[发明专利]一种制备微细导电纤维的方法

说明书

技术领域

本发明涉及导电纤维材料领域，尤其涉及一种制备微细导电纤维的方法。

背景技术

导电塑料一般分为结构型和复合型两大类，结构型材料合成工艺较复杂，成本较高，目前价格相当昂贵；复合型是由导电性物质与高分子材料复合而成，该类别成本稍低，可以满足各种成型要求，是一类已被广泛应用的功能性高分子材料。复合型导电塑料根据导电填料的不同可分为：抗静电剂系、晶须系、金属系(各种金属粉末、纤维、片等)、碳系(炭黑、石墨等)，可以根据制品电阻值的不同要求进行调节生产。

通过填加导电填料、添加剂或两者的混合物可以使塑料具有导电性，从而使其具有防静电或抗电磁/无线电干扰的能力。高比表面的填料(其长径比大于1)添加量在达到形成导电网络的最低量时，导电性足够满足要求，且保持材料的基本性能和表面光滑。通常使用的是纤维状填料，包括碳纤维、金属纤维和涂覆金属的纤维，还有其它类型的填料，如碳粉和金属薄片等。最近，研究的重点放在了纳米碳纤维的应用上，因为只要很少添加量即可获得较高的导电性，而且保持塑料特性。

黄铜短纤维填充的复合体系具有优异的电磁波屏蔽效果，却难以满足实用化提出的阻燃、低比重、良好的制品外观等要求；镍及镀镍石墨纤维虽也具有优异的电性能，但由于价格昂贵而限制了其使用性；碳纤维、特种导电炭黑填充的复合体系屏蔽效果较差，适用性受到限制；不锈钢纤维的直径一般为6～10μm，填加10％左右即可满足实际应用中要求的电性能，由于填加量少，因此对复合体系的物理机械性能影响较小，是理想的电磁屏蔽塑料填充材料。

金属纤维是利用金属的导电性能而制得的，最有发展前途；主要制造方法有直接拉丝法，即将金属线反复通过模具进行拉伸，制成直径4～16μm的纤维，主要的金属种类有不锈钢、铜和铝等；其他类似的制造方法还有切削法、熔抽法、高频振动法。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备微细导电纤维的方法，该方法工艺过程简单，设备成本低，在制备微细导电纤维领域有重要应用。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种制备微细导电纤维的方法，是利用静电场使微细金属粉体粒子沿电场方向排列，经过金属粉末烧结过程得到微细金属短纤维的方法。该方法采用以下三个步骤：金属粉体的高速气流分散，装置由氩气钢瓶1、小球2、喷管3和金属粉体输出管4构成；金属粉体粒子的链状聚集体的静电形成，装置由沉积室5、金属电极7、金属电极8和金属电极绝缘保护层9构成；金属粉末的烧结，装置由高温炉6和保护气体10构成。

本发明一种制备微细导电纤维的方法的详细步骤如下：

微细金属粒子预先放置在喷管3中，喷管3的底部为锥形，设有一个进气口，进气口接氩气钢瓶1，在进气口处还设置有一个防止金属粉末进入到进气管中的小球2；喷管的顶部密封，接有一个金属粉体输出管4。当氩气钢瓶的输出压力为0.5Mpa时，小球不停的浮动，喷管3内的金属粉末呈沸腾状态，悬浮于气体中的金属粉末将经过粉体输出管，伴随高速流动的保护气体(氩气)进入到沉积室5中。

沉积室5是一个侧壁开孔的陶瓷罐，陶瓷罐底部内放置有金属电极7和金属电极8，材料为金属钨，两片电极的距离为1～10mm。在两片金属电极上施加有产生高压静电场的电压，电压范围10～30kV，为直流高压。为了防止金属粉末使金属电极短路，在金属电极表面覆盖有金属电极绝缘保护层—陶瓷薄片9，薄片厚度1mm，完全包覆金属电极。金属电极上施加直流高压，在两片电极之间产生静电场。在金属粉体粒子沉降过程中，由于受到静电场的作用，粒子间相互作用并沿电场方向排列，形成微细的金属粒子链，最长的金属粒子链可以在两片电极间形成架桥链。

沉积室5放置在有保护气体10保护的高温炉6中，保护气体为氩气。微细金属粒子链形成后，经过高温烧结，烧结温度900～930℃，温度上升时间为10℃/min，当温度上升到规定的温度后，维持2小时。在此烧结条件下，微细金属粒子链形成了微细金属纤维，纤维平均长度300μm，平均直径5μm。

本发明中所使用的微细粉体，是金属微细粉体材料，其平均粒径必须小于5μm。微细粉体粒子跟随载气(氩气)进入沉积室的流动速度必须在0.2～0.8m/s范围，微细粒子在载气中的浓度必须在50～100mg/cm³范围。

本发明中用于控制粒子聚集形态的电场必须是静电场，即没有自由电荷存在的电场，静电场的场强范围1～4kV/cm。