[发明专利]一种聚合物/金属复合纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及合成纤维领域，进一步地说，本发明涉及一种聚合物/金属复合纤维及其制备方法。

背景技术

合成纤维具有价格低廉，密度低和吸湿率低等特性，广泛应用于日常生产生活的纺织服装类、编织袋等领域。但是合成纤维的电阻率高，在使用过程中易产生静电，对工业生产和人民生活都会带来危害。并且随着高科技的发展，静电是导致现代电子设备运转故障、信号丢失、误码的直接原因之一。在石油、化工、精密机械、煤矿、食品、医药等行业均对静电的防护有特殊的要求。因此，性能优异的抗静电纤维具有十分广泛的应用前景。

填充炭黑、碳纳米管等导电填料来改善纤维的电性能的技术被广泛应用于抗静电纤维的开发。由于纤维的拉伸后整理工艺会显著增大抗静电纤维中导电填料之间的距离，严重破坏纤维中原有的导电填料的导电网络，导致需要添加大量导电填料才能弥补拉伸后整理工艺对纤维导电网络破坏的影响，从而满足实际抗静电的需求。但是大填充量的抗静电纤维导致纤维的可染性、力学性能和纤维手感严重下降。一般在纤维纺丝中，纺丝拉伸倍率提高，纤维强度增强，但是填充炭黑、碳纳米管等的聚合物纤维会随着拉伸倍率提高强度增强后损失抗静电性能。

随后，皮芯纺丝技术弥补填充炭黑的抗静电纤维力学性能低、纤维手感差等缺点。但是仍然不能解决抗静电纤维颜色深，可染性差的缺陷；为了解决抗静电纤维可染性差的缺陷，有文献报道采用高分子抗静电剂与碳纳米管混合使用的技术，可以显著降低了碳纳米管的用量，在满足纤维电学和力学需求的同时，纤维可染性得到明显改善。但是依据这种技术生产的抗静电纤维耐水洗性较差。纤维及其织物经过多次洗涤后，纤维的抗静电性能会出现显著的下降，甚至失去抗静电效果。

经过不断的技术改进，现有的抗静电纤维开发存在两难的困境。在满足电学和力学性能同时，必然要牺牲了纤维的可染性和可加工性；或者在满足纤维可染性和电学性能同时，不能制备永久抗静电纤维。开发出既满足电学和力学性能，又具有良好可染色的永久抗静电纤维成为制备抗静电纤维的重要难题。

近年来，国内外聚合物/低熔点金属复合材料领域出现新的发展。低熔点金属以高电导率、易加工等特性作为一个新的填料被广泛应用于聚合物的复合材料领域。专利CN102021671A公开了一种聚合物/低熔点金属复合导线及其制造方法，同时专利CN102140707A公开了一种皮芯复合电磁屏蔽纤维及其制备方法。上述两项技术利用皮芯复合技术制备聚合物包覆低熔点金属导线或纤维的方法。但是该技术中需要特殊的复合纺丝机，且作为纤维的芯层金属比重加大，虽然保证了复合纤维较低电阻率，但是致使纤维密度增大，且断裂伸长率没有提高，甚至降低。

发明内容

为了能够以简便和低成本的方法制备具有优良可染性和手感，并同时也具有较低的体积电阻率和较高的力学性能，纤维密度降低，且抗静电性能持久的复合纤维，提出本发明。

本发明的一个目的是提供一种聚合物/金属复合纤维。

本发明的聚合物/金属复合纤维，包括含有金属短纤维的聚合物纤维，其微观结构为金属短纤维作为分散相分布在聚合物纤维中，而且作为分散相的金属短纤维沿着聚合物纤维轴平行分布。

其中所述聚合物纤维的聚合物为热塑性树脂，优选为熔点在90～450℃的热塑性树脂，更优选为熔点为100～290℃的热塑性树脂。最优可选自聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺或聚酯等中的一种。其中所述的聚酰胺包括现有技术中任何种类的可纺丝聚酰胺，优选尼龙6、尼龙66、尼龙11或尼龙12。所述的聚酯可以为现有技术中任何可纺丝的聚酯，优选聚对苯二甲酸乙二醇（PET）或聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）

其中所述金属短纤维的金属为熔点在20～480℃，优选为100～250℃，更优选为120～200℃的单组分金属和金属合金中的至少一种，并且其熔点同时低于所述聚合物熔点。

优选的，所述金属中的单组分金属为镓、铯、铷、铟、锡、铋、镉、铅元素的单质金属；所述金属中的金属合金为镓、铯、铷、铟、锡、铋、镉、铅元素中两种以上的金属合金，或者为镓、铯、铷、铟、锡、铋、镉、铅元素中的至少一种与铜、银、金、铁或锌元素中的至少一种的金属合金，或者为镓、铯、铷、铟、锡、铋、镉、铅元素中的至少一种与铜、银、金、铁或锌元素中的至少一种与硅元素和/或碳元素形成的合金。

本发明的聚合物/金属复合纤维中金属短纤维和聚合物纤维的体积比为0.01:100～20:100，优选为0.1:100～4:100，更优选为0.5:100～2:100。