[发明专利]一种碳纳米管/聚氨酯/聚丙烯导电纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合纤维及其制备领域，特别涉及一种碳纳米管/聚氨酯/聚丙烯复合纤维及其制备方法。

背景技术

化学纤维自问世以来，以其许多天然纤维无法比拟的优良性能，得到了迅速发展，市场不断扩大。但同时，在生产和使用过程中也暴露出了它们存在的一个重要的共同特点，就是吸湿性差，在使用过程中易产生静电并由此给工业生产及人民生活带来危害，这使得对合成纤维的导电性能的研究越来越为人们所关注。

导电纤维的制备方法有许多种，随着研究的不断深入，根据制得纤维的最终性能和制备工艺，人们逐步淘汰了一些落后的制备方法。目前，制备到导电纤维的方法主要有三种；一是在纤维等纺织品表面用物理或化学方法使纤维表面形成金属镀层，这种方法由于形成的金属镀层往往使纤维的手感变得粗硬，难以进行纺织加工，且生产设备投资大，效率低，生产成本高；二是用化学方法在纤维表面形成半导体薄层，化学方法工艺较简单，对纤维的物理机械性能影响不大，导电性较好，但导电耐久性较差；三是把导电微粒混入纺丝熔体中，通过复合纺丝制成皮芯结构或海岛结构的导电纤维，用这种方法制得的纤维导电耐久性优良，且因加入导电粒子较少，不损害纤维的物理性能，因而受到广泛关注。但是， 这种导电纤维的加工成本较高，工艺亦较复杂，这在一定程度上限制了导电纤维的生产，也限制了使用的普及，因此目前导电纤维主要应用于高科技领域，而应用于民用的品种较少。

随着人们生活水平的提高和对自身健康保护意识的增强，民用导电纤维的推广使用必然成为趋势，因此导电纤维的加工应向工艺简单、低成本的方向发展。对于服用导电性织物而言，在赋予织物导电性能的前提下，还应进一步优化工艺，以保持纺织品的原有风格，如色泽、手感、悬垂性等，以符合服用要求。纳米技术的发展和系列功能纳米材料的开发和市场化为发展多功能的纺织品带来了契机。碳纳米管(CNTs)是由碳六元环组成的类似于石墨的平面， 按一定方式卷曲而成的纳米级管状结构。碳纳米管又可分为单壁碳纳米管(SWNTs)和多壁碳纳米管( MWNTs)两大类。碳纳米管(CNTs)在纳米尺寸下出现的明显量子效应，因此碳纳米管具有独特结构和力学、电学和化学性质。碳纳米管独特的准一维管状分子结构引起了物理、化学、材料科学和纳米科技领域学者的兴趣。

以碳纳米管作为填料的各种碳纳米管/高聚物导电纤维的研究已有一些报道。专利200410033773.6 将聚酯、碳纳米管和偶联剂混合，经挤出及纺丝工序制备成导电纤维。专利CN101250770A利用湿法纺丝技术，使用碳纳米管对尚处于凝胶态的晴纶初生纤维进行快速改性处理，获得抗静电晴纶纤维。专利CN101864015A将碳纳米管分散到离子液体中，然后将单体、引发剂加入其中聚合得到聚丙烯/碳纳米管复合材料原液，采用湿纺或干喷湿纺工艺制备聚丙烯/碳纳米管复合纤维。专利CN1569939A首先将碳纳米管分散于水中，然后将碳纳米管水溶液与热塑性聚合物混合、干燥、造粒，最后纺制成导电纤维。

目前的一个趋势是使用多相高聚物共混体系来降低导电高聚物中导电填料的含量，高聚物共混物的相分离和无机导电材料选择性地分散到某一相中，能够在导电剂用量较低的情况下获得高电导率的复合材料，另一方面能够提供比较好的加工性能，并且有效的减弱了由于填料含量增加而造成的机械性能下降的影响。高聚物共混物的相分离和无机导电材料控制导电粒子在体系中的分布和排列方式是获得高性能、低成本的导电纤维的重要途径，也是导电高分子复合材料的发展趋势。本专利提出利用聚合物共混物纺丝过程中形态控制方法，使分散相原位成微纤，并控制导电粒子选择性分布于原位微纤中，从而简便高效的获得低成本、高性能的导电纤维。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳纳米管/聚氨酯/聚丙烯导电纤维的制备方法。

本发明提供的导电纤维，系由碳纳米管、聚氨酯和聚丙烯组成，碳纳米管占复合纤维的质量百分数为1%～10%，聚氨酯占9%～40%，聚丙烯占50%～90%。

本发明的碳纳米管/聚氨酯/聚丙烯导电纤维的方法包括以下步骤：

（1）将碳纳米管在质量分数70%～98%的强酸溶液中回流0.5-1.5小时，用去离子水进行稀释，过滤，并用去离子水反复冲洗，把所得黑色固体放在真空烘箱中干燥至恒重，得到羧基化的碳纳米管；

（2）将羧基化碳纳米管、聚氨酯及聚丙烯投入到高速混合机中，控制混合温度在100℃～120℃，混合均匀；在双螺杆挤出机或单螺杆挤出机，在170℃～230℃熔融共混并制带造粒，得到碳纳米管/聚氨酯/聚丙烯导电切片；