一種具有彈性的導(dǎo)電復(fù)合纖維及其制備方法
【專利摘要】一種具有彈性的導(dǎo)電復(fù)合纖維，其特征在于：所述導(dǎo)電復(fù)合纖維包括芯層和皮層，皮層包含導(dǎo)電粒子，芯層為有機纖維，其中導(dǎo)電粒子的質(zhì)量百分含量為0.5～10%，有機纖維為彈性聚合物纖維，其質(zhì)量百分含量為90～99.5%。
【專利說明】ー種具有彈性的導(dǎo)電復(fù)合纖維及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于復(fù)合纖維及其制備領(lǐng)域，特別涉及ー種導(dǎo)電復(fù)合纖維及其制備方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]導(dǎo)電纖維是在20世紀60年代出現(xiàn)的ー種新的纖維品種，通常把電導(dǎo)率大于10-8Q-lcm-l(20°C、65%RH條件下)的纖維定義為導(dǎo)電纖維。1974年美國杜邦公司首先采用復(fù)合紡絲技術(shù)成功制備出以炭黑為導(dǎo)電芯層的復(fù)合導(dǎo)電纖維，雖然這種導(dǎo)電纖維的質(zhì)量和性能較好，使用范圍廣，但由于特殊的紡絲エ藝而導(dǎo)致其成本較高。常見的是將導(dǎo)電粒子與聚合物基體共混，進ー步紡絲得到導(dǎo)電纖維(CN1563526，CN1584141，CN102534868A，CN102560746A, CN102517683A, CN102102231A, CN1431342 和 CN101187078)。但要想獲得較高的電導(dǎo)率，就必須加大導(dǎo)電粒子的添加量，這既影響共混物的可紡性，也會大幅度降低纖維的力學性能。采用后處理的方法則可以很好地保留有機纖維固有的良好的力學性能。后處理法主要是采用化學鍍和物理沉積法在普通纖維表層形成導(dǎo)電層(CN102051803A和CN101705614A)，或?qū)?dǎo)電高分子単體吸附在纖維表面進行原位反應(yīng)賦予普通纖維導(dǎo)電能力(CN101070672和CN1099443)，而更常見的是對常規(guī)纖維進行預(yù)處理，進而涂敷導(dǎo)電粒子制備導(dǎo)電纖維(CN1749476)。
[0003]目前應(yīng)用較廣的碳黑涂覆型有機導(dǎo)電纖維的電導(dǎo)率通常在10-5Q-lcm-l左右。但后處理容易損傷纖維結(jié)構(gòu)，且導(dǎo)電涂層在洗滌與摩擦中容易脫落，還會使普通纖維失去了原有的良好力學性能，難以進ー步編織成織物，特別是其偏低的電導(dǎo)率限制了它的應(yīng)用范圍。陳威等人通過化學修飾的方法在芳綸纖維形成一定比例的自由氨基基團，浸泡在N-甲基吡咯烷酮溶液中，通過超聲輔助，與表面羧基化的碳納米管反應(yīng)，部分碳納米管進入到Kevlar纖維內(nèi)部，而另一部分則通過與氨基形成酰胺鍵而固定在纖維表面(CN101831800A)。李耀剛等人先用堿處理聚丙烯腈，通過KH550改性制備出氧化石墨改性的聚丙烯腈纖維，并將其置于氧化石墨的分散液中，滴加水合肼水溶液，加熱反應(yīng)，得到一種石墨烯包覆聚丙烯腈纖維(CN102619080A)。我們曾利用有機纖維溶脹所形成的松散結(jié)構(gòu)，將分散在有機溶劑中的導(dǎo)電粒子嵌入或吸附到高弾性纖維外部得到皮芯結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電纖維(CN101487148A，CN102121192A和CN102199871A)，在保證纖維原有的高彈性的基礎(chǔ)上，其電導(dǎo)率可達102 Q-1cm-1左右。本專利則提出更為綠色環(huán)保的制備方法，無需將導(dǎo)電粒子分散到有機溶劑中，整個制備過程在水相中進行，所制備的導(dǎo)電復(fù)合纖維具有導(dǎo)電率高、導(dǎo)電成分不易脫落、導(dǎo)電性能持久、手感柔軟和可編織等優(yōu)點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供ー種導(dǎo)電復(fù)合纖維及其制備方法，利用吸附在有機纖維上的苯胺或吡咯與導(dǎo)電粒子的強相互作用力，將導(dǎo)電粒子吸附到纖維表面，制備出導(dǎo)電復(fù)合纖維。制備過程無需有機溶剤，綠色環(huán)保，エ藝簡便，成本低廉，可連續(xù)化、規(guī)模
化生產(chǎn)。[0005]本發(fā)明的一種導(dǎo)電復(fù)合纖維，一種具有彈性的導(dǎo)電復(fù)合纖維，其特征在于:所述導(dǎo)電復(fù)合纖維包括芯層和皮層，皮層包含導(dǎo)電粒子，芯層為有機纖維，其中導(dǎo)電粒子的質(zhì)量百分含量為0.5?10%,有機纖維為彈性聚合物纖維,其質(zhì)量百分含量為90?99.5%。
[0006]所述導(dǎo)電粒子為碳納米管、石墨烯、氧化石墨或納米尺寸的石墨粉。
[0007]所述有機纖維為聚氨酯。
[0008]本發(fā)明的一種導(dǎo)電復(fù)合纖維的制備方法，包括:
[0009](I)將有機纖維在預(yù)處理液中進行預(yù)處理，然后吹干；
[0010](2)將上述纖維浸入導(dǎo)電粒子的水分散液中，在冰水浴中超聲輔助將導(dǎo)電粒子吸附到纖維外層，浸潤，晾干，然后再用鹽酸進行浸潤、清洗、烘干，即得導(dǎo)電復(fù)合纖維。
[0011]所述步驟(I)中預(yù)處理液為飽和苯胺或飽和吡咯水溶液，預(yù)處理時間為5?30mino
[0012]所述步驟(2)中水分散液中導(dǎo)電粒子的濃度為I?40mg/ml。
[0013]所述步驟(2)中纖維在水分散液中的浸潤時間為I?60min。
[0014]所述步驟(2)中所述鹽酸濃度為0.5?3mol/ml。
[0015]所述步驟(2)中纖維在鹽酸中的浸潤時間為10?60min。
[0016]有益效果
[0017](I)本發(fā)明制備過程無需有機溶劑，綠色環(huán)保，工藝簡便，成本低廉，可實現(xiàn)連續(xù)化、規(guī)?；a(chǎn)；
[0018](2)本發(fā)明制備的導(dǎo)電復(fù)合纖維導(dǎo)電率高、導(dǎo)電成分不易脫落、導(dǎo)電性能持久、手感柔軟和可編織等優(yōu)點；
[0019](3)本發(fā)明制備的導(dǎo)電復(fù)合纖維可用作抗靜電與電磁屏蔽材料，儲能電極材料，氣體、液體與生物傳感材料和金屬與有機污染物吸附材料等。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為實施例1中石墨烯在聚氨酯纖維表面復(fù)合的掃描電鏡圖及導(dǎo)電纖維圖；
[0021]圖2為實施例6中石墨烯/聚氨酯導(dǎo)電復(fù)合纖維的氣敏傳感曲線。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0023]實施例1
[0024]先將聚氨酯纖維在苯胺飽和水溶液中進行預(yù)處理5min，取出陰涼處吹干；再浸到
1.lmg/ml石墨烯水分散液中，在冰水浴中超聲輔助將石墨烯吸附到纖維外層，浸潤時間為lmin，取出晾干；然后將上述纖維浸到濃度為3mol/ml的鹽酸溶液中，浸潤時間為30min，清洗、烘干，制備出導(dǎo)電復(fù)合纖維(見圖1)，其中石墨烯占導(dǎo)電纖維的質(zhì)量百分比為0.5%，導(dǎo)電纖維電導(dǎo)率為6.9 XlOl Ω-1.cm-1 ο
[0025]實施例2[0026]先將聚氨酯纖維在吡咯飽和水溶液中進行預(yù)處理8min，陰涼處吹干；再浸到24mg/ml碳納米管水分散液中，在冰水浴中超聲輔助將碳納米管吸附到纖維外層，浸潤時間為28min，取出晾干；然后將上述纖維 浸到濃度為1.5mol/ml的鹽酸溶液中，浸潤時間為16min，清洗、烘干，制備出導(dǎo)電復(fù)合纖維，其中碳納米管占導(dǎo)電纖維的質(zhì)量百分比為8.6%，導(dǎo)電纖維電導(dǎo)率為9.3 X 101 Q -1 ? cm-1。此導(dǎo)電纖維可用于氣體傳感，對氯仿氣體而言，其響應(yīng)時間為秒量級(見圖2)。
【權(quán)利要求】
1.一種具有彈性的導(dǎo)電復(fù)合纖維，其特征在于:所述導(dǎo)電復(fù)合纖維包括芯層和皮層，皮層包含導(dǎo)電粒子，芯層為有機纖維，其中導(dǎo)電粒子的質(zhì)量百分含量為0.5?10%,有機纖維為彈性聚合物纖維，其質(zhì)量百分含量為90?99.5%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種導(dǎo)電復(fù)合纖維，其特征在于:所述導(dǎo)電粒子為碳納米管、石墨烯、氧化石墨或納米尺寸的石墨粉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種導(dǎo)電復(fù)合纖維。其特征在于:所述有機纖維為聚氨酯纖維。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3任一所述的一種導(dǎo)電復(fù)合纖維的制備方法，包括: (1)將有機纖維在預(yù)處理液中進行預(yù)處理，然后吹干； (2)將上述纖維浸入導(dǎo)電粒子的水分散液中，在冰水浴中超聲輔助將導(dǎo)電粒子吸附到纖維外層，浸潤，晾干，然后再用鹽酸進行浸潤、清洗、烘干，即得導(dǎo)電復(fù)合纖維。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種導(dǎo)電復(fù)合纖維的制備方法，其特征在于:所述步驟(I)中預(yù)處理液為飽和苯胺或飽和吡咯水溶液，預(yù)處理時間為5?30min。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種導(dǎo)電復(fù)合纖維的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中水分散液中導(dǎo)電粒子的濃度為I?40mg/ml。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種導(dǎo)電復(fù)合纖維的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中纖維在水分散液中的浸潤時間為I?60min。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種導(dǎo)電復(fù)合纖維的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中所述鹽酸濃度為0.5?3mol/ml。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種導(dǎo)電復(fù)合纖維的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中纖維在鹽酸中的浸潤時間為10?60min。
【文檔編號】D06M101/38GK103556452SQ201310529194
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】徐醒我, 關(guān)樂, 趙滿才 申請人:蘇州龍杰特種纖維股份有限公司