[发明专利]复合导电单丝及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种复合导电单丝及其制备方法和应用，该复合导电单丝包括基体、石墨烯、碳纳米管和炭黑。该复合导电单丝具有点‑线‑面三维立体导电网络，具有永久抗静电性能，表面电阻为10‑1000Ω，强度≥40MPa，伸长率≥115％，紫外防护性能T(UVA)_AV(％)≤5％，T(UVB)_AV(％)≤5％，UPF Rating≥50，远红外发射率≥0.88，半衰期≤2.0s，抑菌率≥97％。

技术领域

本发明属于高分子导电纤维领域，具体而言，本发明涉及复合导电单丝及其制备方法和应用。

背景技术

市面上出现的导电纤维一般具有以下五种，即金属系、碳系、导电高分子系、纳米金属氧化物系以及抗静电剂系。其中，金属系导电纤维导电性能好，但手感太差、韧性差且不能弯折、混纺性能差。碳系导电纤维可弯折，具有永久抗静电性，但是电阻值难以下降到导体水平；导电高分子系导电纤维是用导电聚合物直接纺丝制备而成，具有手感好的优点，但是此种纤维稳定性能差，环境依赖性强，抗静电性弱；纳米金属氧化物系导电纤维具有颜色可控、导电性能好的优点，但是纤维价格高，也有重金属污染的风险；抗静电剂系导电纤维具有制备方法简单、纤维表面光滑等优点，但是抗静电性能受环境影响大，在某些环境中可能丧失抗静电性能。

目前，已经有一些通过在纤维表面镀层来赋予纤维导电性的研究。这些方法均能得到导电性能好的纤维。例如将炭黑粉末与锦纶66单体、甲酸、乙醇、无离子水完全分散均匀形成均匀溶液，然后对均匀溶液通过过滤层进行过滤，过滤后得炭黑溶液。将炭黑溶液通过计量喷嘴喷涂在高性能PA66单丝上，形成炭黑涂层。然后将带有涂层的PA66单丝放入120-180℃的烘箱中烘干，即得到高强高精密锦纶66涂炭导电单丝。该方法简单可行，但是存在涂层厚度不可控、单丝表面不光滑、涂层易脱落、不易折等缺点，另外，该涂层韧性差，单丝经过拉伸可能丧失导电性。再例如，一种制备石墨烯导电纤维的方法，包含以下三个步骤，第一、配制石墨烯浆料；第二、将石墨烯浆料涂敷在纤维表面；第三，将有涂层的纤维放入180-350℃焙烘制备导电纤维。此种方法仅适用于单丝，存在涂层厚度难以控制、丝束表面不光滑等缺点。

因此，现有导电纤维有待进一步改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种复合导电单丝及其制备方法和应用。该复合导电单丝具有点-线-面三维立体导电网络，具有永久抗静电性能，优良的紫外防护性能、远红外发射性能、导电性能和抗菌性能。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种复合导电单丝，根据本发明的实施例，该复合导电单丝包括基体、石墨烯、碳纳米管和炭黑。根据本发明实施例的复合导电单丝，通过采用石墨烯与碳纳米管、炭黑三种导电填料复配以构建点-线-面三维立体导电网络，通过将该三者与基体搭配使用，可确保复合导电单丝的永久抗静电性能，同时该复合导电单丝的导电性能能达到金属级别，表面电阻为10-1000Ω，强度≥40MPa，伸长率≥115％，紫外防护性能T(UVA)_AV(％)≤5％，T(UVB)_AV(％)≤5％，UPF Rating≥50，远红外发射率≥0.88，半衰期≤2.0s，抑菌率≥97％。由此，该复合导电单丝应用范围广泛，可用于智能加热、智能穿戴等领域。

另外，根据本发明上述实施例的复合导电单丝还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述基体与所述石墨烯与所述碳纳米管、所述炭黑的质量比为100：0.1-3：0.1-3：1-10。

在本发明的一些实施例中，所述复合导电单丝的直径为0.1-0.3mm。

在本发明的一些实施例中，所述基体为选自尼龙、涤纶、聚丙烯、丙纶、聚乙烯、聚酰亚胺、聚醚酯纤维中的至少之一。

在本发明的再一个方面，本发明提出了一种制备上述复合导电单丝的方法，根据本发明的实施例，该方法包括：