[发明专利]一种具有弹性的导电复合纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合纤维及其制备领域，特别涉及一种导电复合纤维及其制备方法。

背景技术

导电纤维是在20世纪60年代出现的一种新的纤维品种，通常把电导率大于10-8Ω-1cm-1(20℃、65%RH条件下)的纤维定义为导电纤维。1974年美国杜邦公司首先采用复合纺丝技术成功制备出以炭黑为导电芯层的复合导电纤维，虽然这种导电纤维的质量和性能较好，使用范围广，但由于特殊的纺丝工艺而导致其成本较高。常见的是将导电粒子与聚合物基体共混，进一步纺丝得到导电纤维（CN1563526，CN1584141，CN102534868A，CN102560746A，CN102517683A，CN102102231A，CN1431342和CN101187078）。但要想获得较高的电导率，就必须加大导电粒子的添加量，这既影响共混物的可纺性，也会大幅度降低纤维的力学性能。采用后处理的方法则可以很好地保留有机纤维固有的良好的力学性能。后处理法主要是采用化学镀和物理沉积法在普通纤维表层形成导电层（CN102051803A和CN101705614A），或将导电高分子单体吸附在纤维表面进行原位反应赋予普通纤维导电能力（CN101070672和CN1099443），而更常见的是对常规纤维进行预处理，进而涂敷导电粒子制备导电纤维（CN1749476）。

目前应用较广的碳黑涂覆型有机导电纤维的电导率通常在10-5Ω-1cm-1左右。但后处理容易损伤纤维结构，且导电涂层在洗涤与摩擦中容易脱落，还会使普通纤维失去了原有的良好力学性能，难以进一步编织成织物，特别是其偏低的电导率限制了它的应用范围。陈威等人通过化学修饰的方法在芳纶纤维形成一定比例的自由氨基基团，浸泡在N-甲基吡咯烷酮溶液中，通过超声辅助，与表面羧基化的碳纳米管反应，部分碳纳米管进入到Kevlar纤维内部，而另一部分则通过与氨基形成酰胺键而固定在纤维表面（CN101831800A）。李耀刚等人先用碱处理聚丙烯腈，通过KH550改性制备出氧化石墨改性的聚丙烯腈纤维，并将其置于氧化石墨的分散液中，滴加水合肼水溶液，加热反应，得到一种石墨烯包覆聚丙烯腈纤维（CN102619080A）。我们曾利用有机纤维溶胀所形成的松散结构，将分散在有机溶剂中的导电粒子嵌入或吸附到高弹性纤维外部得到皮芯结构的导电纤维（CN101487148A，CN102121192A和CN102199871A），在保证纤维原有的高弹性的基础上，其电导率可达102Ω-1cm-1左右。本专利则提出更为绿色环保的制备方法，无需将导电粒子分散到有机溶剂中，整个制备过程在水相中进行，所制备的导电复合纤维具有导电率高、导电成分不易脱落、导电性能持久、手感柔软和可编织等优点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种导电复合纤维及其制备方法，利用吸附在有机纤维上的苯胺或吡咯与导电粒子的强相互作用力，将导电粒子吸附到纤维表面，制备出导电复合纤维。制备过程无需有机溶剂，绿色环保，工艺简便，成本低廉，可连续化、规模化生产。

本发明的一种导电复合纤维，一种具有弹性的导电复合纤维，其特征在于：所述导电复合纤维包括芯层和皮层，皮层包含导电粒子，芯层为有机纤维，其中导电粒子的质量百分含量为0.5～10%，有机纤维为弹性聚合物纤维，其质量百分含量为90～99.5%。

所述导电粒子为碳纳米管、石墨烯、氧化石墨或纳米尺寸的石墨粉。

所述有机纤维为聚氨酯。

本发明的一种导电复合纤维的制备方法，包括：

（1）将有机纤维在预处理液中进行预处理，然后吹干；

（2）将上述纤维浸入导电粒子的水分散液中，在冰水浴中超声辅助将导电粒子吸附到纤维外层，浸润，晾干，然后再用盐酸进行浸润、清洗、烘干，即得导电复合纤维。

所述步骤（1）中预处理液为饱和苯胺或饱和吡咯水溶液，预处理时间为5～30min。

所述步骤（2）中水分散液中导电粒子的浓度为1～40mg/ml。

所述步骤（2）中纤维在水分散液中的浸润时间为1～60min。

所述步骤（2）中所述盐酸浓度为0.5～3mol/ml。

所述步骤（2）中纤维在盐酸中的浸润时间为10～60min。

有益效果

（1）本发明制备过程无需有机溶剂，绿色环保，工艺简便，成本低廉，可实现连续化、规模化生产；

（2）本发明制备的导电复合纤维导电率高、导电成分不易脱落、导电性能持久、手感柔软和可编织等优点；