳纳米材料的水分散液的制备过程为：按10:0.5~1:0.1~0.2:100的质量比将碳纳米管、石墨烯、表面活性剂、去离子水混合后，采用细胞破碎仪分散均匀，即得碳纳米材料的水分散液。6.根据权利要求1所述的一种弹性导电薄膜的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张林，王恒宇，张鹏飞，王蒙，陈勇，宋飞虎，
申请(专利权)人：江苏新视界先进功能纤维创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：