[发明专利]高导电有机纤维、导电纱以及导电纤维结构体及制备方法

说明书

本发明公开一种高导电有机纤维、导电纱以及导电纤维结构体及制备方法，将分散在溶剂中的一维导电纳米材料及粘结剂浆料，涂敷在连续纤维表面，通过控制纤维涂覆工艺中的浸润纤维液滴尺寸，实现浸润液膜及导电层均匀包覆纤维表面，控制导电层厚度，交替涂敷具有一定导电性和渗透性的粘结层浆料，粘结层与一维导电纳米材料网络形成连续粘结层，制成的高导电纤维具有良好物理特性(耐磨性，延伸稳定性)，纤维比电阻在10supgt;0/supgt;～10supgt;4/supgt;欧姆/厘米可调节，实现高速连续化生产，解决了现有高导电性纤维在良好导电性、应变电导稳定性、耐折弯性、耐摩性、低成本和高生产效率不能综合具备的问题，在智能纺织品、航空航天、国防军工等领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及导电纤维技术领域，具体为高导电有机纤维、导电纱以及导电纤维结构体及制备方法。

背景技术

赋予有机纤维高导电性具有重要的应用价值，以导电有机纤维为基础，在众多应用领域可以制成各种具有新性能的产品，例如在生物医学领域，以织造性能良好的导电纤维为信号传输线，可以制成人体生理指标监测服装，对人体表心电、血氧、血糖、脉搏进行实时监测；在消费电子产品领域，将导电纤维与红外发射材料复合，可以制成红外发射电热产品，用于电热服装和室内采暖；在国防军工领域，将导电纤维与磁性纳米材料复合，可以制成电磁吸收性能可调节的电磁吸收材料，为电磁屏蔽和微波隐身提供基础材料。现有金属纤维纤维或碳纤维不同程度受耐形变折弯性能差的限制，柔软性和可纺性远低于有机纤维，远不能达到普通化学纤维的普遍应用。近年来许多人将碳基新材料与有机纤维复合，制成多种导电纤维，典型技术为将石墨烯或碳纳米管涂敷在单丝或束丝表面，形成连续导电层，由于导电相混入聚合物会降低导电性，单纯用增加碳纳米管层厚度达到高电导率，会引起导电层耐磨性降低，折弯稳定性下降，且纤维耐延伸应变能力弱，有人提出在有机纤维表面先涂敷粘合层，在涂敷导电层，形成连续导电纤维，或用碳纳米管与壳聚糖共混湿法纺丝得到导电芯材，再在其表面涂覆银纳米线，得到更高导电性，这些方法也难以同时达到高导电性、高延伸稳定性、高生产效率。

高性能导电纤维要求满足高导电性的同时，纤维具有良好综合性能，包括加工高效、导电性稳定、具有一定应变耐受度、成本较低、细度适当、导电层在单丝表面覆盖均匀，采用束丝浸渍方法难以达到导电层在单丝表面均匀包覆，采用简单的碳纳米管与粘结层涂敷，难以同时达到高导电性、高生产效率，为了增加导电性，碳纳米管厚度增加，耐折弯性下降，采用银纳米线作为导电相，纯银纳米线耐延伸性较低，与聚合物复合损失导电性，增加复合导电层厚度，增加银含量，不利于规模化使用。因此需要有一种综合解决生产效率、导电性、力学特性、质量稳定性的技术路线。

发明内容

本发明的目的在于提供一维纳米材料多层涂敷连续高导电有机纤维的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

与现有技术相比，本发明的有益效果是：一维纳米材料多层涂敷连续高导电有机纤维的制备方法，包括如下步骤：

将经过预处理后的有机纤维芯材依次通过若干个胶池；胶池的出口液滴直径φ≤3D；D为有机纤维芯材的直径；

并且，有机纤维芯材在进入胶池前/后进行干燥工序；

至少包括两组胶池：一组胶池中盛装有导电粘结剂浆料，另一组胶池中盛装有一维导电纳米材料浆料。

此处的预处理为现有技术中的电晕处理。通过控制纤维穿过胶池出入口尖端液滴直径，使得液滴直径不大于3倍纤维直径条件下，可以使得在一定速度下(该速度在0.1～5米/秒之间)，纤维表面的液层厚度低于Pleteau-Rayleigh失稳厚度，抑制由于液膜失稳产生的不连续液滴及干燥后导电层不均匀，达到在纤维表面均匀涂覆薄导电层，通过反复涂覆，调节层数，可以得到不同导电性的连续纤维。